可控核聚變、粒子加速器、智能電網(wǎng)、先進(jìn)艦艇推進(jìn)等重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的突破，離不開高性能高可靠性電源系統(tǒng)的核心保障。但這類特種電源進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證成本高昂、風(fēng)險(xiǎn)巨大且不可復(fù)用。

近年來，高性能實(shí)時(shí)仿真技術(shù)為重大科技基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證提供了全新技術(shù)范式。該技術(shù)能夠在系統(tǒng)投入實(shí)際運(yùn)行前，開展充分、安全、經(jīng)濟(jì)的測(cè)試與優(yōu)化，內(nèi)置多種模型組件可在不同場(chǎng)景重復(fù)利用，成為重大科技基礎(chǔ)設(shè)施核心系統(tǒng)研發(fā)落地的關(guān)鍵支撐。

一、實(shí)時(shí)仿真如何應(yīng)對(duì)特種電源的獨(dú)特挑戰(zhàn)

特種電源系統(tǒng)因應(yīng)用場(chǎng)景特殊，對(duì)測(cè)試提出高精度、高可靠性和高效率的嚴(yán)格要求。其測(cè)試不僅要準(zhǔn)確模擬復(fù)雜工況，還需全面評(píng)估系統(tǒng)在各種條件下的穩(wěn)定性與安全性，確保運(yùn)行無故障、無風(fēng)險(xiǎn)。

特別是在大型科技基礎(chǔ)設(shè)施及科研平臺(tái)等高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中，測(cè)試需求尤為嚴(yán)苛。業(yè)界普遍認(rèn)為，測(cè)試必須覆蓋極端動(dòng)態(tài)工況，驗(yàn)證控制器在微秒級(jí)瞬態(tài)過程中的響應(yīng)能力，并能安全預(yù)演故障狀態(tài)下的系統(tǒng)行為。若直接在實(shí)際裝置上進(jìn)行此類測(cè)試，不僅成本高昂，且潛在風(fēng)險(xiǎn)難以承受。

EasyGo 實(shí)時(shí)仿真技術(shù)及優(yōu)勢(shì)

實(shí)時(shí)仿真技術(shù)是應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)的有效途徑，其原理是利用強(qiáng)大的計(jì)算硬件（如多核實(shí)時(shí)處理器與FPGA計(jì)算單元），在嚴(yán)格的時(shí)間約束下（仿真步長可達(dá)微秒甚至納秒級(jí)），實(shí)時(shí)解算描述電力電子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)學(xué)模型。

EasyGo 仿真平臺(tái)核心優(yōu)勢(shì)：

▌安全無風(fēng)險(xiǎn)：所有測(cè)試均在虛擬空間完成，避免對(duì)實(shí)體設(shè)備造成損害。

▌經(jīng)濟(jì)高效：大幅減少物理樣機(jī)迭代次數(shù)，縮短研發(fā)周期。

▌測(cè)試覆蓋全面：可輕松模擬現(xiàn)實(shí)中難以復(fù)現(xiàn)或極具破壞性的極限工況及故障工況。

▌技術(shù)自主可控：基于國產(chǎn)化核心技術(shù)，確保仿真平臺(tái)從硬件到軟件的安全可靠與持續(xù)迭代能力，擺脫外部技術(shù)限制，為重大基礎(chǔ)設(shè)施的長期發(fā)展筑牢自主根基。

▌售后保障：依托本土化團(tuán)隊(duì)提供快速響應(yīng)和全生命周期的售后支持，保障項(xiàng)目高效穩(wěn)定運(yùn)行，顯著降低維護(hù)成本與技術(shù)支持門檻。

這些應(yīng)用不僅是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，更是實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)可控、加速技術(shù)驗(yàn)證、培養(yǎng)專業(yè)人才不可或缺的環(huán)節(jié)。在特種電源研發(fā)中，實(shí)時(shí)仿真的核心應(yīng)用場(chǎng)景主要集中在：

控制策略的硬件在環(huán)測(cè)試：業(yè)界通常采用 HIL 測(cè)試驗(yàn)證控制器的可靠性與動(dòng)態(tài)性能。將真實(shí)控制器（如PLC、DSP）與運(yùn)行于實(shí)時(shí)仿真器中的虛擬被控對(duì)象相連，形成閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，從而在投運(yùn)前全面檢驗(yàn)控制算法與硬件的正確性與魯棒性。

系統(tǒng)故障預(yù)演與安全邊界探索：通過仿真模擬短路、開路、負(fù)載劇烈變化，電壓或頻率擾動(dòng)等故障工況，評(píng)估系統(tǒng)保護(hù)邏輯與整體魯棒性，在設(shè)計(jì)階段即明確安全邊界，優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)。

二、實(shí)時(shí)仿真在重大工程中的應(yīng)用案例

實(shí)時(shí)仿真技術(shù)已在我國多個(gè)重大科技工程中落地應(yīng)用，展現(xiàn)出顯著的技術(shù)價(jià)值。在行業(yè)實(shí)踐中，EasyGo半實(shí)物仿真平臺(tái)以其卓越的性能與可靠性，為多家頂尖科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

案例一：智能電網(wǎng)與大功率電能變換

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進(jìn)與新能源占比持續(xù)提升，電網(wǎng)對(duì)大功率電能變換設(shè)備及柔性輸電技術(shù)提出了更高要求。國內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)與電力設(shè)備企業(yè)引入EasyGo實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，構(gòu)建高精度實(shí)時(shí)仿真測(cè)試環(huán)境，對(duì)SVG、MMC、柔性變壓器、新能源發(fā)電設(shè)備，大容量?jī)?chǔ)能變流器等關(guān)鍵裝備開展深入的性能研究。

該平臺(tái)還可作為半實(shí)物仿真測(cè)試基礎(chǔ)平臺(tái)，為光伏逆變器，風(fēng)電變流器，儲(chǔ)能變流器（PCS）等設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)的入網(wǎng)自適應(yīng)測(cè)試功能，顯著提升了測(cè)試效率與覆蓋深度，有力支撐了大規(guī)模新能源友好接入與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

案例二：聚變裝置PSM電源

在國家聚變能源研究中，實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)被用于對(duì)其核心脈沖電源模塊（PSM）進(jìn)行深入研究與測(cè)試。基于EasyGo平臺(tái)提供的微秒級(jí)實(shí)時(shí)仿真能力與高精度FPGA模型，研究人員能夠在半實(shí)物仿真環(huán)境中精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)PSM模塊復(fù)雜的多電平開關(guān)序列與納秒級(jí)動(dòng)態(tài)特性。全國產(chǎn)PSM高壓電源控制系統(tǒng)仿真驗(yàn)證

團(tuán)隊(duì)在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)前即可驗(yàn)證先進(jìn)控制策略對(duì)等離子體位移控制的精確性與魯棒性，極大加速了電源系統(tǒng)的優(yōu)化進(jìn)程，為“人造太陽”等大科學(xué)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)保障。

案例三：艦艇推進(jìn)電源系統(tǒng)&儲(chǔ)能電磁彈射系統(tǒng)

在船舶綜合電力系統(tǒng)領(lǐng)域，面臨綜合電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與高能脈沖負(fù)載接入沖擊的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。借助 EasyGo半實(shí)物仿真平臺(tái)的多核CPU與FPGA協(xié)同計(jì)算能力，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了覆蓋發(fā)電、輸配、推進(jìn)及電磁彈射系統(tǒng)的全船電網(wǎng)高保真數(shù)字孿生。

該平臺(tái)成功應(yīng)用于新一代艦艇推進(jìn)系統(tǒng)控制器的硬件在環(huán)測(cè)試，并針對(duì)儲(chǔ)能與電磁彈射等瞬時(shí)功率極大的系統(tǒng)，開展了數(shù)以萬計(jì)的安全邊界探索與故障預(yù)演測(cè)試，為我國艦船電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)一次成功率與裝備可靠性的提升作出了貢獻(xiàn)。

三、技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑展望

盡管實(shí)時(shí)仿真技術(shù)已展現(xiàn)出巨大價(jià)值，但要構(gòu)建真正高保真的特種電源數(shù)字孿生，仍需攻克一系列技術(shù)難點(diǎn)?；贓asyGo半實(shí)物仿真平臺(tái)的技術(shù)積累與實(shí)踐，我們認(rèn)為未來技術(shù)的發(fā)展路徑可能集中在以下幾個(gè)方面。

構(gòu)建特種電源數(shù)字孿生的關(guān)鍵考量：實(shí)現(xiàn)高保真實(shí)時(shí)仿真，需要精細(xì)的器件建模、考慮寄生參數(shù)的影響，并確保模型在不同工況下的準(zhǔn)確性。同時(shí)，仿真平臺(tái)必須具備極高的計(jì)算能力和確定的實(shí)時(shí)性，以捕捉開關(guān)器件的快速動(dòng)態(tài)過程。

模型精度與實(shí)時(shí)性的平衡：對(duì)于開關(guān)頻率高達(dá)數(shù)百kHz的電源，在FPGA上實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)精度的功率器件模型是關(guān)鍵。這就需要采用先進(jìn)建模方法與優(yōu)化算法，在保證模型精度的前提下提高計(jì)算效率，實(shí)現(xiàn)模型精度與實(shí)時(shí)性的平衡。

多時(shí)間尺度仿真：電源的快動(dòng)態(tài)與磁體熱場(chǎng)的慢動(dòng)態(tài)之間的協(xié)同仿真是未來重要挑戰(zhàn)。要實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的全面準(zhǔn)確模擬，需建立多時(shí)間尺度的仿真模型，設(shè)計(jì)有效算法協(xié)調(diào)不同時(shí)間尺度之間的計(jì)算與數(shù)據(jù)交互，并在計(jì)算資源管理和模型耦合方面進(jìn)行創(chuàng)新。

實(shí)時(shí)仿真技術(shù)為特種電源等高端系統(tǒng)的研發(fā)提供了強(qiáng)有力的工具，能夠顯著降本增效、保障安全，已成為前沿科技工程領(lǐng)域的必備手段。EasyGo半實(shí)物仿真平臺(tái)作為國內(nèi)領(lǐng)先的實(shí)時(shí)仿真解決方案，憑借卓越的仿真精度、穩(wěn)定的實(shí)時(shí)性能及多速率協(xié)同仿真架構(gòu)，已在多個(gè)國家級(jí)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施和科研項(xiàng)目中獲得成功驗(yàn)證。

我們期待與業(yè)內(nèi)頂尖研究機(jī)構(gòu)攜手，共同探索實(shí)時(shí)仿真技術(shù)在前沿能源科技中的更深層次應(yīng)用，為解決工程現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)貢獻(xiàn)力量。