文章来源：NI
锂电成本大幅下降，电化学储能迎来爆发期。同时，面对多元化场景需求，电化学储能系统传统的BMS+EMS+PCS的架构也需要创新融合。基于此背景，本文将讲述储能控制技术发展趋势、传统储能HIL应用方案的挑战、NI 储能全域HIL解决方案等。
储能控制技术发展趋势
未来的储能系统将要面对复杂环境的规模部署和安全稳定的长期运营等一系列挑战，比如，站点的安全挑战更高，适配场景更复杂，被动运维凸显低效。储能技术发展新趋势是从分散到聚合，从被动到主动，从简单到智能。
多家储能厂商已经突破了传统的EMS+BMS+PCS架构，将BMS与EMS完美结合。这种整合方案实现了智能运维，通过自动巡检、自动预测、自动诊断、自动隔离和自动恢复等功能，极大增强了储能系统安全性和经济效益。
从长期来看，为应对未来多元化的应用场景及电网需求，重新定义传统的控制系统及通讯架构，将PCS/BMS/EMS控制器融为一体，实现芯片级控制通讯；并基于AI引擎，训练行业专属大模型系统正在成为多家储能技术厂商技术团队的主要研究方向。
传统储能HIL应用方案的挑战
随着储能控制器集成化趋势，传统独立HIL系统针对EMS、PCS、BMS的分立仿真验证已难以满足需求。传统测试架构正面临着一系列挑战：信息交换不畅、数据共享困难、增加额外的成本和资源、难以完全模拟出多个控制器之间的交互影响。因此，急需先进的综合测试架构，以高效、准确地应对不同集成级别控制器的仿真测试，确保测试全面性与成果match可靠性。
NI 储能全域HIL解决方案
基于NI软硬件产品的HIL平台为储能系统相关控制器开发提供了强大的工具支持。该平台能够帮助开发人员早期检测和定位硬件故障和问题，同时验证设计是否符合规格要求、预期性能，以及相关行业标准和法规。
这一平台不仅具备传统HIL系统的优势，能够提前发现潜在问题，降低故障风险，缩短开发和测试周期，加快产品上市时间等；更能够以统一的硬件平台和软件工具链完成储能相关产品所有的验证测试工作，满足储能技术发展中不同物理形态控制器及产品动态变化的验证测试需求。
高性能处理单元及可扩展硬件架构
采用多核CPU+FPGA的硬件架构，CPU用于电力系统模型的实时仿真，FPGA用于高频电力电子设备模型的实时仿真，保证电力系统与电力电子实时仿真不同时间尺度需求。并且随仿真规模的变化，PXI架构下的硬件可以在不降低整体系统性能情况下灵活扩展。
控制器：NI PXIe-8881，搭配8 核 Intel Xeon 处理器，提供3.6 GHz主频支持不同应用场景下复杂拓扑结构的仿真部署。同时包含2个千兆位以太网端口、6个USB端口以及 2 个Thunderbolt 3 端口.
FPGA：NI PXIe-7891 搭载行业领先的Xilinx KU060可编程逻辑门阵列芯片,最高4MS/s的模拟输出及最大10MS/s的数字输出。搭配高速求解器，可支持用户最快200ns仿真步长需求。
通讯接口：支持电网行业及储能领域常用IEC61850，IEC60870-5，CAN，Modbus(master/slave）等多种通讯协议的自定义开发及仿真。
I/O板卡：用于信号的输入和输出。包括AD，DA，DIO，定时器，计数器等。
信号调理及负载仿真：通过板卡模拟生成的传感器信号需要经过调理提供给控制器，同样控制器输出的信号也必须经过调理才能供给I/O板卡。
故障注入：用于产生各种电气故障(例如断路，短路，接地等)，以便对控制器保护性能进行测试。
极简的软件工具链及开放的建模生态
工程师仅需要使用Simulink(推荐)和NI提供的VeriStand两款软件产品即能完成控制器的HIL测试。在Simulink中完成模型的创建，在VeriStand完成模型向实时硬件的部署，IO配置以及模型运行过程的状态监控。
极简的工具链不仅简化了仿真测试的工作流程，还有效降低工程师的学习成本和入门门槛。工程师可以更快速地掌握相关技能，提高工作效率。同时也有避免了对外部软件或工具的依赖，在降低系统复杂度的同时提高系统的稳定性和可靠性。
除Simulink外，Veristand还支持多种仿真软件模型的部署与配置，如：AMESim、SimulationX、GT-POWER、EcoSimPro、Thermolib、Fortran等。
多样的电力电子建模方式
由于电力电子器件高频动作的特性，其在实时仿真过程中需要接收高速脉冲信号，因此仿真步长越小精度越高，所以在FPGA上进行电力电子系统的仿真能够保证更准确的暂态特性。基于FPGA的电力电子仿真工具也已经在EV电机，EV逆变器，PCS，可再生能源设备等多领域得到广泛应用。
NI提供的HIL平台能够支持两种主流的电力电子建模方式，满足不同用户群体对于模型精度，仿真速度及模型开放性不同层级的建模需求。
FPGA solver：用户可直接在Simulink中快速创建电路拓扑，包括各类换流器（2-level HB, 3-level NPC等），变压器和线路等，无需FPGA编译模型即可以直接运行，操作简单。并且可以在电力电子电路的各个工况下进行参数调整和故障注入，支持同时设置多种不同的运行工况参数。
Simulink HDL coder：主要用于满足高级自定义模型开发的需求。其建模不仅仅限于Simscape的电力电子模型，用户可以根据自己的需求来自定义电力电子模型。该工具集成在Simulink中，用户可利用Simscape+Simulink HDL Coder操作NI提供的开放的FPGA，这在一定程度上减轻了用户从底层搭建电力电子系统模型，以及做FPGA算法编程的工作。
易集成及模块化设计的功率级仿真硬件
硬件在环测试（Hardware in the Loop, HIL）技术可以方便地完成储能控制策略的开发和验证，但是这种信号级HIL只针对控制器的控制板，不能对驱动板和功率电路进行测试。功率级硬件在环(pHIL)测试是对传统信号级HIL测试的扩展，包括在闭环仿真器中测试变流器中的电力电子电路。通过模拟电网环境中各种的电源与负载组件，工程师可以将其测试能力进行扩展，以在受控环境中安全地覆盖更广泛的测试场景和故障类型。
NI提供的功率级仿真设备具备多种操作及接入方式，简化了由HIL测试向pHIL测试转化过程中的开发工作，并且采用模块化设计的功率硬件可以通过灵活扩展的方式覆盖用户不同功率等级的测试需求。(NHR-9510再生电网仿真器并联可达1.2MW，NHR-9300电池充放电机并联可达2.4MW,其他产品可扩展功率详见用户手册)
企业级全工具链解决方案
除HIL仿真测试工具外，NI提供的先进开发产品工具链还能满足用户测试管理、数据管理\分析\可视化等仿真测试业务的深度应用需求。从而实现储能设备从试验室仿真验证到产线自动化测试到现场状态监测全生命周期数据的互通互联及深度应用。
VeriStand - 实时仿真部署\配置\监控
TestStand - 测试自动化
DIAdem - 数据管理\分析\可视化
SystemLink – 企业级测试及数据管理平台
