Sistemas comerciales de gestión energética con MATLAB, Simulink y Simscape
Diseñe, modele y simule sistemas de gestión energética para centros de datos, fábricas y edificios
Con MATLAB y Simulink, puede combinar datos del mundo real y modelos de simulación para estudiar y optimizar el comportamiento de cargas eléctricas complejas y sistemas de refrigeración. Desarrolle sistemas de gestión energética de supervisión y de lazo cerrado utilizados en edificios comerciales, fábricas, centros de datos de IA y celdas de combustible.
Como parte del proyecto liderado por KOICA y el Proyecto Integral de Apoyo a la Investigación y Desarrollo de Tecnología Ecológica en Marruecos, diseñamos y construimos toda la configuración del sistema de un banco de pruebas de microrred de 300 kW y desarrollamos un sistema SCADA basado en MBD para que los investigadores locales pudieran utilizarlo.
Modelado y simulación del impacto de las necesidades energéticas de los centros de datos
Los productos de MATLAB, Simulink y Simscape ayudan a ingenieros a modelar las necesidades energéticas de los centros de datos impulsados por el crecimiento de la IA y el cálculo en la nube. Para operadores a escala masiva, MATLAB y Simscape Electrical permiten predecir la demanda de gigavatios de potencia requerida para intensos recursos de cómputo, comprender el impacto de esta carga compleja y variable en el sistema de distribución conectado, y determinar la mejor estrategia de refrigeración de los recursos del centro de datos. Para empresas de servicios públicos locales, Simscape Electrical ayuda a comprender cómo actualizar las redes eléctricas locales para considerar las cargas impredecibles que generan fluctuaciones de frecuencia y tensión, así como la introducción de armónicos no deseados en la red.
Modelado del consumo energético de centros de datos
Puede utilizar MATLAB, Simulink y Simscape para modelar y simular el consumo de energía eléctrica de las TPU y GPU de alto rendimiento en servidores en rack, calcular el calor generado por los sistemas individuales y el centro de datos en conjunto, y planificar la refrigeración y consumo energético de los sistemas de refrigeración durante la operación.
Ejemplos destacados
Análisis del impacto de los centros de datos en la red eléctrica
Puede utilizar MATLAB, Simulink y Simscape Electrical para modelar y simular la carga que los centros de datos a gran escala imponen sobre los sistemas de distribución locales mediante el análisis del comportamiento eléctrico en estado estacionario y transitorio de los centros de datos. Con Simscape Electrical, puede modelar el centro de datos, junto con otras cargas y generadores en la red, con diferentes niveles de fidelidad para realizar análisis de las necesidades energéticas a largo plazo y perturbaciones transitorias a corto plazo provocadas por miles de convertidores de potencia que introducen armónicos y reducen la energía, afectando a hogares y empresas que comparten la red eléctrica. Simscape Electrical permite añadir fallos no invasivos al modelo, lo que ayuda a comprender mejor la resiliencia de la red ante cortes del suministro imprevistos.
Ejemplos destacados
Desarrollo de sistemas de gestión energética de edificios
Con MATLAB y Simulink, puede diseñar sistemas inteligentes y eficientes de gestión energética (EMS) de edificios con estrategias dinámicas, datos en tiempo real y mayor nivel de automatización de las operaciones de EMS. Puede utilizar MATLAB y Simulink en el flujo de trabajo de desarrollo de un EMS, desde acceso a datos y modelado, hasta optimización y despliegue.
- Cree modelos de predicción de demanda, tarifas y generación de electricidad, y condiciones meteorológicas
- Modele, simule y diseñe estrategias de control de EMS óptimas para planificar operaciones de sistemas de energía y sistemas de climatización
- Genere código para control de supervisión en dispositivos edge y despliéguelo en controladores embebidos
- Despliegue software de optimización de operaciones en entornos de producción en la nube
Predicción del consumo energético de edificios
Con MATLAB y Simulink, puede realizar predicciones basadas en datos sobre factores técnicos, económicos y del medio ambiente, para optimizar las operaciones de sistemas de gestión energética de edificios.
- Acceda a datos de series temporales de archivos o bases de datos
- Realice preprocesamiento de datos, análisis y visualización en MATLAB con apps interactivas y flujos de trabajo automatizados
- Seleccione modelos estadísticos, econométricos o de Machine Learning y Deep Learning prediseñados
- Entrene modelos de predicción en paralelo y evalúe el rendimiento
- Integre el modelo de predicción del consumo energético entrenado directamente en Simulink, para realizar simulaciones con el modelo del sistema físico
Ejemplos destacados
Modelado, simulación y optimización de EMS en edificios
Puede utilizar MATLAB y Simulink como entorno de diseño para modelado de sistemas eléctricos, y diseño de control y optimización de EMS.
- Cree modelos basados en la física del sistema eléctrico de un edificio con Simulación de sistemas de potencia Onramp y ejecute simulaciones de rendimiento
- Diseñe estrategias de control para EMS, como control predictivo basado en modelos (MPC) y Reinforcement Learning
- Utilice Optimization Toolbox para formular problemas de optimización e identificar la configuración óptima de un sistema
- Simule el comportamiento en nivel de sistema con diferentes escenarios
- Analice el impacto técnico y económico de distintos diseños de sistemas
Ejemplos destacados
Más información
Vídeos y ejemplos
- Modelado y simulación de sistemas de climatización con Simulink y Simscape (50:09)
- Gemelo digital de un sistema de climatización para diseño de control (1:02:29)
- Verificación de algoritmos de sistemas de climatización y generación de código (1:01:04)
- Visión general de MATLAB Production Server (4:55)
Validación y despliegue de EMS en edificios
Puede validar el diseño de un EMS en edificios generando código a partir del modelo del sistema, lo que permite pasar rápidamente de la simulación en escritorio a la simulación en tiempo real. Puede desplegar controles en dispositivos edge, y sistemas de gestión operativa en la nube.
- Genere código C/C++ legible y eficiente a partir de un modelo de controlador de Simulink para desplegarlo en un procesador embebido
- Genere código C para la planta, para su despliegue en un equipo en tiempo real
- Ejecute simulaciones de hardware-in-the-loop (HIL) para validar estrategias de gestión energética de edificios relacionadas con el sistema eléctrico
- Despliegue algoritmos de control de supervisión en dispositivos edge
- Despliegue algoritmos de optimización de operaciones basados en MATLAB en entornos de nube utilizando MATLAB Web App Server y MATLAB Production Server
Casos prácticos
Modelado y simulación de sistemas de celdas de combustible PEM
Para desarrollar eficientemente aplicaciones de celdas de combustible se necesitan modelos de simulación con la fidelidad adecuada. Estos modelos permiten explorar el espacio de diseño, analizar tradeoffs y utilizarlos como guia en el desarrollo de sistemas de control.
Con MATLAB, Simulink y Simscape Electrical, puede:
- Modelar celdas de combustible y electrolizadores de hidrógeno
- Desarrollar arquitecturas de sistemas de celdas de combustible
- Implementar sistemas de control
- Integrar celdas de combustible y electrolizadores en sistemas eléctricos de gran tamaño
Modelado de celdas de combustible PEM
Simulink y Simscape permiten modelar y simular sistemas de celda de combustible y electrolizadores utilizando un enfoque basado en la física con componentes de librería listos para usar o un enfoque basado en datos con herramientas de modelado.
- Explore diferentes configuraciones para pilas de celdas de combustible y electrolizadores
- Modele efectos de física multidominio y componentes balance-of-plant para regular el flujo de aire y gas de hidrógeno, el transporte de agua y la generación de calor
- Evalúe comportamientos electrotérmicos para respaldar el diseño de sistemas eléctricos y sistemas de gestión térmica
Ejemplos destacados
Implementación de controles para celdas de combustible
Los sistemas de control desempeñan un papel importante a la hora de garantizar seguridad, durabilidad y eficiencia en el funcionamiento de los sistemas de celdas de combustible. Con Simulink y Simscape, puede realizar prototipado de un diseño de control con rapidez y generar código para pruebas de hardware-in-the-loop (HIL) y despliegue.
- Diseñe algoritmos de control electrotérmico para la regulación de corriente, tensión y humedad, así como gestión térmica, de presión y de agua
- Genere código de control C/C++ o HDL legible y optimizado para modelos de celdas de combustible
- Genere código para el modelo de planta
- Realice pruebas de HIL en tiempo real para evitar daños costosos en el prototipo de la celda de combustible
- Despliegue código de control en procesadores embebidos o dispositivos FPGA/SoC
Los sistemas de celdas de combustible deben ser fiables y eficientes. Para lograrlo, utilizamos herramientas de MathWorks para desarrollar y simular rápidamente nuestros algoritmos de control antes de probarlos en un sistema. No tenemos tiempo de investigar nuestros algoritmos con C o C++. Por suerte, MATLAB nos permite probar ideas con pocas líneas de código. Nos ahorra mucho tiempo, y nos ayuda a avanzar en nuestro objetivo de crear un sistema de energía in situ comercialmente viable.
Ejemplos destacados
Recursos y soporte
Documentación
Cursos introductorios Onramp
