卡内基清洁能源设计并建造了世界上第一个运行的波浪农场

在建造CETO系统之前，卡内基清洁能源公司的工程师们需要知道机械部件要承受多大的负荷，这样才能适当地调整它们的尺寸。太重或太坚固的部件会增加成本，但不够坚固的部件可能会在暴风雨中失效。工程师们希望在不建立整个系统的比例模型的情况下分析负载并估计能量输出。

在CETO系统中，来自海洋的水动力首先通过浮标的运动转化为机械能，然后通过泵转化为水力能，最后通过水力转换装置转化为电能。卡内基的工程师们需要一种方法来模拟这个多域系统，并对一系列配置、海洋条件和故障进行模拟。此外，他们需要快速分析仿真结果和从部署的系统收集的数据，以改进他们的模型，优化设计，并向潜在客户和投资者演示技术。

卡内基清洁能源公司使用Simulink和Simscape fluid™为其波浪能技术创建和模拟多域模型。

在Simulink中，该团队创建了浮标、泵和连接它们的缆绳的2D模型。他们用自定义的MATLAB建模了施加在泵上的力矩以及泵的角位移^®函数合并到Simulink模型中。

使用Simscape fluid，工程师们对系统的液压回路进行了建模，包括液压缸和缸垫、止回阀、蓄能器、管道和水力转换装置。

他们使用分段管道块来模拟CETO 5中超过6公里的管道，并表示管道的流体惯性、流体压缩性和阻力特性。

在基于30年的海洋数据在Simulink中创建了海洋状态模型之后，该团队运行了数百次模拟，以分析负载、流量、压力、疲劳和其他关键系统指标。

他们使用parallel Computing Toolbox™在八核和十二核处理器上并行运行多个模拟，从而减少了模拟时间。

在MATLAB中对仿真结果进行了分析。例如，该团队对模拟结果进行了统计分析，为供应商提供疲劳数据的直方图。

PWEP装置中的数百个传感器收集液压系统中的压力、流量和温度数据;电气系统中的电压和电流频率;以及机械系统中的负载，位移和加速度。在MATLAB中分析了这些数据后，工程师们用结果验证了他们的模型。初步测试表明，建模结果与测量结果之间存在很强的相关性。卡内基目前正在研究CETO 6，预计每个浮标可产生1兆瓦的电力。

• 规模测试最小化。Fiévez说:“构建用于规模测试的物理原型既昂贵又耗时，而为机械负载和液压系统开发稳健的缩放方法则是一项复杂的工作。”“使用Simscape Fluids，我们只是改变模拟，以匹配我们想要建模的系统的大小或范围。”
• 获得了关键的设计见解。“Simulink揭示了我们没有预料到的系统行为，”卡内基清洁能源公司的分析工程师Alex Pichard说。例如，当我们安装系统时，我们需要确定活塞的位置，以减少负载。我们的直觉告诉我们，要尽可能地把活塞往下拉，但模拟结果表明，它应该几乎完全伸展。”
• 敏感性研究加速。分析工程师Jack Jorgensen说:“我们的灵敏度研究需要大量的模拟，因为我们通常对每个不同的参数值模拟15到20个海况。”“有了并行计算工具箱，我们可以并行运行模拟，而有了12核计算机，我们的速度几乎提高了12倍。”