人工智能微电网实验系统 · 硬件在环验证平台 · 预装集成版
¶ 1. 硬件规格与接口说明
¶ 1.1 产品概览
MGS-104 Pro 是 MGS-104 的预装集成升级版。基于相同的"低压缩比缩微复现"技术，将全部功率单元、通信模块、负载电阻、散热风扇、变压部件及 Jetson 边缘计算节点预先集成于加厚亚克力机箱内，出厂前已完成接线与整机测试。用户到手即用，无需自行接线，彻底杜绝因接线错误导致的设备损坏风险。
图1.1 MGS-104Pro各部件示意图
| 项目 | 规格 |
|---|---|
| 边缘计算节点 | NVIDIA Jetson Orin Nano Super Developer Kit，67 TOPS AI算力，6核ARM Cortex-A78AE，1024核GPU，8GB LPDDR5 |
| 功率节点 | 4 × PowerNode，3× 双向DC/DC + 1× 双向AC/DC |
| 通信总线 | CAN总线，固定通信周期100ms |
| 电气参数 | 直流母线：20 Vdc；交流母线：12 Vac；单节点功率：50 W；系统总功率：200 W |
| 物理尺寸 | 加厚亚克力机箱， 412 mm (宽) × 158 mm (深) × 537 mm (高) |
| 散热方式 | 主动风扇散热，与辅助电源联动启动 |
| 扩展能力 | 支持多机箱、多微网系统堆叠扩展 |
¶ 1.2 用户交互侧
| 接口/部件 | 说明 |
|---|---|
| Jetson Orin Nano 接口 | USB 3.2 Gen2 Type‑A × 4，DisplayPort × 1，千兆以太网 × 1，DC 24V 供电输入（内部已预接） |
| 状态指示灯 | Jetson电源、运行状态指示（绿色） |
| 辅助电源开关 | 辅助电源接口板控制开关，控制功率板、散热风扇供电 |
| 交流源空气开关 | 交流电的控制开关 |
¶ 1.3 系统连接侧
| 接口/部件 | 说明 |
|---|---|
| 直流电源输入接口 | 外接可编程直流电源（红黑香蕉头座，已内连至功率单元） |
| 交流电源输入接口 | 外接交流电源（已内连至AC/DC功率单元） |
| CAN通信外部接口 | 机箱预留CAN通信扩展接口（已内连至功率单元CAN总线） |
| 散热风扇 | 与辅助电源联动，上电即自动运行 |
| 总电插头 | 接入市电，为整个MGS-104Pro供电 |
| USBCAN盒usb接口 | 接上USB type B to A 数据线，数据线另一端接上Jetson的USB接口 |
¶ 1.4 内部预装组件一览
| 组件 | 数量 | 说明 |
|---|---|---|
| AC/DC 功率单元 | 1片 | 双向AC/DC，12Vac，50W，已固定并接线 |
| DC/DC 功率单元 | 3片 | 双向DC/DC，20Vdc，50W，层叠装配并接线 |
| 隔离通信卡 | 4片 | 已固定插在功率单元板上 |
| Jetson计算单元 | 1个 | 已固定于亚克力箱之中 |
| 金属电阻板（AC/DC侧） | 3块 | 2×10Ω/75W 并联，塔状结构 |
| 直流源接口板 | 1块 | 外部直流电源接入转接 |
| CAN通信外部接口板 | 1块 | 外部CAN通信扩展 |
| 微电网接口板 | 1块 | 系统内功率汇集 |
| 辅助电源模块 | 1个 | 为功率单元提供隔离辅助与散热风扇供电 |
| 散热风扇 | 1-2个 | 主动散热，与辅助电源联动 |
| 变压器 | 1个 | 将220V交流市电降压为12V低压电，模拟真实发电厂高压→中压变换过程 |
| 交流源品字供电接口 | 1个 | 接上交流源的220v，为仪器提供交流电 |
| ZLG USBCAN II+ 通信盒 | 1个 | 已固定于机箱内部支架 |
| Jetson 3D打印底座 | 1个 | 固定Jetson于机箱内 |
图1.2 MGS-104 Pro连线图
¶ 1.5 使用环境
| 项目 | 说明 |
|---|---|
| 工作温度 | 0°C 至 40°C（实验室典型环境），主动风扇散热保障稳定运行 |
| 存储温度 | -20°C 至 60°C |
| 湿度 | 5% 至 90%，非冷凝 |
| 供电 | 外部 DC 24V 适配器（标配）+ 辅助电源模块 |
¶ 1.6 变压器设计理念
MGS-104 Pro 机箱内部集成了一台变压器，具有以下功能与设计意义：
| 项目 | 说明 |
|---|---|
| 输入 | 220V 交流市电 |
| 输出 | 12V 低压交流电 |
| 仿真意义 | 模拟真实发电厂中 高压→中压 的电压变换过程 |
| 系统作用 | 为AC/DC功率单元提供低压交流输入 |
| 鲁棒性提升 | 内置变压使得系统可在标准市电环境下直接运行，无需额外配置外部交流源，显著提高仪器仿真的鲁棒性与环境适应性 |
设计思路：在真实的电力系统中，发电厂发出的高压电能需经过变压器降压为中压后，才能进入配电网进行分配与使用。MGS-104 Pro 内置的变压器复现了这一关键环节，使得实验平台在缩微尺度下也能完整还原从发电→变压→配电→用电的完整电能链路，进一步提升了硬件在环仿真的真实度与教学演示价值。
¶ 1.7 可靠性设计
- 工业级核心元件：Jetson Orin Nano 与 STM32 均采用工业级规格
- 电气隔离：功率电路与通信电路之间采用 1.5kV 安全隔离（光耦隔离），有效阻断地环路干扰
- 主动散热：内置散热风扇，与辅助电源联动启动，适合长时间连续运行
- 预装防错：所有内部接线出厂前已完成，用户无需自行接线，彻底杜绝反接风险
- 接口防护：CAN通信接口具备ESD保护，功率接口采用防呆设计
- 插拔式端子设计：当红黑香蕉头缆线已插入直流源后，无需反复拔插，只需拔掉中间的插拔式端子，插拔式端子有防反设计，无需担心发生正负反插。
注意：机箱后面板的交流源品字供电接口请勿直接接入220V市电。市电无供电保护机制，直接接入容易导致仪器设备损坏。请务必使用具备过流/过压保护功能的可编程交流电源供电。
¶ 2. 与 MGS-104 的差异对比
| 对比维度 | MGS-104（小机箱） | MGS-104 Pro（大机箱） |
|---|---|---|
| 机箱尺寸 | 255×305×165mm | 412 mm ×158 mm × 537 mm |
| 散热方式 | 自然对流散热，无风扇 | 主动风扇散热，与辅助电源联动 |
| 接线方式 | 用户自行接线，需连接香蕉头线缆、5Pin/2Pin端子等 | 出厂预装预接线，机箱内部无需自行接线 |
| 接线风险 | ⚠️ 红黑反接可能导致设备损坏 | ✅ 内部接线已固定，无反接风险 |
| 内部组件 | 功率单元需自行装配，无固定支架 | 全部组件预装固定于机箱内部（含Jetson底座、CAN盒支架、风扇、变压器等） |
| 组装耗时 | 首次搭建约30-60分钟 | 开箱检查后约5-10分钟即可上电 |
| 适用用户 | 适合希望深入理解硬件架构、有实验接线经验的用户 | 适合注重效率、希望快速进入算法验证阶段的用户 |
| 扩展接口 | 需自行连接CAN通信端子 | 机箱预留CAN通信外部接口 |
选择建议：如果您是首次接触微电网硬件在环平台，或希望快速开展算法验证工作，建议选择 MGS-104 Pro。如果您希望深入了解系统内部结构、练习硬件接线，或对成本更敏感，MGS-104 标准版更为适合。
¶ 3. 适用场景与部署示意
¶ 3.1 验证能力
与 MGS-104 标准版一致，专为 AI+微电网 场景设计：
| 模拟单元 | 能力描述 |
|---|---|
| 光伏模拟 | 预设功率曲线、典型日曲线、随机波动、云层遮挡模拟 |
| 储能模拟 | 双向功率流动，可配置电池容量、初始SOC、充放电效率、功率限制 |
| 负载模拟 | 恒功率负载、冲击性负载（如抽油机）、柔性负荷（功率可调） |
¶ 3.2 典型验证场景
- 基于强化学习的微电网能量管理
- 光储充场站功率分配策略
- 源网荷储协同控制
注：本平台聚焦于AI协同控制（时间尺度100ms~分钟级），不适用于微秒级超快保护验证。
¶ 3.3 软件能力
| 项目 | 规格 |
|---|---|
| 操作系统 | Ubuntu 20.04 LTS（预装） |
| 编程语言 | Python 3.8+（上层控制） |
| Python SDK | 一键安装，完整API接口，用户无需接触底层C代码 |
| 预置示例脚本 | 光储协同、轨迹加载、源网荷储协同控制、强化学习储能套利 |
| 预置AI示例 | 基于AI的功率分配示例 |
| 可视化工具 | App版实时监控界面，支持电压、电流、功率曲线显示与数据导出 |
| 文档 | 硬件手册、SDK API文档、快速入门指南、场景配置示例 |
¶ 4. 实验平台搭建步骤
¶ 4.1 开箱检查
✅ MGS-104 Pro 出厂前已完成整机装配与功能测试，开箱检查较标准版更为简化。
打开包装箱，取出整机及配件，对照以下清单逐项核对。如有缺漏或外观损坏，请于签收后 48小时内 联系售后。
图4.1：MGS-104 Pro机箱示意图
¶ 一、整机
| 物料名称 | 规格/型号 | 数量 |
|---|---|---|
| MGS-104 Pro 预装整机 | 含全部内部组件及预接线 | 1台 |
¶ 二、线缆
| 物料名称 | 规格/型号 | 数量 |
|---|---|---|
| 带插拔式端子的电源功率香蕉头线缆（红） | 4mm香蕉头转香蕉头，红色 | 2条 |
| 带插拔式端子的电源功率香蕉头线缆（黑） | 4mm香蕉头转香蕉头，黑色 | 2条 |
¶ 三、随附文档
| 文档名称 | 说明 |
|---|---|
| MGS-104Pro 技术规格书（V2.6） | 硬件参数、接口定义、软件能力 |
| MGS-104Pro 应用场景手册（V1.0） | 典型验证场景与操作指南 |
| MGS-104Pro 技术验证报告（V1.0） | 低压缩比缩微复现原理与映射案例 |
| 快速入门指南 | 开箱、接线、上电、运行第一个脚本 |
| Python SDK 在线文档 | API 接口说明与示例代码 |
以上物料已按标准配置打包，请收货时依据清单逐项核对。
¶ 4.2 硬件组装步骤
MGS-104 Pro 为预装集成整机，无需用户自行组装内部组件。仅需完成以下简单步骤即可进入实验环节。
- 从包装箱中取出 MGS-104 Pro 整机，放置在平稳通风的台面上
- 确认机箱外观无破损，各接口端子完好
- 确保机箱四周散热通风口畅通，无遮挡物
¶ 4.3 电源与网络连接
- 连接直流电源：使用红黑香蕉头线缆连接直流源至机箱前面板的直流电源输入接口
- 连接交流电源：使用品字供电线缆连接外部交流电源至机箱前面板的交流电源输入接口
- 连接显示器：通过 HDMI 线连接显示器至 Jetson
- 连接键盘/鼠标：连接至 Jetson USB 接口
- 连接市电：将总电插头插入220V市电
- 启动辅助电源接口板的开关：将辅助电源接口板开关调至为ON，同时
- ✅ 散热风扇自动启动运行
- ✅ 所有功率单元板卡红灯常亮（辅助供电正常）
- ✅ 隔离通信卡状态指示灯亮起
- 启动直流电源：将电流源调至ON并调至为15V
- 启动交流电源：将交流源调至为ON并调至为220V
关键时序要求：
● 直流源必须在辅助电源接口板启动 之后 启动。
● 交流源必须在直流源启动并稳定至 15V 之后 再启动，否则可能触发交流源过流保护。
● 第一次使用时，直流源应先设为 1V 验证电路接线正确，确认无误后再调至 15V。
¶ 4.4 设备上电与自检
-
为显示器供电：显示器供电后，出现Ubuntu系统的图标
-
Jetson 开机：连接 Jetson 供电线后自动启动，进入 Ubuntu 20.04 桌面
- 用户名：
mgs104 - 密码：
mgs104
- 用户名：
-
启动 Pailink Intelligence APP
- 进入文件夹
/Pailink Intelligence - 双击
Pailink Intelligence(Application)文件
- 进入文件夹
-
通信状态确认
USBCAN-Il+接口卡的指示灯状态：
| CAN指示灯状态 | CAN总线状态 |
|---|---|
| CAN0、CAN1全灭 | CAN控制器与总线断开 |
| CAN0、CAN1红绿交替闪烁 | CAN控制器未启动，提示用户启动CAN控制器 |
| CAN0、CAN1绿色指示灯常亮 | CAN总线运行正常 |
| CAN0, CAN1绿色指示灯常亮，红色指示灯闪烁 | CAN-bus总线有错误或数据溢出，有可能丢失帧 |
观察以下指示灯状态：
| 位置 | 正常状态 | 异常状态 |
|---|---|---|
| ZLG CAN盒 | CAN0、CAN1绿灯闪烁/常亮 | 红灯亮起 |
| 软件界面节点 | 节点绿色在线 （Online） | 节点红色离线（offline） |
通信正常标志：ZLG CAN盒CAN0、CAN1绿灯闪烁 + 软件界面 4 个节点全部为绿色 → 可以进入实验环节。
¶ 4.5 与主机软件环境对接
¶ 方式一：本地操作（直接连接显示器）
直接在 Jetson 桌面环境下使用 Pailink Intelligence APP 进行实验操作。
- 在 APP 中点击
Run Algorithm→Load - 选择预置案例或自定义脚本
- 观察功率响应与数据波形
¶ 方式二：SSH 远程操作
通过局域网从您的电脑远程连接 Jetson。
- 确认 Jetson 与您的电脑处于同一网络
- 在 Jetson 终端中输入
hostname -I获取 IP 地址 - 使用 SSH 客户端连接：
ssh mgs104@<Jetson_IP_地址> - 远程运行 Python SDK 脚本或通过 SCP 上传自定义算法
¶ 4.6 运行首个案例
在 APP 中点击 Run Algorithm → Load，选择 demo_peak_shaving.py，观察功率响应、数据刷新及波形。
# 示例代码片段
api.node[PV_NODE].p = -30 # 光伏注入30W
api.node[BATTERY_NODE].p = -20 # 储能放电20W
data = api.get_all_data()
print(data)
¶ 4.7 每日使用流程
首次启动一切正常后，后续日常使用仅需以下三步：
- 打开辅助供电开关 → 风扇启动，功率单元上电
- 连接外部交/直流电源 → 设定电源参数
- Jetson 开机 → 启动 APP → 加载算法运行
日常使用无需打开机箱或触碰内部接线。
¶ 4.8 故障排除与常见问题
¶ 4.8.1 系统无法启动
- 检查电源适配器（24V/3A）是否连接，指示灯是否亮起。
- 确认 CAN 通信线连接正常，终端电阻已正确配置。
- 尝试重新插拔功率节点板卡，确保接触良好。
¶ 4.8.2 CAN 通信失败
- 检查波特率设置是否匹配（500 kbps）。
- 确认 USBCAN II+ 驱动已正确安装。
- 使用
candump工具查看总线是否有数据。
¶ 4.8.3 采样数据异常
- 检查电压/电流采样范围是否在规格内（DC 0~25V / -3A~+3A；AC 0~17Vac / -4.5A~+4.5A）。
- 确认采样上报周期最高为 20 Hz（最短周期 50 ms），Pailink Intelligence 软件可设置 1 Hz～20 Hz。
- 检查功率电路与控制电路之间的光耦隔离是否正常（1.5kV）。
¶ 4.8.4 过热保护触发
- 确认环境温度是否超出 0~40°C 工作范围。
- 检查是否超出降额建议功率。
- 若环境温度高于 30°C，建议增加辅助通风或进一步降额。
总结：MGS-104 Pro 在保持与标准版完全一致的验证能力基础上，通过预装集成设计大幅降低用户搭建门槛。出厂前已完成接线与整机测试，用户仅需连接外部电源和显示器即可开始实验，特别适合希望将精力集中在算法验证而非硬件搭建上的研究人员。