半实物模拟概念
电网和电力电子系统一般具有电压水平高、功率大、实验（特别是故障实验）危险的特点，从安全、成本、不影响电网运行的角度来看，实际系统研究或产品测试实验较少，只能通过软件建模或微缩小功率模型进行实验。
半物理模拟的基本原理是运行物理系统的数学模型IO接口板卡的实时模拟计算机模拟物理系统的行为。研究人员可以通过实时仿真器对控制器进行非常接近真实情况的测试和验证。下图显示了混合动力汽车究和测试混合动力汽车电机驱动部件的控制器方法，即与实际物理设备和实时模拟器形成闭环。同时，我们可以看到，半物理模拟的一个特点是控制器与实时模拟设备的接口和控制器与真实设备的接口一致，这意味着半物理模拟提供了从实时模拟验证到物理验证的直接通道。
电力与电力电子系统的半实物仿真是随着多核CPU和FPGA随着芯片、实时操作系统等技术的进步，特别是电力电子系统的实时仿真，发展起来的科研实验技术FPGA芯片技术的发展是可能的。
半实物仿真应用
半物理模拟技术结合了普通离线模拟软件和小功率物理模拟的优点，即模拟软件容易改变拓扑，模拟故障条件；小功率物理模拟可与实际控制器形成闭环， 因此，实时模拟已成为电力和新能源行业科研、研发和测试的重要工具；特别是在以下两种情况下：
电网相关实验 对于研究网络（电网、微网）水平，或设备和网络交互（低压穿越、阻抗分析、高铁网络低频振荡）等问题，是在微物理系统实验中，无论是成本还是技术，安全也有一定的困难，实时模拟实际上是一种很好的研究手段。
故障、极限条件和自动化测试等 特别是对于大功率系统，实时模拟对各种危险和极端条件具有重要意义；只有在实时模拟平台上才能实现行业所需的一些自动化和大规模测试。
由于实时仿真的优点，在高校和工业界得到了越来越多的应用。先进的概念和技术是基于实时模拟实验系统的引进，支持设计和研究创新实验的发展，满足创新人才和优秀工程师的培训需求；为不同科研领域和前沿方向提供综合研究合作平台，培养行业顶尖的实践能力和创新精神。
在工业界，实时模拟对于研究新的控制方法、缩短研发周期、保证产品质量具有重要意义。实时模拟测试已成为电网、电力电子和电机驱动行业控制器开发过程中不可缺少的一步。
同时，半实物仿真的应用可分为以下类型：
1.测试控制器
半实物仿真(实时仿真)的主要用途之一是通过IO对于弱电控制板，信号或通信与控制板形成闭环(通常是DSP板)测试，如上图所示，这种测试方法通常也被称为环模拟硬件测试(Hardware-In-the-Loop Testing)即HIL测试，这里的硬件主要是指控制部分不再是纯软件仿真中的一些控制框图，而是真正的控制器；通过HIL控制板整体(板上芯片运行的控制算法，板的控制算法，非常接近真实工况IO通道等等)进行测试；同时，HIL易于测试故障工况，易于实现测试自动化，易于重现各种工况等优点。
2.测试电力电子装置(电力硬件在环)
光伏逆变器、风机变流器等实际电力电子装置不仅含有弱电控制板，还含有电力电子开关(IGBT等)、电感、电容器和其他电路元件；由于实时模拟可以灵活转换系统拓扑和模拟各种工作条件，用户也希望使用实时模拟器测试电力电子设备，但模拟器通常只有弱电IO接口，无法同电力电子装置对接。随着功率放大设备技术的进步，其支持的功率和响应速度不断提高。功率放大设备可与电力实时模拟器结合测试电力电子设备。结构示意图如下：
上述测试系统有三个关键部件： 实时模拟器、功率放大器、电力电子设备；电力电子设备一般在电力实时模拟器中建模为控制电流源，电力放大器将控制电流源的端电压放大为驱动电力电子设备的功率级电压，传感器将电力电子设备的电压电流反馈给实时模拟器，通过这种方式建立一个非常接近真实工况的场景来测试电力电子设备；这种测试方法通常被称为环仿电源硬件(Power Hardware-in-the-loop，简称PHIL)测试；功率硬件在环仿真测试中既有实时仿真器的优点，又有电源接口对接电力电子装置；正是因为这些特点，这个测试方法正越来越多被应用到电力电子行业产品的研发与测试中。
3.仿真加速
在某些情况下，半物理模拟（实时模拟）不用于测试外部控制器和设备，但作为一个强大的并行计算设备加速模拟计算，发挥模拟加速的作用，这在大型电力系统模拟或包含大量开关复杂电力电子系统模拟中非常常见，如果该系统是普通的PC模拟时间长，影响工作效率。
半实物仿真和离线仿真的区别
虽然需要离线仿真或纯软件仿真(即使用常用的仿真软件在电脑上制作的仿真)PC设备普及，易于实现等优点；但普通PC非实时系统，计算能力相对较弱，无输入输出IO界面，不能模拟和替代实际的物理系统，有很多局限性。
1.实时限制
半物理模拟（实时模拟）和离线模拟的共同点是基于电气系统的数学模型和数值积分方法；但实时模拟不仅要有准确的数学模型和模型参数，还要在模拟步长对应的自然时间内完成每一步的模拟计算，否则会导致加班和模拟结果不准确。在实时模拟中使用的硬时间限制的数学模型和模拟方法将不同于离线模拟，这将在下一章中详细描述。
此外，由于实时限制，实时仿真只能采用定步长的仿真算法，不同于一些离线仿真算法可以采用变步长的仿真算法。
2.传感器模型
由于半物理模拟与真实控制器形成闭环系统，除了主电路模型外，通常还需要包含实际物理系统和控制器之间的传感器模型，如电机系统模拟，除了电机模型外，半物理模拟系统还需要考虑编码器或旋转电机转子位置传感器模型，但离线模拟一般不考虑传感器模型。
3.用途和特点不同
从应用的角度来看，离线软件仿真和实时仿真(HIL、PHIL)，物理设备实验是电力和新能源行业科技人员经常采用的研发和测试手段。 用途：
从各种方法的测试特点来看，它们有以下区别：
可以看出，一套实时模拟设备可以模拟各种不同的系统（只需更换模型），适合并网系统的控制器，特别是故障实验；实时模拟还具有模拟加速、易于实现测试自动化等优点。正是由于实时模拟（半物理模拟）的上述优点，基于实时模拟的开发被认为是现代控制器开发过程中不可或缺的一步，对缩短控制器的研发周期和确保产品质量具有重要意义。