OPAL-RT HIL-Simulation für die Forschung und Entwicklung von Frequenzumrichtern
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Energie
01 / 21 / 2026
Das Unternehmen
Harvest wurde 1998 gegründet und hat seinen Sitz in Peking. Das Unternehmen ist einer der führenden Hersteller in China, der sich auf die Forschung und Entwicklung, die Produktion und den Vertrieb von Mittelspannungs-Frequenzumrichtern (MV VFD) spezialisiert hat. Mit über 400 Mitarbeitern und 27 Jahren Erfahrung in der MV-VFD-Technologie schloss sich das Unternehmen 2011 Schneider Electric (einem Fortune Global 500-Unternehmen) an und wurde dessen globales Forschungs- und Entwicklungszentrum sowie Produktionsstätte für Mittelspannungs-Frequenzumrichter.
Das Produktportfolio von Harvest umfasst Ausgangsspannungen von 3,3 kV bis 13,8 kV und Ausgangsleistungen bis zu 52 MVA, darunter luftgekühlte, wassergekühlte und vierquadrantige regenerative MV-Frequenzumrichter. Diese Produkte verfügen über eine Vektorsteuerung für asynchrone und synchrone Motoren, unterstützen verschiedene Lasten und finden vielfältige Anwendungen.
Anfang 2024 ging OPAL-RT China eine Partnerschaft mit Harvest ein, um eine umfassende HIL Tests für Mittelspannungs-Frequenzumrichter anzubieten, die für eine Vielzahl von Motortypen ausgelegt sind.
Die hardware von OPAL-RT entlastet den Testprototyp und beschleunigt die Validierung des Regelalgorithmus, was auch dem Forschungs- und Entwicklungskonzept von Harvest entspricht.
Software Ingenieur:innen Harvest
Die Herausforderungen
Harvest stand bei der MV-VFD-Modellierung und Tests vor vielfältigen technischen Hürden:
- Rechenintensive EMT-Simulation, angetrieben durch kaskadierte MV-VFD-Topologien und hohe Schaltfrequenzen
- Mehrere Motoren und Sensoren, wodurch eine vollständige physikalische Validierung unpraktisch ist
- Hohe Sicherheitsrisiken und lange Testzyklen bei der Validierung extremer Betriebsbedingungen auf hardware
Die OPAL-RT Lösung
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat OPAL-RT China eine umfassende hardware(HIL)-Simulationslösung implementiert, die fortschrittliche hardware, software und lokalen Support kombiniert:
- Hardware: Der High-End-Simulator OP5707XG von OPAL-RT bietet Skalierbar I/O für 3-phasige 8–13-kaskadierte Vollbrückentopologien oder Wandlertopologien. Bei Topologien höherer Ordnung, wie z. B. 50+-kaskadierten Vollbrückensystemen, werden Schalt- und Spannungs-/Strommesssignale über Glasfaserkommunikation übertragen.
- Software: OPAL-RTs eHS (FPGA-basierte Leistungselektronik-Toolbox) für Hochgeschwindigkeits-Leistungselektronik (Nanosekunden-Zeitschritte, 200 kHz+ Schaltfrequenzen) und eine umfangreiche Bibliothek mit Motor-/Sensormodellen; ARTEMiS CPU-basierteElektrotechnik-Toolbox) für die Entkopplung groß angelegter Systeme, Multi-Rate-Ausführung und kostengünstige Gleichrichtersimulation ohne Einbußen bei der Genauigkeit.
- Lokaler Support: Komplettservice einschließlich integrierter Schrankkonstruktion, Entwicklung von Vorabmodellen und Tests, 48-Stunden-Technik-Support und Premium-Wartung.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen – die Simulation aller Produktvarianten, die Validierung vielfältiger realer Bedingungen und die Durchführung sicherer Tests haben wir die HIL-Simulationsplattform von OPAL-RT in unsere Forschung und Entwicklung integriert.
Software Ingenieur:innen Harvest
Die Ergebnisse
Die HIL-Lösung von OPAL-RT hat Tests VFD Tests F&E-Prozesse von Harvest grundlegend verändert:
- Beschleunigte Überprüfung des Regelalgorithmus
- Reproduktion des Problems vor Ort im Labor ermöglicht
- Unterstützte Tests mit mehreren Motoren Tests einer einzigen Prüfbank
- Fehler im Steuerungsprogramm frühzeitig in der Entwicklung aufgedeckt
- Erleichterte Tests unter sicheren Fehlerbedingungen
- Beschleunigend Produktentwicklung mit zuverlässigen Simulationsdaten
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FAQ
Finden Sie die Antworten auf Ihre Fragen
Warum ist die Echtzeit-EMT-Simulation bei kaskadierten H-Brücken-Mittelspannungs-Frequenzumrichter-Topologien eine Herausforderung?
Kaskadierte H-Brücken-Systeme verbinden mehrstufiges Schaltverhalten mit eng gekoppelten Transformator- und Gleichrichter-Netzwerken, was zu einer hohen Anzahl von Zuständen und einer hohen Rechenlast führt. Die Erfassung von Schaltdynamiken, Phasenverschiebungen und Regelungswechselwirkungen in Echtzeit erfordert häufig spezielle Partitionierungsmethoden und eine Beschleunigung durch FPGAs.
Inwiefern ermöglicht der ARTEMiS Ansatz von eHS und ARTEMiS die Echtzeitsimulation komplexer Antriebe?
In diesem Workflow können hochfrequente Wechselrichter-Schaltvorgänge und die Dynamik von Stromrichtern mithilfe von eHS auf dem FPGA ausgeführt werden, während größere gekoppelte Netzwerke wie Transformatoren und Gleichrichter mithilfe von ARTEMiS effizient auf der CPU laufen. Durch die Ausführung mit mehreren Raten und die Modellentkopplung ist es möglich, die Genauigkeit zu wahren und gleichzeitig die Echtzeitanforderungen zu erfüllen.
Welche Aspekte der Regelalgorithmen für Frequenzumrichter in Kraftfahrzeugen lassen sich mittels HIL validieren?
Tests Regelungsstrategien wie V/f-Regelung und Vektorregelung für Asynchron- und Synchronmaschinen sowie zeitkritische Abläufe wie Betriebsartenwechsel, Schaltsequenzen und Schutzlogik validieren. Außerdem werden Tests unterstützt, Tests Probleme im Regelungsprogramm bereits in einer frühen Entwicklungsphase zu erkennen.
Kann ein einzelner HIL-Prüfstand mehrere Motortypen und Sensor-Rückkopplungsmodelle unterstützen?
Ja. Eine gut konfigurierte Echtzeit-HIL-Umgebung kann mehrere Motormodelle – wie Induktionsmaschinen und PMSMs – sowie Sensormodelle wie Inkrementalgeber und Resolver unterstützen. Dies ermöglicht eine umfassendere Abdeckung der Konfigurationen Kund:innen ohne dass für jedes Szenario neue physische Prüfstände aufgebaut werden müssen.
Welche Arten von Fehler- und Schutzprüfungen können in einer simulierten Mittelspannungs-Frequenzumrichterumgebung validiert werden?
Eine Echtzeit-Simulationsumgebung kann genutzt werden, um das Schutzverhalten unter verschiedenen Bedingungen zu überprüfen, darunter Schaltvorgänge, Erdungsfehler, Phasenabweichungen sowie Szenarien mit Überspannung oder Unterspannung auf der Sammelschiene. Dies ermöglicht eine sicherere Validierung von Schutzstrategien, deren Test an physischen Prototypen kostspielig oder risikobehaftet wäre.
Inwiefern unterstützt OPAL-RT die Bereitstellung über die hardware software hinaus?
OPAL-RT bietet Integrationsunterstützung bei der Modellentwicklung, der Validierung vor der Inbetriebnahme, der Unterstützung bei der Inbetriebnahme vor Ort sowie fortlaufendem technischen Support. Dies trägt dazu bei, die Einarbeitungszeit für Erstnutzer zu verkürzen, die Zeit für die Fehlerbehebung zu reduzieren und die Projektkontinuität zu verbessern, wenn sich die Anforderungen weiterentwickeln.
Energie
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Prototypen auf dem neuesten Stand der Technik Tests von PAC-Geräten für die Energiewirtschaft
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Protecta Electronics nutzt die Echtzeit-Simulationstechnologie von OPAL-RT für die Prüfung und Validierung von Schutz-, Automatisierungs- und Steuerungsgeräten für die Energiebranche. Durch die Automatisierung komplexer Testszenarien hat Protecta die Forschung und Entwicklung rationalisiert, die Einhaltung globaler Normen sichergestellt und die Koordination zwischen Schutzrelais verbessert - und damit die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Netzes erhöht.
Energie
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Fortschrittliche Energiesysteme durch Vorteil und Innovation
Luxemburgisches Institut für Wissenschaft und Technologie (LIST)
Die Abteilung Intelligente saubere Energiesysteme von LIST verwendet die HYPERSIM von OPAL-RT, um das luxemburgische Stromnetz in Echtzeit zu modellieren. Ihr fortschrittliches Wide Area Monitoring, Protection, and Control (WAMPAC) System verbessert die Netzstabilität, optimiert die Leistung und fördert den Übergang Europas zu intelligenteren, saubereren und widerstandsfähigeren Energiesystemen.
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Dominion Energy verbessert die Mitarbeiterschulung mit dem automatisierten Schulungssimulator für Umspannwerke (SATS)
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Erfahren Sie, wie Dominion Energy mit Hilfe der Echtzeit-Simulationsplattform von OPAL-RT einen Substation Automated Training Simulator (SATS) entwickelt hat, um die Bereitschaft der Mitarbeiter zu verbessern. Durch die Nachbildung realistischer Stromnetzszenarien - einschließlich Fehlern und Stromausfällen - verbessert das SATS-Programm die Schulung von Netzbetreibern, unterstützt die Notfallbereitschaft und stärkt die allgemeine Netzzuverlässigkeit.
EXata CPS wurde speziell für die Echtzeit-Performance entwickelt, um Studien von Cyberangriffen auf Energiesysteme über die Kommunikationsnetzwerkschicht beliebiger Größe und mit einer beliebigen Anzahl von Geräten für HIL- und PHIL-Simulationen zu ermöglichen. Es handelt sich um ein Toolkit für die diskrete Ereignissimulation, das alle inhärenten physikalischen Eigenschaften berücksichtigt, die sich auf das Verhalten des (drahtgebundenen oder drahtlosen) Netzwerks auswirken werden.