Die unwahrscheinliche Echtzeit-Co-Simulation zwischen „ HYPERSIM “ und RTDS

Das Unternehmen

Der Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) ist die für die Koordinierung und den Betrieb der Erzeugungs- und Übertragungsinfrastruktur innerhalb des brasilianischen Verbundnetzes zuständige Stelle. Als neuntgrößter Strommarkt der Welt ist Brasilien auf den ONS angewiesen, um ein riesiges Netz mit sechs (ein siebtes ist geplant) groß angelegten HGÜ-Übertragungsverbindungen zu verwalten. Der ONS gewährleistet die Systemsicherheit und -optimierung und verwaltet dabei Wasserkraft-, Wind- und Solarenergiequellen im ganzen Land.

Die Herausforderungen

• Anbieterabhängigkeit und Vielfalt: ONS musste seine Simulationskapazitäten über die bestehende RTDS-Plattform hinaus erweitern, um die „ geschäftliche “ und die technische Flexibilität zu erhöhen.
• Komplexität durch Mehrfacheinspeisung: Die Wechselrichterseiten der brasilianischen HGÜ-Verbindungen liegen elektrisch nahe beieinander, was eine genaue Bewertung der gegenseitigen Wechselwirkungen (Mehrfacheinspeisungseffekt) unter außergewöhnlichen Betriebsbedingungen erfordert.
• Schnittstellenprobleme: Die Umsetzung einer Co-Simulation zwischen zwei verschiedenen Simulatorherstellern erforderte eine geeignete, einfach zu programmierende Schnittstelle hardware für einen nahtlosen Datentransfer.
• Synchronisation und Latenz: Die Gewährleistung einer zuverlässigen Echtzeit-Synchronisation zwischen unterschiedlichen Plattformen war entscheidend, um simultane Subsystemlösungen ohne Genauigkeitsverlust nachzubilden.
• Datenbankkonvertierung: Das ONS benötigte ein Tool, mit dem sich bestehende „Offline“-Datenbanken (wie EMTP-RV) problemlos in Echtzeit-Simulationsumgebungen konvertieren ließen.

Die OPAL-RT-Lösung

Im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen ONS und OPAL-RT wurde eine synchronisierte Co-Simulationsumgebung entwickelt:

• HYPERSIM Plattform: ONS hat in HYPERSIM aufgrund der einfachen Erstellung maßgeschneiderter Modelle und der gemeinsamen Benutzeroberfläche mit EMTP-RV, die eine einfache Datenkonvertierung ermöglicht.
• FPGA-zu-FPGA-Kommunikation: Im Rahmen des Projekts wurden auf Aurora basierende Kommunikationsprotokolle und der OP5707- hardware eingesetzt, um einen schnellen Datenfluss mit geringer Latenz zwischen „ HYPERSIM “ und RTDS zu ermöglichen.
• Schnittstelle der Übertragungsleitungen: Um die zwischen den Simulatoren auftretenden zeitlichen Verzögerungen zu bewältigen, hat das Team die Schnittstellenlatenz im mathematischen Modell der Übertragungsleitungen kompensiert.
• IEEE-39-Bus-Benchmark: Die Machbarkeit wurde zunächst anhand eines 3-Phasen-Leitungstests am IEEE-39-Bus-System nachgewiesen, wobei sich sehr konvergente Ergebnisse zwischen gemeinsam simulierten Modellen und Modellen mit einem einzelnen Simulator zeigten.

Die Ergebnisse

• Nachgewiesene Machbarkeit der Co-Simulation: Es wurde erfolgreich gezeigt, dass „ HYPERSIM “ und RTDS bei der Modellierung groß angelegter Energiesysteme synchron zusammenarbeiten können, wodurch die Herstellergrenzen überwunden wurden.
• Heterogene Umgebung: ONS betreibt nun eine integrierte Anlage mit Simulatoren von zwei verschiedenen Anbietern und vier HVDC-C&P-Replikaten von vier verschiedenen Herstellern.
• Zukünftige regionale Integration: Dieser Erfolg ebnet den Weg für eine Zusammenarbeit des ONS mit anderen Simulationszentren (wie CEPEL und Furnas) in Rio de Janeiro, wodurch der Austausch von Fachwissen und Ressourcen ermöglicht wird.
• Präzise Ereignisanalyse: Die Möglichkeit, die Wechselwirkungen zwischen mehreren HGÜ-Verbindungen in einem Szenario mit mehreren Einspeisepunkten zu untersuchen, trägt erheblich zur Verbesserung der Netzsicherheit und -planung bei.
• Betriebliche Flexibilität: ONS ist nicht mehr auf die von den Energieversorgern bereitgestellten Simulatoranlagen beschränkt, sodass diese je nach Bedarf beliebige Plattformen in ihre Anlage integrieren können.

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