Digitaler Zwilling eines innovativen MVDC-Systems für bahnbrechende lineare Photovoltaik-Kraftwerke

Das Unternehmen

Das SuperGrid Institute ist ein privat geführtes Unternehmen mit Sitz im Großraum Lyon, Frankreich, das sich auf Hoch- und Mittelspannungs-Gleichstromsysteme (HVDC und MVDC) spezialisiert hat – wichtige Wegbereiter für die Energienetze der Zukunft. Das Unternehmen leistet einen Beitrag zur Energiewende, indem es technische Hindernisse für den Aufbau zukünftiger Stromnetze beseitigt und erneuerbare Energien in großem Maßstab integriert.

Eine dieser Initiativen ist OPHELIA, ein Kooperationsprojekt, das von der französischen Agentur für Umwelt und Energiemanagement (ADEME) im Rahmen von „France 2030“ finanziert wird und bei dem das SuperGrid Institute hochpräzise Echtzeit-Simulationen bereitstellt, um Entwürfe schnell und kostengünstig zu validieren.

Die Herausforderungen

• Innovative Architektur ohne Standardprodukte: Die einzigartige elektrische MVDC-Architektur erforderte völlig neue Komponenten und Technologien, für die es keine industriell gefertigten Alternativen gab – was die Validierung zu einer äußerst kritischen Aufgabe machte.
• Komplexe mehrstufige Modellierung: Es waren Modelle verschiedener Ebenen (gemittelte und detaillierte) erforderlich, um das Verhalten jedes Elements im Netzwerk korrekt zu simulieren, einschließlich Black-Box-Modellen ohne Zugriff auf den Quellcode.
• Mehrere Kommunikationsprotokolle: Verschiedene Steuerungen verwendeten unterschiedliche Kommunikationsprotokolle (CAN, Modbus TCP/IP), was die Entwicklung maßgeschneiderter Schnittstellenkarten für jedes Steuerungselement erforderlich machte.
• Flächenknappheit für PV: Herkömmliche Wechselstrom-Sammelarchitekturen sind für die großen Entfernungen in linearen PV-Kraftwerken, die auf schmalen Grundstücken (Deichen, Bahnstrecken, Radwegen) errichtet werden, ungeeignet, sodass ein MVDC-Ansatz erforderlich ist, der vor dem Einsatz validiert werden muss.

Die OPAL-RT Lösung

Das SuperGrid Institute hat mithilfe der OPAL-RT-Plattform einen umfassenden Echtzeit-Digital-Twin des OPHELIA-MVDC-Demonstrators erstellt:

• Hardware: Der Echtzeit-Simulator OPAL-RT bildet das Herzstück des Systems und umfasst sowohl gemittelte Modelle für bestimmte Umrichter als auch detaillierte Schaltmodelle unter Verwendung des eHS-Lösers für bestimmte Umrichter sowie Modelle für Übertragungsleitungen und Leistungsschalter.
• Dreischichtige Architektur: Die Konfiguration kombiniert eine Simulationsschicht (OPAL-RT-Modelle mit CAN- und Modbus-TCP-Kommunikation), eine maßgeschneiderte Schnittstellenschicht (entwickelt vom HIL-Team des SuperGrid Institute) und eine „ hardware “-Schicht, die physikalische Steuerungen, Schutzrelais, RTUs und das Netzwerk-SCADA-System umfasst.
• Software: Die maßgeschneiderte Entwicklung von „ software “ durch OPAL-RT ermöglichte eine hochpräzise Modellierung, während die Kompatibilität mit zahlreichen Kommunikationsprotokollen eine nahtlose Integration aller Systemelemente ermöglichte.
• Tests Funktionen: Unterstützt den MPPT-Algorithmus „ Tests “ für PV-DC/DC-Wandler, Spannungsregelung für isolierte MVDC-Zwischenwandler, Netzsynchronisation über DC/AC-Umwandlung sowie SCADA-basierte Überwachungssteuerung mit Integration externer Wetterdaten.

Die Ergebnisse

Der auf OPAL-RT basierende digitale Zwilling lieferte wichtige Ergebnisse für das OPHELIA-Projekt:

• Voll funktionsfähiger Prüfstand: Nach einem Jahr Entwicklungszeit ist der Echtzeit-Prüfstand voll funktionsfähig und bereit für die Validierungsphase des Controllers.
• Einzigartiger Digital Twin: Eines der wenigen realen Projektdemonstrationsmodelle, das mit einem Live-Digital-Twin verknüpft ist und zwei Jahre lang parallel zum physischen Demonstrationsmodell betrieben werden soll.
• Risikominimierte Inbetriebnahme: Die Funktionalität der wichtigsten Steuerungen wurde vor dem Einbau in den physischen Demonstrator überprüft, wodurch unerwartete Wechselwirkungen zwischen neuen Geräten aufgedeckt wurden.
• Kontinuierliche Wertschöpfung: Der digitale Zwilling unterstützt die fortlaufende technische Analyse, die Fehlerdiagnose, die Entwicklung neuer Funktionen Tests, die Validierung von Schutzalgorithmen sowie die Entwicklung von Energie- und Leistungsmanagementsystemen.
• Wirtschaftliche Einblicke: Ermöglicht die wirtschaftliche Analyse der erzeugten Energie und liefert Informationen für betriebliche Entscheidungen im linearen PV-Netzwerk.

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