Ingenieurstudierende der UBC entwickeln Verbesserungen bei der Technologieintegration für die Integration und Übertragung von „ Erneuerbare Energien “

Das Unternehmen

An der Fakultät für Ingenieurwissenschaften des Okanagan-Campus der University of British Columbia (UBC) befindet sich das „ Flexibel “ Power Transmission Laboratory for Erneuerbare Energien Integration. Unter der Leitung von Assistenzprofessor Dr. Liwei Wang konzentriert sich das Labor auf die Analyse von Stromversorgungssystemen, den Entwurf von Umrichtern und HVDC-Anwendungen. Seine Aufgabe besteht darin, die Lücke zwischen den bisherigen Stromübertragungssystemen und dem sich wandelnden Netz zu schließen, das zunehmend von dezentralen Energiequellen ( Verteilte Energieressourcen , DERs) geprägt ist.

Die Herausforderungen

• Komplexität der Integration: Die Unvorhersehbarkeit erneuerbarer Energiequellen (Wind, Sonne) erfordert hochentwickelte Netzsteuerungsgeräte und schnell schaltende elektronische Umrichter, um die Stabilität zu gewährleisten.
• Simulationsgeschwindigkeit vs. Genauigkeit: Tests Komplexe modulare Mehrstufwandler (MMC) erfordern eine umfassende Validierung, doch herkömmliche detaillierte Modelle führen oft zu langsamen Simulationsgeschwindigkeiten, die die Designoptimierung behindern.
• Hardware Platzbedarf und Effizienz: Herkömmliche MMCs erfordern oft eine große Anzahl von Bauteilen und einen erheblichen Energiespeicherbedarf, was den Bedarf an kompakteren und effizienteren Topologien mit sich bringt.
• Fehlertoleranz: Neue Netzarchitekturen müssen „ Flexibel “ und zuverlässig genug sein, um Systemstörungen zu bewältigen und gleichzeitig eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu gewährleisten.

Die OPAL-RT Lösung

Die UBC hat sich mit OPAL-RT zusammengetan, um eine Hochleistungs-HIL-Umgebung ( Hardware-in-the-Loop) Tests einzurichten:

• OP4510 Echtzeit-Simulator: Ausgestattet mit Intel Xeon-Prozessoren und einem Xilinx Kintex 7 FPGA, bietet er die nötige Rechenleistung für Simulationen in der Leistungselektronik mit Zeitschritten im Submikrosekundenbereich.
• OP1210 MMC-Prüfstand: Ein „ Flexibel “-hardware -Aufbau mit 10 Submodulen (11 Ebenen) und einer Nennleistung von 6 kW, der Untersuchungen sowohl in monopolaren als auch in bipolaren Netzwerkkonfigurationen ermöglicht.
• Durchschnittswertmodelle (AVMs): Entwicklung von Modellierungsrahmen, die AVMs nutzen, um die Simulationsgeschwindigkeit von Stromnetzen für MMC-basierte HGÜ-Systeme erheblich zu steigern.
• Rapid Control Prototyping: Die Plattform ermöglichte es dem Team, einen neuen hybriden Dreistufen-Wandler (H3LC) mit kaskadierten Vollbrücken-Submodulen auf der Wechselstromseite zu entwickeln und zu testen, wodurch sich die erforderliche Anzahl an Leistungselektronik-Bausteinen reduzieren ließ.

Die Ergebnisse

Die Zusammenarbeit zwischen der UBC und OPAL-RT hat zu bedeutenden Auswirkungen in Wissenschaft und Industrie geführt:

• Preisgekrönte Forschung: Die Forschungsarbeit des Labors zum Thema Umrichter wurde auf der 10. IEEE IEMCON-Konferenz 2019 mit dem „Best Paper Award“ ausgezeichnet.
• Verbesserter Wirkungsgrad des Umrichters: Entwicklung eines neuen Hybrid-MMC mit geringerer Baugröße, geringerem Energiepeicherbedarf und überlegener Fehlerresilienz im Vergleich zu den modernsten Modellen.
• Beschleunigte Validierung: Die universellen Modellierungsframeworks ermöglichen schnellere und genauere Simulationen auf Systemebene, wodurch Entwürfe bereits vor der physikalischen Umsetzung überprüft werden können.
• Software für den industriellen Einsatz: Erkenntnisse aus dem Labor fließen in die Echtzeit-Simulations software „ geschäftliche “ ein, die von Netzplanern weltweit genutzt wird.
• Auswirkungen auf die Bildung: Das Projekt verdeutlicht das langjährige Engagement von OPAL-RT für die Förderung von Studierenden und Forscher:innen sowie für die Heranbildung der nächsten Generation von Energiesysteme Ingenieur:innen .

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