Universität Michigan Forscher:innen : Einsatz von OPAL-RT-Simulatoren zur Analyse und Optimierung vollelektrischer Schiffe – integriert Energiesysteme
Universität von Michigan
Akademie, Energie
10. September 2016
Das Unternehmen
Der Fachbereich Schiffsbau und Schiffsmaschinenbau der University of Michigan hat mit Unterstützung des US-amerikanischen Office of Naval Research (ONR) eine Echtzeit-Simulationsanlage für die Forschung im Bereich vollelektrischer Schiffe (All-Electric Ship, AES) entwickelt. Die Anlage dient der Analyse und Optimierung integrierter Antriebssysteme ( Energiesysteme , IPS) mit Schwerpunkt auf Leistungsmanagement und dynamischer Systemneukonfiguration für Anwendungen im Bereich vollelektrischer Schiffe.
Der Aufbau einer Simulationsanlage für elektrische Systeme war angesichts der damit verbundenen Kosten, der erforderlichen Simulationsgenauigkeit und der notwendigen Flexibilität in der Simulatorarchitektur schon immer eine Herausforderung. Wir haben uns für einen Opal-RT-Simulator entschieden, da dieser niedrige Wartungskosten, eine hohe Simulationsleistung und ein hohes Maß an Flexibilität bietet – was darauf zurückzuführen ist, dass Opal-RT auf handelsübliche PC-Technologie ( geschäftliche) setzt.
Dr. Jing Sun
Universität von Michigan
Die Herausforderungen
- Integrierte Schiffs Energiesysteme: Vollelektrische Schiffe mit integrierten Energiesysteme en vereinen Antrieb, Stromerzeugung, Energiespeicherung und Schiffsversorgung, was komplexe Anforderungen an das Energiemanagement mit sich bringt.
- Energiefilmierung in Echtzeit: Zukünftige Marineschiffe benötigen eine kontinuierliche Energieversorgung und eine dynamische Neukonfiguration der Systeme als Reaktion auf Geräteausfälle und sich ändernde Betriebsbedingungen.
- Hardware sowie die Integration von Simulation und Praxis: Forscher:innen war erforderlich, um die Echtzeit-Simulation des Stromnetzes mit physikalischen „ hardware “ und Steuerungssystemen zu verknüpfen, um Validierungen und Experimente durchzuführen.
Die OPAL-RT-Lösung
- Echtzeit-Simulationsplattform: Zur Unterstützung der Analyse und Optimierung des integrierten Antriebssystems von vollelektrischen Schiffen wurde eine PC-basierte Echtzeit-Simulationsumgebung unter Verwendung der OPAL-RT-Technologie entwickelt.
- Skalierbar Rechnerarchitektur: Die eMEGAsim-Plattform nutzt acht Intel-CPUs, die auf vier Zielsysteme verteilt sind und über 10-Gb/s-Kommunikationsverbindungen miteinander verbunden sind, um groß angelegte Echtzeitsimulationen zu unterstützen.
- HIL & Rapid Prototyping: ARTEMIS sowie RT-Events software -Tools ermöglichten Hardware-in-the-Loop Tests, rapid control prototyping und I/O mit einer Genauigkeit von besser als 1 μs.
Die Ergebnisse
- Verifizierte AES-Simulationen: Vorläufige „ Tests “ bestätigten die Fähigkeit des Simulators, Fehleremulationen, die Neukonfiguration von Leistungsflusspfaden sowie Energiemanagement-Simulationen durchzuführen.
- HIL- und Regelungsentwicklung: Die Plattform unterstützt „ Hardware-in-the-Loop“-Simulationen sowie schnelles Regelungsprototyping unter Verwendung verschiedener I/O hardware -Konfigurationen.
- Erweiterte Forschungskapazitäten: Die Simulatoranlage entwickelte sich zu einem wichtigen Forschungsinstrument für Anwendungen im Bereich der Hybrid- Energiesysteme - und vollelektrischen Schiffe.
- Testumgebung für Hybridantriebssysteme: Das System wurde mit programmierbaren Stromversorgungen, programmierbaren elektrischen Lasten, Energiespeicherbänken und Leistungselektronik zu einer Testumgebung für Hybridantriebssysteme integriert.
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