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RT20 | Implementierung von Multiport Frequency Dependent Network Equivalents (FDNE) auf FPGA Hardware zur effizienten Darstellung von sehr großen Energiesysteme in Echtzeit
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2020-06-18
| 1. Zielsetzung Diese Arbeit zielt darauf ab, eine Lösung zur Erweiterung der Fähigkeiten von OPAL-RT Simulatoren für die Modellierung von anspruchsvollen Netzkomponenten, wie z.B. frequenzabhängigen Netzäquivalenten (FDNE), zu präsentieren. Aufgrund ihrer komplexen Natur kann diese Komponente mehrere Rechenkerne für ihre individuelle Lösung erfordern, um den erforderlichen Zeitschritt einzuhalten, wenn sie normalerweise auf einer auf Multi-Core-CPUs basierenden hardware ausgeführt wird. Die Entwicklung einer Multiport-FDNE-Komponente, die mit FPGAs modelliert wird hardware kann wertvolle Simulator-Rechenressourcen einsparen und gleichzeitig die Genauigkeit der Simulation verbessern. 2Umfang der Arbeit Die mathematischen Modelle, die auf der Annäherung rationaler Funktionen basieren, sind in der Fachliteratur für eine präzise Darstellung von FDNE gut etabliert. Solche Komponenten werden im Allgemeinen verwendet, wenn die Modellierung des beabsichtigten Stromnetzes nicht in die verfügbare hardware passt. Die parallele Natur der hardware ist im Gegensatz zur traditionellen hardware sehr gut für leistungsstarke Multiport-FDNE-Anwendungen geeignet. Das erwähnte Multiport-FDNE-Modell wird automatisch mit einer beliebigen Anzahl von Polen und Ports generiert und wird auch durch eine Passivitätsverstärkungs-Nachbearbeitungskorrektur unterstützt. Zusätzlich wird eine Methode vorgeschlagen, die die Frequenzachse der Vektoranpassungs-Eingangsfrequenzgänge verschiebt, um den durch die trapezförmige Integrationsmethode verursachten Verzerrungsfehler zu korrigieren. Diese Verbesserungen ermöglichen die numerische Stabilität des Modells und die perfekte Übereinstimmung zwischen dem ursprünglichen Frequenzgang des Netzes und dem Frequenzgang, den das FDNE nach der Integration mit der Zeitbereichssimulation erhält. Um eine allgemeinere Lösung für die Implementierung des FDNE-Modells auf hardware zu erreichen, wurde die Xilinx Vivado Suite gewählt. Dadurch konnte eine Co-Simulationsschnittstelle zwischen OPAL-RT und RTDS-Simulatoren eingerichtet werden, um die im Simulationslabor verfügbaren hardware zu nutzen. 3. Fazit Der Vergleich der Ergebnisse hat gezeigt, dass das entwickelte Modell wie beabsichtigt funktioniert. Dieses FDNE-Modell kann auf hardware mit ausreichend kleinen Zeitschritten ausgeführt werden, die für den Echtzeitbetrieb geeignet sind und weit unter den typischen fünfzig Mikrosekunden liegen, die für die EMT-Simulation großer Systeme verwendet werden. Diese Kategorie stellt eine effiziente Lösung dar, um die Darstellungskapazität kurzfristig zu erhöhen, wenn es Budgetbeschränkungen gibt, die eine Erweiterung durch den Erwerb einer größeren Anzahl von Simulatorchassis oder Core-Lizenzen verzögern. |