RT23 | OPAL-RT-Simulatoren – Eine Schlüsselkomponente der Energietechnikforschung am KIT

Im Energy Lab 2.0 am Karlsruher Institut für Technologie setzen wir Echtzeit-Simulatoren von OPAL-RT und „ software “ als zentrale Komponente unserer „Power- Hardware-in-the-Loop“-Anlage ein. Dank der Echtzeit-Simulatoren können wir eine Vielzahl von „Energiespeichersystemen“ wie Batterien, Superkondensatoren, Schwungräder und bald auch Wasserstoff unter realistischen Bedingungen testen – und das bei geringeren Sicherheitsrisiken für unsere „ Forscher:innen “ und Studierenden. Der Vortrag umfasst die Ergebnisse mehrerer Projekte, darunter die Entwicklung von Regelalgorithmen für „hybride Energiespeicher“, bei denen ein OP5700 zur Ausführung der Regelalgorithmen eingesetzt wird. Der „hybride Energiespeicher“ besteht aus einem auf dem OP5700 simulierten „Batteriespeichersystem“ und zwei Schwungrädern, die über eine Power- Hardware-in-the-Loop-Schnittstelle an die Simulation angeschlossen sind. Die Power- Hardware-in-the-Loop-Schnittstelle wird zudem zum Testen von leistungselektronischen Systemen verwendet, die zwei asynchrone Netze koppeln, die beide auf einem OP5700 simuliert werden; in dieser Konfiguration steuert der OP5700 die beiden Leistungsverstärker gleichzeitig. Um das verbleibende Risiko für unsere Studierenden zu minimieren und ihnen zusätzliche Freiheit zu bieten, haben wir mehrere „Controller- Hardware-in-the-Loop“-Teststände entwickelt. Diese Teststände können zur Validierung von Steuerungsalgorithmen für die Leistungselektronik auf realen Steuerungs hardware n genutzt werden. In diesem Aufbau ersetzen die verwendeten Simulatoren (OP4510) die Leistungsstufen des leistungselektronischen Systems, indem sie Schaltmodelle eines leistungselektronischen Wandlers auf dem FPGA und alle angeschlossenen Anlagenmodelle auf der CPU in einer Co-Simulation ausführen. Dies ermöglicht uns sehr schnelle Entwicklungsiterationen, da die Simulation des Schaltmodells in Echtzeit erfolgt und zusätzlicher Laborzeitaufwand vermieden wird, der wesentlich mehr Ressourcen erfordern würde. Abschließend wird der Vortrag mit einem Ausblick auf anstehende Projekte beendet, bei denen OPAL-RT-Simulatoren in unseren Einrichtungen zum Einsatz kommen werden.