Simulation RMS vs EMT pour les IBR expliquée aux ingénieurs des réseaux électriques

Une chute de tension d'une fraction de seconde peut coûter à une centrale solaire son objectif de revenus pour le mois, mais la prévision de cette chute commence par le choix de la bonne approche de simulation.

La validation en temps réel des ressources basées sur les onduleurs (IBR) repose sur la représentation précise de la dynamique électrique et de la logique de contrôle intégrée. Deux techniques dominent la conversation : la simulation du phasage de la moyenne quadratique (RMS) et la simulation électromagnétique transitoire (EMT). Chaque méthode excelle à des échelles de temps spécifiques, à des types d'études et à des flux de travail Hardware-in-the-Loop (HIL). L'adaptation de la méthode au défi à relever permet d'accélérer les études, de maîtriser les budgets d'investissement et d'obtenir des informations opérationnelles cruciales pour les exploitants de réseaux et les équipementiers.

"La principale différence entre les simulations RMS et EMT est la résolution temporelle utilisée par chacune d'elles, qui dicte les détails physiques qu'elles peuvent représenter".

Comprendre les principales différences entre les simulations RMS et EMT

La principale différence entre les simulations RMS et EMT est la résolution temporelle utilisée par chacune d'elles, qui dicte les détails physiques qu'elles peuvent représenter. La simulation RMS calcule la moyenne des formes d'ondes électriques sur un cycle entier, ce qui permet d'obtenir rapidement une vue d'ensemble du système en ce qui concerne la tension, le courant et les flux d'énergie à l'état stable. La simulation EMT résout la forme d'onde réelle à des intervalles allant de la micro à la milliseconde, révélant les harmoniques sous-cycliques, les événements de commutation des convertisseurs et les interactions de protection détaillées. Comme l'EMT ne suppose pas un équilibre sinusoïdal, il capture les défauts asymétriques, le comportement de la boucle de verrouillage de phase du convertisseur et la résonance à haute fréquence que les phasers RMS lissent de manière inhérente. Lors du choix entre les RM et la simulation EMT, il convient de prendre en compte non seulement l'objectif de l'étude, mais aussi la fidélité exigée par les directives réglementaires, les contraintes de cybersécurité sur le code de contrôle et le matériel disponible dans votre laboratoire d'essai.

Comment la simulation EMT aide à résoudre le problème de la stabilité transitoire dans les essais IBR

La simulation EMT (transitoires électromagnétiques) fonctionne à l'échelle de temps requise pour capturer le comportement des convertisseurs, les commutations à haute fréquence et la dynamique des réseaux qui se déroulent en quelques millisecondes ou moins. Cette résolution la rend essentielle pour les ingénieurs chargés de valider les onduleurs de formation de réseau, les contrôleurs électroniques de puissance et d'autres systèmes dominés par les convertisseurs.

Capturer les harmoniques de sous-cycle

La commutation des onduleurs génère des harmoniques non entières d'ordre élevé qui peuvent solliciter les filtres, injecter de la distorsion dans les transformateurs ou déclencher les dispositifs de protection. Ces effets se produisent généralement au cours d'un seul cycle électrique et échappent souvent à la détection des outils basés sur la valeur efficace. La simulation EMT suit la propagation de ces harmoniques depuis le convertisseur à travers les transformateurs, les câbles et les relais, ce qui permet aux équipes de tester le réglage des filtres et la logique de détection des défauts avant que l'équipement ne soit mis sous tension.

Protection des convertisseurs en cas de défaillance

Les microprogrammes de protection des convertisseurs réagissent souvent aux défauts de mise à la terre d'une seule ligne en deux millisecondes ou moins. La simulation EMT reproduit la séquence exacte du comportement de la couche de contrôle - limitation du courant, blocage de la grille et arrêts de protection - dans des conditions précises de tension et de courant. Les ingénieurs vérifient que les modules IGBT et SiC restent dans les limites thermiques et de courant tout en maintenant la conformité au code du réseau sous l'effet des défauts.

Validation de la logique de contrôle complexe

Les équipementiers fournissent souvent le code de contrôle dans des formats propriétaires, y compris le C compilé, les flux de bits FPGA ou les bibliothèques cryptées. Les plateformes de simulation en temps réel EMT permettent de tester ces blocs sans exposer le code source. Les ingénieurs observent comment les microprogrammes réagissent aux conditions variables du point sur l'onde, aux déclenchements anti-îlotage et aux changements d'impédance, en s'assurant que les algorithmes se coordonnent correctement avec la protection au niveau du système et la logique de synchronisation.

Quand la simulation RMS est-elle adaptée aux scénarios IBR en régime permanent ?

Les outils de mesure de phase basés sur la valeur efficace conservent une valeur stratégique. Leur résolution grossière permet des balayages de scénarios rapides et de grand volume où le détail des transitoires n'est pas nécessaire. Pour la planification à long terme et le filtrage des interconnexions à grande échelle, le RMS reste l'approche la plus efficace.

Profils de tension à long terme

Lasimulation des variations saisonnières ou horaires de la tension d'alimentation nécessite du volume, pas de la précision. Les outils RMS peuvent évaluer des milliers de points de fonctionnement en quelques minutes. Les ingénieurs déterminent les emplacements optimaux des condensateurs, étudient les stratégies de transfert de charge et vérifient l'impact de l'intermittence solaire sans suivre le bruit des sous-cycles.

Études de planification à l'échelle des services publics

Les planificateurs de transport utilisent la simulation RMS pour l'analyse de l'interconnexion des réseaux parce qu'elle s'intègre directement aux bases de données existantes et aux chaînes d'outils réglementaires. Le format simplifie la mise en place de l'étude et permet d'identifier rapidement les surcharges thermiques, les chutes de tension et les conflits de prises des transformateurs dans les scénarios d'urgence.

Études itératives sensibles aux coûts

Lorsque les ingénieurs doivent tester plusieurs options de conception dans des délais réglementaires courts, les outils RMS réduisent la pression sur les ressources. Les réglages des prises, la topologie de la mise à la terre et l'emplacement des condensateurs peuvent être ajustés et testés à nouveau rapidement sans mobiliser le matériel en temps réel ou les ingénieurs en simulation.

Applicabilité de l'EMT et du RMS

Cas pratiques d'utilisation des simulateurs EMT dans la conception de réseaux modernes

Au fur et à mesure que l'intégration de l'IBR s'étend et que la dynamique du réseau devient plus sensible, les modèles RMS traditionnels peuvent manquer des comportements critiques qui mettent en danger la stabilité du système. Les simulateurs EMT sont désormais des outils essentiels pour reproduire la vitesse, la complexité et les non-linéarités de l'électronique de puissance moderne. Les ingénieurs utilisent ces simulateurs non seulement pour valider la conception des convertisseurs, mais aussi pour étudier des scénarios de fonctionnement spécifiques dans lesquels les décisions de contrôle sont prises en quelques microsecondes.

• Récupération retardée de la tension induite par un défaut (FIDVR): Examiner comment le décrochage du moteur du climatiseur interagit avec les fortes baisses de tension de la PV solaire lors d'événements de basse tension.
• Mise en service d'onduleurs pour la formation de réseaux: Test des algorithmes d'inertie synthétique et des paramètres de statisme en cas de forte pénétration des énergies renouvelables.
• ÉnergieBlack-Start: Valider qu'un BESS peut se fermer sur un bus mort, augmenter la tension et accepter des machines synchrones sans erreur de déclenchement.
• Commutation point sur onde des STATCOMs: Évaluer l'appel de courant et le décalage de courant continu en modélisant les résistances de pré-insertion des disjoncteurs à l'échelle de la microseconde à l'aide d'un simulateur EMT.
• Isolation des défauts de courant continu à grande vitesse dans les liaisons CCHT: Vérifier la coordination des varistances à oxyde métallique et la synchronisation des disjoncteurs hybrides pendant les défauts pôle-terre sur les réseaux à courant continu multiterminaux.

Chacun de ces cas d'utilisation met en évidence les lacunes des modèles de phase RMS et l'importance des simulateurs EMT. Qu'il s'agisse de développer la capacité de démarrage à froid d'un système de batteries ou de valider la logique de commutation d'un STATCOM, la simulation EMT permet d'obtenir la vitesse et les détails nécessaires pour éviter les modifications de conception tardives et les erreurs coûteuses sur le terrain.

Principaux compromis en matière de performances dans les simulations RMS et EMT pour les IBR

Le choix entre RMS et EMT n'est pas seulement une question de précision ; c'est aussi une question d'échelle, de durée d'exécution et de flux de travail. Comprendre les compromis impliqués aide les équipes de simulation à allouer efficacement leurs ressources tout en respectant les exigences d'interconnexion et de conformité. De la précision du solveur au délai d'exécution du projet, chaque méthode présente des points forts et des limites qui comptent à différents stades du cycle de validation.

• Pas de temps en fonction de la taille du réseau: EMT progresse en microsecondes, tout en réduisant l'échelle autorisée du système ; RMS progresse en millisecondes et s'étend à des milliers de bus.
• Exigences en matière de matériel: L'EMT a souvent besoin d'une accélération FPGA ; le RMS fonctionne sur des unités centrales conventionnelles, ce qui permet de réduire les coûts d'investissement.
• Granularité des ensembles de données: Les formes d'onde EMT créent des téraoctets de données nécessitant un archivage minutieux ; le RMS produit des ensembles de données concis adaptés aux tendances à long terme.
• Productivité des ingénieurs: RMS permet un filtrage automatisé des imprévus ; EMT exige un réglage pratique de l'amortissement, de la taille du pas et des paramètres du solveur.
• Objectifs de conformité: L'EMT est essentiel pour les clauses du code réseau sur le scintillement, les oscillations à haute fréquence et le courant de court-circuit ; le RMS satisfait aux règles de planification de la capacité.

L'équilibre de ces compromis garantit que les efforts de simulation restent alignés sur les contraintes budgétaires, les calendriers des projets et les spécifications techniques. Lorsque les simulations RMS et EMT sont appliquées de manière stratégique, les ingénieurs bénéficient de la flexibilité nécessaire pour valider ce qui est le plus important, sans dépasser les capacités de l'équipe ou les budgets matériels.

Choisir le bon logiciel de simulation EMT pour les projets de niveau système

Le choix d'un logiciel de simulation EMT commence par la définition des plus petites constantes de temps importantes pour votre étude. Si la protection du convertisseur agit dans un délai de 50 µs, assurez-vous que le solveur prend en charge des pas inférieurs à 10 µs sur le matériel que vous utilisez déjà. Recherchez des logiciels qui échangent des objets FMI/FMU, de sorte que les contrôleurs au niveau de l'usine écrits en Modelica ou Simulink puissent coexécuter avec des microprogrammes de dispositifs basés sur le langage C. L'étendue de la bibliothèque doit couvrir les lignes aériennes, les paramètres dépendant de la fréquence des câbles et les solveurs de domaine de phasage intégrés pour la co-simulation. Enfin, confirmez les caractéristiques de cybersécurité telles que la distribution de modèles hachés et les chemins d'injection de code cryptés pour préserver la confidentialité de la propriété intellectuelle des équipementiers.

"Avec OPAL-RT, vous étudiez le comportement des convertisseurs à une résolution de l'ordre de la microseconde sur la même plateforme ouverte que celle à laquelle vous faites déjà confiance pour l'analyse en régime permanent, sans ajouter de matériel supplémentaire".

Comment OPAL-RT soutient la simulation RMS et EMT pour la validation IBR

Les plates-formes à architecture ouverte d'OPAL-RT vous permettent de charger des modèles de phase RMS et des modèles EMT au niveau de la microseconde sur le même matériel, et de passer de l'un à l'autre sans avoir à recâbler un seul connecteur. L'interface Blackbox injecte le code de contrôle OEM crypté directement dans le simulateur, de sorte que les convertisseurs se comportent exactement comme ils le feront sur le terrain, tout en protégeant la propriété intellectuelle. L'accélération FPGA intégrée permet d'obtenir des pas inférieurs à 10 µs pour les études de commutation à haute fréquence, tandis que les CPU multicœurs effectuent des balayages de flux de charge RMS à grande échelle au cours d'exécutions par lots pendant la nuit. Avec OPAL-RT, vous étudiez le comportement des convertisseurs à une résolution de l'ordre de la microseconde sur la même plateforme ouverte que celle à laquelle vous faites déjà confiance pour l'analyse en régime permanent, sans ajouter de matériel supplémentaire. Cette cohérence permet de raccourcir les délais des projets, de réduire les coûts de validation et de garantir aux ingénieurs que les exigences de connexion au réseau seront respectées dès la première soumission.

Les ingénieurs et les innovateurs s'appuient sur la simulation en temps réel pour accélérer le développement, réduire les risques et repousser les limites du possible. Chez OPAL-RT, nous mettons à profit des décennies d'expertise et une passion pour l'innovation afin de proposer les solutions de simulation les plus ouvertes, les plus évolutives et les plus performantes de l'industrie. Des tests Hardware-in-the-Loop à la simulation en nuage prête pour l'IA, nos plateformes vous aident à concevoir, tester et valider en toute confiance.