全球RT-Super实验室：横跨大西洋的实时协作仿真

公司

全球RT-Super实验室是一个不依赖特定供应商的分布式研究平台，于2017年通过美国三家国家实验室（NREL、桑迪亚国家实验室、爱达荷国家实验室）、三所美国大学（科罗拉多州立大学、南卡罗来纳大学、华盛顿州立大学）以及两所欧洲大学（亚琛工业大学、都灵理工大学）的合作而建立。 这些机构共同汇集专业知识和基础设施，以深化对电力电子技术主导的电网及下一代能源网络的理解。

面临的挑战

• 前所未有的复杂性：在八个实验室、多家供应商以及横跨大西洋的距离范围内，整合地理上分散的实时仿真 （GD-RTS）系统，带来了令人望而生畏的协调与技术挑战。
• 低惯性电网动力学：通过基于电力电子技术的接口逐步并入分布式能源，从根本上改变了电力系统的动力学特性，这要求针对接近100%由逆变器供电的电网制定新的验证方法。
• 接口处的能量守恒：精确的GD-RTS要求在子系统接口处不产生或储存能量——违反这一原则将导致仿真 的稳定性和保真度失效。
• 保密限制：合作机构、行业和公用事业公司需要共享仿真 资源并开展联合实验，同时不得泄露专有数据或国家电网数据。

OPAL-RT 解决方案

该联盟构建了一个全面的 co-仿真 基础设施，将分布在八个实验室中的十个数字实时仿真器 连接起来：

• 多厂商实时仿真 ：OPAL-RT（仿真器 ）作为多处站点（包括NREL（光伏逆变器用PHIL）、桑迪亚国家实验室（风力涡轮机用PHIL）、科罗拉多州立大学、南加州大学和POLITO）的骨干系统，与其他厂商的设备协同工作，展现了真正的厂商中立互操作性。
• VILLAS 框架：一个开放的协作仿真 框架，支持所有 DRTS 单元通过互联网互连，在管理电流和电压变量数据交换的同时，确保每个接口都能实现节能。
• HIL 与 PHIL 的集成：该平台将各站点间的控制器HIL与功率硬件在环 （PHIL）进行了整合，从而能够针对现有电网基础设施，对新型技术进行全面的实际环境测试。
• RT-LAB 实现：OPAL-RT 的RT-LAB软件为参与实验室提供了用于模型实现、划分和实时执行的仿真 环境。

成果

2017年9月的示范项目在分布式电力系统领域取得了里程碑式的成就仿真 ：

• 全球规模最大的地理分布式实时 仿真 ：成功完成了有史以来规模最大的大型电力系统地理分布式实时 ，覆盖两大洲。
• 跨大西洋高压直流输电验证：展示了美国与欧洲基准输电系统之间的跨大西洋高压直流互联，并考虑了与当地输电系统的交互作用——配电 。
• 经济高效的资源共享：无需额外投资即可提升各实验室的计算能力，并实现了硬件/软件设施的共享，无需本地复制。
• 保密合作：证明了即使在严格的保密限制下，联合研究也是可行的，通过间接数据共享来保护专有信息。
• 深远的影响：该演示项目所采用的方法论和框架影响了后续项目，并为未来数年大规模电力系统仿真的开展奠定了蓝图。

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