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OPAL-RTのイノベーションとブレークスルー

Jean Belanger,
Co-Founder, CEO and CTO
Lise Laforce
Co-Founder and Executive
Vice-President
パートナーと私は1997年にOPAL-RTを設立しました。
それ以来会社は、革新と進化を求める顧客の要求に応える為、継続的な研究開発を続けてきました。

会社の信条である「リアルタイムシミュレションをみんなのものに、全てのエンジニアの机上にシミュレータを」は着々と実現に向かっています。
いまでは、会社の長期計画である"イマジネーション"だけが複雑な近代のシステム設計の壁(最後に残る壁はエンジニアのイマジネーションのみ)、という状況にまで近づいて来ました。

2022年25周年を迎えるにあたり、OPAL-RT は、この時代特有の分岐点に立っており、環境に優しく、省エネで未来志向の技術を現実のものにすることを求められています。

Trans-Canada(高速道路)上の急速充電ステーション電気コミュータ飛行機マイクログリッドやハイブリッド電力供給ネットワーク等で、OPAL-RTの様々なプラットフォームが使われ始めています。

OPAL-RT は現在、オープンなリアルタイム シミュレーターの主要な開発者であり、25 周年を迎えるにあたり、フォーチュン500企業、学術機関、研究所を含む 1,500を超える顧客の信頼を得ています。

過去 25 年間に私たちが行ってきた、すべての困難な仕事の基盤は、この期間に生まれました。最先端の業界、無限の好奇心、実りあるパートナーシップはこれからも続きます。

嬉しいことに、当社は歴史的なパイオニアであり、未来のパスビルダーでもあるという立場にあります。

私たちのイノベーション・ロードマップは、常に革新的なアイデアとその実装に取り組み、年々着実に前進し、新境地を開拓するよう、私たちを奮い立たせてきました。

過去数年間のハイライトの一部をご覧いただき、現在進行中のイニシアチブをご確認ください。

Jean Belanger, CEO and CTO at OPAL-RT


電力システムのテストをリードする


Etienne Leduc
Energy Market Ofering Manager
エキサイティングな新技術が日々生まれています。
その傍らで新たな課題が次々と生まれます。ここでは個々の技術に焦点を当てていますが、その野心的な目標は"イノベーションにどのようにアプローチし、与えられた機会をどのように活用するか?"を検討することにあります。

進歩への道は、単に新しい概念や最新のテクノロジーがあるからというだけで、私たちに開かれるわけではありません。
これらの開発は進歩を促す点火のための、小さな火花にすぎませんが、イノベーションは、業界の組織化と概念化の方法に対して、巨大な変化を必要とします。
前進思考の魂が「まだ試されていない、他に何がうまくいく方法があるのか?」と自問し続けることで、大きな飛躍が起こります。
次の"OPAL-RTハイライトへのクイックドライブ"へ進むにあたって、この事を心に留めておいてください。

私たちの最高のイノベーションと Power Systems コミュニティに明るい頭脳を結集することで、単に最新の成果と業界の発展を示すことではなく、お互いから学び成長できる環境を育むことが出来ます。
また、ご連絡いただければ、Vehicle-to-Grid、Hydrogen、5G などの革新的なプロジェクトについて話し合い、今後 10 年間における有望な課題に対する提案となり得るソリューションを一緒に模索させて頂きたいと思います。


OPAL-RTハイライトへのクイックドライブ

デジタルツイン

再生可能エネルギー資源の普及に伴い、デジタルツイン・システムの運用者は、かつてないほど困難で複雑な課題に直面しています。
RMS シミュレーション(実効値解析)ではもはやニーズに追従できず、非常に高速なEMT シミュレーション(瞬時値解析)によって補完する必要があります。
そのEMTシミュレーションは、現実世界のグリッドの動作変数を常に共有でき、メーカーの実コード コントローラモデルも包摂でき、最もリスクの高いネットワークの不測事態を、5-10分ごとにチェックできる必要があります。

デジタルツインについては、後述の"高速・高精度電力網デジタルツイン:制御室の革命"をご参照ください。

OPAL-RT は、柔軟でスケーラブルなプラットフォームを誇りにしており、集中的かつ定期的な研究開発投資を通じて、進化する業界の要求に遅れないようにしています。
この号では、後述の eHS の新機能や、 HYPERISIM の最新の開発状況の詳細を参照していただき、後述の"製品情報"のリアルタイムシミュレートされた、Microgrid PHIL テスト ベンチを使用した、実世界マイクログリッドの迅速な導入方法についての詳細をご覧ください。


ユーザーによるユースケース

この号では、シュナイダー エレクトリック とシーメンス のユース ケースを紹介します。
これらの事例では、実際の動的で困難なアプリケーションで、何を作成し、何を行っているかについて、説得力のある例を詳細に示しています。
後述の"パートナー・ハイライト"では、Bitlismen の Power Labs エコシステムと、OP1420 Microgrid PHIL テストベンチを組み合わせることで、学生がどのように研究を拡大し充実させることができるかについて、詳しく説明しています。


高速・高精度電力網デジタルツイン:制御室の革命

電力網を隅々まで詳細にデジタル化することを想像してみてください。
デジタル化された電力網は、全ての”What-if”イベントを、全ての場所で、全てのコンポーネントまで(制御ユニットから消費者に至るまで)数分毎に実機の状態を繰り返すことが可能になります。
それにより得られる"洞察"は、停電の回避に大いに役立つでしょうし、業務効率に革命を起こすかもしれません、資産運用管理すら変えていく事でしょう。
OPAL-RTは、そのようなイノベーションを世の中に出す世界のリーダーとなるべく、取り組んでいます。

現在、OPAL-RTは50μsec分解能を持つ、先進的電気磁気シミュレーションプラットフォームを統合しております。
過去25年に渡り、高速・高精度の電力網デジタルツインを構築する為の、先進的・安全なコンピュータクラスタテクノロジーを推進してきた結果です。
これらのデジタルツインは、国家規模の詳細な電力システムです。
それらは、製造メーカーの分散電源ブラックBOX実コードモデル、グリッドの関連するコンポーネントをシミュレートするコントローラ(詳細なエミュレーションができる、DERのふるまいを制御する実コントローラ)、大陸にまたがるHVDCラインを含んでいます。

諸条件は現実世界のデータに従って設定され、気象パターンの変化、需要プロファイルの変化、サイバー攻撃、障害、潜在的な障害など、現代社会に影響を与える可能性のある「what-if」シナリオなど、多数の現実世界のシナリオが適用されます。
結果は、10 分ごとにオペレータの SCADA システムに直接送られます。
これは、すべてのシナリオを同時に実行する数百の高速プロセッサの、大規模な並列化によって可能になった偉業です。

これらの、高速で忠実度の高いデジタルツイン・シミュレーションから得られる運用上の"洞察"には、潜在的な障害を発生前に"予測"すること、再生可能エネルギーに基づくエネルギー市場をリアルタイムで"管理"すること、保守リソースを効率的に"割り当て"すること、異常な運用や機能不全をリモートで"診断"すること、問題の原因を迅速に"解決"すること等が含まれます。

シミュレーションは、パワーシステムの開発、設計、および計画で非常に貴重なツールであることが証明されています。
現在、OPAL-RT は、高速で忠実度の高い Digital Twins機能を使用して、制御室でのシミュレーションを変革することに役立とうとしています。


オーストラリアにおけるデジタルツイン革命

世界初のパワーグリッド・デジタルツインが、OPAL-RT とAEMO(Australian Energy Market Operator ) によって構築されています。

このクラウドベースの施設は、オーストラリアの送電網の、詳細かつ広範なデジタル ツインをホストし、HYPERSIM 上で実行されます。
これにより、AEMO は新しい再生可能発電プロジェクトの接続申請プロセスを効率的に合理化でき、緊急の運用上の課題に対処できます。

AEMO は、集中型の従来型発電ベースの送電網から、大陸規模で太陽光および風力資源の普及が、指数関数的に増加している送電網へと、急速かつ広範囲に変化している電力システム運用について、明確な課題に直面しています。
これらの課題に対処する、ソリューション プロバイダーとしての OPAL-RT の強みは、次のようなものがあります。

安全な社内サーバーまたはクラウド内のオフサイトで、大量のシミュレーション クラスターホストを動的更新する機能。

風力と太陽光プラントメーカーが提供するブラック ボックス モデルを、正確に実行する機能、必要に応じて他のシミュレーション ツールを使用することも可能。

AEMO に実用的な運用上の洞察を提供するために、5 分ごとに「what if」(起こり得る可能性)シナリオをいくつでも並列実行する能力。

AEMOプロジェクトやデジタルツインについて詳しくはこちらをご参照ください。

eHSツールBOX:もっと速く多くのことが出来る新しい機能

電化の進展により、電力システムに対する需要が高まり、安全で信頼性の高い動作を確保するために、パワーエレクトロニクスの進化が求められています。
Modular Multilevel Convertersから、再生可能エネルギー パワー インバーターに至るまで、この進化の主な原動力は、より高速で強力な高度コンバーター・トポロジーを導入しながら、速度と性能面で、パワー エレクトロニクスの限界を押し広げているエンジニアです。

ピコ秒オーバーサンプリングなどの、ソルバテクノロジの最新の開発により、eHS FPGA ベースの Power Electronics Toolbox は、回路やアプリケーションに関係なく、速度、精度、信頼性、および電力を提供することにより、エンジニアが時代の先を行くことを可能にします。簡単に実行できるため、回路の規模に関係なく、FPGA シミュレーションをわずか 3 ステップで完了できます。

分割不要

同じ FPGAで最大 24 個のコンバーター モデル (144 個のスイッチ) を実行し、電気回路を分割する際にありがちな、不安定性と時間ステップの増加を排除。

簡単な操作

リアルタイム FPGA シミュレーションの 3 つのステップ:
  • 1- 回路エディターでモデルを開発
  • 2- I/O チャネルを構成
  • 3-リアルタイム実行


FPGAの制限を無くす

マイクログリッド、PMSM等、FPGAの速度を必要としないコンポーネントを CPU に配置して、効率とパフォーマンスの両方を向上。

Picoセカンドのオーバーサンプリング

補間変換モデルによるオーバーサンプリングにより、オンボード充電などのアプリケーションで利用可能な、最高のサンプリング分解能と精度を保証。


eHS FPGA ベースの Power Electronics Toolbox が、リアルタイム FPGA パワー エレクトロニクス シミュレーションの、速度と精度をどのように担保しているかを、Webinarでご参照ください

動画のご視聴にはNEATアカウントが必要です。アカウントはこちらのリンクからご取得ください。


ユーザー事例:Schneider Electric’s AccuSine

課題

Schneider Electric の AccuSine® PCS 製品は、高調波の影響と、パワー エレクトロニクスからの電圧変動を低減するように設計されています。
しかし、AccuSine® PCS ユニットは非常に複雑で、最大 8個のユニットが並列に構成されています。
この場合、電気回路の分割に起因する不安定性が起き、HIL システムでシミュレートするのが難しい場合があります。

解決法

OPAL-RT による、eHS FPGA ベースの Power Electronics Toolbox はこのニーズに対応し、単一のデカップリング ポイントで、8 ユニットの並列シミュレーションが可能で、シミュレーションの全体的な、安定性と忠実度にも影響を与えません。

Schneider のエンジニアは、eHS を使用することで、実際の製品をさまざまなユース ケースに対応することができます。
これは、60 Hz または 50 Hz のグリッド、複数のスタック ユニット、異なるグリッド インピーダンス、平衡および不平衡負荷など、AccuSine® PCS ユニットはすべての状況に対応できます。

結果

Schneider Electric のファームウェア エンジニアである John Batch 氏は、eHS が 8個のユニットすべてを並行してシミュレートできることから、
顧客の問題をより正確にシミュレートし、ファームウェアをリリース前にテストして改善し、ハードウエア製品の設計を開始する前に製品開発に着手できます。
一般に、HIL は優れた資産であり、時間の節約にもなります。
たとえば、ユニットをヨーロッパに持っていくとき、そこに着いたときに動作するという確信が持てます。
顧客サイトにいるときは、50 Hz で動作させるだけでなく、より有益なテストに集中できます。
と述べています。

Schnieder は開発、コミッショニング、およびサポートのリソースを大幅に節約しながら、アップタイムを増やし、クライアントへのリスクを軽減しています。
「HIL の最大の利点の 1 つは、実際の製品をテストできることです。: 50 Hz グリッド、複数の積み重ねられたユニット、異なるグリッド インピーダンス、平衡および不平衡負荷など、あらゆる種類のユースケースをシミュレートできます。 John Batch, Schneider Electric ファームウエアエンジニア


シーメンスによるハワイ島HIL

課題

Siemens Technologyが主導し、PNNL(Pacific Northwest National Laboratory) が支援するアライアンス、Hawaiian Electricは、米国エネルギー省が資金提供し、OPAL-RT を利用して、オペレータ サポート システムは、ハワイのビッグ アイランドで N-1安全電力システム運用を確保し、2045 年までに 100% 再生可能エネルギー グリッドに移行を予定しています。

目標は、ネットゼロ目標を達成し、石油輸入への依存を減らし、今日の流通を混乱させることなく、将来の世代のハワイのエネルギー安全保障を確保することです。

解決方法

再生可能エネルギーのシェアが拡大する前に、オペレータ サポート システムは、ハワイの電力網のデジタル ツインをリアルタイムで運用することによって、それ自体の動作を証明する必要があります。

「このようなデジタル ツインは、重要なパラメーターを変更した場合に送電網で何が起こるかを示すシミュレーション モデルです」と、Siemens の Ulrich Muenz 博士は述べています。
電力システム モデルは、送電システム用のフェーザ ドメイン シミュレーション ソフトウェアである PSS®E で、 Hawaiian Electric によって提供されます。
このモデルは、デジタル ツインを形成する OPAL-RT のリアルタイム シミュレーション プラットフォームによって実行される、忠実度の高い電磁過渡 (EMT) モデルに変換されます。

結果

ハワイアン グリッドのリアルタイム・デジタルツインを、シーメンスのエネルギー管理システムに相互接続することで、オペレータ・サポート・システムを、リスクのない環境で実際の状況に適合させることができます。
これらのオペレータ・サポート・システムは、Hawaiian Electric に、再生可能エネルギーのインバーターの代替設定を提供し、電力変動を減らし、将来のグリッド管理を検証および理解できるようにし、グリッドが重大なイベントに、どのように対応するかを予測できるようにします。
これらは全て、独自の現実世界のエネルギー管理システムを使用しながら対応します。
再生可能エネルギーへの移行に不可欠な情報を提供し、オペレータに貴重なトレーニングの機会を提供し、再生可能エネルギーの普及率が高い、アイランド系統の大規模な安定運用を可能にします。
その結果、ハワイに明かりが灯っている間に(電力供給を止めずに)、エネルギーの移行が現実のものになる可能性があります。


設計ツール、ドメイン、規模に関係なく、忠実度の高いパワー グリッド シミュレーション

HYPERSIM は、リアルタイムまたは加速モードで、比類のない高忠実度の電力網シミュレーションを可能にする、高度な互換性ツールです。

グリッドは非常に複雑になる可能性があるので、正確なリアルタイム シミュレーションを妨げる障壁を作ることはありません。
オフラインシミュレーションツールから始める場合、DDoS サイバー攻撃の詳細な共同シミュレーションが必要な場合、または風力発電所メーカーの、ブラックボックス・モデルにしかアクセスできない場合、HYPERSIM は、タービンについて無駄な対応はしないで、リアルタイムで実行できるツールを提供します。

インポートワークフロー、マルチドメイン及び マルチターゲット コ・シミュレーションの詳細についてはこのウエビナーをご覧ください。
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最先端のツールからインポート

HYPERSIM のインポートおよび互換性ツールを使用すると、オフラインからリアルタイムにすぐに移行できます。
正確なパラメータマッピングとインテリジェント統合により、PSCAD、PSS®E、EMTP、Simulink®、さらにはDLLや LIBのコードとしてブラックボックス化された、メーカー開発モデルをインポートしてシミュレートできます。

マルチドメイン、一つの結果

ツールBOXやHYPWESIMとの統合を備えた、既成概念にとらわれないマルチドメイン協調シミュレーションは、最新のグリッドを実際の状態(複数の技術からなる複雑なネットワーク、サイバーセキュリティ、パワエレ、代替エネルギーからなるシステム)でシミュレートできることを意味します。

マルチターゲットシミュレーションで大躍進

マルチターゲット・シミュレーション機能を備えた HYPERSIM は、メーカーのブラック・ボックスモデルを簡単に配布したり、複数のシミュレータ間で協調シミュレーション・ツールを調整したりできます。

製品情報 | Microgrid PHIL Test Bench (OP1420)

実電力でのテスト|マイクログリッドアプリケーション

リアルタイムでシミュレートされたマイクログリッドを、現実の世界にすばやく導入し、それらのパワーバスをラボに拡張して、PHIL(Power Hardware in the Loop) として実際のパワー・デバイスを接続およびテストします。

どこから始めればわからないと悩む必要はありません。OP140 リアルタイム・マイクログリッド PHIL テストベンチには、検証済みの汎用マイクログリッド・モデル、詳細な DER モデル、汎用マイクログリッド・コントローラが付属しており、PHIL エミュレーション用として簡単に構成できます。

  • 信頼性
    閉ループの安定性、精度、高帯域幅 PHIL を保証するように作られています。
  • すぐ使える
    直感的ですぐに使えるソリューションで、時間とお金を節約します。
  • 安全
    ユーザーの安全を考慮して設計された、ターンキー PHIL システム。

ソフトウエア

RT-LAB (Simulink®ベース) および、 HYPERSIM ソフトウェア・プラットフォームと互換性があるため、ユーザーはいくつかの簡単な手順で、複雑なマイクログリッド・モデルを実験室で実現できます。

リアルタイムシミュレータ

OP1420 は、一般的なマイクログリッド・モデルを備えたリアルタイム・シミュレータで動作し、ユーザーができるだけ早く作業を開始できるようにします。
シミュレータには、複数のプロセッサと、複雑なマイクログリッドと電力変換システムを、デジタルでシミュレートできる強力な FPGA が含まれています。

マイクログリッドバスバーと電力メータパネル

さまざまな機器を PHIL ノードに安全に接続します。
実験用 4 mm バナナ プラグ/ソケットを介した、3 相インターフェースをサポートします。
さらに、内蔵 LCD ディスプレイを備えた、正確な電力計パネルが付属しており、バスバー分岐の電気量をリアルタイムで視覚化できます。

PHIL4Qパワーアンプ

グリッド、エネルギー源、および/またはDERエミュレーションを含む、PHILアプリケーション用に設計された4Qパワーアンプの、最大3つの三相高周波増幅ユニットが含まれています。
パワーアンプは、光リンクを介してリアルタイム シミュレータに直接接続し、低遅延動作を実現します。

パートナー・ハイライト |

OPAL-RT マイクログリッド PHIL テスト ベンチと Bitlismen の Power Labs エコシステム トレーナーを使用して学術教育と研究を加速

PHIL テクノロジは、学術的な環境で非常に貴重な機会を提供します。そのため、世界中の大学が研究ラボや教育施設で、OP1420 リアルタイム マイクログリッド PHIL テストベンチが急速に採用されています。
しかし、PHIL を実際に活用するには、再生可能エネルギーと、進化するグリッドで教育体験を十分にするテクノロジとの、互換性と相互運用性が必要です。

OPAL-RT は Bitlismen と協力して、学術研究者向けの総合的なソリューションを提供することを非常に誇りに思っています。
OP1420 リアルタイム マイクログリッド PHIL テスト ベンチと、PowerLabs Ecosystem などの Bitslismen の学習ハードウェア ラボ、 太陽光および風力発電システムなどの構成です。
この組み合わせにより、学生や研究者は、発電機、マイクログリッド、インバーター・ベースの技術、および再生可能エネルギーの概念を学び、それらを扱うことで視野を広げることができます。

以下の動画より、OPAL-RT と Bitlismen のソリューションが市場で、最高のパフォーマンスと、用途の広いセットアップを示すウェビナーをご覧ください。

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ABOUT US

OPAL-RT TECHNOLOGIES は1997年に設立されました。OPAL-RTは電気、電気機械、およびパワーエレクトロニクス・システム用のオープン・リアルタイム・シミュレータおよびハードウェア・イン・ザ・ループ・テスト装置の主要な開発者です。
OPAL-RTのシミュレータは、世界中の大手メーカー、公益事業、大学、研究センターのエンジニアや研究者によって使用されています。

当社のコア・ソフトウェアである RT-LAB と HYPERSIM により、ユーザーは初期投資と所有コストを最小限に抑えながら、リアルタイム・シミュレーションに適したモデルを迅速に開発できます。
また、OPAL-RTは、パワーエレクトロニクス・システムと配電網の正確なシミュレーションに特化した数学的ソルバとモデルも開発しています。


お問い合わせ先
株式会社 NEAT
愛知県名古屋市千種区池下1-11-21
TEL:052-764-3311FAX:052-764-3632

Opal-RT Technologies,Inc.
1751 Richardson, Suite 1060 Montreal, Quebec, Canada, H3K 1G6
TEL:+1-514-935-2323 FAX:+1-514-935-4994

* 記載の会社名および製品名は、各社の登録商標および商標です。