OPAL-RTカンファレンス Real-Time2022開催レポート

2022年10月18日～21日に、カナダ・モントリオールで開催された、リアルタイムシミュレータの国際技術交流会RT22は、多くの方にご来場いただきました。
OPAL-RTは現在、事業拡大に対応して組織の増強を図っておりますが、今回のイベントでは、そんな新しいOPAL-RTを紹介する為の、様々な趣向が凝らされ、多くの反響を頂きました。

会場では、講演とは別にOPAL-RTによる展示も行われており、RT-LAB Orchestra機能を使用して、HILを環境シミュレーションや様々なソフトウェアやデバイスと連携した協調シミュレーションも紹介されました。

RT22で報告された、先端的なリアルタイムシミュレータ関連の各講演を紹介いたします。

Maschinenfabrik Reinhausen (MR) におけるモジュラー マルチレベル コンバーターのリアルタイム シミュレーション

Author : Ibrahim Elsabrouty (ドイツ：Maschinenfabrik Rinhausen GmbH (MR) )

モジュラー マルチレベル コンバーター開発プロジェクトにおける OPAL-RT 製品を使用した Maschinenfabrik Reinhausen (MR) のユーザー ストーリー エクスペリエンス、問題の課題、および利点を共有します。

相互接続された太陽光発電インバーターの高度なシミュレーション プラットフォーム: 暫定結果

Author : Humberto Jimenez and Jesus Mina (メキシコ：National Institute of Electricity and Clean Energies (INEEL))
※ National Center for Research and Technological Development (CENIDET)は、メキシコの研究所です。
Secretaria de Energia (SENER)はメキシコのエネルギー省です。

分散型エネルギー資源 (DER) の世界的な使用は、その技術的および非技術的な利点によりますます明白になっています。

ただし、これは、主にグリッド接続されたインバーターのパフォーマンスに焦点を当てた、電力品質の観点から、現場での技術的課題を意味します。
このパワーエレクトロニクス要素に関する国際規制は、従来のグリッドとの相互作用が影響を受けるのを防ぎます。
また、エンド ユーザーやグリッド オペレーターへのリスクも回避できます。
インバーターの強制認証は、より大きな環境上の利点を伴うエネルギー移行を達成するために不可欠です。
数百 kW までの公称電力の増加は、インフラストラクチャのコストと、各テストで消費されるエネルギーのコストが高くなることを意味します。

このため、前述の規制評価は、従来のテストベンチからリアルタイムでの高度なシミュレーションの仮想環境へと徐々に進化しています。
同時に、インバータは、スマート グリッドが要求する高度な機能に向かって進化しています。
INEEL は、CENIDET の協力と SENER の監督により、相互接続された太陽光発電インバーターの高度なシミュレーション プラットフォームを開発し、技術基盤、特性、および予備的な結果について、この作業で簡単に説明します。

パワーエレクトロニクスによる再生可能エネルギー変換システムによる分散型発電

Author : Nadia M Salgado-Herrera (メキシコ：Instituto de Energias Renovables - UNAM )
※ UNAM (Universidad Nacional Autonoma de Mexico メキシコ国立自治大学)は1551年に創立された大学で、メキシコの首都メキシコシティにあり、ノーベル賞受賞者も3人輩出したラテンアメリカ最大規模の大学です。

ここでは、パワー エレクトロニクス コンバータによって配電網に統合された再生可能エネルギー変換システム (RECS) のリアルタイムおよび実験的検証を示します。

主な目的は、電力品質の不利な現象 (電圧の不均衡など) が存在する場合の、RECS 相互接続です。生成された電力は、RECS から配電ネットワークに電力を伝送するためのモジュール性、電力密度、および効率により、閉ループ比例 + 積分 (PI) レギュレータと位相アプローチを使用するパワー エレクトロニクス コンバーターを介して伝送されます。
提案された制御法は次のことを保証します。

• 通常の動作条件と不平衡電圧の両方での連続発電
• 全高調波歪み (THD) の軽減
• ユニティ力率
• 平衡電流の生成
• シンプルで堅牢な制御方式
• ネットワークコード規則の遵守

このRECS の有効性と堅牢性は、MATLAB-SimulinkR のシミュレーション結果によって裏付けられ、リアルタイム シミュレーター OPAL-RT TECHNOLOGIES と実験室でのプロトタイピングを使用した実験結果によって検証されます。
結果は、95% の効率で不平衡配電ネットワークの DC リンク電圧補償と電力容量の統合を示しています。

　OPAL-RT プラットフォームでの WEC アレイ制御システムのリアルタイム モデリング

Author : Ronald Matthews (米国：Sandia National Laboratories )

気候変動が与える人間の影響に対する懸念が高まる中、代替のカーボン ニュートラルな技術が模索されています。

そのような方法の 1 つに、パワー テイクオフ (PTO) システムを使用した波力エネルギー変換 (WEC)があります。
PTO は、原動機で波動を使用する発電機で、WEC は、エネルギーを生成するためのカーボン ニュートラルな方法です。
ただし、海の波は通常不規則で、さまざまな周波数が含まれているため、エネルギー抽出プロセスは簡単ではありません。
これらの波からエネルギーを最適に抽出するために、比例微分複素共役制御 (PDC3) 法が提案されています。

提案されている WEC 制御用の PDC3 メソッドは、オンラインの最適な信号推定を使用して波の周波数情報を識別し、PTO を自動的に調整して各周波数チャネルの最大電力を抽出します。
複数の WEC-PTO アレイを含む小規模ネットワークがリアルタイム モデル化され、OPAL-RT で実行されているそのリアルタイム モデルの状態と応答に合わせてコントローラが調整されます。

　バッテリ エネルギー貯蔵用の電力変換システムのリアルタイム モデリングと検証

Author : Dmitry Rimorov (カナダ：Hydro-Quebec)

再生可能エネルギー インバーターのデジタル ツインの開発: シミュレーション アプローチ

Author : Charles-Olivier Jacques (カナダ：Nergica)
※ NERGICAはカナダケベックにある非営利研究機関です。

さまざまな負荷モデルとウィンド ファームの WAMS ベースのリアルタイム電圧安定性監視

Author : RAJU CHINTAKINDI (インド：Visvesvaraya National Institute of Technology - Nagpur校)

風力エネルギー変換システム (WECS) の診断は、運用と保守のコストが比較的高いため、必要性が高いことが判明しました。

風力タービンはアクセスが難しい構造物であり、遠隔地に設置されます。
そのため、遠隔診断（e-diagnostic）が必要です。
ここでは、離散ウェーブレット変換 (DWT) と航空機発電機固定子電流の周波数解析に基づく WECS の電子診断の代替アプローチを提案しています。
このアプローチを検証するために、リアルタイム ハードウェア イン ザ ループ (HIL) を使用して、OPAL-RT OP5600 プラットフォーム上でかご型誘導発電機 (SCIG) の数学的モデルをリアルタイムでシミュレートし、固定子電流とロータ速度を生成します。
DWT は現在の信号に適用され、サンプル時間が限られているため、Arduino Mega RobotDyn による直接送信がサポートされていない膨大な数のポイントを持つ DWT 信号を生成します。DWT (MDWT) の絶対値の最大値は、Arduino Mega RobotDyn の ESP8266 統合 Wi-Fi ボードを介してポイント パッケージ形式として診断ステーションに送信され、SCIG 状態を監視し、MDWT検証と比較しbrYesen バーの数を決定します。

発電とエネルギーシステムの協調シミュレーション

Author : Anudeep Medam (米国：Idaho National Laboratory)

いくつかの州と公益事業体は、100% クリーンな電力または「ネットゼロ」排出を約束しており、EV の採用により、2030 年までに 10%、2050 年までに 38% の全体的な負荷の増加が促進される可能性があります。

現在の電力網は再生エネルギーとEVに対応するように設計されておりません。
フィーダーの過負荷、高調波、変圧器の劣化、保護装置などを引き起こす可能性があります。
従って、Hardware-In-the-Loop シミュレーションを実行することがますます重要になります。

電力システムのオンライン動的セキュリティ評価のためのソフトウェアインザループ

Author : David Panchi (エクアドル：OPERADOR NACIONAL DE ELECTRICIDAD -CENACE)

今日の電力システムの運用環境はますます複雑になっています。
新技術の導入と非従来型の再生可能エネルギーの普及により、システムの動的セキュリティの分析がより重要になっています。

近年、技術ツールの研究と進歩により、システムの動的安全限界を定量化し、電力システムのオペレーターに早期警告を提供し、安全性と信頼性を向上させるための決定を下すために必要な、リアルタイム分析技術を適用する　デジタルツインの概念を実装することが可能になりました。
オンラインの動的セキュリティ評価 (DSA) は、一連の定義された不測の事態に耐え、新しい許容可能な定常状態に到達する電力システムの能力評価です。
この計算分析は、以下で構成される高性能計算インフラストラクチャを使用してリアルタイムで実行できます。
分散または並列処理の実装、この分析では、システムの現在の動作点の電圧安定性 (VSA) および過渡安定性 (TSA) の側面が考慮されています。

現在の作業は、エクアドル SNI の全国相互接続システムに適用されるオンライン DSA 分析ツールの実装に焦点を当てています。
高性能計算ツールとしてリアルタイム デジタル シミュレータ OPAL-RT を使用します。この目的を達成するために、CENACE の SCADA/EMS から S.N.I. の縮小モデルにリアルタイム データを取得する方法論が実装されました。
DNP 3.0 プロトコルを介した通信モジュールを使用して、電力システム HYPERSIM のデジタル シミュレータ内で開発されました。
時間領域でのシミュレーションの結果を使用して、一連の定義された偶発事象の電圧安定性と過渡安定性を評価できる数学的手法を使用してパフォーマンス指標が開発されました。
これらの指標の計算により、S.N.I. 現在の動作状況について動的セキュリティのレベルを決定できます。
これは、C37.118 プロトコルによって HYPERSIM からの結果を MATLAB で開発された通信モジュールに送信することによって行われました。
通信モジュールは安定性指標もリアルタイムで計算し、この実装を OPAL RT デジタル シミュレータ、SCADA/EMS、および MATLAB 間を閉ループにします。

パワーエレクトロニクスの普及下における低炭素エネルギーシステムのテストベッド

Author : Hector Chavez (チリ：University of Santiago USACH)

気候変動緩和目標の課題により、電力システムの基盤が大幅に改訂されました。

文献で明らかにされているように、電力システムのカーボン ニュートラルは、カーボン フリー エネルギー ソリューションの統合に依存しており、基本的に、パワー エレクトロニック インターフェース技術 (PEIT) と既存の電気インフラストラクチャ (同期電力システム) の間の複雑な相互作用につながります。
このような相互作用の研究は、この分野で特に関心を集めており、電力系統の安定性の定義に大きな変化をもたらし、ビッグデータ分析などの新しい数学的アプローチの成長につながっています。
風力発電や太陽光発電、電気自動車、大規模な貯蔵装置、大規模な水素ベースのエネルギー システム、積極的な配電など、気候変動の緩和目標に対応するための新しい技術的進歩の出現から、パラダイムの変化が生じました。
電力システムに相互接続するには、パワー エレクトロニクス コンバータに依存します。同様に、これらの要素の相互作用から生じる複雑な動的および情報システムでは、リアルタイムの追跡と迅速な状況認識および意思決定をそれぞれ維持するために、複雑な通信およびデータ分析ソリューションが必要になりました。

これらの進歩の中で、重要な理論的発見が文献に見られますが、そのほとんどはソフトウェア シミュレーションに依存して適用可能性を示しています。
完全な共同デモンストレーションを実施するためのハードウェア テスト ベッドは少なく、限られています。一般に、要素間の相互作用は過大評価されており、調査結果の学術的および産業的意義が制限されています。
このシナリオは、電力システムのダイナミクスを新しい技術進歩のダイナミクスと統合する完全なハードウェア テストベッドにより、科学コミュニティは低炭素電力システムの研究の最前線に立つことができます。

このような完全なハードウェア テストベッドは、調査結果の科学的影響と産業上の重要性を高め、エネルギー システムのカーボン ニュートラルに関する政策目標に対するより具体的な答えにつながります。
講演では、OPAL-RT 技術を使用してそのようなテストベッドを実装する予定の USACH で進行中のプロジェクトを紹介します。

Vehicle-to-Grid (V2G) を使用した Smart Resilient Power System

Author : Chul-Hwan Kim and Ho-Young Kim (韓国：Sungkyunkwan University)

DRTS 統合によるイノベーション: 統合されたリアルタイム デジタル ツイン環境が将来のグリッドの課題を解決するために不可欠な理由

Author : Rob Hovsapian (米国：National Renewable Energy Laboratory - NREL)

超高電圧および高電圧グリッドでの修復手段のテスト

Author : Martin Wolter (ドイツ：OvGU Magdeburg)

PROGRESS プロジェクトでは、超高電圧および高電圧グリッドでの修復手段がテストされています。

障害が実際に発生した後に、電圧と電流に特に影響を与えるためのグリッド内の設備の事後調整に対応します。
そうすることで、既存のグリッドをより効率的に利用することができ、予防的な輻輳管理手段の割合を減らすことができます。
自動システムによる修復緩和措置の使用には、グリッド制御レベル、ステーション制御レベル、および現場での既存のシステム アーキテクチャの包括的な分析と拡張が必要です。
さらに、グリッド運用管理と運用計画プロセスとのリンク、および送配電システム オペレーター (TSO および DSO) 間の調整を考慮する必要があります。

研究結果の必要性は、安全で効率的なクロスグリッド事業者が修復手段を使用するための要件から生じています。
このプロジェクトでは、超高電圧および高電圧レベルでの電気エネルギーの送電および配電に関連するソフトウェアおよびハードウェア コンポーネントが分析され、修復手段を実装するための対応する機能モデルが開発され、グリッド オペレーターの調整に対して　交差を背景としたプロトタイプ アプリケーションが送られます。
制御システム メーカー、送配電システム オペレータ、および学術パートナーの参加により、実際の制御システム環境でのフィールド テスト プロジェクト内で修復手段の実装がテストされています。

さらに、この実践的なテストには分析的なサポートがあります。シグナル チェーンの通信技術的実現、静的および動的なグリッド セキュリティ計算の考慮、グリッド ステータス検出の新しい方法への対処、およびオンライン操作での制限値決定に加えて、TSO/TSO と TSO/DSO 間の集中調整が行われます。
このプロジェクトの目的は、超高電圧および高電圧の送電網における修復目的の送電網制御の実際のテストです。
目標は、特定のコンテンツ関連の側面を考慮して、5 つのサブ目標に分類できます。
全体として、グリッド内の (n-1) ケースでの治癒的救済手段の具体的な実装のための制御システム レベル、ステーションおよびフィールド レベルでの一連の影響と基礎となるメカニズムが、プロトタイプとして調べられ、テストされます。修復手段の決定、検証、および評価用に記録されたネットワーク状態の量と質には高い要件があるため、状態推定はさらなるサブ目標として扱われます。
システムの物理的限界を正確にマッピングし、より高い利用率の可能性を利用できるようにするために、現在の限界値を決定し、同等のネットワークをモデル化するための機能モデルが検討され、プロトタイプとして実装されています。
さらに、定常的および動的なネットワーク セキュリティ計算を考慮して、支援システムのオンライン操作がテストされています。

治癒的な輻輳管理の体系的な考慮事項は、送電網と配電網の間の相互作用に特に焦点を当てています。
目標を達成するために、OPAL-RT のリアルタイム シミュレータを備えた OVGU の通信インフラストラクチャ、PSI のコントロール センター、およびフェーザ測定ユニット (PMU) を使用して、実際のコントロール センター環境でハイブリッド状態推定を実装します。その後、さまざまな動的セキュリティ評価 (DSA) ツールの検証に使用されます。
OPAL-RT は、少なくとも 50 μs の時間分解能でグリッドをモデル化するために使用され、さらに通信プロトコル IEEE C37.118 の測定ソースとして使用されます。
これらの測定値は、特定のゲートウェイを開発する必要があるコントロール センターに接続されます。さらに、共通プロトコル IEC 60870-5-104 で測定値のデータ転送があります。
この情報を使用して、システム状態の評価を改善するためにハイブリッドの状態推定を使用することができます。

リアルタイム アプリケーション: Iron Bird のデジタル化

Author : Debiane Achour (フランス：CERTIA)
※ CERTIA社はIRON BIRD(航空機シミュレータ試験装置)のフランスのエンジニアリング会社です。

CERTIA は、EU が資金提供する ASTIB プロジェクトで、半分本物で半分シミュレートされた機器を備えた最初の Iron Bird を開発しました。

このプロジェクトにより、当社は完全なデジタル化、特にこの種の大規模設備 (Iron Bird) の市場リーダーの 1 つになりました。この設置は、イタリアの LEONARDO の施設で実施されました。
LEONARDO は、いくつかの新技術が開発され実装される将来のリージョナル航空機のプロジェクト リーダーです。 株式会社 NEAT

Opal-RT Technologies,Inc.