OPAL-RTカンファレンス Real-Time2023開催レポート

RT23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。

RT23 |Empowering energy sector coupling: CHIL-based laboratory setup for testing real-time grid operation

Author : Alfio Spina

再生可能エネルギー源（RES）の普及拡大と先進技術の導入により、電力部門に大きな変革がもたらされました。
再生可能エネルギーは、一般的な電力需要を賄うだけでなく、さまざまな分野にも使用できます。
実際、RES からの電力は、輸送や暖房などの戦略的部門の電化によって他の形式に直接変換できます。
持続可能で効率的なエネルギー環境へのシームレスな移行を確実に行うためには、エネルギー分野横断的な技術も考慮した革新的な送電網運用戦略を開発し、実装することが不可欠になります。
このプレゼンテーションは、ドルトムント市におけるエネルギー部門の連携強化に焦点を当てた研究プロジェクトの結果を要約したものです。
特に、グリッド運用戦略のリアルタイム テストのためのコントローラー ハードウェアインザループ (CHIL) に基づく実験室セットアップが実装されています。
提案された実験室セットアップは、リアルタイム シミュレーションと CHIL を統合するため、電気自動車 (EV) の充電ステーションや熱電併給 (CHP) プラントなどの分野横断的な技術の存在下で、多様な系統運用戦略の動的テストと検証が可能になります。
代表的な配電網はリアルタイム シミュレータ内でシミュレートされ、商用状態推定ツールはシミュレートされた配電網を監視するために使用されます。
さらに、状態推定ツールをサポートするために物理測定デバイスも含まれており、全体的なハードウェアインザループのセットアップが提供されます。
リアルタイム制御戦略は、状態推定ツールの結果に従って、シミュレートされた配電網内で稼働しているシミュレートされたプラントの有効電力と無効電力を制御する中央コントローラーに実装されます。
このプレゼンテーションでは、関連するテスト結果と「教訓」についても説明します。

RT23 | Commissioning of Electrical Substation-Grid Test Bed with IEDs and Cyber-Grid Guard

Author : Emilio Piesciorovsky

電力会社の変電所には、保護リレー、電力メーター、通信スイッチなどのインテリジェント電子デバイス (IED) が配線されています。
変電所のエンジニアは、これらの IED に監視、制御、電力システム保護、および通信アプリケーションの適切な測定を評価するよう依頼します。
実際の電力会社の変電所と同様に、複雑な変電所グリッド テストベッド (ESGT) は、わずかな測定誤差によって制限される監視、電力システム保護、制御 (同期チェック)、および通信アプリケーションにおける電流および電圧信号の測定のために評価する必要があります。
ループ内のリアルタイム シミュレータと IED を使用して ESGT を設定するプロセスでは、実験を実行する前に保護リレー、電力計、および通信デバイスを試運転する必要があります。
この研究では、IED とサイバーグリッド ガード システムを備えた ESGT が開発、評価、運用開始されました。
テストベッドのコミッショニングと問題解決のタスクについて説明し、ESGT で考えられるトラブルシューティングを評価するための方法をフローチャートで定義します。
この新しい方法は、相電流と電圧の大きさ、三相フェーザ図、ブレーカーの状態、電気的故障での選択性調整による保護リレー時間、通信データ ポイント、およびタイムスタンプ ソースについてのシミュレーションと IED 測定の比較に基づいています。

RT23 | Energy transition and power system simulation ? a European view

Author : Bernd Klockl

送電網計画活動とシミュレーションアプローチの調査を通じて、ヨーロッパのエネルギー転換の複雑なダイナミクスと、それが送電網への投資決定に及ぼす影響を探ります。
このプレゼンテーションでは、進化するエネルギー情勢を掘り下げ、持続可能な送電網ソリューションの必要性を強調します。
予測モデリングからシナリオ分析まで、高度なシミュレーション技術が投資戦略にどのように影響するかをご覧ください。
ヨーロッパとドイツの実例は、回復力と持続可能なエネルギー網の形成におけるシミュレーションの実践的な応用に焦点を当てており、エネルギー移行と電力網開発の重要な交差点についての貴重な洞察を提供します。

RT23 |How Power Conversion, a GE Vernova business, utilizes HiL simulators to validate controllers of medium voltage drives MV7 and MM7 for pumped storage hydro power plants, railway SFC and STATCOM applications

Author : Dominik Hofmeyer

Power Conversion がハードウェアインザループ (HIL) シミュレーターを利用して中電圧ドライブ MV7 および MM7 のコントローラーを検証する方法をご覧ください。
このプレゼンテーションでは、揚水発電所、鉄道 SFC、STATCOM などのアプリケーションに合わせて調整されたコントローラーの堅牢なパフォーマンスを確保する上での HIL シミュレーターの極めて重要な役割について詳しく説明します。
信頼性と効率を向上させるために電力変換で採用されている革新的な技術を調査し、中電圧駆動技術の最前線についての洞察を得ることができます。

RT23 | WELCOME TO RT23 and Keynote 1

Author :

RT23 基調講演 1: Pierre-Francois Allaire, Jean Belanger, Frederic Monfet, Etienne Leduc, Timo Roesch, Jean-Nicolas Paquin and Brad Armstrong

RT23 |Integration Tests of an Adaptive Protection System in a Hardware in the Loop Testbed

Author : Immanuel Hacker

再生可能エネルギー源の相当部分に対応するために配電網が進化するにつれ、従来の保護方式と新しい配電網のダイナミクスの間の相互作用が新たな課題を引き起こしています。
変化する送電網の状態に迅速に対応し、信頼性の高い電力供給を確保するには、適応型保護システムが不可欠です。
プロジェクト VeN2uS は、揮発性発電の変化に対応し、既存のグリッド インフラストラクチャの利用率を高めるためのトポロジの変更に焦点を当てています。
この目的のために、保護方式は現在のグリッド トポロジに合わせて適応的に変更され、保護システムの高い選択性と信頼性が確保されます。
このプロジェクトで設計されたプロセスには、次のステップが含まれています。 まず、グリッド トポロジの変更により、中央の SCADA インフラストラクチャ内のプロセスがトリガーされ、新しいトポロジを、事前に計算された構成を含むデータベースと比較することにより、保護デバイス構成の実現可能性がチェックされます。
保護装置。 システムがより適切な構成を見つけた場合、新しいパラメータを IEC61850 経由でステーション コントローラに送信します。
次に、ステーション コントローラーは新しいパラメーターを保護デバイスに送信します。 このようなシステムのパフォーマンスを検証するには、現実的で制御された条件での統合テストが不可欠です。
発表された研究では、ハードウェアインザループ (HIL) テストベッドを採用し、特にステージ中の障害のタイミングに関して、フィールドテストで再現するのが難しい稀で極端なイベントを含む、さまざまなグリッドシナリオをシミュレートするための制御された環境を提供します。
パラメータセットの切り替え。 この例としては、過電流により作動した保護装置がまだトリップしておらず、この時点で新しい設定値を取得している場合があります。
さらに、通信インフラストラクチャの問題など、他の障害シナリオも再現できます。 例としては、通信リンクが切断されたために新しいパラメータを受信できなかったステーションが考えられます。
このシナリオでは、実装されたフォールバック メカニズムが機能し、常に安全な操作を保証できるかどうかをテストします。
適応型保護システムは HIL セットアップと連動しており、物理コンポーネントとシミュレートされたグリッド状態の間のリアルタイムの相互作用が可能になります。
このアプローチにより、広範囲にわたる動的かつ困難なシナリオにおける保護システムの応答の評価が容易になります。
テストベッドの基礎は、HYPERSIM を実行する OPAL-RT シミュレータであり、再生可能エネルギー資源の普及率が高い高電圧と中電圧の混合グリッドをシミュレートします。
シミュレータは、IEC61850、特にサンプル値および GOOSE を介して保護デバイスと通信します。
シミュレータは、サンプル値を保護デバイスに送信し、GOOSE を介して状態を切り替えることにより、電圧と電流の値を送信する仮想結合ユニットのように機能します。
保護デバイスがトリップすると、デバイスはシミュレーターに GOOSE メッセージを送信して、シミュレーションでスイッチを開きます。
テストされた保護デバイスがサンプル値のサブスクリプションをサポートしていない場合、パワーアンプはサンプル値ストリームを受信し、それを実際のセットアップの測定トランスの出力と同等の電流と電圧に直接変換します。
テストされた二次制御システムのセットアップは、110kV グリッド内のステーション、つまりステーション コントローラに接続された 4 つの Siemens Siprotec ユニバーサル保護リレーを再現しています。
結論として、VeN2uS プロジェクトは、進化する配電網と再生可能エネルギーの統合という文脈で適応型保護システムを検証するための堅牢なプラットフォームとしてのハードウェアインザループ (HIL) テストベッドの重要な役割を強調しています。
このプロジェクトは、綿密な HIL テストを通じて、困難で動的なグリッド シナリオでも信頼性の高い電力供給を確保するアプローチの有効性を示しています。

RT23 |Distance and differential protections HIL Testing

Author : Joaquin Pulido

差動線路 (87L)、差動変圧器 (87T) および距離リレー (21) は、高電圧線路で使用される最も重要な保護リレーの一部です。
これらの保護の目的は、保護されたネットワーク (変圧器、回線、ケーブル、バスバー) の内部の障害を安全かつ迅速かつ選択的に除去することです。
差動線路 (87L) と差動変圧器 (87T) の原理は、保護対象物に流入する電流と流出する電流の差を検出することですが、距離リレーは障害インピーダンスの計算に基づいて電気的障害を検出します。
このプレゼンテーションの目的は、ANSI 21 距離保護、ANSI 87T 差動変圧器、およびデジタル ソリューションに組み込まれた ANSI 87L 差動線、保護リレーの HIL テストと検証を確実に行うための Hypersim/TestViw の機能を示すことです。

RT23 |Real time simulation to test hybrid state estimation and WAMPAC functionalities

Author : Eric Glende

PROGRESS 研究プロジェクトでは、治癒的なネットワーク運用管理のさまざまな側面が調査される予定です。
研究の重点は、フィールドテストでの治療法のテストにあり、その両側には研究パートナーによる分析的考慮が加えられ、デモンストレーターでテストされます。
このプロジェクトでは、それぞれ独自の焦点を当てた 2 つの専用フィールド テストが予定されています。フィールド テスト I は、治療的ネットワーク管理のコンテキストにおける異なる TSO 間の交換に焦点を当てているのに対し、フィールド テスト II は、TSO と DSO の間の情報交換に焦点を当てています。
さらに、ハイブリッド状態推定の側面と、治癒的グリッド運用管理の定常状態および動的刺激の側面が、分析サポートで調査されます。
オットー・フォン・ゲーリッケ大学には、IEC 60870-5-104 や IEEE C37.118 などのさまざまな通信プロトコルを介してリアルタイム グリッド モデルをコントロール センターに接続するための実験室セットアップが構築されます。
このアイデアは、実際のコントロール センター環境で PMU 測定を使用してハイブリッド状態推定の利点を示すことです。
ハイブリッド状態推定では、PMU と監視制御およびデータ収集 (SCADA) データの両方を使用します。
SCADA データはシステムのトポロジに関する情報を提供し、PMU データはリアルタイムの電圧と電流の測定値を提供します。
この組み合わせられた情報は、システムの静的特性と動的特性の両方を考慮して、システムの状態を推定するために使用されます。
さらに、実験室のセットアップは WAMPAC の機能をテストするために使用されます。
Wide-Area Monitoring Protection and Control System (WAMPAC) は、ネットワーク状態を監視するためのさまざまな機能と、ネットワーク運用における保護機能を有効にします。
これらの WAMPAC 保護機能の 1 つは、特別な保護スキーム (SpPS、ENTSO-E レポート) です。
システム自動化は、キュービクル内の特定の機器 (従来の保護リレーなど) を保護することだけを目的とするのではなく、電力システム全体の完全性と、より広い観測エリアにわたる供給の安全性を維持するために役立ちます。 ネットワーク状態をリアルタイムで検出する PMU の機能とシステム自動化の保護機能を組み合わせることで、ネットワーク運用への応用に関連する研究領域が生まれます。

RT23 |Communication Performance Testing for Special Protection Scheme (SpPS)

Author : Jirapa Kamsamrong

電力システムの障害は、機器の故障、人的ミス、カスケードトリップ、自然災害、サイバー攻撃によって引き起こされます。
一般的な方法の 1 つは、連鎖停電を防ぐために従来の電力システム保護システムを動作させることです。
欧州電力送電システム事業者ネットワーク（ENTSO-E）は、電力システムの安定性を確保するための特別保護計画（SpPS）を防衛計画に含めるよう要求した。
さらに、TSO と DSO の間の SpPS 機能の調整を考慮する必要があります。
クリティカルミッション SpPS の場合、変電所内または変電所間の SpPS 機能間の調整には信頼性の高い通信が必要です。
本講演では、OPAL-RTとネットワークエミュレーションツールを用いたSpPSの通信性能試験について紹介することを目的としています。
さらに、SpPS の信頼性を確保するために可能な冗長通信アーキテクチャが提案されます。

RT23 |Using Hypersim to build virtualization environments for energy system resilience studies

Author : Rawad Zgheib

異常気象とハイドロケベック州の電力網に対するサイバー脅威によってもたらされる課題を明らかにし、仮想化プラットフォーム、特に Hypersim が電力網の回復力を強化する上でどのように重要な役割を果たしているかを発見します。
ハイドロ・ケベックの送電網の紹介から、エネルギー移行とデジタル変革の広範な状況まで、基本事項をカバーしています。
グリッド運用のシミュレーションにおける IREQ の役割の重要性を強調し、レジリエンス調査を実施するための基礎として仮想化環境を紹介します。
このプレゼンテーションでは、グリッド操作のシミュレーションと最適化における Hypersim の有効性を示す実際の使用例も取り上げます。
最後は、この進化する分野の未来を垣間見ることで終わります。

RT23 |Laboratory Hardware-in-the-Loop implementation of Centralized Protection and Control

Author : Everton Leandro Alves

Laboratory Hardware-in-the-Loop implementation of Centralized Protection and Control Decarbonization targets are continuously increasing the share of renewable based Distributed Generation (DG) and other Distributed Energy Resources (DER), challenging the protection and operation of distribution networks. Considering current grid code requirements and Fault-Ride Through (FRT) capability of medium-size DG inverters, unwanted islanding and protection coordination issues may become more frequent. Therefore, updating protection and automation strategies becomes important to ensure the security and reliability of the distribution network. INESC TEC, in the context of national project SCALE (Scalable Centralized Grid Protection, Automation and Control), has been developing and testing new automation and protection functions for future virtual substations. SCALE project developed and demonstrated a platform for the digital distribution substation, enabling the control, monitoring and protection of medium voltage (MV) electrical networks in a centralized manner. The performance of the virtualized protection and advanced automation applications were tested with INESC TEC HIL infrastructure. The test setup consists of a Hardware-In-the-Loop (HIL) setup based on OPAL-RT system where the distribution network and substation test model was developed, connecting to the Centralized Protection Unit (CPC) [Aleixo et al., “Challenges and Considerations for the Design and Implementation of a Centralized Protection and Control Solution for MV Networks”, CIRED 2023] and to conventional IEDs. The OPAL-RT system is integrated with two linear power amplifiers and the setup is fully IEC 61850 standard compliant, integrating IEC 61850-8-1 (Generic Object-Oriented Substation Events, GOOSE) message communications and analogic samples by IEC 61850/IEC 61869-9 (Sampled Values, SV) with synchronization via Precision Time Protocol (PTP), implementing a process bus network capable of reproducing real-world situations. Voltage and current measurements, both real and simulated, as well as protection and control signals, were exchanged according the IEC 61850 standard. Using the assembled testbed, advanced applications concerning automatic voltage control at the substation level, adaptive protections for the MV network, and the identification of unintentional islands within the MV feeder were implemented. These applications were developed and allocated to the CPC unit, interacting with the CPC virtual versions of protection and control IEDs through the process bus according to IEC 61850, implemented in the simulated system's substation. IEDs of the type merging unit (MU) are used to inter-connect the CPC and the measurement points at the substation (bus bay, feeders bays and the transformer bays). The implemented setup significantly fostered and speeded up the development and practical application of advanced functions for distribution networks by exploiting the virtualization and centralization concepts for MV network management within the substation, meeting requirements of communication based on the IEC 61850 standard. Furthermore, the integration of a relatively new element into the substation system, the CPC, which may contain advanced applications for the network, opens various possibilities to be explored in the continuation, with new research in the important area of MV system protection. The presentation will provide a more detailed overview of the test setup developed at INESC TEC, including limitations and benefits of such infrastructure.

RT23 |Real-Time Simulation of an Islanded Microgrid System for Renewable Hydrogen Production

Author : Janito Ramos

2050 年までに実質ゼロ排出という目標を達成し、持続可能なエネルギーに関する世界的な目標を達成するには、利用可能で手頃な価格の低炭素技術の範囲を拡大することがますます重要になっています。
この文脈において、再生可能水素生産のための洋上風力エネルギーは実行可能な選択肢であり、将来のエネルギーシステムに大きな変化をもたらす準備ができている技術の説得力のある例とみなされています。
この研究では、洋上風力発電所 (OWF) で生成されたエネルギーから再生可能水素を生産するための島状マイクログリッド システムのリアルタイム シミュレーション開発を提案します。
このプロジェクトでは、海洋水素生産 (シナリオ 1) と陸上水素生産 (シナリオ 2) という 2 つの異なるシナリオで水素生産の場所を検討しています。 シナリオ 1 では、OWF と同じ地域での水素の製造、貯蔵付きの沖合、およびその後の船または海底パイプラインによる製造された水素の海岸への輸送を検討します。
シナリオ 2 では、海底電力ケーブルを介して送電される OWF 電力を使用して、本土、つまり陸上で水素を製造することを検討します。
風速データは、ERA5 データベースを使用し、空間解像度 1 km の地域大気モデル WRF を通じて取得されます。
このモデルは、リオデジャネイロ州北部に位置するアス港から最大 50 km の距離をカバーし、10 分の時間分解能で 1 年間にわたる風の挙動をシミュレートします。
このプロジェクトでは、8 台の IEA 15 MW 風力タービン、12 MW BESS (バッテリー エネルギー貯蔵システム)、およびそれぞれの容量が 20 MW (4 x 5 MW スタック)。
システムは単独モードで動作するため、BESS はドループ制御 (有効電力/周波数 - P/F および無効電力/電圧 - Q/V) を使用したグリッド形成モード (GFM) で動作します。
負荷、バッテリの充電、放電の管理は、電源管理システム (PMS) を通じて実行されます。
OWF の間欠性と、システムが単独モードで動作することを考慮すると、利用可能な電力とバッテリの状態に応じて電解槽をオン/オフ (定格電力の 5% ～ 125% の範囲で動作) する必要があります。
システムの開発では、オフライン シミュレーションが Matlab/Simulink 環境で実行され、パワー エレクトロニクスおよび制御システム用の OPAL-RT ハードウェアを使用したリアルタイム シミュレーションを通じて検証されます。
システムはさまざまな風速条件下でテストされます。 シミュレーション結果が表示され、開発されたシステムを検証するために比較されます。

RT23 |Resiliency Enhancement of Microgrids through real-time coordination of fault detection

Author : Hani Muhsen

マイクログリッド (MG) システムは、限られた地理的エリア内での再生可能エネルギー リソースの統合を効果的にサポートします。
再生可能エネルギー資源の断続的な性質と、予測できない気象条件によって引き起こされる不確実性が、マイクログリッドのリアルタイム運用の信頼性の欠如に大きく寄与しています。
さらに、予測できない障害や電力不足が重大な課題を引き起こし、マイクログリッド ネットワークの信頼性の低下につながります。
したがって、スマート グリッド システムの回復力を評価することは、信頼性が高く効率的な運用を確保する上で重要な用語となります。
このペーパーは、マイクログリッド システムの回復力を定量化するためのさまざまなテストの側面を紹介することを目的としています。
電圧低下、システムが障害を検出して回復するのに必要な回復時間、電力バランス状態に達するまでの時間は、マイクログリッドの回復力の側面の重要な尺度です。
マイクログリッド モデルは MATLAB/SIMULINK で構築されています。
リアルタイム状態での MG 動作に関する提案されたスキームを分析および検証するために、OP1420 PHIL MICROGRID テストベンチで詳細なシミュレーションが実行されました。 　　 　 　　 株式会社ＮＥＡＴ

Opal-RT Technologies,Inc.