Sie müssen sich darauf verlassen können, dass sich Ihr Modell genauso verhält wie die Hardware, die Sie liefern werden. Margen, Sicherheitsgrenzen und Zeitpläne legen die Messlatte für jedes Energiesystemteam hoch. Ein präziser Stromversorgungssimulator hilft Ihnen, vage Risiken in messbare Daten, testbaren Code und wiederholbare Ergebnisse zu verwandeln. Sie können Fehlerfälle inszenieren, Steuerungen belasten und Schutzvorrichtungen überprüfen, bevor eine Anlage in Betrieb genommen wird.
Praktische Werkzeuge verkürzen den Weg vom Konzept zum verifizierten Entwurf. Eine klare Zuordnung zwischen Studienzielen und Lösungskapazitäten hält Projekte im Zeitplan. Ein guter Plan legt fest, was in Echtzeit laufen muss, was offline laufen kann und wie die Steuerungen mit einem Prüfstand verbunden werden. Dieser Plan beginnt damit, dass man weiß, wo jeder Stromversorgungssimulator bei der Komponentenentwicklung, den Schutzstudien und der Systemvalidierung eingesetzt werden kann.
Warum Simulationssoftware für Stromversorgungssysteme für Ingenieure unverzichtbar ist
Mit der Simulationssoftware für Stromversorgungssysteme können Sie Ideen testen, ohne Geräte, Zeitpläne oder die Sicherheit zu gefährden. Ingenieure können Schaltvorgänge, asymmetrische Fehler und Lastschritte ausführen, die auf einem Prüfstand zu riskant oder zu langsam wären. Ein und dasselbe Modell kann das Prototyping von Reglern, Design-Sweeps und die Überprüfung der Netzkonformität unterstützen. Wenn die Modelle teamübergreifend konsistent sind, vermeiden Sie Nacharbeit und haben eine einzige Quelle für die Wahrheit der Studiendaten.
Echtzeitschleifen ermöglichen den Schritt von der Theorie zur Hardware durch Hardware-in-the-Loop- (HIL) und Power Hardware-in-the-Loop- (PHIL) Testaufbauten. Dieser Weg ermöglicht die Modellierung und Simulation von Stromversorgungssystemen zur Validierung von Firmware, Schutzeinrichtungen und Umrichtern anhand realistischer Einspeisungen. Genaue Zeitschritte, robuste Solver und disziplinierte E/A-Isolierung sind wichtiger als auffällige Grafiken oder einmalige Demos. Die Teams erleben weniger Überraschungen im Labor, haben eine bessere Rückverfolgbarkeit und kürzere Entwicklungszyklen.
Ein präziser Energiesystem-Simulator hilft Ihnen, vage Risiken in messbare Daten, testbaren Code und wiederholbare Ergebnisse umzuwandeln.
Die 8 besten Tools und Software für die Simulation von Stromnetzen für aktuelle Projekte
Verschiedene Werkzeuge sind für unterschiedliche Aufgaben geeignet, von elektromagnetischen Transienten bis hin zur Planung im stationären Zustand. Die Wahl des Solvers, der Modellbibliotheken und der Integrationsoptionen ist oft wichtiger als die Bekanntheit der Marke. Berücksichtigen Sie den benötigten Detaillierungsgrad, den Zeitschritt, den Sie sich leisten können, und die Hardware, die Sie anschließen möchten. Achten Sie auf Validierungsanforderungen wie Hardware-in-the-Loop (HIL), Power Hardware-in-the-Loop (PHIL) und automatische Regression.
1. HYPERSIM
HYPERSIM konzentriert sich auf elektromagnetische instationäre Studien in großem Maßstab, die bei Bedarf in Echtzeit ausgeführt werden. Ingenieure verwenden es für die Simulation von Stromnetzen mit mehrpoligen Gleichstromverbindungen, Microgrids und Einspeisungen mit hoher Umrichterdichte. Große Netze können auf mehrere Prozessoren aufgeteilt werden, um Mikrosekundenschritte beizubehalten und gleichzeitig Schaltdetails zu erfassen. Die Modelle umfassen Leitungen, Transformatoren, Maschinen, Schutzvorrichtungen und detaillierte Leistungselektronik, so dass sich die Untersuchungen von einzelnen Komponenten auf ganze Systeme erstrecken.
Die enge HIL-Integration ermöglicht Closed-Loop-Tests mit Controller-Hardware, Sensorschnittstellen und programmierbaren Netzereignissen. Mit den PHIL-Optionen können Sie einen physischen Umrichter mit einem simulierten Netz mit kontrollierten Impedanzen und Grenzwerten koppeln. Die Automatisierung durch Python, FMI/FMU-Austausch und Regressionstools unterstützt die kontinuierliche Verifizierung über Projekte hinweg. Für Teams, die Simulationssoftware für Stromversorgungssysteme benötigen, die mit Laborhardware verbunden ist, bietet die Plattform einen klaren Weg vom Modell zum Test.
2. RTDS-Simulator
RTDS Simulator ist eine speziell entwickelte Hardware für elektromagnetische Transientenstudien in Echtzeit. Versorgungsunternehmen und Labore nutzen ihn zur Bewertung von Schutzeinstellungen, zum Testen von Steuerungen und zur Untersuchung der Wechselwirkungen von Stromrichtern bei Fehlern. Spezialisierte E/A- und Timing-Funktionen unterstützen deterministische Schleifen mit Schutzrelais, SPS und eingebetteten Zielen. Die Plattform eignet sich gut für Szenarien, in denen der Stromnetzsimulator mit externen Geräten synchronisiert bleiben muss.
Die Modelle erfassen Netzdetails bis hin zu Schaltvorgängen, mit Bibliotheken für Maschinen, FACTS-Geräte und Übertragungskomponenten. Testingenieure können Ereignisse inszenieren, wiederholte Messungen anwenden und lange Kampagnen skripten, ohne einen Live-Feeder zu berühren. Echtzeitbeschränkungen beeinflussen die Modellgröße und -treue, so dass ein frühes Scoping dazu beiträgt, Erwartungen und Hardwareressourcen aufeinander abzustimmen. Viele Teams kombinieren es mit Offline-EMT-Tools während der Design-Sweeps und migrieren dann wichtige Fälle für HIL in Echtzeit.
3. PSCAD
PSCAD eignet sich hervorragend für detaillierte elektromagnetische Transientenstudien in einer Offline-Umgebung. Ingenieure verlassen sich darauf bei der Entwicklung von Umrichtern, HGÜ-Verbindungen und Schutzanalysen, bei denen es auf Schaltdetails ankommt. Der Modellierungsansatz unterstützt benutzerdefinierte Komponenten, lesbare Schaltpläne und präzise Steuerlogik. Da der Solver nicht durch Echtzeitfristen eingeschränkt ist, können Sie die Genauigkeit erhöhen und längere Szenarien ausprobieren.
Projektweite Parameter-Sweeps beschleunigen Sensitivitätsstudien, und Szenariovarianten helfen, die Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten. Importoptionen, Messblöcke und Skripting öffnen die Tür zu automatisierten Studien für die Simulation von Energiesystemen. Die Ergebnisse dienen als Richtschnur für Reglerverstärkungen, thermische Margen und die Dimensionierung von Filtern, bevor ein HIL-Setup beginnt. Teams exportieren häufig wichtige Wellenformen, um HIL-Ergebnisse anhand der Offline-Referenz zu validieren.
4. MATLAB Simulink mit Simscape Electrical
MATLAB Simulink mit Simscape Electrical unterstützt den modellbasierten Entwurf von Leistungselektronik, Maschinen und Steuerungen. Blockbibliotheken helfen Ihnen bei der Zusammenstellung von Umrichtern, Motorantrieben und Netzschnittstellen mit konsistenter Parameterverwaltung. Die enge Integration in die Arbeitsabläufe des Steuerungsentwurfs verkürzt den Weg vom Algorithmus zum testbaren Code. Codegenerierungs- und Co-Simulationsoptionen können Modelle bei Bedarf auf Echtzeitziele übertragen.
Ingenieure schätzen das breite Ökosystem von Toolboxen, Skripten und Datenverarbeitung für die Modellierung und Simulation von Energiesystemen. Dieses Toolset eignet sich für Teams, die Anlagenmodelle und Steuerungslogik im selben Projekt für eine End-to-End-Verifizierung benötigen. Schnittstellenstandards wie Functional Mock-up Interface (FMI) unterstützen den Austausch von Modellen mit externer Simulationssoftware für Stromversorgungssysteme. Eine klare Dokumentation und eine breite Akzeptanz helfen neuen Mitarbeitern, produktiv zu werden, ohne den gesamten Stack neu zu überdenken.
Behandeln Sie Hardwarekompatibilität, Regressionsskripting und Wartbarkeit als erstklassige Kriterien, nicht als nachträgliche Überlegungen.
5. PSS®E (Energiesystem-Simulator für das Ingenieurwesen)
PSS®E konzentriert sich auf Studien zur Übertragungsplanung wie Leistungsfluss, Kurzschluss und dynamische Stabilität. Große Netzfälle, Generatormodelle und Schutzdaten unterstützen Bewertungen in Versorgungsqualität. Python-Skripte helfen bei der Automatisierung von Lastflussfällen, Notfallsätzen und Modellaktualisierungen in großem Maßstab. Für Projekte, die sich eher auf das langfristige Netzverhalten als auf Schaltdetails konzentrieren, ist das Tool hervorragend geeignet.
Die Ergebnisse können als Grundlage für EMT-Studien dienen, indem sie Randbedingungen, Sollwerte und glaubwürdige Eventualitäten definieren. Diese Verbindung sorgt dafür, dass die Planung auf hoher Ebene mit der detaillierten Modellierung und Simulation des Stromnetzes in späteren Phasen in Einklang gebracht wird. Die Teams verfügen häufig über eine gemeinsame Fallbibliothek, um Geräteaufzeichnungen und Schaltpläne abzugleichen. Obwohl es sich nicht um eine Echtzeitplattform handelt, ist sie für die Überprüfung von Szenarien vor detaillierten Studien unerlässlich.
6. ETAP
ETAP bietet ein integriertes Paket für Studien zur Energieversorgung von Industrieanlagen und Gebäuden in den Bereichen Planung, Betrieb und Wartung. Kurzschluss-, Störlichtbogen-, Koordinations- und Energiemanagementanalysen werden in einem einzigen Datenmodell zusammengefasst. Ingenieure können Gerätebibliotheken, Studienvarianten und Berichte in einem einheitlichen Format pflegen. Diese einzige Quelle hilft bei Audits, Konformitätsprüfungen und der Änderungskontrolle.
Für Teams, die einen digitalen Zwilling der Anlage erstellen, verknüpft das Paket Berechnungen mit Zeichnungen, Zeitplänen und Betriebszuständen. Die Stromnetzsimulation ist mit Schutzeinstellungen, Motorstarts und Backup-Planung verbunden, ohne den Kontext zu verlieren. Obwohl es sich nicht um einen EMT-First-Solver handelt, ergänzt es diese Tools durch Datenabgleich und Modellimport. Automatisierung und Dashboards können Studienläufe standardisieren, so dass die Ergebnisse projektübergreifend konsistent sind.
7. PowerFactory (DIgSILENT)
PowerFactory deckt Übertragungs- und Verteilungsstudien mit einem starken RMS-Fokus und Optionen für EMT-Details ab. Es unterstützt Leistungsfluss, Kurzschluss, dynamische Simulation und Schutzbewertung in großen Fällen. Mit Hilfe von Modellbibliotheken und Skripten können Sie das Verhalten anpassen, Studienvarianten zusammenstellen und Daten sauber aufbewahren. Ingenieure schätzen die Netzvisualisierung, die Berechnungsgeschwindigkeit und die flexiblen Berichte für Planungsaufgaben.
Die Schnittstellen bilden eine Brücke zu EMT-Tools, Reglermodellen und Datenhistorikern für eine umfassendere Simulation des Stromversorgungssystems. Das Tool hilft beim Abgleich von Langzeitstudien mit Umrichterdetails, wenn Sie Stabilitätsspannen für neue Anlagen validieren müssen. Eine klare Modellorganisation unterstützt Überprüfungen, Genehmigungen und die Rückverfolgbarkeit zwischen einem Versorgungsunternehmen, einem Berater und einem Hersteller. Lizenzierungsoptionen und modulare Add-ons ermöglichen eine praktische Anpassung des Funktionsumfangs an das jeweilige Projekt.
8. PSCAD EMTDC Alternativen mit Echtzeit-Hardware-Integration
Einige Teams bevorzugen EMT-Toolchains, die von Anfang an auf eine Echtzeitausführung abzielen und dann direkt mit der Laborhardware verbunden sind. Bei diesem Ansatz wird der Stromversorgungssimulator als Teil des Prüfstands und nicht als separates Berechnungstool behandelt. Modellpartitionen laufen auf CPUs oder FPGAs, während E/A-Brücken Spannungen, Ströme und Zeitstempel an Steuerungen und Leistungsstufen weiterleiten. Das Ergebnis ist ein kombinierter Pfad für die Modellierung und Simulation von Leistungselektroniksystemen, der eine frühere Validierung der Steuerung unterstützt.
Teams, die sehr kleine Zeitschritte, wiederholbare HIL und Leistungsverstärkerkopplung benötigen, wählen häufig diesen Weg. Um der Suchabsicht gerecht zu werden, signalisieren Phrasen wie Modellierung und Simulation von Leistungselektroniksystemen häufig diesen Anforderungskatalog. Achten Sie auf präzise Zeitsynchronisation, garantierte Latenzzeiten und robuste Schutzschichten um PHIL herum, um die Geräte zu schützen. Klare Dokumentation, Beispielprojekte und E/A-Abdeckung erleichtern die Übernahme dieser Kategorie durch das Laborpersonal.
Eine aussagekräftige Auswahlliste stimmt die Physik des Solvers und die Zeitschrittgrenzen auf Ihre Studienziele ab. Testen Sie den Arbeitsablauf mit einem kleinen, aber repräsentativen Fall, bevor Sie Zeit und Geld investieren. Bestätigen Sie Modellaustauschpfade, Skriptoptionen und HIL-Zeitplanung frühzeitig, um spätere Überraschungen zu vermeiden. Sobald diese Grundlagen bewiesen sind, werden die Skalierung von Studien und die Automatisierung der Regression zu unkomplizierten Schritten.
Vergleich von Stromnetzsimulatoren für Ihre spezifischen Anforderungen
Beginnen Sie mit der Physik, die Sie erfassen müssen, der Größe des Netzes und den Fragen, die Sie beantworten wollen. Die Simulation von Stromversorgungssystemen erfordert klare Abwägungen zwischen Genauigkeit, Laufzeit und Anbindung an die Hardware. Die Modellierung und Simulation von Stromversorgungssystemen, die in Suchanfragen oft als "Power System Modeling and Simulation" bezeichnet wird, umfasst elektromagnetische transiente und Phasor-Methoden, daher sollten Sie die Methode auf die jeweilige Frage abstimmen. Definieren Sie die Worst-Case-Zeitkonstanten und legen Sie dann akzeptable Schrittgrößen und Latenzbudgets für alle HIL-Schnittstellen fest.
Konzentrieren Sie sich auf den Solver-Typ, Modellaustauschrouten und Latenzgarantien, wenn Laborgeräte Teil des Plans sind. Prüfen Sie den Lizenzierungsumfang für Automatisierungsserver, berücksichtigen Sie den Schulungsbedarf und klären Sie die Reaktionszeiten des Supports. Fordern Sie einen Proof Case an, der Ihre Randbedingungen widerspiegelt, einschließlich Controller-Timing, Datenprotokollierung und Schutzauslöser. Behandeln Sie Hardwarekompatibilität, Regressionsskripting und Wartungsfreundlichkeit als erstklassige Kriterien, nicht als nachträgliche Überlegungen.
| Werkzeug | Primäre Stärke | Beste Anwendungsfälle | Modellierungsansatz | In Echtzeit | HIL/PHIL | Anmerkungen |
| HYPERSIM | Echtzeit-EMT im großen Maßstab | Wechselwirkungen zwischen Umrichtern, Schutzprüfungen, Netzstudien | EMT, partitionierte Netze | Ja | Ja | Python und FMI/FMU-Unterstützung für Automatisierung und Modellaustausch |
| RTDS-Simulator | Speziell entwickelter Echtzeit-EMT | Relaistests, Controller-HIL, Fehlerstudien | EMT mit deterministischem Zeitplan | Ja | Ja | Spezialisierte E/A für Schutz- und eingebettete Ziele |
| PSCAD | Ausführliche EMT offline | Umrichterentwurf, HVDC, Schutzanalyse | EMT mit umfangreichen Komponentenbibliotheken | Nein | Nicht primär | Stark für Parameter-Sweeps und Sensitivitätsstudien |
| MATLAB Simulink mit Simscape Electrical | Modellbasierter Entwurf und Kontrollen | Co-Design von Anlagensteuerungen, Code-Generierung | Multi-Domain, diskrete und kontinuierliche Optionen | Möglich über Ziele | Über Steckverbinder möglich | Breites Ökosystem, FMI-Unterstützung, umfangreiche Skripterstellung |
| PSS®E | Planung der Übertragung | Leistungsfluss, Kurzschluss, dynamische Stabilität | RMS-Phasor-basiert | Nein | Nicht primär | Skalierbar für große Fälle, starke Python-Automatisierung |
| ETAP | Industrielles Energiemanagement und Konformität | Störlichtbogen, Koordination, Energiemanagement | Optionen für RMS im stationären und im Zeitbereich | Nein | Nicht primär | Einheitliches Datenmodell und Berichterstattung |
| PowerFactory (DIgSILENT) | Planung und Betrieb | Analyse der Verteilung und Übertragung | RMS mit EMT-Optionen | Hauptsächlich offline | Nicht primär | Flexible Berichterstattung, Skripting und Fallmanagement |
| PSCAD EMTDC Alternativen mit Echtzeit-Hardware-Integration | EMT in Echtzeit mit Laborkopplung | Umrichter HIL, PHIL, Regler-Validierung | EMT auf CPU/FPGA | Ja | Ja | Vorrang für Latenzgarantien und Schutzschichten |
Wie OPAL-RT die fortgeschrittene Modellierung und Simulation von Energiesystemen unterstützt
OPAL-RT hilft Ihnen, von der Idee zum validierten Design zu gelangen, mit digitalen Echtzeitsimulatoren, die auf Präzision, Geschwindigkeit und flexible Integration ausgelegt sind. Ingenieure nutzen CPU- und FPGA-Beschleunigung, um enge Zeitschritte einzuhalten, ohne die Modellklarheit zu beeinträchtigen. Die Offenheit der Toolchain unterstützt Simulink-Workflows, FMI/FMU-Austausch und Python-Skripting, sodass Sie Sweeps automatisieren und Studien reproduzierbar halten können. Für HIL können Sie Steuerungen und Relais mit realistischen Netzen, skriptgesteuerten Störungen und genauen Messdaten verbinden. Diese Mischung hilft Teams, das Laborrisiko zu reduzieren, Tests zu standardisieren und Projekte im Zeitplan zu halten.
Komplexe Projekte vereinen oft Umrichterdetails, Schutzlogik und Netzverhalten. OPAL-RT erfüllt diese Anforderungen mit skalierbaren Plattformen und bewährten Arbeitsabläufen. HYPERSIM und spezielle Toolboxen unterstützen elektromagnetische Transienten, während RT-LAB die Echtzeitausführung und E/A mit klaren Zeitgarantien koordiniert. PHIL-Optionen bringen physikalische Leistungsstufen mit kontrollierten Impedanzen, Sicherheitsverriegelungen und gründlicher Datenerfassung in die Schleife ein. Offene APIs ermöglichen die Erstellung von Regressionssuiten, die Einbindung in Asset-Datenbanken und die gemeinsame Nutzung von Modellen durch verschiedene Teams. Wenn es wirklich auf Genauigkeit, Geschwindigkeit und Integration ankommt, ist OPAL-RT ein Partner, dem Sie vertrauen können.
Die Wahl des richtigen Werkzeugs hängt von der Art der benötigten Studien ab, z. B. elektromagnetische Transientenanalyse, Planung im stationären Zustand oder Hardware-in-the-Loop-Validierung. Sie sollten Solver-Methoden, Modellbibliotheken und Integrationspfade mit Ihrem bestehenden Arbeitsablauf vergleichen. Echtzeitfähigkeit und Hardwareanbindung sind der Schlüssel, wenn Ihr Projekt Closed-Loop-Tests erfordert. OPAL-RT hilft Ihnen dabei, den richtigen Simulationsansatz mit der praktischen Laborintegration abzustimmen, damit Sie schneller und mit weniger Risiko vorankommen.
Offline-Simulatoren führen detaillierte Studien ohne Zeitbeschränkung durch und eignen sich daher gut für Entwurfs- und Empfindlichkeitsanalysen. Echtzeitsimulatoren hingegen führen Modelle in strengen Zeitschritten aus, um mit der Hardware und den Steuerungen synchronisiert zu bleiben. Beide Ansätze funktionieren oft am besten, wenn sie miteinander kombiniert werden, wobei Offline-Studien Szenarien vorgeben, die später in Echtzeit getestet werden. OPAL-RT überbrückt diese Lücke, indem es sowohl die Offline-Modellierung als auch die Echtzeit-Ausführung unterstützt und Ihnen so Kontinuität in den Entwurfs- und Testphasen bietet.
Hardware-in-the-Loop (HIL) ermöglicht es Ihnen, Steuerungen, Relais und Umrichter an simulierten Netzen zu testen, bevor Sie die reale Hardware einsetzen. Dieser Ansatz verbessert die Sicherheit, reduziert die Testzeit und deckt Probleme früher auf, wenn sie weniger kostspielig zu beheben sind. Mit präzisen Modellen und engen Zeitvorgaben können Sie Schutzmaßnahmen, Steuerungen und Fehlerfälle zuverlässig validieren. OPAL-RT bietet speziell entwickelte HIL-Plattformen an, die Ingenieuren eine zuverlässige Möglichkeit zum Testen bieten, ohne die Anlagen oder Zeitpläne zu gefährden.
Ja, konsistente Simulationsmodelle dienen als gemeinsame Referenz für Design-, Test- und Planungsteams. Wenn alle mit denselben Datensätzen arbeiten, werden Doppelarbeit, Fehler und Abweichungen zwischen Studien reduziert. Gemeinsame Bibliotheken und Automatisierung machen es auch einfacher, Fälle zu reproduzieren und Änderungen im Laufe der Zeit zu verfolgen. OPAL-RT unterstützt offene Standards und Skripte, so dass Sie gruppenübergreifend integrieren können und die Modelle transparent und nachvollziehbar bleiben.
Am effektivsten ist es, Plattformen zu wählen, die offen und skalierbar sind und sich an neue Standards anpassen lassen. Sie möchten flexibel sein, um größere Netzwerke zu betreiben, neue Gerätemodelle hinzuzufügen oder neue Hardware anzuschließen, ohne neu beginnen zu müssen. Cloud-fähige und KI-kompatible Lösungen stellen außerdem sicher, dass Sie die Funktionen bei wachsenden Projekten erweitern können. OPAL-RT entwickelt seine Plattformen so, dass sie mit Ihren Anforderungen mitwachsen können, so dass Sie sicher sein können, dass Ihr Simulations-Setup relevant bleibt.
