Echtzeitsimulationen und Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests sind zu unverzichtbaren Werkzeugen für Ingenieure geworden, die die Komplexität moderner Stromversorgungssysteme bewältigen müssen. Veraltete Testverfahren können mit den Anforderungen moderner Stromnetze nicht mehr Schritt halten, was zu Verzögerungen und zusätzlichen Risiken bei der Integration neuer Technologien führt. Die Stromnetze werden mit zunehmender Digitalisierung, Dezentralisierung und Dekarbonisierung immer komplexer. Herkömmliche Methoden - wie Offline-Modellierung oder Feldtests von Prototypen - können die schnelle, multidirektionale Dynamik der heutigen Netze nur schwer erfassen. Dies führt oft zu einem langwierigen Entwicklungszyklus und zu unliebsamen Überraschungen, wenn die neuen Anlagen schließlich eingesetzt werden. OPAL-RT vertritt die Ansicht, dass die Echtzeitsimulation heute für kühne Energieinnovationen unverzichtbar ist und es den Teams ermöglicht, die Entwicklung zu beschleunigen und gleichzeitig absolutes Vertrauen in die Zuverlässigkeit der Netze zu haben.
Ältere Tests können mit der Komplexität moderner Netze nicht Schritt halten
Moderne Stromnetze haben wenig Ähnlichkeit mit den einfacheren Netzen der vergangenen Jahrzehnte. Das Aufkommen von Solarparks, Batteriespeichern, Elektrofahrzeugen und intelligenten Steuerungen hat zu einem Netz von Wechselwirkungen geführt, für das herkömmliche Prüfmethoden nicht ausgelegt sind. Veraltete Ansätze wie einfache Softwaresimulationen oder isolierte Feldtests können Hochgeschwindigkeitsereignisse und gekoppelte Phänomene in einem integrierten Netz nicht nachbilden. Ingenieure, die nur mit diesen veralteten Werkzeugen arbeiten, sind oft blind für kritische Grenzfälle und neu auftauchende Verhaltensweisen. Diese Lücke bedeutet, dass die Einführung einer neuen Energietechnologie zu einer Tortur aus Versuch und Irrtum werden kann, bei der die Teams vorsichtig vorgehen müssen, um destabilisierende Zwischenfälle zu vermeiden.
Die Beschränkungen der alten Testverfahren schlagen sich direkt in Projektproblemen nieder. Die Entwicklungszeiten verlängern sich, da die Ingenieure langsam iterieren, und jede Integration eines neuen Geräts ist mit erheblichen Unsicherheiten verbunden. Bei vielen Projekten treten unerwartete Probleme erst spät auf, was zu kostspieligen Korrekturen oder sogar gefährlichen Situationen führt. Studien zeigen, dass fast 40,6 % der Entwicklungsprojekte ohne HIL-Tests hinter dem Zeitplan zurückbleiben, verglichen mit nur 25,7 % der Projekte, die HIL verwenden. Die Unfähigkeit, komplexe Szenarien im Vorfeld zu testen, zwingt Unternehmen dazu, zusätzliche Risiken einzugehen oder Sicherheitsmargen zu überplanen. Angesichts der ehrgeizigen Ziele im Bereich der erneuerbaren Energien und der beispiellosen Komplexität der Netze ist es nicht mehr tragbar, sich auf alte Methoden zu verlassen. Die Branche braucht eindeutig einen neuen Testansatz, der mit Innovation und Komplexität Schritt halten kann.
Veraltete Testverfahren können mit den Anforderungen moderner Netze nicht Schritt halten, was zu Verzögerungen und zusätzlichen Risiken bei der Integration neuer Technologien führt.
Echtzeitsimulation beschleunigt Energieinnovation ohne Kompromisse bei der Zuverlässigkeit
Die digitale Echtzeitsimulation ist eine direkte Antwort auf diese Herausforderungen, da sie Geschwindigkeit mit Strenge verbindet. Mithilfe von Hochleistungsrechnern und HIL-Techniken können Ingenieure tatsächliche Hardwareregler und Software mit einem digitalen Live-Modell des Netzes verbinden. Dadurch wird der Kreislauf zwischen Entwurf und Prüfung geschlossen und der Entwicklungsprozess grundlegend verändert.
Schnellere Entwicklungszyklen
Echtzeitsimulationen verkürzen den Entwicklungszyklus für neue Energietechnologien drastisch. Anstatt Wochen oder Monate auf physische Prototypen und Feldversuche zu warten, können Teams Steuerungsstrategien und Systemkonfigurationen virtuell in Echtzeit testen. Mehrere Szenarien können hintereinander oder sogar parallel ablaufen, was eine kontinuierliche Erprobung rund um die Uhr ermöglicht. Dieser Ansatz beseitigt den Engpass physischer Tests und ermöglicht es, neue Netzausrüstungen in einem Bruchteil der früher benötigten Zeit vom Konzept bis zur Bereitstellung zu bringen. Ingenieure beginnen auch früher mit der Fehlersuche - eine Branchenumfrage hat ergeben, dass durch den Einsatz von HIL zum frühzeitigen Erkennen von Problemen die zur Fehlerbehebung benötigte Arbeitszeit um über 60 % reduziert werden konnte.
Sicherstellung der Zuverlässigkeit durch High-Fidelity-Tests
Geschwindigkeit geht nicht auf Kosten der Qualität. Echtzeitsimulationen erhöhen sogar die Zuverlässigkeit, da sie eine sichere, kontrollierte Umgebung bieten, in der die Leistung unter allen Bedingungen überprüft werden kann. Ingenieure können ein virtuelles Netz (und alle angeschlossenen Hardware-in-Loop-Geräte) extremen Fehlern, Überspannungen und ungewöhnlichen Szenarien aussetzen, ohne die realen Kunden oder die Infrastruktur zu gefährden. Jede Auslösung eines Schutzrelais oder Wechselrichters kann beobachtet und anhand eines physikalisch exakten Modells feinabgestimmt werden, lange bevor die Geräte gebaut werden. Der Testprozess ist konsistent und wiederholbar, wodurch das Rätselraten bei Ad-hoc-Feldversuchen entfällt. In der Praxis erkennen die Teams frühzeitig Konstruktionsmängel und Eckfehler - in einer Studie wurde festgestellt, dass HIL-Tests die Anzahl der Softwarefehler in installierten Systemen um etwa 38 % reduzieren. Indem man Systeme Worst-Case-Szenarien aussetzt, kann man praktisch sicher sein, dass ein neues Gerät oder ein neuer Algorithmus, wenn er alle Echtzeit-Simulationstests bestanden hat, auch in der Praxis wie erwartet funktioniert.
Risiken vermindern und Vertrauen stärken
Dank der Echtzeitsimulation können die Teams Probleme bereits während des Entwurfs und nicht erst nach der Einführung erkennen, wodurch Risiken und Kosten in der Spätphase drastisch reduziert werden. Überraschungen, die möglicherweise zu dringenden Umgestaltungen oder Verzögerungen in letzter Minute geführt hätten, werden stattdessen im Simulationslabor entdeckt und behoben. Die endgültige Inbetriebnahme kann dann gleich beim ersten Versuch reibungslos erfolgen, wodurch teure Überschreitungen vermieden werden. Mit diesem Ansatz werden Unbekannte" zu Bekannten, lange bevor ein Projekt in Betrieb geht. Wenn die Beteiligten sehen, dass ein neues System mithilfe von HIL- und Echtzeitmodellen gründlich geprüft wurde, gewinnen sie das Vertrauen, kühne Innovationen zu genehmigen. Die Ingenieure wiederum können kreative Lösungen verfolgen, da sie wissen, dass jedes Konzept virtuell geprüft und durch Daten untermauert wird. Die Echtzeitsimulation gibt den Entwicklungsteams die Freiheit, schnell und verantwortungsbewusst zu innovieren, ohne Angst vor einer Beeinträchtigung der Netzstabilität.
Hardware-in-the-Loop verbindet Labor und Feld für eine realitätsnahe Validierung
Eine der größten Stärken von HIL ist die Fähigkeit, die kontrollierte Umgebung des Labors mit der Realität des Feldes zu verbinden. In einem HIL-Setup modelliert ein Echtzeitsimulator das Stromnetz, während tatsächliche Hardwaregeräte (wie Steuerungen oder Schutzrelais) angeschlossen werden und mit der Simulation interagieren. Das bedeutet, dass Ingenieure neue Geräte unter realitätsnahen Netzbedingungen testen können, lange bevor sie sie in einem tatsächlichen Netz installieren. Das Ergebnis ist eine realitätsnahe Validierung, die Vertrauen schafft. Zu den wichtigsten Vorteilen dieser Brücke zwischen Labor und Praxis gehören:
- Risikofreie Belastungstests: Ingenieure können die Systeme bis an ihre Grenzen bringen, indem sie die schlimmsten Fehler, Überlastungen oder Transienten verursachen, ohne reale Anlagen zu gefährden. Szenarien, die zu gefährlich oder unpraktisch sind, um sie im realen Netz zu testen, werden in der Simulation sicher nachgebildet, um neue Designs unter extremen Bedingungen zu testen.
- Realistische Validierung von Steuerungen: Durch die Einspeisung simulierter Spannungen und Ströme in physische Steuerungen, Wechselrichter oder Schutzrelais können die Teams überprüfen, ob diese Geräte korrekt auf eine Vielzahl von Bedingungen reagieren. So kann beispielsweise ein Relais mit verschiedenen Fehlerereignissen ausgelöst werden, um zu bestätigen, dass es wie vorgesehen auslöst. Das Erkennen von Problemen mit der Steuerungshardware in einer realitätsnahen Laborumgebung verhindert Fehlfunktionen im Feld.
- Nahtlose Integration neuer Technologien: Mit HIL kann eine neue Komponente (z. B. eine Batteriespeichereinheit oder ein Windpark-Controller) neben der bestehenden Infrastruktur in ein virtuelles Netz "eingesteckt" werden. Etwaige Kompatibilitätsprobleme mit Altsystemen werden frühzeitig erkannt und können vor dem tatsächlichen Einsatz behoben werden, sodass eine reibungslose Integration der neuen Technologie ohne Unterbrechungen gewährleistet ist.
- Wiederholbare, automatisierte Tests: Sobald ein originalgetreues digitales Modell des Netzes erstellt ist, können die Ingenieure Hunderte von Testfällen automatisch durchführen. Selbst seltene Grenzszenarien können wiederholt simuliert werden, was zu einer weitaus gründlicheren Validierung führt, als dies bei einmaligen Feldtests je möglich wäre.
- Geringere Testkosten und Infrastruktur: Da so viele Experimente in der Simulation stattfinden, können Unternehmen kostspielige Feldversuche und groß angelegte Prototypen minimieren. Echtzeit-HIL macht einige leistungsstarke Testaufbauten überflüssig, da sie Szenarien ermöglicht, die in einem physischen Labor nur schwer oder gar nicht nachgestellt werden können. Infolgedessen können Teams Probleme frühzeitig im digitalen Bereich erkennen, wodurch sie weitaus weniger Geld ausgeben und Risiken für wertvolle Geräte vermeiden können.
Dieser HIL-Ansatz bringt im Wesentlichen die Praxis ins Labor.
Es überrascht nicht, dass große Forschungseinrichtungen darauf bestehen, dass neue Netzgeräte und Algorithmen vor ihrer Einführung durch Echtzeitsimulationen getestet werden. So stellt das Idaho National Laboratory fest, dass jede neue Technologie für ein zuverlässiges Netz vor der Inbetriebnahme gründlich simuliert und validiert werden muss. Diese Verknüpfung von Labor und Praxis gibt Ingenieuren und Betreibern die Gewissheit, dass neuartige Systeme, wenn sie in Betrieb gehen, genau wie erwartet funktionieren.
Echtzeitsimulation wird für Energieinnovationen unverzichtbar
Echtzeitsimulation und HIL-Tests sind heute keine Nischentechniken mehr, sondern von grundlegender Bedeutung für Innovationen im Energie- und Versorgungssektor. Versorgungsunternehmen, Hersteller und Forschungslabors auf der ganzen Welt integrieren Echtzeitsimulationen in ihre Entwicklungsabläufe für jedes komplexe Projekt. Dieser Ansatz gilt als Standardverfahren zur Risikominderung bei der Integration erneuerbarer Energien, fortschrittlicher Netzsteuerung und anderen innovativen Initiativen. Mit der weiteren Entwicklung der Stromversorgungssysteme werden diese Tools immer wichtiger - es ist kaum vorstellbar, dass man heute ein ehrgeiziges Projekt ohne das Sicherheitsnetz der Echtzeitsimulation in Angriff nehmen kann. Was einst eine "nice-to-have"-Funktion war, ist heute eine unverzichtbare Säule der Energietechnik.
Die Echtzeitsimulation von OPAL-RT für mutige Energieinnovationen
Da die Echtzeitsimulation in der modernen Energietechnik unverzichtbar wird, unterstützt OPAL-RT Unternehmen dabei, diesen Ansatz zu übernehmen. Unser Unternehmen hat mehr als zwei Jahrzehnte damit verbracht, digitale Hochleistungs-Echtzeitsimulatoren und HIL-Testplattformen zu entwickeln, die es Ingenieuren ermöglichen, schneller zu arbeiten und mit Zuversicht zu entwickeln. Heute wird die Technologie von OPAL-RT von Versorgungsunternehmen, Herstellern und Forschungslabors weltweit eingesetzt. Sie verlassen sich auf unsere Simulatoren, um das Risiko der Integration erneuerbarer Energien zu verringern und neue Netzlösungen schneller auf den Markt zu bringen.
Wir bieten bewährte, robuste Echtzeit-Simulationstools an, mit denen Energieinnovatoren neue Ideen verfolgen können, während ihre Systeme zuverlässig und sicher bleiben. Unsere Simulatoren mit offener Architektur spiegeln das reale Netzverhalten wider und ermöglichen es Teams, physische Hardware sicher in den Kreislauf einzubinden. Ingenieure können alles - von Mikrogrids bis hin zu nationalen Netzen - in Echtzeit modellieren und ihre Steuerungen in verschiedenen Szenarien testen. Sie können schnell und ohne Angst vor Fehlern iterieren, was den Teams die Freiheit gibt, mit Zuversicht Grenzen zu überschreiten. Diese fortschrittlichen Funktionen sorgen dafür, dass die Energiebranche kühne Innovationen entwickeln kann, ohne jemals Kompromisse bei der Zuverlässigkeit oder Stabilität einzugehen.
FAQ
Sie können Risiken reduzieren, da Sie mit der Echtzeitsimulation realitätsnahe Betriebsbedingungen nachbilden können, ohne physische Anlagen zu beschädigen. Anstatt auf Live-Versuche zu warten, können Sie jedes mögliche Fehler- oder Stressszenario in einer sicheren Umgebung validieren. Dies gibt Ihnen die Gewissheit, dass Ihre Systeme vor dem Einsatz korrekt funktionieren. OPAL-RT bietet fortschrittliche Simulationswerkzeuge, die Ihnen helfen, das Projektrisiko zu senken und gleichzeitig die Innovation zu beschleunigen.
Hardware-in-the-Loop verbindet Ihre tatsächlichen Steuergeräte mit einem digitalen Netzmodell, so dass Sie deren Reaktion unter allen für Sie wichtigen Bedingungen validieren können. Dadurch werden die mit kostspieligen Feldversuchen verbundenen Verzögerungen reduziert, so dass Sie Projekte zur Integration erneuerbarer Energien schneller vorantreiben können. Wenn Sie sehen, dass die Steuerungen in einer realitätsnahen Simulation richtig reagieren, vermeiden Sie Überraschungen im späteren Betrieb. OPAL-RT unterstützt Sie mit der Technologie, die diese anspruchsvollen Tests praktisch und zuverlässig macht.
Wenn Ihre Projekte die Integration erneuerbarer Energien, fortschrittliche Steuerungen oder die Modernisierung des Stromnetzes umfassen, ist die Komplexität bereits höher als bei herkömmlichen Tests. Die Echtzeitsimulation bietet die Genauigkeit und Geschwindigkeit, die erforderlich sind, um diese Komplexität zu bewältigen, ohne die Bereitstellung zu verzögern. Sie verhindert kostspielige Rückschläge und stärkt Ihre Fähigkeit, zuverlässige Lösungen zu liefern. OPAL-RT stellt sicher, dass Sie, wenn Sie diese Investition tätigen, über skalierbare Werkzeuge verfügen, die mit Ihren Projekten wachsen.
Sie können Ihre vorhandenen Steuerungen an ein simuliertes Netz anschließen und sehen, wie sie unter neuen Bedingungen oder mit zusätzlichen erneuerbaren Ressourcen arbeiten. Auf diese Weise können Sie Schwachstellen erkennen und die Leistung optimieren, ohne Ihren Betrieb zu unterbrechen. Der Ansatz unterstützt auch reibungslose Upgrades, da Sie die Kompatibilität bestätigen können, bevor Sie Änderungen im laufenden Betrieb vornehmen. OPAL-RT hilft Ihnen, die Lebensdauer und Zuverlässigkeit Ihrer bestehenden Systeme mit diesen Echtzeit-Validierungstechniken zu verlängern.
So können Sie schneller innovieren, ohne die Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen. Indem Sie mehr Szenarien früher testen, verkürzen Sie die Entwicklungszyklen und setzen Ressourcen für strategische Projekte frei. Darüber hinaus schaffen Sie Vertrauen bei Ihren Stakeholdern, indem Sie zeigen, dass neue Entwürfe durch High-Fidelity-Simulation validiert wurden. Die Plattformen von OPAL-RT bieten Ihnen eine zuverlässige Grundlage, um die Energiewende selbstbewusst voranzutreiben.
