RTlab

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An der RWTH Aachen entstehen im Rahmen des Projekts Urban Energy Lab 4.0 (UEL) neue Laboreinrichtungen für die Planung und Evaluierung von urbanen Energiesystemen der nächsten Generation. Im Rahmen des Teilprojekts RTlab wird die Laborausstattung unseres Instituts im Bereich der Forschung auf dem Gebiet der elektrischen Netze erheblich erweitert, um das revolutionäre Simulations- und Testverfahren des Parallelprojektes UEL InFIS zu unterstützen.

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Niklas Eiling

Team Simulation Infrastructure and HPC

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Robert Uhl

Team Leader Modeling, Simulation and HiL Methods

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An der RWTH Aachen entstehen im Rahmen des Projekts Urban Energy Lab 4.0 (UEL) neue Laboreinrichtungen für die Planung und Evaluierung von urbanen Energiesystemen der nächsten Generation. Im Rahmen des Teilprojekts RTlab wird die Laborausstattung unseres Instituts im Bereich der Forschung auf dem Gebiet der elektrischen Netze erheblich erweitert, um das revolutionäre Simulations- und Testverfahren des Parallelprojektes UEL InFIS zu unterstützen.

InFIS ermöglicht die Vernetzung von Laboren und Prüfständen zu einer einzigartigen Forschungsinfrastruktur für die ganzheitliche Simulation und flexible Prüfung neuartiger Geräte und Lösungen.

Weitere Informationen über InFIS und das Engagement unseres Instituts finden Sie hier.

Aufgrund der gestiegenen Nachfrage nach Echtzeitsimulationen und Hardware-in-the-Loop-Aufbauten in Forschungsprojekten, Lehr- und Diplomarbeiten wurden in einem ersten Schritt unsere bestehenden Echtzeitsimulatoren RTDS und OPAL-RT erweitert:

  • Die bestehende RTDS-Hardware mit acht Racks wurde um zwei RTDS NovaCor-Systeme erweitert.
  • Drei neue OPAL-RT-Targets erweitern unsere bestehenden OPAL-RT-Hardware-Ziele.
  • Das Portfolio der verfügbaren Softwaretools im ACS-Echtzeitsimulationslabor wurde um neue Lizenzen für ePHASORsim und HYPERSIM und eFPGASIM erweitert.
  RTlab Echtzeitsimulationsrack

Ein Schwerpunkt des RTlab-Projekts liegt auf der Integration der neu erworbenen Simulationsressourcen in eine gemeinsame Echtzeit-Simulationsinfrastruktur. Die Hauptkomponente für die Verknüpfung von Echtzeitsimulatoren ist die Entwicklung eines neuen FPGA-basierten Netzwerkes, das es Forschern ermöglicht, die Stärken der verschiedenen im Labor verfügbaren Simulationsplattformen zu kombinieren. Diese Integration ermöglicht den Einsatz unserer Echtzeitsimulationsinfrastruktur in den anderen UEL-Projekten wie InFIS und erlaubt es uns, anderen RWTH-Forschern den Fernzugriff auf die Infrastruktur zu ermöglichen. Ein neu entwickeltes Überwachungssystem dient dazu, die Nutzung des Simulators für Berichtszwecke zu verfolgen und Nutzungskontingente sowie die Reservierungen der Benutzer der Infrastruktur zu überprüfen.

Darüber hinaus wurde ein heterogenes Computersystem entwickelt, das auf Spezial- und Standardkomponenten für die Entwicklung und Bewertung von Echtzeitsimulatoren basiert. Die speziellen Komponenten bestehen aus modernen GPU-Beschleunigern und FPGAs, die die Beschleunigung anspruchsvoller Workloads oder den Einsatz von Interconnects mit hoher Bandbreite und geringer Latenz ermöglichen. Sie sind mit Standardkomponenten gekoppelt, die auf einer traditionellen CPU-Architektur basieren und einen flexiblen Zugriff auf die Speicher- und Cloud-Infrastruktur ermöglichen.

Ein weiteres Ziel ist die Erweiterung der Power-Hardware-in-the-Loop (PHiL)-Fähigkeiten unseres Labors, die es auf Basis der verfügbaren Echtzeitsimulatoren RTDS und OPAL-RT ermöglicht, Leistungskomponenten in Echtzeit-Simulationen von elektrischen Netzen zu integrieren. Mit PHiL werden die Wechselwirkungen zwischen einer zu testenden realen Komponente (z.B. Photovoltaik-Wechselrichter) und dem simulierten Stromnetz reproduzierbar und ohne Gefahr für reale Netze analysiert. Für die Realisierung zukünftiger PHiL-Aufbauten im Niederspannungsbereich (230 Veff) wird das Labor des Instituts um eine kommerzielle Vierquadranten-Spannungsquelle, ein Gleichstromnetzteil mit integriertem Solar-Array-Simulator, eine Rapid-Prototyping-Plattform für die Leistungselektronik sowie Messgeräte zur Validierung von PHiL-Aufbauten erweitert. Als exemplarische Anwendung, die die Leistungsfähigkeit der Rapid-Prototyping-Plattform für die Leistungselektronik demonstriert, wird die Plattform zum Bau eines kundenspezifischen PHiL-Leistungsverstärkers verwendet. Da auf die Regelalgorithmen und die Hardware dieses Verstärkers vollständig zugegriffen und modifiziert werden kann, kann er für die Forschung an PHiL-Leistungsverstärkern und Schnittstellenalgorithmen verwendet werden.

  Strukturdiagramm
 
 

Wir danken für die finanzielle Unterstützung des OP EFRE.NRW 2014-2020 unter dem Förderkennzeichen EFRE-0500029.