Real Time Digital Simulator (RTDS)

• Subject Area: Electrical Engineering and Information Technology
• Term: Funded in 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 274626818

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Entwicklung eines strom- und spannungsgesteuerten Power-Hardware-In-Loop (PHIL) Versuchsaufbaus: Beim stromgesteuerten PHIL wird das Verteilnetz in RTDS simuliert und der im Netz fließende Strom wird mittels eines linearen Leistungsverstärkers in der Hardware reproduziert. Der Leistungsverstärker ist an die zu testende Hardware (z. B. Smart Transformator in den Projekten HEART und ENSURE) angeschlossen, welche die Spannung regelt. Die Schleife wird letztlich mit der Spannungsmessung auf Hardwareebene geschlossen, die mittels Gigabit Transreceiver Analog Input (GTAI) Karte an das RTDS zurückgesendet wird. Dieser Aufbau verschafft uns die Möglichkeit, die Hardware unter beliebigen Netzbedingungen zu testen, ohne große Versuchsaufbauten im Labor zu bauen, die Sicherheit unter "extremen" Bedingungen (z.B. Prüfung elektrischer Fehler) zu gewährleisten und eine große Wiederholbarkeit der Experimente zu ermöglichen, ohne das reale Stromverteilnetz und seine Kunden zu beeinträchtigen. Nach unserem Kenntnisstand ist dieses aktuelle PHIL-Setup einzigartig unter den Forschungseinrichtungen mit digitalen Echtzeitsimulatoren. Der spannungsgesteuerte PHIL Versuchsaufbau ist ähnlich wie der der vorgenannt en stromgesteuerten Variante, gibt aber anstelle des Stroms die Spannung an das RTDS zurück. Dies ermöglicht es die Leistungsfähigkeit jeglicher leistungselektronischen Hardware, wie z. B. umrichterbasierter erneuerbarer Energien, zu validieren. Letztere Konfiguration wurde verwendet, um das Verhalten von "herunterskalierten" Umrichtern für Windkraftanlagen zu testen, insbesondere bei der Regelung unter "schwachen" Netzbedingungen (d.h. hoher Impedanz zwischen dem Hauptstromnetz und dem Umrichter). Der Real Time Digital Simulator (RTDS) wurde zur Validierung in der Simulation und zur experimentellen Validierung der entwickelten Theorien verwendet und um verschiedene experimentelle Einblicke in das Verhalten der Hardware unter spezifischen Netzbedingungen zu ermöglichen. Der RTDS- und PHIL-Versuchsaufbau wurde regelmäßig während des Industrie PhD Kurses „The Smart Transformer: Impact on the electrical grid and technology challenges“ genutzt, der im Februar 2017 und 2018 am Lehrstuhl für Leistungselektronik stattfand.

Publications

• "Real-Time Primary Frequency Regulation using Load Power Control by Smart Transformers," in IEEE Transactions on Smart Grid
  G. De Carne, G. Buticchi, M. Liserre and C. Vournas
  
• "Frequency adaptive control of a smart transformerfed distribution grid," 2016 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Long Beach, CA, 2016, pp. 3493-3499
  Z. Zou, G. De Carne, G. Buticchi and M. Liserre
  
• "Smart transformerbased hybrid grid loads support in partial disconnection of MV/HV power system," 2016 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Milwaukee, WI, 2016, pp. 1-8
  C. Kumar, Z. Zou and M. Liserre
  
• "Power-Hardware-In-Loop Setup for Power Electronics Tests," PCIM Europe 2017; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management, Nuremberg, Germany, 2017, pp. 1-7
  G. De Carne, M. Langwasser, X. Gao, G. Buticchi and M. Liserre
  
• "The Smart Transformer: A solid-state transformer tailored to provide ancillary services to the distribution grid," in IEEE Power Electronics Magazine, vol. 4, no. 2, pp. 56-67, June 2017
  L. Ferreira Costa, G. De Carne, G. Buticchi and M. Liserre
  
• "Analysis and Stabilization of a Smart Transformer-Fed Grid," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 65, no. 2, pp. 1325-1335, Feb. 2018
  Z. Zou, G. Buticchi and M. Liserre
  
• "Load Control Using Sensitivity Identification by Means of Smart Transformer," in IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 9, no. 4, pp. 2606-2615, July 2018
  G. De Carne, G. Buticchi, M. Liserre and C. Vournas
  
• "Reverse Power Flow Control in a ST-Fed Distribution Grid," in IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 9, no. 4, pp. 3811-3819, July 2018
  G. De Carne, G. Buticchi, Z. Zou and M. Liserre
  
• "Robust stability analysis of LCL filter based synchronverter under different grid conditions," in IEEE Transactions on Power Electronics
  R. Rosso, J. Cassoli, G. Buticchi, S. Engelken and M. Liserre
  
• „Microgrid Stability Definitions, Analysis, and Modeling“, Technical Report PES-TR66, April 2018
  IEEE PES Task Force on Microgrid Stability Analysis and Modeling