Netzsimulator

Inhaltsverzeichnis

1 Netzsimulator
1.1 Was ist ein Netzsimulator?
1.1.1 Die Rolle von Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL)
1.1.2
1.1.3 Unterschied zwischen AC- und DC-Netzsimulatoren
1.1.4 Zentrale Funktionen von Impedyme’s Netzsimulationsplattform
1.2 Praxisanwendungen von PHIL
1.2.1 GridSim Studio von Impedyme
1.2.2 Regenerativer Netzsimulator: Hocheffizientes Testen für moderne Energiesysteme
1.2.3 Warum Netzsimulation wichtig ist
1.2.4 Data Center Powershelf Testing with Grid Emulator and DC Load
1.2.5 De-Risking Hyperscale Data Center Interconnections Through Simulation-First Grid Stability Planning
1.2.6 Megawatt-Scale Testing Grid Forming with PHIL: Advanced Power Hardware-in-the-Loop Validation
1.2.7 Stabilizing Renewable Power Systems and Enhancing Power Grid Stability with Grid Forming Inverters

Da erneuerbare Energien die globale Energielandschaft grundlegend verändern, wird die Fähigkeit, reale Netzbedingungen in einer sicheren und kontrollierten Laborumgebung nachzubilden, immer wichtiger. Hier kommen Netzsimulatoren und Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL) -Systeme ins Spiel. Gemeinsam ermöglichen sie es Forschern und Herstellern, das Verhalten, die Interaktion und die Stabilität moderner Energietechnologien unter realistischen Betriebsbedingungen zu bewerten.

Was ist ein Netzsimulator?

Ein Netzsimulatoren ist eine programmierbare AC-Stromquelle, die dazu dient, verschiedene Netzbedingungen wie Spannungsschwankungen, Frequenzabweichungen und Fehlerereignisse nachzubilden. Er stellt eine kontrollierbare Plattform für das Testen netzgekoppelter Hardware bereit, darunter Wechselrichter, Energiespeichersysteme und Technologien zur erneuerbaren Energieerzeugung.

Bei Impedymeintegrieren unsere CHP-Systeme (Combined HIL & Power) diese Netzsimulationsfunktionen nahtlos mit ultraschneller Echtzeitsimulation und Leistungsbereitstellung. Dadurch wird ein vollständiges Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL) Testing komplexer Energiesysteme unter realistischen Netzbedingungen ermöglicht.

So hebt Impedyme den Einsatz von Netzsimulatoren auf ein neues Niveau:

Nahtlose Integration in HIL-/PHIL-Workflows

HIL- und PHIL-Systeme CHP-Systeme kombinieren Regelungssimulation und Leistungsschnittstellen und ermöglichen Echtzeittests von Hardware in Kombination mit digitalen Modellen. Dieser integrierte Prüfstand vereinfacht den Aufbau und erhöht die Genauigkeit.

Modulare und skalierbare Architektur

Basierend auf modularen Leistungs- und FPGA-Einheiten lassen sich Impedyme-Systeme von Kilowatt- bis in den Megawattbereich skalieren. Dadurch kann die Kapazität flexibel erweitert werden, ohne hohe Anfangsinvestitionen.

Die Rolle von Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL)

Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL)-Technologie integriert reale Leistungskomponenten direkt in eine Netzsimulatoren und Netzsimulations Dieses geschlossene System verbindet digitale Modelle des Stromnetzes mit tatsächlicher Hardware und ermöglicht präzise Validierungen unter kontrollierten und reproduzierbaren Bedingungen.

Mit PHIL können Forscher:

Dynamische Netzverhalten über verschiedene Zeitskalen simulieren – von Mikrosekunden-Transienten bis zum stationären Betrieb
Analysieren, wie Wechselrichter, Steuerungen und Energiespeicher auf Netzstörungen reagieren
Weitere Domänen wie Kommunikation, Gebäudelasten und thermische Systeme mit simulieren

PHIL schließt die Lücke zwischen Modellierung und Realität und ermöglicht risikofreie Tests im Megawattbereich mit fortschrittlichen Netzsimulatoren plattformen.

Unterschied zwischen AC- und DC-Netzsimulatoren

Netzsimulatoren werden grundsätzlich in AC und DC Typen unterteilt, abhängig von der erzeugten Leistungsart und den zu testenden Systemen.

AC-Netzsimulatoren

AC-Netzsimulatoren bilden das Verhalten von Wechselstromnetzen nach. Sie werden hauptsächlich für Tests netzgekoppelter Geräte eingesetzt, wie z. B. Wechselrichter, Windkraftumrichter, and power conditioners. Key features include:

Programmable voltage, frequency, and phase imbalance
Simulation of grid disturbances such as flicker, harmonics, and sags
Ideal for studying interconnection and synchronization behavior of AC equipment

AC Netzsimulatoren systems are essential for testing compliance with interconnection standards such as IEEE 1547 or UL 1741. Through ermöglichen es Ingenieurenzu analysieren, wie Geräte auf reale Netzschwankungen reagieren.

DC-Netzsimulatoren

DC-Netzsimulatoren liefern programmierbare Gleichstromausgänge, um erneuerbare Energiequellen oder DC-Zwischenkreise zu emulieren. Sie werden typischerweise verwendet für:

Photovoltaik-(PV)-Wechselrichter und Energiespeicherumrichter
Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge
DC-Mikronetze und leistungselektronische Schnittstellen

Diese Netzsimulatoren ermöglichen es, unterschiedliche Einstrahlungsbedingungen, Batterieladezustände und Lastprofile zu simulieren – ohne reale PV-Module oder Batterien zu benötigen. Mit der zunehmenden Entwicklung hybrider AC/DC-Netze spielen sowohl AC- als auch DC-Netzsimulatoren eine komplementäre Rolle bei der Validierung moderner Energietechnologien.

Zentrale Funktionen der Netzsimulationsplattform von Impedyme

HIL- und PHIL-Systeme Netzsimulations und PHIL-Infrastruktur von Impedyme unterstützt eine Vielzahl fortschrittlicher Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten:

Fähigkeit	Beschreibung
Echtzeitsimulation	Modelliert Netzverhalten von schnellen Transienten bis zum stationären Zustand
Megawatt-Scale Testing	Sichere Einbindung realer Hardware bis zu 7 MVA
Co-Simulation	Verknüpft Hardware- und Softwaremodelle standortübergreifend
Multi-Domain-Integration	Kombiniert elektrische, thermische und Kommunikationssysteme
Erweiterte Wechselrichtertests	Validiert Anti-Inselbetrieb, Volt-VAR-Regelung und Frequenzstützung

Diese Fähigkeiten ermöglichen es Impedyme und seinen Partnern, neue Technologien hinsichtlich Leistung, Zuverlässigkeit und Netzunterstützungsfunktionen zu testen – noch bevor sie im großen Maßstab eingesetzt werden.

Praxisnahe PHIL-Anwendungen

Impedyme hat Netzsimulator- und PHIL-Tests in mehreren wegweisenden Projekten eingesetzt, die die Integration erneuerbarer Energien, Energiespeicherung und die Modernisierung von Stromnetzen unterstützen.

1. Koordinierte Regelung von dezentraler PV und Energiespeichern

In diesem Projekt wurden Regelstrategien für verteilte Photovoltaik-(PV)- und Batteriesysteme validiert. Durch die Kopplung detaillierter Verteilnetzmodelle mit physischen PV-Batterie-Wechselrichtern konnten Wirkungsgrad, Regelverhalten und Batterienutzung unter verschiedenen Betriebsmodi bewertet werden. Die Ergebnisse zeigten, dass eine koordinierte Wechselrichterregelung die Spannungsregelung verbessert, Wartungskosten senkt und Lastspitzen reduziert – wodurch sowohl die verbessert die Netzstabilität. als auch die wirtschaftliche Effizienz deutlich gesteigert werden.

2. Bewertung von Anti-Islanding bei Mehrfach-Wechselrichtern

Impedyme entwickelte PHIL-Modelle zur Analyse des Verhaltens mehrerer Wechselrichter bei Inselnetzbedingungen, also wenn Teile des Netzes isoliert werden. Tests bestätigten, dass die Systeme selbst unter komplexen, resonanten Lastbedingungen Inselzustände zuverlässig erkennen und die Einspeisung innerhalb der IEEE-1547-Grenzen beenden – ein entscheidender Beitrag zur Betriebssicherheit dezentraler Erzeugung.

3. Bewertung der Volt-VAR-Regelung mehrerer Wechselrichter

Unter Verwendung des IEEE-13-Knoten-Netzmodells und eines Netzsimulatorenuntersuchte Impedyme die Volt-VAR-Regelung mehrerer intelligenter Wechselrichter. Die Ergebnisse zeigten, dass aggressive Reglereinstellungen zu Wechselwirkungen mit dem Netz oder zu Schwingungen führen können – wichtige Erkenntnisse für die Parametrierung stabiler Regelstrategien.

4. Emulation synchroner Maschinen und Forschung zu niederträgen Netzen

Impedyme nutzte PHIL zur Emulation synchroner Maschinen und zur Untersuchung ihrer Interaktion mit wechselrichterdominierten Netzen. Durch die Skalierung von Modellen für Wechselrichter und konventionelle Generatoren konnten Stabilitätsgrenzen in Systemen mit geringer Trägheit analysiert werden – ein zentraler Aspekt für zukünftige, stark erneuerbare Energiesysteme.

5. Großskalige Validierung von DER-Regelungen (Distributed Energy Resources)

Impedyme setzte PHIL-Tests und Netzsimulatoren ein, um fortschrittliche Regelalgorithmen für flexible Lasten und dezentrale Energiequellen zu validieren. Die Experimente zeigten, dass verteilte Regelungssysteme die Aufnahmefähigkeit für erneuerbare Energien deutlich erhöhen können, während gleichzeitig eine zuverlässige Netzstabilität selbst bei einem Anteil von 50 % oder mehr erneuerbarer Energien gewährleistet bleibt.

GridSim Studio von Impedyme

Softwarepaket GridSim Studioist eine leistungsstarke Softwareplattform zur Netzsimulation, Impedyme, is a powerful die von Impedyme entwickelt wurde und für Echtzeit-Netzemulation sowie Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL)-Tests konzipiert ist. Als grafische Benutzeroberfläche für Impedyme’s regenerative Netzsimulator-Hardware ermöglicht sie Ingenieuren, komplexe Netzbedingungen wie Spannungseinbrüche, Frequenzschwankungen, Oberschwingungen und Impedanzänderungen in Echtzeit zu simulieren.

Wichtige Funktionen: Echtzeit-Modellierung der Netzimpedanz, Einspeisung von Oberschwingungenund Automatisierte Tests nach Normen (z. B. IEEE 1547, UL 1741) Die Software ermöglicht realistische und reproduzierbare Tests für netzgekoppelte Geräte, Wechselrichter und Energiespeichersysteme. Sie lässt sich nahtlos in MATLAB/Simulink integrieren und unterstützt sowohl AC- als auch DCBetriebsarten.

Für Ingenieure, die an der Entwicklung moderner Leistungselektronik arbeiten, schließt GridSim Studio die Lücke zwischen Simulation und Feldtest, indem es reales Netzverhalten mit hoher Genauigkeit ins Labor bringt.

Regenerativer Netzsimulator: Hocheffizientes Testen moderner Energiesysteme

Ein regenerativer Netzsimulator ist eine fortschrittliche AC-Stromquelle, die reale Netzbedingungen – wie Spannungseinbrüche, Frequenzänderungen, Unsymmetrien und Oberschwingungen – nachbildet und gleichzeitig Energie zurück ins Versorgungsnetz speist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Netzsimulatoren, die Energie als Wärme dissipieren, recyceln regenerative Systeme die Leistung des Prüflings. Dadurch werden Energieverbrauch und Kühlaufwand erheblich reduziert.

Diese Systeme eignen sich besonders für kontinuierliche Tests von: Wechselrichtern für erneuerbare Energien Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge Energiespeichersystemen Impedyme’s regenerative Netzsimulatoren kombinieren hohe Dynamik mit Energieeffizienz und ermöglichen die Simulation komplexer Netzereignisse – wie Fehler, Transienten und Frequenzabweichungen – bei voller Leistung, ohne Energie zu verschwenden. Das Ergebnis ist eine Testplattform, die Zertifizierungsprozesse beschleunigt und gleichzeitig nachhaltige, energieeffiziente Entwicklungsumgebungen unterstützt. energy-efficient R&D and green testing laboratories.

Warum Netzsimulation entscheidend ist

Netzsimulator- und PHIL-Plattformen bilden die Grundlage für eine sichere, kosteneffiziente und beschleunigte Validierung moderner Netztechnologien. Durch die Nachbildung komplexer realer Betriebsbedingungen im Labor können Ingenieure:

Regelungsinstabilitäten vor dem Feldeinsatz erkennen
Regelalgorithmen für Wechselrichter und Speicher optimieren
Die Einhaltung sich entwickelnder Netzanschlussnormen validieren
Risiken bei der Integration erneuerbarer Energien minimieren

Da sich Energiesysteme weltweit in Richtung Dekarbonisierung entwickeln, sind diese Werkzeuge entscheidend, um sicherzustellen, dass wechselrichterbasierte und dezentrale Energiequellen zuverlässig in modernen Stromnetzen betrieben werden können.