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1 La simulation temps réel pour l intégration des Energies Renouvelables dans le réseau Algérien» CDER 05/05/2015 Click to add author Cédric JACQUAULT, CEO cedric.jacquault@opal-rt.com Yoann MOUGENOT, Sales Manager yoann.mougenot@opal-rt.com 1

2 Agenda 1. Introduction et présentation d OPAL-RT 2. Problématiques des réseaux électriques de demain 3. Applications de la simulation temps-réel 4. Principes de la simulation temps-réel 5. Conclusion 2

3 Opal-RT Technologies Créée en 1997 et base à Montréal, CA Created comme Spin-off d Hydro-Quebec Leadership dans les domaines de l électronique de puissance, des réseaux et des drives Chaîne d outils emegasim/hyperim/ephasorsim Plus de 500 clients dans le monde Opal-RT Europe Simulateurs temps réel Validation de lois de commande Simulation réseaux et énergies renouvelables Simulation Drives Simulation Elec. De puissance Intégré avec MATLAB/SIMULINK & EMTP-RV COTS Compatible avec de nombreux logiciels tierces Valeur ajoutée pour la simulation de grands réseaux, énergies renouvelables, systèmes T&D 3

4 4

5 Problématiques des réseaux électriques de demain Réseaux électriques traditionnels Flux d énergie du producteur vers le consommateur Production Image : Consommation 5

6 Problématiques des réseaux électriques de demain Réseaux électriques du futur : Smart Grids Flux d énergie du multidirectionnels Réseau maillé, communicant, intelligent Image : 6

7 Problématiques des réseaux électriques de demain Challenges Systèmes électriques complexes Nouvelles technologies d électronique de puissance Algorithmes de contrôle et de supervision plus évolués Fortes exigences qualité Image : 7

8 Problématiques des réseaux électriques de demain Qu est-ce qui rend les réseaux si complexes? Intégration de nouvelles technologies dans le réseau (panneaux PV, éoliennes, nouveaux convertisseurs HVDC, MMC, ) Des lois de commande très complexes pour le contrôle optimal des systèmes électriques (convertisseurs, machines électriques, ) Des dispositifs de mesure et de protection plus évolués, programmables et communicants 8

9 Problématiques des réseaux électriques de demain Problématique Comment aider les chercheurs et les industriels à concevoir des systèmes électriques innovants? Comment améliorer l intégration des nouvelles technologies dans les réseaux électriques de demain? Solutions de simulation temps réel OPAL-RT 9

10 La simulation accélérée et temps-réel : bénéfices Objectifs Mener à bien un projet dans le cadre de systèmes électriques ou électromécaniques complexes, nécessitant des lois de contrôle /commande embarquées : Avec des résultats probants Avec un maximum de qualité En toute sécurité Avec des délais réduits Avec un coût maîtrisé 10

11 La simulation accélérée et temps-réel : bénéfices Les tests sur le terrain sont, par expérience : Difficiles à mettre en œuvre (logistique, impacts, ) Coûteux (temps, ressources, matériel, ) Parfois périlleux (équipements HT, ) Les outils de simulation permettent : Des validations tout au long du projet La détection des erreurs au plut tôt (conception et réalisation) Des possibilités de tests quasi infinies 11

12 La simulation accélérée et temps-réel : bénéfices La simulation temps-réel apporte un aide précieuse à différentes étapes du projet Conception de systèmes électriques Validation des organes de contrôle/supervision Mise en service Maintenance 12

13

14 La simulation accélérée et temps-réel : applications Model Based Design : méthodologie de conception orientée «modèles». Représentation des procédés physiques et des algorithmes de contrôle/commande sous forme de diagrammes-blocks(par exemple avec MATLAB/Simulink ) Exécution de ces modèles sur des plateformes temps-réel OPAL-RT dédiées, afin de démarrer les validations en amont, sans avoir besoin de l ensemble des composants physiques réels (moteurs, convertisseurs, contrôleurs) 14

15 La simulation accélérée et temps-réel : applications Simuler des systèmes via des modèles Systèmes de puissance Modèles physiques Simulateur temps-réel Algorithmes Diagrammes à état Code 15

16 La simulation accélérée et temps-réel : applications Drives électriques Electrical Drive Multi-level, MV, HV Converter All electrical vehicles AC-DC, DC-AC, DC-DC Power Converter EV/HEV/PHEV/Fuel cell Energy storage systems Battery circuit 10 khz DC-DC converters Fuel cell circuit PWM inverter Permanent magnet motor 5200uF V 2600uF V N S 80kW CPU 1: (Ts= 10 us) FPU FPU FPU Digital IN Digital OUT CPU 2: (Ts= 20 us) i 550mH v fuel_cell DC-DC converter duty cycle V uvw θ motor i motor Motor controller 16

17 La simulation accélérée et temps-réel : applications Réseaux électriques Embedded Distribution Systems Large Grids, SmartGrids SVC, HVDC, FACTS, STATCOM, MMC VSC Renewable Energy Sources 17

18 La simulation accélérée et temps-réel : applications Systèmes électromécaniques Mechanical Systems Vehicle dynamics Hydraulics Robotics 1 NOT Brake signal 2 NOT AND Accelerator Pedal value 5 NOT Switch Regulator Enable 3 Speed Target Fuel Quantity 1 Speed Target Fuel Quantity 4 Actual Vehicle Speed Actual Vehicle Speed Speed Regulator 18

19 Nos clients (exemples) Royal Institute of Technology (KTH) University College Dublin (UCD) EPFL Lausanne JRC European Commission RWTH Aachen Abengoa Research RTE - France Univ. del Pais Vasco REN - Portugal 19

20 Nos clients en Algérie Ecole nationale polytechnique d Oran Simulateurs emegasim et HYPERSIM (Simulation réseaux HVDC) Université de Sidi Bel Abbés Simulateurs emegasim (Simulation réseaux HVDC) Université de Béchar Simulateur pour validation de lois de commande (Moteurs / Convertisseurs) Université de Boumerdes Simulateurs et kit DriveLab pour validation lois de commande (Drives) 20

21 21

22 La simulation accélérée et temps-réel : principes Simulation accélérée Validation Prototypage rapide Hardware in-the-loop Codage 22

23 RT-LAB pour la simulation Model-in-the-loop (MIL) Controls Plant - Simulation accélérée de vos modèles réseau et contrôle - Simulation temps reel pour validation préliminaire 23

24 RT-LAB pour le prototypage rapide contrôleur Algo. / lois de commandes Exemples de Proto. Physique pilotés PC Utilisateur Control Sensor feedback Un méthodologie rapide pour spécifier, tester et optimizer vos lois de commande au plus tôt dans votre cycle de développement

25 RT-LAB pour la simulation Hardware-in-the-loop Validation de vos contrôleurs Simulation réseau et dispositifs d électronique de puissance Réseau simulé Contrôleur en phase de test PC Utilisateur Control Sensor feedback Un méthodologie rapide pour spécifier, tester et optimizer vos systèmes de control au plus tôt dans votre cycle de développement 25

26 RT-LAB pour la validation de protections et de relais Etudes transitoires Test automatiques Test de relais SCADA System control and Data Acquisition Outils de protection Controleurs d électronique de puissance IEC or Analog Signals 26

27 RT-LAB for Power Hardware in the loop Real-Time Simulator Power Interface (Voltage or Current Source - reversible) G v1 v2 v3 V / I Sensors Power Device Under test G S Current Source i1 i2 i3 Ex : PV System, FACTS, DG, RES, Storage LV/MV/HV Power Grid T&D systems, DG sources Loads Storage Controllers Protection... 27

28 La simulation accélérée et temps-réel : bénéfices Détection des fautes au plus tôt Meilleure productivité Moins de tests sur site Réduction de coûts + Amélioration de la qualité Plus de tests en laboratoire Réutilisation du simulateur Complément des essais physiques 28

29 ARCHITECTURE HARDWARE 29

30 Architecture Hardware Equipements physiques 12 CPU cores FPGA 30

31 OP4500 HILBOX Châssis (PC) temps réel avec 1 processeur (4 cœurs) 3.3 GHz Système d exploitation temps réel : Linux REDHAT Carte FPGA Kintex 7 pour les I/O 32 analog I/O et 64 digital I/O Connecteurs DB37 à l arrière Front I/O monitoring (accès à tous les I/Os) 31

32 OP5600 HILBOX Châssis (PC) temps réel avec 2 processeurs (12 cœurs) maximum 3.46 GHz Système d exploitation temps réel : Linux REDHAT Carte FPGA Xilinx SPARTAN 3 ou VIRTEX 6 FPGA Jusqu à 128 analog I/O ou 256 digital I/O ou un mix Connecteurs DB37 à l arrière Front I/O monitoring (accès à tous les I/Os) Jusqu à 4 slots PCI IEC Async TCP/IP, Serial CAN Bus ARINC MIL1553 RS232 Front view Rear view 32

33 SOFTWARE 33

34 RT-LAB Interface utilisateur 34

35 ehs : Vos modèles simulés sur FPGA Vos modèles d électronique de puissance sur FPGA Facilement SPICE FPGA 35

36 DEMONSTRATIONS 36

37 37

38 MODÈLE SVC 38

39 MODÈLE DRIVE 39

40 Conclusion La mise en œuvre de systèmes électriques innovants et intelligents requiert un effort de développement considérable Les NTIC viennent enrichir les systèmes électriques, les rendant communicants pour une optimisation de leur utilisation Les problématiques de recherche/innovation et industrielles sont toujours soumises à des critères de coût et de qualité Les solutions OPAL-RT de simulation temps-réel ont pour vocation d aider à la conception, au développement et au déploiement de systèmes industriels complexes 40

41 L offre OPAl-RT Conclusion : Permettre la simulation temps-réel de modèles Simulink et SPS Boites à outils spécifiques au temps-réel Calcul multi-processeur Entrées/Sorties rapides FPGA Compléter l utilisation de prototypes et maquettes physiques Détecter et corriger des erreurs au plus tôt Permettre des essais complexes / risqués Réduction des couts

42 Des pistes pour démarrer ensemble Des pistes pour démarrer ensemble : Etude de vos modèles en temps-réel, licences de démonstration Evaluation en location-achat Evaluation en conditions réelles sur vos projet Mise à disposition d une plate-forme adaptée durant 4 à 6 mois Budget formations incluses : 15-20% coût simulateur. Récupération d une partie du montant versé si achat. Achat d un premier simulateur Budget typique simulateur HIL formations incluses : KEUR suivant configuration Evolutif (ajout de licences temps-réel ou E/S)

43 OPAL-RT Europe Cédric JACQUAULT, CEO Yoann MOUGENOT, Sales Manager Yahia BOUZID, Technical Manager 43

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