Reti elettriche su scala industriale con MATLAB, Simulink e Simscape Electrical
Analisi, progettazione e simulazione di reti elettriche su larga scala contenenti risorse energetiche distribuite e basate su inverter
Gli ingegneri dei sistemi elettrici utilizzano MATLAB, Simulink e Simscape Electrical per progettare, simulare e validare architetture di sistemi di alimentazione elettrica, strategie di controllo e workflow di integrazione della rete attraverso reti di trasmissione e distribuzione. Questi prodotti offrono capacità di analisi e modellazione per simulare la nuova generazione di risorse basate su inverter (IBR), come risorse rinnovabili, microgrid, sistemi di accumulo energetico e reti di ricarica per veicoli elettrici, consentendo di:
- Modellare e simulare architetture di sistemi di alimentazione basate su IBR e strategie di controllo utilizzando modelli elettrici e di controllo ad alta fedeltà
- Eseguire studi di integrazione e stabilità per la connessione alla rete di inverter e risorse energetiche distribuite, supportando le verifiche di conformità ai requisiti delle utility e dei codici di rete regionali
- Valutare le prestazioni di microgrid e sistemi di accumulo energetico, inclusi controllo supervisore, algoritmi di gestione dell’energia e comportamento degli inverter grid-forming e grid-following
- Analizzare l’impatto della ricarica massiva di veicoli elettrici sulle reti di distribuzione, valutare gli effetti sulla qualità dell’energia e sviluppare strategie di ricarica coordinate e compatibili con la rete
Modellazione delle architetture dei sistemi di alimentazione con risorse basate su inverter
Gli ingegneri utilizzano MATLAB, Simulink e Simscape Electrical per modellare architetture di sistemi elettrici basate su IBR, eseguire studi di integrazione alla rete e sviluppare strategie di controllo per la generazione da fonti rinnovabili, l'accumulo di energia e le applicazioni di microgrid.
Sviluppo di architetture di sistemi eolici, solari e di accumulo energetico
Simulink and Simscape Electrical offrono librerie di modelli elettrici predefiniti e parametrizzabili, consentendo agli ingegneri di sviluppare e valutare architetture di sistemi di generazione rinnovabile e di accumulo energetico.
- Modellazione e simulazione di turbine eoliche e array fotovoltaici (PV) per analisi autonome o all'interno di un sistema più ampio di trasmissione e distribuzione
- Integrazione di tecnologie di accumulo energetico come batterie, supercondensatori e sistemi a idrogeno nei propri progetti
- Analisi in regime stazionario e dinamico di sistemi di energia rinnovabile tramite simulazione desktop
- Analisi delle configurazioni di sistema e dei compromessi progettuali tra generazione e accumulo energetico
- Analisi del comportamento del sistema utilizzando sia la simulazione transitoria elettromagnetica (EMT) sia la simulazione nel dominio dei fasori su scale temporali che variano da microsecondi a anni
Esempi in evidenza
Progettazione e validazione di sistemi di controllo per sistemi rinnovabili e di accumulo energetico
Simulink e Simscape consentono di progettare strategie di controllo per la regolazione della tensione e della corrente, la stabilizzazione della frequenza e il Maximum Power Point Tracking (MPPT) e di testare i controlli per sistemi di energia rinnovabile e i relativi sistemi di accumulo.
- Simulazione della risposta di potenza attiva/reattiva e implementazione di meccanismi di protezione
- Analisi dei problemi di qualità della potenza e mitigazione delle relative conseguenze mediante convertitori con bilanciamento di fase o filtri attivi
- Identificazione degli errori di progettazione nelle prime fasi del processo (con Simulink Design Verifier), creazione di casi di test per i controlli (con Simulink Test) e verifica della copertura dei test (con Simulink Coverage)
- Generazione di codice di produzione ottimizzato per controller embedded direttamente dai modelli Simulink
- Generazione del codice del sistema e test in tempo reale dell’algoritmo di controllo tramite Hardware-In-the-Loop (HIL), in condizioni operative normali e di guasto
Con la progettazione Model-Based, possiamo ridurre di oltre cinque volte l’intero ciclo, dai requisiti fino al test del prototipo.
Esempi in evidenza
Analisi dell’integrazione alla rete e della stabilità dei sistemi basati su IBR
Man mano che i sistemi elettrici integrano sempre più risorse basate su inverter (IBR), la riduzione dell’inerzia sincrona e i controlli rapidi dei convertitori introducono nuove sfide per la stabilità, la protezione e la qualità dell’energia. MATLAB, Simulink e Simscape Electrical aiutano gli ingegneri a valutare le interazioni armoniche, le risposte di tensione e frequenza, le interazioni di controllo e le prestazioni di ride-through dei guasti nei sistemi di generazione rinnovabile e di accumulo energetico.
Esecuzione di studi di integrazione e interconnessione della rete
Con Simscape Electrical, gli ingegneri possono collegare modelli di generazione rinnovabile, accumulo energetico e microgrid a rappresentazioni delle reti di trasmissione e distribuzione. Questo consente di valutare i controlli dell’impianto e le strategie operative rispetto ai requisiti delle utility, delle reti regionali e delle condizioni di interconnessione.
- Definizione di scenari operativi in modo ripetibile su diverse architetture di sistema
- Modellazione ed esecuzione di più scenari operativi in parallelo
- Riproduzione dei dati di campo, ad esempio gli step test di tensione o gli eventi di rete, per confrontare il modello con le misure
- Valutazione delle prestazioni di tensione e frequenza rispetto ai codici di rete, come IEEE 1547 e NERC PRC-024, ai fini dei controlli di conformità
Simulazione del comportamento della rete e ottimizzazione della risposta del sistema
Utilizza MATLAB, Simulink e Simscape Electrical per simulare il comportamento a livello di impianto e di rete in condizioni operative normali e di guasto, e per valutare la risposta del sistema negli studi di trasmissione e distribuzione.
- Esecuzione della validazione dei modelli di impianti energetici con stima automatica dei parametri, riproduzione dei dati, step test offline e monitoraggio online delle prestazioni per soddisfare i requisiti normativi
- Applicazione di strumenti di ottimizzazione per automatizzare la sincronizzazione dei parametri, eseguire adeguate regolazioni del dimensionamento e del posizionamento delle apparecchiature e testare sistemi di energia distribuiti rispetto a codici di rete quali IEEE 1547
- Analisi dell'incertezza e della variabilità operativa utilizzando simulazioni Monte Carlo attraverso configurazioni di reti di trasmissione e distribuzione
- Generazione e pubblicazione automatica di report per raccogliere i risultati degli studi di simulazione utilizzando MATLAB Report Generator
Esempi in evidenza
Video ed esempi
- Implementazione di un sistema di flusso di potenza probabilistico presso Eversource Energy (21:01)
- Serie Energy Speaker - Modulo 1: operazioni dei sistemi di trasmissione - Miglioramento delle prestazioni e dell'affidabilità dei sistemi (1:07:46)
- Integrazione dei dati misurati con le simulazioni per la calibrazione automatica dei modelli (35:05)
- Modello di compensatore sincrono statico (STATCOM) basato su convertitore sorgente di tensione
- Flusso di carico in sistema misto CA/CC
Progettazione e analisi di microgrid, sistemi di ricarica per veicoli elettrici e sistemi di accumulo energetico
MATLAB, Simulink e Simscape Electrical vengono utilizzati dagli ingegneri per sviluppare la prossima generazione di microgrid, smart grid e infrastrutture di ricarica per veicoli elettrici. Consentono di modellare e simulare l’architettura di rete, eseguire analisi a livello di sistema e sviluppare strategie di gestione e controllo dell’energia.
MATLAB, Simulink e Simscape Electrical aiutano gli ingegneri a stimare il dimensionamento dei componenti elettrici, come batterie, impianti fotovoltaici e generatori di backup. Questi strumenti permettono agli ingegneri di esplorare il funzionamento del sistema, valutarne la fattibilità e ottimizzarne le configurazioni, modellando il sistema ed eseguendo simulazioni in parallelo.
Progettazione di sistemi di alimentazione microgrid
Progetta ed esegui l'analisi di microgrid utilizzando MATLAB, Simulink e Simscape Electrical.
- Integrazione del modello di sistema microgrid con il modello di rete elettrica
- Analisi dell’impatto di fonti e carichi variabili sulle reti di distribuzione e sulla rete elettrica
- Sviluppo di sistemi di controllo di supervisione e di gestione dell'energia per diverse fonti e carichi di energia
- Utilizzo delle simulazioni Hardware-In-the-Loop (HIL) di algoritmi di gestione energetica per microgrid con macchina real-time
Esempi in evidenza
Video ed esempi
- Ottimizzazione dei sistemi elettrici, centrali elettriche virtuali e microgrid (33:00)
- Implementazione di controller di statismo per il funzionamento in isola di microgrid remote (3:55)
- Sistema di gestione dell’energia (EMS) di microgrid mediante l’ottimizzazione
- Risincronizzazione di una microgrid con la rete principale
- Altri esempi di microgrid
Analisi di sistemi di ricarica per veicoli elettrici
Simulink e Simscape Electrical forniscono un ambiente per la progettazione di infrastrutture di ricarica per veicoli elettrici. Questi strumenti consentono di progettare sistemi di ricarica con diversi requisiti di potenza, come ricarica CA, ricarica CC a bassa potenza e ricarica CC ad alta potenza, e su scale differenti.
- Implementazione di soluzioni per l'integrazione V2G (Vehicle-to-Grid)
- Analisi dell'impatto di diverse architetture di sistemi di ricarica sul sistema di alimentazione
- Strategie di controllo per la gestione dinamica della domanda di ricarica
- Studi di capacità per il corretto dimensionamento delle infrastrutture di ricarica in base alla domanda prevista in aree specifiche
Esempi in evidenza
Progettazione di sistemi di accumulo energetico
È possibile utilizzare i prodotti Simulink e Simscape per modellare sistemi di accumulo energetico, simulare la loro connessione a una rete elettrica e progettare strategie di controllo per attenuare la variabilità e fornire la riduzione dei picchi durante i periodi di alta domanda.
- Modellazione e simulazione del sistema di batterie o altro mezzo di accumulo di energia e l'equilibrio dell'impianto elettrico, come inverter, generatori e interruttori
- Utilizzo della simulazione del modello dell’impianto per sviluppare e verificare algoritmi di controllo supervisore e di gestione energetica in anello chiuso, in diverse condizioni operative
- Studi del sistema elettrico sul sistema di accumulo energetico come parte di una rete elettrica più ampia
- Generazione di codice C ottimizzato e privo di difetti per il controller del sistema di accumulo di energia a partire da modelli Simulink
- Generazione di codice dal modello Simscape del sistema di accumulo di energia e di altri componenti elettrici per eseguire test HIL in condizioni operative normali e di guasto
Esempi in evidenza
Risorse e assistenza
