硬件在环仿真和电力系统设计:对Sudipta Chakraborty博士的采访

Sudipta Chakraborty是OPAL-RT能源系统总监。在本工程师聚光灯中，Chakraborty博士讲述了电力系统设计面临的挑战，硬件型模拟对于用网格集成解决问题解决是对问题解决的重要性，以及他对电网测试程序的IEEE-1547标准的工作。

电力和能源的未来正在迅速变化——随着电动汽车和可再生能源发电等新兴趋势的出现，能源电网在可靠供电方面面临的压力越来越大，使其运营和管理更加复杂。

OPAL-RT能源系统主任Sudipta Chakraborty博士的工作是通过聚焦于开发实时仿真技术用于电力系统，以及汽车，机器人，航空航天和其他应用。

Sudipta Chakraborty博士

Chakraborty博士正在使用他作为技术领导者，工程师，设计师和研究人员的经验和专业知识来弥合行业，研究实验室和学术界之间的差距。多年来，创新了使用硬件循环的电力系统应用，担任主席IEEE 1547.标准委员会（概述电网测试程序），并致力于可再生和分布式能源的网格集成。

目前，Chakraborty博士正在OPAL-RT工作，旨在通过提供实时仿真和半实物工具来帮助电力系统和电力电子工程师。yabosports官网他的目标是帮助这些工程师做出更高效的设计，并以更低的成本提供更好的电力系统级性能。

“硬件循环可以回答电力系统，电力电子设备和可再生能源的网格集成中的大问题，这是所有重要的研究领域。yabosports官网当我看到越来越多的系统级需要增加能源应用时，我认为硬件循环是每个人现在正在研究解决这些研究挑战的领域之一。“

yaboPP电子作家Chantelle Dubois最近有机会与Chakraborty博士谈论他迷人的职业以及他的思想是在能源系统和可再生能源的未来。

Chantelle Dubois（AAC）：告诉我们一些关于你自己的事。到目前为止，你的职业生涯会带来什么，让你带到蛋白石-TT？

Sudipta Chakraborty博士（SC）：我在印度完成了电气工程学士学位，然后来到美国的科罗拉多矿业学院攻读电力系统和电力电子的博士学位。yabosports官网我当时在研究电力电子和电力系统应用，用于可再生yabosports官网能源和电网的整合。我2007年从科罗拉多矿业学院毕业。

之后，我于2007年加入美国能源部国家实验室——国家可再生能源实验室(NREL)，成为博士后研究员。在NREL，我开始研究一个类似的主题，“可再生能源和分布式能源的电网集成”，主要关注电力电子产品，这是将可再生能源转换为可使用能源所需的电力转换。yabosports官网我从博士后开始，然后成为一名工程师，然后是一名高级工程师。有一段时间，我在NREL领导电力电子和控制部门。yabosports官网

最后，我成为了一名首席工程师，这在当时是工程级别第二高的职位。从2007年到2017年，我在NREL工作了10年，致力于电网整合，如何为电网添加更多的可再生能源，如何让它们在目前的电网结构下安全地运行。

直到七月，我在鼻子上。然后，我遇到了Opal-RT，我有兴趣将我的经验和专业知识[在学术界中提供帮助，弥补这一差距。

AAC：蛋白石-T的背景是什么？

SC:它开始20年后，由Jean Belanger，当前总裁兼首席技术官创立。它来自一个想法：我们如何制作一个实时仿真工具并将其放在普通研究员手中？不是每个人都会有超级计算机在他们的实验室的应用，如光伏系统设计。

如何你能让这些东西更便宜?如何你可以把它们赋予共同的研究人员来解决非常具有挑战性的研究问题，而在没有此类工具的帮助下，这并不容易解决？没有这些工具，它将是所有试用和错误。

AAC：什么激发了你进入你所在的领域？它听起来像你在电力电子器件中开始，然后分支为可再生能源和实时模拟。yabosports官网

SC:对，就是这样。电力电子，电yabosports官网力系统 - 正如我所说，那些是广泛的类别。所以，你有电气工程：一个非常广泛的类别。然后有不同的研究主题，其中一个与电力系统相关的主题。而且，在电力系统下，有各种副波，如电力电子，控制，操作，规划等。yabosports官网

我的初步培训是建立电力电子系统，用于从头划分的网格集成，然后我很快就实现了 - 是的，yabosports官网建立其中一个系统并显示他们工作。但是，在一天结束时，您需要确保当您进入更大的更大的电网时，确保它们非常良好地工作。公用事业公司对网格可靠性有担忧，因此他们不希望将事物放入其系统中的网格中。

因此，作为研究人员，我开始对如何验证或调查功率设备的系统级交互更感兴趣。大约2009 - 2010年[在NREL]，我遇到了这项名为“硬件循环”或HIL的新技术。硬件循环不是一个新的技术 - 在其他行业，如航空航天空间应用，它们使用硬件循环测试，因为它们无法在真正的飞机上测试他们的系统或在真实的空间飞行中。这将是数十亿美元的问题。但是，我会说，在你的验证或如何测试事物方面，电气工程领域的常见。因此，我们开始研究如何为电力系统创建飞行模拟器。

所以，这就是我把它的方式。如何创建一个飞行模拟器，在那里您无法真正需要运行飞机，但您可以拥有飞机型号，然后您可以使用该飞机测试其他一些东西，而无需实际销毁实际硬件或实际的硬件或实际的昂贵系统。这是让我进入硬件循环仿真的动机，[哪个已成为]越来越受欢迎。

在环硬件可以回答电力系统、电力电子、可再生能源电网集成等大型研究领域的重大问题。yabosports官网这就是我的主要动机。我仍然是一名经过培训的电力电子工程师。yabosports官网我对电力电子控制很在行。yabosports官网我可以开发逆变器。但随着我看到越来越多的系统级需求的增加，我认为在环硬件是一个领域，我认为每个人都在寻找解决这些问题。

OPAL-RT考虑模块化的多级转换器（MMC），混合动力和电气传输，能量转换控制是其前三个电力电子应用。yabosports官网

AAC:在环硬件能解决电力系统的哪些问题?

SC:有几个可以解决的系统级问题。例如，可再生能源的网格集成：当您在网格中高速穿透这些基于逆变器的可再生能源系统时会发生什么？

另一个例子是，如今，您周围有很多微网，所以如何验证包括许多来源和负载的微网格？你想去现场，做一百万美元的实验吗？或者是否有任何其他方式可以在进入该字段之前验证控件和一些操作？

第三个更常见的例子是如何查看网格的网络安全方面。因此，它不再仅仅是电力系统，它还包括通信以及与实际动力设备的通信的相互作用。

硬件循环允许您使用真实组件（如控制器或传感器）运行系统（例如电源系统或电源转换器）的型号，并创建这些组件在现实生活中经历的一些条件。

在某些应用中，您甚至可以测试电源系统组件，例如具有模拟电力系统模型的逆变器。例如，您可以使用这些硬件循环技术来测试您将在现实生活中看到的光伏（PV）逆变器，而无需在实际将其放入真实的分配馈线。您可以在实时平台中模拟其余的电源系统，然后使用功率放大器，您可以测试PV逆变器如何表现如何，如果您将其放在真实的条件下，请看看它将如何影响整个电力系统。

请告诉我们一些你参与IEEE-1547标准委员会的情况。那份工作是什么样的?

SC:你可以把IEEE-1547看作是美国每个人或多或少都必须使用的标准，当他们必须将分布式能源(der)连接到电网。IEEE-1547的开发是为了解决这些DERs与电网的标准化互连的需要。

例如，如果有人连接一个光伏逆变器，电力公司如何知道该逆变器与系统的其他部分兼容?它是安全的呢?它会持续五年吗?十年?你不知道。那要怎么做呢?

在2002-2003年之前，没有特定的方法可以测试这些设备。所以，这就是这个标准的原因，这个标准就是“IEEE分布式能源与相关电力系统接口互连和互操作性标准”。

太阳能转换器的一个例子。图片礼貌罗素顿涅特[CC 2.0］.

IEEE-1547的研究始于2000年左右，并于2003年发表，它非常成功地提出了一个可信赖且可靠的标准。当你在家里连接光伏逆变器时，最初没有认证，这实际上阻碍了光伏产业的一些增长。

标准工作组还为该标准开发了一个测试程序，该标准是IEEE 1547.1，于2005年左右发布，适用于电力电子、电力转换器和DERs设备。yabosports官网后来，UL采纳了这些测试程序作为其标准的一部分，称为UL-1741。

由于我们现在在网格中有了明显更高的DERs, IEEE 1547和1547.1需要进行重大修订。所以，我在NREL的工作是支持修订IEEE-1547基于我们的经验，我们的专业知识，未来电网需要什么。这项工作最近已经完成，修订后的标准已于本月公布。

在我加入OPAL-RT之前，我也在做的一个角色是有助于测试DER。例如，如果您有逆变器，例如，您将如何测试它，以便您知道它会符合修订的IEEE-1547？在我离开NREL之前，我是IEEE-1547.1修订工作组的主席。我的一个同事现在领导它，虽然我仍然非常涉及，但我为这参与感到自豪。

在NREL，我还同时参与了其他几个IEEE标准，比如一些微电网相关的标准。这些标准将有助于网格稳定性，允许它接受更可再生能源，并启用截至今天不可用的额外功能。

这些标准将有助于网格稳定性，允许它接受更可再生能源，并启用截至今天不可用的额外功能。

在OPAL-RT方面，我们非常关注如何使用硬件在环等新技术测试这些设备的新功能。假设你正在开发一种具有这些新功能的逆变器。我们要如何高效地进行产品开发和测试?因为你不能只去参加认证测试就指望在第一次试验中一切都能正常运行。而且认证过程非常昂贵。因此，许多逆变器制造商都有一些在回路中的硬件工具，以及一些研究实验室使用hil来验证这些东西，然后再进行现场演示或认证。

所以，我们在那里扮演一部分。我们的部分是支持产品开发和验证，并使这些产品在进入现场之前更加强大。因此，这是我与标准相关活动的关系，因为我没有积极地运行那些 - 但我想仍然了解出来的新产品，并就如何为如何做出贡献这一过程，整个生态系统来发展思考。，工作更好。

AAC：您在OPAL-RT的工作通过更好的仿真系统将所有的专业知识和体验聚集在一起。为什么这对行业很重要？

SC:我谈到了各种电力系统的挑战，谈到了可再生能源的逆变器等组件，谈到了微电网——各种不同的应用。但是，所有这些讨论的内在主题是，你需要有一个更好的产品，你需要有一个更好的系统，你需要有新的控制和算法。在进行昂贵的演示或测试之前，所有这些都必须经过验证。

Opal-RT提供用于实时仿真和循环的硬件和软件工具。我们拥有不同类型的模拟器硬件和软件包，可以解决我之前谈过的所有这些研究挑战。

假设你是一名电力电子工程师，正在开发一种新的电源yabosports官网转换器。它包括电力电子开关。yabosports官网它包括一些过滤器和保护。它包括一个控件。所以你有控制算法来让所有这些部件像一个功能系统一样工作。你是怎么做到的?在过去，当我在研究生院的时候，我只做模拟。我说，“好吧，模拟很好。现在，我将在我的硬件中构建它希望我能把我在模拟中做的正确地转换到硬件中的实际控制器中。我希望它能奏效。”

在OPAL-RT方面，我们有一些用于此类应用程序的工具。我们称之为eFPGASIM，它用于快速、实时的切换模拟。另一个叫做eMEGASIM，这是我们的EMT(电磁瞬态)模拟。这些工具允许制造商或研究人员首先在模拟中开发他们的控制。然后，他们可以继续构建控制器硬件，并在该硬件中开发固件代码。

他们现在可以通过一种叫做控制器硬件在环的方法来测试实际的控制板，在这种方法中，控制器连接到一个模拟的转换器，其行为与真实的转换器相同。这减少了产品开发和测试的大量风险。

OPAL-RT还提供了在电磁瞬态域或相量域实际建模电力系统的工具。所有这些工具都是有用的，取决于测试和验证需求，取决于系统大小、您要测试的现象的类型，以及您要测试的设备。

这里的底线是，我们的HIL工具，无论是硬件还是软件，都可以以集成的方式轻松使用。你现在可以连接你开发的转换器甚至是你开发的控制器板，到电网的系统级模拟。还记得我讲过的问题吗比如多个逆变器是如何工作的?多重控制将如何工作?您可以很容易地解决这些问题，因为现在您不需要将它们连接到真正的电力系统，但您仍然可以使用我们的工具查看它们的系统级行为。

我们正在为客户提供工具和系统，然后将其使用它们以获得自己的研究挑战。但我们也必须发展，因为研究挑战变化，这影响了我们自己的研发改进了我们的平台或为我们的工具添加了更多能力来帮助这些研究人员。

AAC：谢谢你的时间，Chakraborty博士！