Controller Hardware-in-the-Loop Services

Controller Hardware-in-the-Loop (C-HIL)-Methoden spielen eine zunehmend wichtige Rolle bei der Entwicklung neuer leistungselektronischer Systeme, vor allem auch im Kontext von Energieumwandlung und erneuerbarer Energien. Denn bei Komponenten von Energieversorgungssystemen ist es aufgrund der hohen Leistung und Energiemenge besonders wichtig, neue Lösungen intensiv zu testen, bevor sie im Stromnetz, Bordnetz oder Kraftwerk eingesetzt werden. 

Controller Hardware-in-the-Loop verbindet den leistungselektronischen Teil eines Systems in Form eines Echtzeitmodells mit der physischen Steuerungshardware über eine kundenspezifische Schnittstelle. Diese Methode ermöglicht es, Steuerungssysteme unter realen und extremen Bedingungen zu testen – ohne dabei Hardware-Risiken einzugehen. Anwendungen für Controller Hardware-in-the-Loop reichen von AC-zu-AC-, AC-zu-DC-, DC-zu-AC- und DC-zu-DC-Umrichtern und sind auf jede Leistungsklasse skalierbar.

Durch die Nutzung von Controller Hardware-in-the-Loop können Entwickler:innen effizientere, robustere und netzkonforme Systeme entwerfen, die den Herausforderungen moderner Energiesysteme gerecht werden.

Controller Hardware-in-the-Loop bietet:

- Risikofreie Tests unter realen und extremen Bedingungen.

- Schnellere Entwicklungszyklen.

- Effiziente Fehlersuche und Optimierung.

In einer Controller Hardware-in-the-Loop-Simulation werden physikalische Systemkomponenten wie Sensoren, Aktuatoren und Konverter in einer Echtzeitsimulationsumgebung virtuell nachgebildet und das tatsächliche zu testende Gerät (Device Under Test, DUT) physisch in den Prozess integriert. In diesem Rahmen wird ein typischer Testaufbau in zwei Hauptbereiche aufgeteilt: eine virtuelle Ebene, auf der ein Teil des Systems in Echtzeit modelliert und simuliert wird, und eine reale Ebene, die aus dem DUT besteht. In einem C-HIL-Testaufbau ist das DUT der reale Controller, einschließlich ihrer Hardware, Firmware und Software. Die Interaktion des Controllers mit der simulierten Umgebung spiegelt das physikalische System wider und umfasst die Nachbildung verschiedener Testbedingungen und Szenarien. Durch den kontinuierlichen Signal- und Datentransfer zwischen Controller und Simulator wird eine Echtzeit-Rückmeldung gewährleistet, sodass der Controller exakt wie in einem echten System reagieren kann. Dadurch wird eine nahezu identische Nachbildung der realen Welt erreicht, was eine sichere und umfassende Leistungsvalidierung vor der Integration in ein echtes System ermöglicht. 

Leistungselektronik:
Controller Hardware-in-the-Loop-Tests sind entscheidend, um die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Effizienz von Stromrichtern in verschiedenen Anwendungen sicherzustellen. Dazu gehören Antriebssysteme, Leistungsfaktorkorrekturfilter, dezentrale Energiequellen (DERs) wie Solarwechselrichter, Windkraftanlagen und Energiespeichersysteme.

E-Mobilität:
Controller Hardware-in-the-Loop-Tests sind unerlässlich, um eine nahtlose Integration, Zuverlässigkeit und optimale Leistung von Elektro- und Hybridfahrzeugen, Zügen, Lkw, Elektromotorrädern und -fahrrädern zu gewährleisten. Dies umfasst das elektrische Antriebssystem, Batteriemanagementsysteme, Onboard- und Offboard-Ladegeräte sowie die Kommunikation zwischen Fahrzeugen und Ladestationen.

Netzmodernisierung:
Mit dem Fortschritt der Energiewende und dem steigenden Anteil von wechselrichterbasierten Quellen entstehen neue Herausforderungen. Die Controller Hardware-in-the-Loop-Methodik ermöglicht umfassende Tests und Validierungen komplexer Systeme bereits vor der Implementierung. Dies minimiert das Risiko von Ausfällen durch Systemtests auf Gesamtebene und Interoperabilitätstests.

1. Reduzierte Entwicklungszeiten
   Durch die parallele Simulation und Validierung lassen sich Designs schneller zur Marktreife bringen.
2. Höhere Testgenauigkeit
   C-HIL ermöglicht präzise Simulationen von Netzbedingungen, Lastwechseln und Extremfällen.
3. Sicheres Testen
   Kritische Testszenarien können ohne Risiko für physische Komponenten durchgeführt werden.
4. Kosteneffizienz
   Weniger Hardwareprototypen bedeuten niedrigere Entwicklungskosten.

SCHNITTSTELLLENDESIGN UND MODELLENTWICKLUNG

Unsere Expert:innen bieten umfassende Unterstützung bei der Gestaltung individueller Echtzeitsystemschnittstellen und der Entwicklung spezifischer C-HIL-Modelle an. Wir konzipieren maßgeschneiderte Schnittstellen zwischen dem Echtzeitsystem-Emulator und der Ziel-Controller-Hardware und verfügen über fundierte praktische Erfahrung mit den führenden Anbietern von Echtzeitsystemen, wie Opal RT, PLECS RT Box und Typhoon HIL. Darüber hinaus entwickeln wir gezielte C-HIL-Zielanwendungsmodelle für verschiedene Anwendungen, darunter PV-Wechselrichter, Energiespeichersysteme, Mikrogrid mit aktivem Oberwellenfilter sowie MVAC, MVDC, HVDC, intelligente Netze und weitere Energiesystemanwendungen.

UNTERSTÜTZUNG VON REGELERENTWURF UND -ENTWICKLUNG

Das AIT bietet mit seiner langjährigen Expertise im Bereich des Entwurfs und der Prüfung von Leistungselektronik eine Vielzahl von Dienstleistungen an:

Wir stellen eine AIT-Echtzeit-Systemumgebung zur Verfügung, entwickeln Regler in Offline- und Echtzeitsimulationen und realisieren Rapid-Prototyping von Reglersystemen. Dies kann sowohl innerhalb des AIT-Controllers als auch auf der Steuerungsplattform des Benutzerziels erfolgen.

Design-Präqualifikationstests und Validierung mit HIL-Technologie

Im Rahmen der Design-Validierung bietet das AIT fortschrittliche Dienstleistungen an:

• Design-Validierung im Labor
• Erweiterte C-HIL-Tests mit verschiedenen Netzmodellen unter extremen Bedingungen
• Entwicklung von Python-Skript-basierten, vollständig automatisierten und anwendungsspezifischen Testverfahren