Können Sie sich auf Ihr Power-Management-System an Bord eines Schiffes verlassen?

Systemtest und System (vor)-Inbetriebnahme.

 

 

Marine testing schematics

 

 

 

Was ist ein Elektro-Schiff?

Elektrische Systeme an Bord von Schiffen werden immer anspruchsvoller. Herkömmliche mechanische, hydraulische und pneumatische Energietransfersysteme werden durch elektrische Systeme ersetzt. Wichtiger noch, bringt eine Kombination von Brennkraftmaschinen mittlerer Geschwindigkeit mit Elektrogeneratoren, anspruchsvollem elektrischen Energieverteilungssystem und elektrischen Antrieben mit variabler Frequenz zahlreiche Vorteile. Zugleich bietet es ein Energiemanagementsystem, welches computergesteuerte (synchrone) Generatoren, computergesteuerte elektrische Schalter, computergesteuerte elektrische Antriebe und ein Kommunikationsnetzwerk umfasst.

Ein solch anspruchsvolles Power-Management-System muss unter allen Betriebsbedingungen getestet werden und der effektivste Weg, solche Tests durchzuführen, ist der Einsatz von Controller Hardware-in-the-Loop.

Warum ist die Interoperabilität ein Problem?

Erfahrungen aus der Praxis zeigen, dass  hochmoderne Komponenten (Verbrennungsmotoren, Generatoren, Transformatoren, Schutzeinrichtungen, Frequenzumrichter, Computer-Netzwerke, etc.) einzeln betrachtet keinen zufriedenstellenden Systembetrieb gewährleisten. Das Problem ist die  Interoperabilität der Software der jeweiligen Komponenten, also diese innerhalb von immer enger werdenden Zeit- und Budgetvorgaben zum Funktionieren zu bringen.

Das Konfigurieren von Steuerungs- und Schutz-Software von immer komplexer werdenden Power-Management-Systemen an Bord eines Schiffes kann sich schnell zu einem langwierigen und unproduktiven Inbetriebnahmeaufwand entwickeln und zu Schäden am Gerät und schlimmstenfalls zu schweren Unfällen führen.

Was das Marinegeschäft sehr anspruchsvoll macht, ist eine einzigartige Kombination aus hoher Leistung, geringem Volumen, einer Vielzahl von Anbietern, bescheidenen Standardisierungen und Einheitsdesigns. Aufgrund dieser Randbedingungen stellen die Kosten für gründliche Systemtests ein erhebliches Hindernis auf dem Weg zu einer verstärkten Elektrifizierung von Marinefahrzeugen dar.

HIL bietet Hilfe!

Elektrische Energieanlagen an Bord eines Schiffes sind die ursprünglichen Microgrids, die nun an erweiterte Power-Management-Lösungen angepasst werden. Die Erfahrungen aus Luft- und Raumfahrt sowie Automobilindustrie haben uns gelehrt, dass es nur einen Weg gibt, um effektiv mit Interoperabilitätsproblemen umzugehen: der Weg über Hardware-in-the-Loop (HIL) Tests.

Was bedeutet HIL-Testen?

Hardware-in-the-Loop-Tests stellen ein Verfahren zum Testen von Power-Management-Systemen an Bord eines Schiffes dar, wobei ein virtuelles Modell der Leistungsstufe verwendet wird. Dies bedeutet, dass die tatsächliche Power-Management-Software und -Hardware über eine Schnittstelle an das HIL-Modell der Power-Hardware angeschlossen wird. HIL ermöglicht einen direkten Einblick in das Verhalten der Software, die das Energiesystem an Bord eines Schiffes steuert. Es ermöglicht das Testen einer unbegrenzten Anzahl von Kurzschlüssen und anderen Transienten (z.B. Fehler-Transienten) sowie reguläre Transienten im Bordenergiesystem. Dies an Bord von tatsächlichen Schiffen zu machen, ist nicht praktikabel.

Virtuelle, sehr realistische Echtzeit-Modelle der Hardware (Microgrid-Testumgebung) ermöglichen das Testen von Hochleistungs-Energiesystemen, jedoch ohne die einhergehenden Gefahren und Kosten des Testens mit Hochspannung.

Was ist ein digitaler Zwilling eines Elektro-Schiffs?

Ein digitaler Zwilling ist ein Echtzeit-Modell der Energiesystem-Hardware des Schiffes, welches auf der Microgrid Testumgebung läuft.

Wozu dient die Microgrid Testumgebung?

Der Hauptzweck der Microgrid Testumgebung ist der umfassende Test von Power-Management-Hardware (sowohl auf Komponenten-, als auch auf Systemebene), Firmware, Software und Kommunikation unter allen Betriebsbedingungen, einschließlich Fehlern sowohl im isolierten, als auch im netzgekoppelten Modus.  Darüber hinaus führt die Microgrid Testumgebung alle Tests automatisch durch und generiert selbständig die entsprechenden Berichte.

Wie funktioniert die C-HIL-Microgrid Testumgebung?

Ein Leistungssystem-Modell an Bord eines Schiffes, welches intelligente Inverter-Hardware, PV-Module, Batterien, Transformatoren, Generatoren, Schalter, Kabel, aktive und passive Ladungen, usw. umfasst, läuft in einer Microgrid Testumgebung mit einem 1 μs-Zeitschritt. Das Power-Management-System an Bord eines Schiffes steuert den Betrieb in allen Betriebsarten. Die Leistung wird gegen einen definierten Satz von Kriterien ausgewertet, welche vom Kraftstoffverbrauch bis hin zu Fehlertoleranzen reichen: Vom Schwarzstart bis hin zum netzgekoppelten Modus im Hafen.

 

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