Abstract:
Abstract. This work experimentally validates, in a Hardware-in-the-Loop (HIL) environment using OPAL-RT (OP5600/OP8660), an optimal energy management strategy for a hybrid AC/DC microgrid with real photovoltaic generation, battery storage, and a bidirectional AC/DC converter. The objective was to sustain stable and reliable operation under rapid variations in irradiance and demand. The methodology was implemented in phases: (i) wiring and calibration of analog interfaces (AI/AO); (ii) plant modeling (Thevenin-type battery, averaged converter, and low-voltage grid) with CPU/FPGA partitioning; (iii) development of two EMS versions—heuristic rules and linear optimization with a receding horizon; and (iv) a test campaign with EV-type load steps, fast-moving clouds, grid–island–grid transitions, and brief AC disturbances. The results show photovoltaic generation of 0.0598 kWh against a total demand of 0.0836 kWh, with no renewable curtailment; ENS = 0.0115 kWh persists, the DC-bus peak-to-peak ripple is 54.79%, I_bat,peak = 10 A, and 0.0036 equivalent battery cycles. The EMS achieved real-time execution with an average computation time of 0.2 ms (0.6 ms maximum). The study concludes that the HIL platform is suitable for validating real-time EMS strategies; mitigating DC-bus ripple and reducing ENS via predictive control and bus conditioning emerge as priority improvement avenues.
Keywords: OPAL-RT, Hardware-in-the-Loop, AC/DC microgrid, energy management, optimization, EMS.
Description:
En el presente trabajo se valida experimentalmente, en entorno Hardware-in-the-Loop (HIL) con OPAL-RT (OP5600/OP8660), una estrategia de gestión óptima de energía para una microred híbrida AC/DC con generación fotovoltaica real, almacenamiento en baterías y convertidor bidireccional AC/DC. El objetivo fue sostener operación estable y confiable ante variaciones rápidas de irradiancia y demanda. La metodología se implementó por fases: (i) cableado y calibración de interfaces analógicas (AI/AO); (ii) modelado de planta (batería tipo Thévenin, convertidor promediado y red de baja tensión) con partición CPU/FPGA; (iii) desarrollo de dos versiones del EMS —reglas heurísticas y optimización lineal con horizonte recedente—; y (iv) campaña de pruebas con escalones de carga tipo EV, nubes rápidas, transición red-isla-red y perturbaciones AC breves. Los resultados muestran generación fotovoltaica de 0,0598 kWh frente a una demanda total de 0,0836 kWh, sin recorte de renovable; persiste ENS = 0,0115 kWh, rizado pico-pico del bus DC de 54,79 %, I_bat,peak = 10 A y 0,0036 ciclos equivalentes en batería. El EMS cumplió tiempo real con 0,2 ms de cómputo medio (0,6 ms máximo). Se concluye que la plataforma HIL es adecuada para validar estrategias EMS en tiempo real; la mitigación del rizado del bus y la reducción de ENS mediante control predictivo y acondicionamiento del bus emergen como líneas de mejora prioritarias.
