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Testeinrichtung für Smart Grids: Fraunhofer ISE eröffnet Digital Grid Lab

© Fraunhofer ISE© Fraunhofer ISEFreiburg - Die Umsetzung der Energiewende in Europa erfordert eine umfassende Digitalisierung der Netze und einen Umbau zu Smart Grids. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat ein neues Labor in Betrieb genommen, in dem umfassende Simulationen und Tests für die Anpassung von Stromnetzten durchgeführt werden können.

Europas Stromnetze durchlaufen im Zuge der Energiewende eine tiefgreifende Transformation: von Großkraftwerken hin zu verteilten, intelligent vernetzten, digital gesteuerten, emissionsarmen und vielfältigen Einheiten. Millionen kleine Einspeiseanlagen und Speicher, neue Verbraucher und Akteure treten auf den Plan, die auf den unteren Netzebenen gemanagt werden müssen. Die gewohnt hohe Versorgungsqualität ist zukünftig nur mit der Digitalisierung der Netze und intelligenten Betriebsführungskonzepten erreichbar. An dieser Stelle setzt das neue Digital Grid Lab von Fraunhofer ISE an.

Fraunhofer ISE Kompetenzen im Bereich Netzsimulation werden erweitert
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat in Freiburg sein neues Digital Grid Lab in Betrieb genommen. Darin können die für die Transformation der Netze auf den verschiedenen Spannungsebenen im Zuge der Energiewende notwendigen Komponenten, Netzregelungskonzepte und Betriebsführungsstrategien erprobt werden. Herzstück des neuen Labors ist ein leistungsstarker Power Hardware-in-the-Loop Simulator, der Stromnetze bis zu 2000 Knoten berechnen und Subnetze bis zu 800 kVA über Leistungsverstärker im Labor emulieren kann.

„Die Integration sowohl zentraler als auch fluktuierender dezentraler Systeme und der Erhalt der Netzstabilität sind eine große Herausforderung für die Netzbetreiber. Mit dem Digital Grid Lab erweitert das Fraunhofer ISE seine Kompetenzen im Bereich Netzsimulation und kann das Netz und die Kommunikation darin in Echtzeit betrachten“, so Prof. Christof Wittwer, Bereichsleiter Leistungselektronik, Netze und intelligente Systeme am Fraunhofer ISE.

Hardware-in-the-Loop Simulationen in Echtzeit
Herzstücke des neuen Labors sind die sechs leistungsstarken Hardware-in-the-Loop (HIL)- Computer: Sie erlauben es, Stromnetze mit bis zu 2000 Knoten im Modell nachzubilden und in zeitlich hoher Auflösung in ihrem Verhalten zu testen. Für Geräte oder Anlagen an Netzknotenpunkten, aber auch für autarke Micro-Grids, smarte Quartiere und Verteilnetze können in dieser hochmodernen Testumgebung auch kritische Netzsituationen simuliert werden, ohne das echte Stromnetz zu gefährden. Die moderne Infrastruktur ermöglicht die Betrachtung von AC oder DC Netzen.

Zur Ausstattung des Digital Grid Labs gehört auch eine Leitwarte, in der neuartige Regelungsalgorithmen und Betriebsstrategien für Smart Grids mit Methoden der künstlichen Intelligenz erprobt werden. Der Hardware-in-the-Loop-Rechner nimmt hier die Rolle des digitalen Zwillings ein und modelliert für die Leitwarte ein Stromnetz inklusive dessen Kommunikation. So können neue Regelungskonzepte in einer realitätsnahen Umgebung unter kritischen Bedingungen evaluiert werden, ohne dass eine Gefahr für den echten Netzbetrieb besteht.

Prüfungen für intelligente Elektromobilität
Die beschriebene Infrastruktur erlaubt auch die Prüfung verschiedener energietechnischer Komponenten, wie Batteriesysteme, Blockheizkraftwerke oder Wärmepumpen. Für den Start des Labors wurde am Fraunhofer ISE der digitale Zwilling eines Elektrofahrzeuges entwickelt. Mit diesem wird ein Elektrofahrzeug oder auch ein ganzer Fahrzeug-Pool mit seinen Leistungsflüssen und seiner Kommunikation mit der Ladestation emuliert. So können verschiedene Arten von Ladestationen bezüglich ihrer Netzrückwirkung (nach Netzanschlussrichtlinien VDE AR 4100/4105) und im Zusammenspiel mit intelligenten Messsystemen und Energiemanagementsystemen geprüft werden. Hierzu gehören neben der Netzkonformität auch die Anpassung des Ladestroms an externe Anforderungen, z.B. durch den Netzbetreiber oder Ladestationsbetreiber.


© IWR, 2021


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14.07.2021

 



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