Smart-Grid-Laborumgebung

Anwendungsbereiche:
  • Echtzeitfähige stationäre und dynamische Modellierung und Simulation elektrischer Energiesysteme
  • Implementierung neuer Schutzalgorithmen, leistungselektronischer Komponenten und Filter
  • Integration innovativer IKT zur echtzeitfähigen Betriebsführung in Smart Grids

GridLab: Power Hardware-in-the-Loop Versuchsstand

Das GridLab ist ein gemeinsam betriebenes Labor des Instituts für Mechatronik im Maschinenbau (iMEK) und des Instituts für Elektrische Energietechnik (ieet). Es bietet durch seine umfangreiche Ausstattung die Möglichkeit, sowohl entwickelte Hardwarekomponenten als auch Regelstrategien für Netzanwendungen zu testen.

Das GridLab verfügt über ein Niederspannungsnetz mit diversen linearen und nicht-linearen Lasten, einer Leitungsnachbildung und einem Photovoltaik-Simulator. Außerdem ist ein dreiphasiger Batteriewechselrichter vom Typ Sunny Island der Firma SMA vorhanden, welcher sowohl netzbildend als auch netzunterstützend betrieben werden kann. Die Wechselrichter und auch die Lasten werden mithilfe von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) in Echtzeit überwacht und gesteuert. Die SPS werden ebenfalls verwendet, um Messwerte aufzunehmen und zu visualisieren.

Das vorhandene Niederspannungsnetz kann mit einem Echtzeit-Netzsimulator (OPAL-RT OP5600) verbunden werden. Es besteht somit die Möglichkeit, beliebige Netzkonfigurationen und Zustände zu simulieren und diese mithilfe von Leistungsverstärkern als Ströme und Spannungen im Niederspannungsbereich in das Netz einzuspeisen. Die Reaktion der Hardware im Netz wird über hochauflösende Messsensorik aufgenommen und über eine optische Verbindung an die Simulation weitergegeben, was einen geschlossenen Regelkreis ermöglicht. Das Konzept der Kopplung von Echtzeitsimulation und Hardware über Leistungsverstärker wird als Power Hardware-in-the-Loop (PHIL) bezeichnet.
Als Verstärker kommen drei einphasige, lineare Leistungsverstärker APS7500 von Spitzenberger & Spies zum Einsatz, welche eine Dauerleistung von 7,5kW pro Phase zur Verfügung stellen. Durch die Auslegung als einphasige Systeme ist es dabei möglich, sowohl symmetrische als auch asymmetrische Versorgungszustände zu erzeugen. Die optische Verbindung, welche zum Datenaustausch mit dem Echtzeitsimulator verwendet wird, bietet eine Übertragungsrate von 2Gb/s und stellt damit den neuesten Standard im PHIL-Bereich dar.

Durch die Kopplung realer Hardware und echtzeitfähiger Simulationen und Steuerungen können nahezu beliebige Betriebs- und Netzzustände abgebildet und entwickelte Hard- und Software in diversen Situation getestet werden. PHIL erweitert die Möglichkeiten eines klassischen Labors um Untersuchungen, die ansonsten nur in Feldversuchen durchgeführt werden können.