»Lösungen aus der Forschung für zukunftsfähige Netze in Zeiten der Energiewende«

Power HIL - Hardware-in-the-Loop für elektrische Netze und Anlagen

Moderne Testumgebung für Funktions- und Beitragsstudien

Hardware-in-the-Loop (HIL) ist eine Methode um Labor- und Simulationsumgebungen miteinander zu kombinieren. Vorteile von Netzsimulationen werden in die laboratorische Infrastruktur integriert um erste Konzepte bis hin zu umfangreiche Smart Grid Technologien nicht nur in ihrer gesamten Funktionsbandbreite zu prüfen, weiter wird ermöglicht den Beitrag von dezentralen Erzeugeranlagen in einer realitätsgetreuen Testumgebung zur Netzstabilität und Netzoperation zu analysieren.

Im industriellen Blickwinkel dienen die Untersuchungen als Lückenfüller zwischen standardisierte Laboruntersuchungen und teuren Feldversuche, da hier vorab schon ein breites Spektrum an möglichen Szenarien abgearbeitet werden können, welche sonst nur Feldversuche darlegen. Die teilweise Einsparung von Feldversuchen bzw. Voraboptimierung, ist ein enormes Einsparen von Zeit und Ressourcen.

Im Blickwinkel der Forschung dienen HIL Systeme speziell der Weiterentwicklung von Prototypen bzw. der Entwicklung innovativer Strategien neuer Netzkomponenten im Bereich der Unterstützung dieser zur allgemeinen Netzstabilität.

Warum Power HIL

Power HIL Produktbeschreibung

Mittels eines Echtzeit-Systems werden Netzmodelle für elektromagnetische bzw. elektromechanische Phänomene simuliert und kann über eine Schnittstelle an ein Leistungsverstärker ausgegeben oder direkt mit dem Prüfling verbunden werden. Der Leistungsverstärker dient als Quelle/Senke für den jeweiligen Prüfling und generiert entsprechend der Vorgabe des Echtzeit-Systems realistische Netzevents. Messsensorik führt das dynamische Verhalten des Prüflings in die Netzsimulation des Echtzeit Systems zurück um eine bi-direktionale, und somit realistischere Beziehung aufzubauen. Für Prüfung für Schutzeinrichtungen dient ein spezieller Signalverstärker welcher bis zu 6 Signale (Spannung oder Strom) an Schutzgeräte ausgeben kann.

Das Gesamtsystem ist in der Lage drei Prüflinge mit je ±90 kVA zu versorgen bzw. ein Prüfling mit ±270 kVA. Sowie Schutzgeräte mit flexiblen Spannung oder Strom Signalen zu prüfen:

  • Aufbau eines Systems zur Berechnung von Echtzeit-Netzen für Netzbetreiber zur Netzüberwachung/-planung
  • Demonstration des Beitrags von Prototypen und Prüfkomponenten
  • Anlagentest bis 270 kVA und 460 V integriert in Netzsimulationen (für umfangreiche Funktionstest)
  • Analyse von dynamischen Wechselwirkung zwischen bis zu 3 Anlagen (Betriebs-Kompatibilität mehrere Anlagen)
  • Untersuchung des Beitrags von Prototypen für Netzoperationen und Netzstabilität
  • Netzstudien von Verbund-, Übertragungs- und Verteilnetzen in laboratorischer Testumgebung (globale, detaillierte Testszenarien)
  • Realgetreue Skalierung des Beitrags von realen Testkomponenten in simulierte Netzmodelle (Zukunftsszenarien)
  • Prüfung von Schutzeinrichtungen/-funktionen und Abhängigkeitsbeziehungen
  • Funktionstest neuartigen Steuereinheiten, -elementen unter realistischen Netzbedingungen Hardware-under-Test (HUT):
    • Lasten (nicht linear)
    • Dezentrale Erzeugeranlagen
    • Transformatoren
    • Prototypen
    • Schutzgeräte
    • Steuereinheiten, -regler

Alleinstellungsmerkmal

Das Fraunhofer IEE bietet ein umfangreiches System zur Untersuchung von Energienetzen durch Vorgabe realer Netzdaten oder Benutzung von Bezugsnetzen, welche mittels realen Anlagen einerseits für die Netzstabilität dienen und weiter für umfangreiche Funktionstests realer Anlagen unter laboratorischen Feldversuch-Bedingungen:

  • Integration von dezentralen Erzeugeranlagen in eine realistische Netzsimulation
  • Aufbau von Echtzeit-Systeme für Netzüberwachung und -planung
  • Erweiterung von Prüfrichtlinien für volle Funktionstest
  • Aufbau von zukünftigen Netzszenarien durch simulierte Netzanpassung bzw. Leistungsskalierung der realen Erzeugeranlage
  • Versuche von Wechselwirkungen mehrere realer Erzeugeranlagen (bis zu drei) bzw. Steuereinheiten unter realen Netzbedingungen
  • Kompetente Unterstützung zur Prototypen-Entwicklung und Untersuchung der klassischen und zukünftigen Netzstabilität durch das Fraunhofer IEE