Erwei­te­rung der Netz­si­mu­la­ti­on durch Digi­tal Grid Lab

Im Zuge der Ener­gie­wen­de durch­lau­fen Euro­pas Strom­net­ze 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. Das Fraun­ho­fer-Insti­tut für Sola­re Ener­gie­sys­te­me ISE hat nun sein neu­es Digi­tal Grid Lab in Betrieb genom­men, in dem die dafür not­wen­di­gen Kom­po­nen­ten, Netz­re­ge­lungs­kon­zep­te und Betriebs­füh­rungs­stra­te­gien erprobt wer­den. 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.
 
Hard­ware-in-the-Loop Simu­la­tio­nen in Echtzeit
Herz­stü­cke des 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 Test­um­ge­bung auch kri­ti­sche Netz­si­tua­tio­nen simu­liert wer­den, ohne das ech­te Strom­netz zu gefähr­den. Acht fle­xi­bel schalt­ba­re Leis­tungs­ver­stär­ker mit einer Gesamt­leis­tung von 800 Kilo Volt-Ampere erlau­ben es, einem Prüf­ling die­se simu­lier­te Netz­si­tua­ti­on auf­zu­prä­gen oder Bat­te­rien und Erzeu­ger (zum Bei­spiel Pho­to­vol­ta­ik-Anla­gen) in Hard­ware nach­zu­bil­den. Die moder­ne Infra­struk­tur ermög­licht die Betrach­tung von AC oder DC Netzen.
Zur Aus­stat­tung des Digi­tal Grid Labs gehört auch eine Leit­war­te, in der Rege­lungs­al­go­rith­men und Betriebs­stra­te­gien für Smart Grids, unter dem Ein­satz von 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 die Prü­fung ver­schie­de­ner ener­gie­tech­ni­scher Kom­po­nen­ten, wie Bat­te­rie­sys­te­me, Block­heiz­kraft­wer­ke oder Wär­me­pum­pen. Für den Start des Labors haben die Exper­tin­nen und Exper­ten des Fraun­ho­fer ISE den digi­ta­len Zwil­ling eines Elek­tro­fahr­zeu­ges ent­wi­ckelt. Mit die­sem emu­lie­ren sie ein Elek­tro­fahr­zeug oder auch einen gan­zen Fahr­zeug-Pool mit sei­nen Leis­tungs­flüs­sen und sei­ner Kom­mu­ni­ka­ti­on mit der Lade­sta­ti­on. 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, zum Bei­spiel durch den Netz­be­trei­ber oder Lade­sta­ti­ons­be­trei­ber. Das Digi­tal Grid Lab erlaubt die Prü­fung der Netz­kon­for­mi­tät und Kom­mu­ni­ka­ti­on von Lade­ste­ckern und ‑modi nach den Nor­men IEC 62196, IEC 61851 und ISO 15118. Der Test von Lade­sta­tio­nen beinhal­tet damit Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tests für die gesam­te Signal­ket­te und Eva­lu­ie­run­gen des Gerä­te­ver­hal­tens auf exter­ne Markt- und Steu­er­si­gna­le. Da der Test­stand im Digi­tal Grid Lab auch mit zahl­rei­chen rea­len Lade­sta­tio­nen ver­bun­den ist, kann die Kom­pa­ti­bi­li­täts­prü­fung von Lade­ma­nage­ment­kon­zep­ten her­stel­ler­neu­tral und sicher durch­ge­führt werden.