ADC-Labs Austrian DC-Laboratories

Durch die stetige Zunahme von leistungselektronischen Komponenten und Systemen in den
verschiedenen Ebenen des elektrischen Netzes (LV-Niederspannung, MV-Mittelspannung
und HV-Hochspannung) werden von Forschung und Industrie vermehrt DC-Netze diskutiert.
Neben konkreten existierenden Anwendungen wie HVDC für Übertragungsnetze gibt es
auch Bestrebungen in den niedrigeren Spannungsebenen diese Technologien zu
verwenden. Dadurch steigt aber auch der Bedarf an neuartigen Testmethoden für diese
Systeme.
Da die Methode Power-Hardware-in-the-Loop (P-HIL) im AC-Niederspannungsnetz für
Systemtests unter anderem auch durch bereits am AIT durchgeführte Projekte (DG-EV-HIL)
einen hohen Reifegrad erreicht hat und auch bereits einfache Netzschnittstellen
implementiert wurden bietet sich eine Betrachtung von DC-Netzen mit höherer Komplexität
an. Im Rahmen dieses Projektes sollen die Grundlagen für die Entwicklung von Systemtests
für komplexe Netzstrukturen mit einer höheren Anzahl an Schnittstellen und Applikationen
(real und simuliert) im Niederspannungsnetz geschaffen werden.
Zudem sollen die Erkenntnisse basierend auf LV-Systemtests genutzt werden, um diese
Methode in höhere Spannungsebenen (MV und HV) zu transformieren. Der Bedarf dafür
ergibt sich aus dem konkreten Forschungsthema, dass vermehrt Technologien betrachtet
werden, die verschiedene Spannungsebenen (MVLV: Solid State Transformer – SST mit
DC-Zwischenkreis), Netzabzweige durch Entkopplung der Frequenz oder reine DC-Netze
höherer Spannungsebenen (HVMV: HVDCDC Konverter) auf Basis von Leistungshalbleitern
miteinander verbinden sollen. Aufgrund der zusätzlich zu betrachtenden Elemente in den
Schnittstellen (z.B. Übertragungsfunktionen der Transformatoren und Gleichrichter) im Fall
höherer Spannungsebenen stellt dies eine hohe Anforderung an die Überarbeitung der
Grundlagen dieser Methode dar.
Im Rahmen dieses Projektes sollen die oben genannten Grundlagen geschaffen werden und
darauf aufbauend die zugehörigen Konzepte einer möglichen Implementierung erarbeitet
werden, wobei zur Absicherung von Projektrisiken Vergleichstests mit klassischen Methoden
im Labor durchgeführt werden (TRL 2). Für ausgewählte Teilaspekte (komplexe LV-Netze,
Systemtests im MV-Labor) soll ein Proof-of-Concept basierend auf entwickelten Konzepten
durchgeführt werden (TRL 3).

Ausgangssituation

Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien im elektrischen Netz und der damit verbundenen
Verbreitung elektronischer Systeme, die auch zumeist dezentral installiert werden, kommt es
zunehmend zu der Notwendigkeit diese lokal zu koppeln. Viele dieser Systeme
(Photovoltaikmodule, Speicherbatterien etc.) produzieren jedoch technologiebedingt
Gleichstrom, der wiederum mittels Wechselrichter für AC-Netze aufbereitet werden muss.
In diesem Projekt sollen die Grundlagen für die Entwicklung von Tests für DC-Komponenten
und Systeme auf Basis der Hardware-in-the-loop Methoden erforscht werden. Der Stand der
Technik für die zu validierenden Systeme umfasst somit folgende Bereiche:
• Elektrische Netze und IKT
• Applikationen, Systeme
• Leistungselektronik
• Test- und Validierungsmethoden
wobei teilweise zur Vereinfachung exemplarische Beispiele genannt werden.
Weiters ergeben sich aus den Spannungsebenen, die betrachtet werden solle
unterschiedliche Technologien, Applikationen etc. weshalb im Stand der Technik zwischen
den Ebenen unterscheiden werden muss:
• Niederspannung (LV)
• Mittelspannung (MV)
• Hochspannung (HV)
Im Anschluss an die Kurzbeschreibung des Gesamtsystems folgt ein Abriss über den Stand
der Technik der im Projekt zu entwickelnden Methode Power-Hardware-in-the-Loop (P-HIL)