SPONGE Smart rapid Prototyping Of New applications for Grid Enforcement

Die Entwicklungen der letzten Jahre haben bestätigt, dass Leistungselektronik und die Integration von IKT die wesentlichen Schlüsseltechnologien für das Smart Grid sind. Je konkreter dabei die Vision vom intelligenten Stromnetz wird umso besser kann mit der Entwicklung von Smart Grid Applikationen auf die Bedürfnisse der Netzbetreiber eingegangen werden. In den aktuellen Publikationen (z.B. [Bloem2013], [Wang2012]) werden daher eine Vielfalt an Applikationen zur Unterstützung bei der Betriebsführung angeführt bzw. vorgestellt die zum Großteil unter dem Begriff  FACTS (flexible AC transmission system) für das Verteilnetz zusammengefasst werden können. Diese Vielfalt an möglichen Services zusammen mit der Vielfalt an unterschiedlichen Netztopologien der Netzbetreiber bedingen die Notwendigkeit eines schnellen und flexiblen Entwicklungsprozesses der dann in der Methodenanwendung selbst natürlich über die Grenzen des Smart Grids hinaus Verwendung finden kann.

Im Projekt SPONGE soll speziell ein neuer Entwicklungsprozess, der im Rahmen des bereits abgeschlossenen Projekts DG-EV-HIL entwickelt wurde, dem Stand der Technik gegenübergestellt werden. Auch mehrere Aspekte der Entwicklungsmethode aufgrund der gesteigerten Anforderungen an Produkteigenschaften wie Leistungsdichte, Effizienz etc. werden gezielt behandelt. Der Nutzen für das Entwicklungsunternehmen mit Blick auf Zeit, Ressourcen und Kosten werden in einem speziellen Arbeitspaket mit diesem Schwerpunkt evaluiert und bewertet wobei als Ziel eine bis zu 30%-ige Verkürzung der Systementwicklungszeit angestrebt werden soll.

Der Entwicklungsprozess stützt sich dabei zum einen auf eine intensive Nutzung von „In-the-loop“- Methoden (Software, Controller/Power-Hardware) und zum anderen auf einen integrierten Prototypingansatz von  übergeordneten Managementservices im Smart Grid  der diesem untergeordneten Leistungselektronik und deren Regelungsalgorithmen.

Die Entwicklungsmethoden werden über eine Schärfung der oben genannten „In-the-loop“-Methoden selbst sowie weiterer Methoden die sich durch die, aufgrund erhöhter Anforderungen an die Leistungselektronik, notwendigen zusätzlichen Methoden betrachtet. Dazu gehören:

• Komplexe Topologien (NPC-2) und die dadurch notwendigen Modulationsmethoden der Schalter (IGBTs),
• Höhere Leistungsdichten führen zu komplexeren Kühlmethoden (z.B. Heat-Pipes). Diese führen wiederum zu komplexeren Methoden der thermischen Simulation des thermischen Managements
• Komplexere Services bedingen eine höhere Frequenz-Bandbreite der Systeme und damit die Anforderung an schnelle Ansteuerung via FPGAs und Regelungsalgorithmen über Dual-Core-Prozessoren
• Flexibilitätsanforderungen an die Systemgröße führen zu Parallelisierung von Teilsystemen und damit zu einer Kopplung via Hochgeschwindigkeitsschnittstellen mittels einem Fast-FPGA-Link.

Im Projekt SPONGE soll darüber hinaus dieser integrierte Systemansatz mit Methodenschärfung unter Einbindung von IKT am Beispiel eines FACTS validiert werden und der Nutzen für das Entwicklungsunternehmen dargestellt werden.