Verteiltes Power-Hardware-in-the-Loop Agenten-System [Akronym: vPHILAS]

• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533456402

An der Hochschule München (HM) soll ein erweiterbares und über Laborgrenzen hinweg (weltweit) interagierendes, verteiltes Power-Hardware-in-the-Loop Agenten-System (vPHILAS) aufgebaut. Das geplante vPHILAS ermöglicht die Emulation, Analyse und Optimierung des zukünftigen Elektroenergiesystems (DC-, AC- und Hybridsystem) und seiner Teilnehmer durch Interaktion und Verkoppelung eines Realzeit-Netz-Simulators (RNS) mit beliebig vielen Power-Hardware-in-the-Loop-Agenten (PHILA). Hierzu werden bestehende Laborversuchsstände als Devices-under-Test (DUT; wie z.B. Windkraft-, PV- & HGÜ-Emulatoren) mithilfe eines Netz-Emulators (NE) in ein PHILA integriert. Laborübergreifend und weltweit werden weitere PHILA über das Internet mithilfe eines Netz-Emulator-Interfaces (NEI; eine zu entwickelnde und aufzubauende Software- & Hardwareschnittstelle) modular und flexibel zu einem beliebig großen Elektroenergiesystem miteinander verkoppelt. Der RNS simuliert das zu untersuchende Stromnetz (engl. Grid-under-Test (GUT)) mit mehreren Netzknoten (GUT-Knoten). Einzelne Netzknoten werden real durch skalierte PHILA repräsentiert, welche entweder über Netz-Emulatoren (z.B. NE1 & NE2) oder das NEI an das GUT "angeschlossen" sind und so auf die simulierten Netzspannungen der entsprechenden GUT-Knoten physikalisch reagieren. Die einzelnen PHILA tauschen keine Energie miteinander aus, sind aber über NE/NEI mit dem RNS in der Art miteinander verbunden, dass realistische Sollwerte der Netzspannungen vom RNS an NE oder NEI übergeben und dort nachgebildet werden. Diese im NE oder NEI nachgebildeten Spannungen wirken am jeweiligen GUT-Knoten real und physikalisch auf ein oder mehrere zu untersuchende DUT, welche mit Strömen antworten. So entsteht ein realer Leistungs- und Stromfluss im PHILA zwischen DUT und NE/NEI. Die real fließenden Ströme und erzeugten Spannungen im NE/NEI werden zum RNS zurückgeführt, welcher damit seine Simulation des GUT aktualisiert und fortsetzt. Damit entsteht ein rückgekoppeltes System, welches laborübergreifend innerhalb der HM aber auch weltweit PHILA (oder sogar weitere vPHILAS) miteinander verkoppelt und eine skalierte, aber realitätsnahe Emulation, Analyse und Optimierung von hybriden AC/DC-Elektroenergiesystemen (z.B. Drei-Phasen-Vier-Leiter-Systeme (AC) oder Zwei-Pol+Schutzleiter-Systeme (DC)) ermöglicht. Das vPHILAS wird federführend vom Forschungsinstitut für Nachhaltige Energiesysteme (ISES) der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik (FK04) der HM aufgebaut und betrieben. Es müssen der RNS, zwei NE und sechs NEI angeschafft bzw. aufgebaut werden. Die sechs ISES-Professuren vereinen die hierfür notwendigen Kernexpertisen (z.B. Batteriespeicher, Leistungselektronik, elektrische Maschinen, Energietechnik, Systemoptimierung/-theorie). Darüber hinaus werden 14 nationale und internationale Forschungspartner im Rahmen des Projekts an Entwicklung, Umsetzung und ersten Großversuchen des vPHILAS mitwirken.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: 2 x Netzemulatoren ; Realzeit-Netz-Simulator
• Antragstellende Institution: Hochschule für angewandte Wissenschaften München
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Christoph Hackl