Institut für Automation und angewandte Informatik

Smart Energy System Control Laboratory (SESCL)

In der Leitwarte des SESCL können die Experimente geplant, durchgeführt und analysiert werden. (Foto: Markus Breig, KIT)

Das Smart Energy System Control Laboratory verknüpft die Theorie mit der Praxis. Viele Fragestellungen der Energiewende lassen sich nur mit umfangreichen Simulationen und aufwändigen Modellen der Energienetze, Einspeiser, Speicher und Abnehmer beantworten. Hierfür sind exakte Modelle der Anlagenbestandteile eine wichtige Voraussetzung. Die physische Präsenz der Anlagen im SESCL schafft einen ständigen Realitätsbezug und erleichtert damit die Umsetzung der Forschungsergebnisse in realen Netzumgebungen. Weil das Experimentierfeld vom öffentlichen Stromnetz galvanisch getrennt ist, können dort auch Regelungstrategien in Grenzbereichen zugelassen und untersucht werden. Außerdem können Betriebspunkte angesteuert werden, die an die Stabilitätsgrenzen heranreichen. Solche Experimente wären im öffentlichen Netz unzulässig.

Die Energiewende kann weder allein auf Computern geplant, noch können alle neuen Ideen gleich im öffentlichen Netz erprobt werden. Es braucht Experimentierstätten, um Innovationen praktisch zu untersuchen. Das SESCL wurde mit Mitteln des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK) aufgebaut. In SESCL sind Repräsentanten der wichtigsten Maschinen und Geräte von Stromnetzen und Wärmeversorgungsanlagen installiert. Weil Strom künftig im Wärmemarkt und für die Mobilität große Bedeutung haben wird, wurden z.B. Wärmepumpen und Ladestationen gekauft und implementiert.

Energietechnische Anlagen des Smart Energy System Control Laboratory. (Foto: Simon Waczowicz, KIT)
Die Sammelschienenmatrix verschaltet alle Anlagen im SESCL miteinander, um verschiedenste Experimente schnell umzusetzen. (Foto: Markus Breig, KIT)

Natürlich können in einem Laborumfeld nur eine begrenzte Anzahl von Komponenten physisch an ein Netz angeschlossen werden. Deswegen werden angrenzende Stromnetze mithilfe von Power Hardware in the Loop (PHIL) Systemen simuliert. Dahinter verbergen sich schnelle Rechner und eine Elektronik, die einen berechneten Stromverbrauch oder eine Stromeinspeisung realisieren kann. Innerhalb von SESCL bildet die Sammelschienenmatrix das zentrale Element zur intelligenten Verknüpfung der energietechnischen Komponenten, wie beispielsweise Stromerzeuger, -verbraucher, -speicher, -leitungen und sonstigen Netzbetriebsmitteln. Die Sammelschienenmatrix erlaubt es, dass neue Experimente sehr schnell verschaltet und damit konfiguriert werden können. Die dafür benötigte Schaltanlage füllt 27 Schaltschränke.

Forschungsthemen

  • Integration verteilter erneuerbarer Energiequellen in ein Microgrid
  • Systemstabilitätsanalyse (Spannungs-, Frequenz- und Rotorwinkelstabilität) in umrichterdominierten Netzen
  • Validierung neuer Regelungsstrategien im Experimentalumfeld
  • Verhalten des Microgrids gegenüber dem Gesamtnetz
  • Verhalten weitgehend autarker Zellen (z.B. Experimentalhäuser) gegenüber dem Microgrid

 

Ausstattung

Sammelschienenmatrix als zentrales verbindendes Element aller energietechnischen Anlagen
  • Wechsel- und Gleichstromsammelschienen
  • Messung aller angeschlossenen energietechnischen Anlagen
  • Automatisierungssystem
LLEC-Experimentalgebäude inkl. deren individuellen energietechnischen Anlagen
  • Wärmepumpenhaus
  • Stromhaus
  • Gas2Heat-Haus
Elektrische Verbraucher
  • RLC-Lasten
  • Asynchronmaschine
  • Lichtinstallation
  • Verbraucher als Power-Hardware-in-the-Loop-System
Stromerzeuger
  • Netzanschluss
  • Gasgenerator
  • Mikro-BHKW
  • Photovoltaik-Anlagen
  • Leistungsverstärker als Power-Hardware-in-the-Loop-System
Prosumer
  • Supercaps
  • Lithium-Ionen-Batteriespeicher
  • Schwungmassenspeicher
Blindleistungskomponenten
  • Kondensatoren
  • Induktivitäten
  • Phasenschieber
  • FACTS (Flexibles Wechselstromübertragungssystem)
Mobilitätskomponenten
  • Batterieelektrische Fahrzeuge
  • (V2G-)Ladestationen
Netzbetriebsmittel und sonstige Komponenten
  • Leitungsnachbildungen
  • Transformatoren (rONT)
  • AC/DC-Converter
  • Umformer

 

Kontaktpersonen

Friedrich Wiegel
Friedrich Wiegel
Leiter des Smart Energy System Control Laboratory (SESCL)

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