Netzbetriebsmittel realitätsnah testen

Netzverhalten präzise abbilden sowie Betriebs- und Fehlerzustände reproduzierbar und sicher emulieren: Das soll künftig am High Power Grid Lab (HPGL) des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) möglich sein. Die Testumgebung soll 2030 in Betrieb gehen und das reale Stromnetz so präzise wie möglich nachbilden. Ihr Bau wird mit 32,8 Millionen Euro aus Mitteln für strategische Ausbauinvestitionen der Helmholtz-Gemeinschaft finanziert.

„Mit dem HPGL schaffen wir eine weltweit einzigartige Forschungsumgebung, um das Verhalten innovativer Netzbetriebsmittel unter realistischen Bedingungen zu untersuchen“, sagt Professor Marc Hiller, Leiter des Elektrotechnischen Instituts (ETI) am KIT. Ziel des HPGL sei es, das Systemverhalten neuartiger Netzbetriebsmittel wie Stromrichter für Mittelspannungs-Gleichstromnetze in einer möglichst realen Netzumgebung zu erforschen.

Dafür soll das „Smart Energy System Simulation and Control Center“ des Energy Lab am KIT die Echtzeitsimulation von Stromnetzen mit den künftig im HPGL verfügbaren Emulatoren für Mittelspannungsnetze kombinieren. Die Echtzeitsimulation bestimmt dabei das Systemverhalten der Stromnetze, während die Emulatoren dieses Verhalten in der realen Welt mit realem Leistungsfluss nachbilden. Es entsteht eine flexible Testumgebung, die mit ihrem Verhalten das reale Netz so exakt wie möglich darstellt. So lässt sich zum Beispiel der Energiefluss von einem Mittelspannungsnetz in ein anderes regeln.

Eine Brücke für die schnelle praktische Anwendung

„Die im HPGL eingesetzten Mittelspannungs-Emulatoren werden speziell für dieses Projekt entwickelt“, erklärt Lukas Stefanski, wissenschaftlich-technischer Projektleiter des HPGL. „Wir können Wechselspannungsnetze bis 20 Kilovolt und Gleichspannungsnetze bis 35 Kilovolt transformatorlos bis zu einer Leistung von 40 Megavoltampere emulieren. Das ist ein entscheidender Fortschritt für die Forschung an leistungsstarken Technologien für die immer wichtiger werdenden Mittelspannungs-Verteilnetze“, sagt der Wissenschaftler.

An dem Gesamtprojekt sind am KIT neben dem ETI das Institut für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik, das Institut für Automation und angewandte Informatik sowie das Institut für Technische Physik beteiligt. Außerdem sind in der Aufbauphase viele nationale und internationale Industrieunternehmen, Netzbetreiber sowie Forschungsinstitute involviert. Das HPGL soll somit eine Brücke bilden für den schnellen Transfer von Forschungsergebnissen in die praktische Anwendung.