Ganzheitliche Zwillinge für die elektrischen Subsysteme und die Netzanbindung

Zhao Song und Andre Thommessen,  HS München

Zhao Song hat an der Xi’an Jiaotong University in China den Bachelor „Electrical Engineering“ und anschließend den Master „Elektrotechnik und Informationstechnik“ an der Technischen Universität München absolviert. Seit 2020 ist sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Hochschule München tätig.  Forschungsschwerpunkt ist die Netzintegration erneuerbarer Energien durch Leistungselektronik.

 

Im Rahmen seines dualen Bachelorstudiengangs in Elektrotechnik am Campus Jülich der FH Aachen hat Andre Thommessen 2016 seine Ausbildung zum Elektroniker für Betriebstechnik und 2017 sein Studium im Fachbereich Energietechnik abgeschlossen. Anschließend absolvierte er den Master „Elektrotechnik und Informationstechnik“ an der Technischen Universität München. Seit März 2020 ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Hochschule für angewandte Wissenschaften München tätig. Sein Forschungsschwerpunkt sind intelligente Regelungsstrategien zum Betrieb der maschinenseitigen elektrischen Komponenten von regenerativen Energiesystemen.

 

Betreuer:

Prof. Dr. -Ing. habil. Christoph M. Hackl, HS München

Prof. Dr. -Ing. Carlo L. Bottasso, TUM

 

Ganzheitliche digitale Zwillinge für die elektrischen Subsysteme und die Netzanbindung zukünftiger erneuerbarer Energiesysteme

Der Klimawandel stellt weltweit eine der dringlichsten Herausforderungen dar, sodass in den meisten Bereichen der Energieversorgung nachhaltige Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen. Unter anderem kann der Umbau des elektrischen Energiesystems einen signifikanten Beitrag zur Minderung des CO₂-Ausstoßes leisten, indem mehr erneuerbare und dezentrale Energieerzeugungssysteme installiert und ins Stromnetz integriert werden. Die breite Einführung oder gar ausschließliche Stromerzeugung mithilfe erneuerbarer Energien bringt aber auch Herausforderungen bezüglich Netzstabilität und Spannungsqualität mit sich, da der Wegfall großer Generatoren zu einer Reduktion der vorhandenen Massenträgheit(en) führt und das Netzverhalten dadurch dynamischer und fragiler werden kann. Zusätzlich bedeutet eine größere Anzahl dezentraler Energiesysteme (PV, Wind, etc.) bidirektionale Belastungen der Betriebsmittel und verschärft die Problematik unsymmetrischer und harmonischer Fehlerfälle.

Die Leistungselektronik stellt eine der Schlüsseltechnologien zur Lösung dieser Problematiken dar. Die steuerbaren Leistungshalbleiter bieten die Möglichkeit schnell und – bei geeigneter Steuerung, Regelung und Betriebsführung der regenerativen Anlagen – intelligent auf Änderungen, Störungen und Fehler im Netz zu reagieren.  Dies setzt voraus, dass robuste und echtzeitfähige Zustandsüberwachungs- und Fehlererkennungssysteme vorhanden sind. Hierbei soll die innovative Technologie der digitalen Zwillinge eine entscheidende Rolle spielen. Digitale Zwillinge stellen eine dynamische, virtuelle Repräsentation (“digitale Kopie”) der physikalischen Systeme dar, die mit Live-Daten in Echtzeit gespeist und aktualisiert werden. Somit können sie zur Schätzung externer Systembedingungen und interner Systemzustände eingesetzt werden.

Dieses vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte, dreijährige Verbundprojekt zielt auf eine ganzheitliche Anwendung digitaler Zwillinge auf das zukünftige Energiesystem ab, wobei sich das Teilprojekt an der Hochschule München auf die netzseitigen Subsysteme und deren Netzanbindung konzentriert. Hierzu sollen – basierend auf der digitalen Zwillingstechnologie – intelligente, robuste und fehlertolerante, netzseitige Regelungs- und Betriebsführungsstrategien entwickelt werden, die eine sichere und unterbrechungsfreie Energieversorgung ermöglichen.