Prüfplatz für hochdynamische Mittelspannungsumrichter und Leistungshalbleiter

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418993094

Die zunehmende Einbindung von Photovoltaik- und Windenergieanlagen sowie von Energiespeichern in die Übertragungs- und Verteilnetze bedeutet eine Dezentralisierung der Energieerzeugung und resultiert in einem bidirektionalen Lastfluss in weiten Teilen der Netze. Dies führt dazu, dass das elektrische Netz der Zukunft ein hybrides System sein wird, in der die Leistungselektronik mit ihren vielfältigen Möglichkeiten zur Erbringung von Netzdienstleistungen neben den konventionellen, passiven Netzkomponenten eine wesentliche Rolle einnehmen wird. Während Leistungselektronik aktuell hauptsächlich auf Niederspannungsebene (z.B. Netzanbindung von Photovoltaik- und Windenergieanlagen) und auf Hoch- und Höchstspannungsebene (Stromrichter für die Hochspannungs-Gleichstromübertragung) eingesetzt wird, rücken zunehmend auch die Mittelspannungsverteilnetze in den Fokus neuer Anwendungen von Leistungselektronik. Mögliche Anwendungen auf dem Gebiet der AC- und DC-Netze sind u.a. Solid State Transformatoren, aktive Netzkupplungen zur Verbindung verschiedener Spannungsebenen, Netzkupplungen zur Verbindung asynchroner Netze, Blindleistungskompensatoren, Lastflussregler oder aktive Filter. Neben den Netzanwendungen bieten auch industrielle Mittelspannungsantriebe weiterhin vielfältige Forschungsansätze, um diese Technologie weiter zu entwickeln und an neue Herausforderungen anzupassen. Vor allem vor dem Hintergrund der Steigerung der Energieeffizienz industrieller Prozesse ergeben sich neue Fragestellungen, zu deren Lösung die Mittelspannungs-Leistungselektronik einen wertvollen Beitrag liefern kann. In den vorangegangenen Forschungsarbeiten am Elektrotechnischen Institut (ETI) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wurden die in den oben genannten Anwendungen benötigten Stromrichterkonzepte auf der Basis von Simulationen, Hardware-in-the-loop Aufbauten und Niederspannungsdemonstratoren (<=400V) wissenschaftlich untersucht und getestet. Um diese Untersuchungen auch auf komplette Mittelspannungs-Stromrichter oder deren funktionale Untereinheiten (Power electronic building blocks – PEBBs) ausdehnen zu können, soll am ETI ein Mittelspannungslabor aufgebaut werden. Dadurch können die wissenschaftlichen Ergebnisse etwa auf den Gebieten der Schaltungsauslegung, Modulation und Regelungstechnik direkt an anwendungsnahen Prototypen getestet werden. Neben der Auslegung und Charakterisierung der passiven Bauelemente (Transformatoren, Drosseln, Kondensatoren, Filter) und dem Test von Entwärmungskonzepten stehen die Forschungsarbeiten an den Leistungshalbleitern und den dazugehörigen Ansteuertechnologien im Vordergrund. Dadurch werden die Möglichkeiten zur Untersuchung dieser Schlüsseltechnologien am ETI auch im Vergleich zu den meisten universitären und außeruniversitären Forschungsinstituten wesentlich erweitert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Prüfplatz für hochdynamische Mittelspannungsumrichter und Leistungshalbleiter
• Gerätegruppe: 6070 Spezielle Stromversorgungsgeräte, Versorgungmodule
• Antragstellende Institution: Karlsruher Institut für Technologie
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Marc Hiller