Power Hardware-in-the-Loop

Das PHIL-System ermöglicht für neue Technologien eine deutliche Reduktion der Zeitdauer von Konzept bis Markteinführung. Simulationen können zwar große Flexibilität beim Validieren und Testen bieten, aber keine realistischen Ergebnisse. Auf der anderen Seite führen Tests in der Praxis, an echten Systemen, zu realistischen Ergebnissen, allerdings zum Preis niedriger Flexibilität und langwieriger Testreihen. Power Hardware in the Loop vereint die Vorteile beider Konzepte: die große Genauigkeit echter Hardware im Labor, sowie die Flexibilität, die simulierte Testumgebung sekundenschnell zu verändern.

Die Anlage, die zur Marktreife entwickelt werden soll, wird über Leistungsverstärker an ein in Echtzeit simuliertes Netz angeschlossen, sodass beispielsweise sowohl realistische Betriebsbedingungen als auch Fehlerfälle gefahrlos in dieser kontrollierten Umgebung getestet werden können.

Zu diesem Zweck errechnet der Simulator in jedem Rechenschritt, typischerweise alle 50 Mikrosekunden, den Wert für Spannung oder Strom an dem Punkt des simulierten Netzes, wo der Prüfling angeschlossen wird. Dieses Signal wird an Leistungsverstärker gesendet, welche es als tatsächliche elektrische Größe zur Verfügung stellen. So "sieht" das Testobjekt, zum Beispiel eine Ladestation für elektrische Fahrzeuge, ein echtes Energienetz an seinem Anschlusspunkt, von dem es echte Leistung beziehen (und falls notwendig auch zurückspeisen) kann. Diese Leistung wird gemessen und an den Echtzeitsimulator zurückübertragen, der darauf basierend den nächsten Zeitschritt berechnet, sodass das simulierte Netz auf den echten Prüfling reagiert.

Mit Power Hardware in the Loop kann also sowohl die Beeinflussung von Energienetzen durch echte Anlagen, als auch die Beeinflussung der echten Anlagen durch beliebige Energienetze (einschließlich verschiedener Fehlerfälle) untersucht werden.

Das PHIL-Labor im Energy Lab 2.0 wurde entwickelt, um nahezu jegliche Technologie für Niederspannungsnetze unter realistischen Bedingungen zu testen. Das Leistungsverstärkersystem, bestehend aus fünf bidirektionalen 200 kVA Egston-Leistungsverstärkern mit jeweils 6 Kanälen, erreicht zusammengeschaltet eine Gesamtleitung bis zu 1 MVA.

Die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten der insgesamt 30 Verstärkerkanäle ermöglichen beispielsweise folgende Spannungs- und Strombandbreiten:

• Dreiphasenwechselspannung bis zu 850 V bei Stromstärken bis zu 200 A
• Dreiphasenwechselspannung bis zu 430 V bei Stromstärken bis zu 1,25 kA
• Einphasenwechselspannung bis zu 1 kV bei Stromstärken bis zu 375 A
• Einphasenwechselspannung bis zu 500 V bei Stromstärken bis zu 1,3 kA
• Gleichspannung bis zu 1,5 kV bei Stromstärken bis zu 530 A
• Gleichspannung bis zu 200 V bei Stromstärken bis zu 4,5 kA (kurzzeitig bis zu 6 kA)