Lastenparameter-Identifizierung und Regelung

Viele Länder auf der ganzen Welt haben ehrgeizige Pläne für emissionsneutrale Energienetze. Daher steigt der Anteil der erneuerbaren Energiequellen schnell an. Diese Veränderung des modernen Stromnetzes bringt neue Herausforderungen und Anforderungen an die Systemregelung mit sich, da erneuerbare Energien oft weniger gut regelbar sind.
Mit Hilfe von Stufenschaltern, die an konventionelle Transformatoren angeschlossen werden, ist es bereits möglich, das Spannungsniveau einer Stromversorgung anzupassen. Diese Idee kann auf kleine Spannungsanpassungen oder sogar Frequenzregelungen erweitert werden, da das Energiesystem auf eine hohe Integration elektronischer Geräte zusteuert. Insbesondere Solid State Transformatoren sind hierbei für die wissenschaftliche Gemeinschaft von Interesse.  
Das System hat jedoch einen Mangel an Echtzeit-Parametern und genauen Messdaten, z.B. bei Lastparametern, die eine präzisere Steuerung ermöglichen und das Netz unterstützen würden. Speziell die sogenannte Lastempfindlichkeit, die den Prozentsatz der Leistungsänderung einer Last bei einer Änderung der Nennspannung oder -frequenz angibt, ist eine wertvolle Information für das Netz.  
Daher zielt unsere Arbeit darauf ab, die Leistungsflexibilität des Verteilungsnetzes oder der Nachfrageseite zur Unterstützung des Netzes zu nutzen.

Unsere Arbeit

Die Lastsensitivität quantifiziert die Änderung der Leistungsaufnahme der Last bei Spannungs- oder Frequenzschwankungen. Ist der Wert der Lastsensitivität bekannt, kann die Lastleistung durch Änderung von Spannung und Frequenz mit Hilfe leistungselektronischer Schnittstellen wie Solid-State-Transformatoren (SSTs) beeinflusst werden.
Unsere Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung eines Reglers, der die Spannung und die Frequenz anhand von Informationen anpasst, die vom Lastparameter-Berechnungsprogramm geliefert werden. Verschiedene Identifikationsalgorithmen werden implementiert und hinsichtlich Genauigkeit und Rechenaufwand verglichen. Solche Berechnungen setzen die Messung von Spannung, Frequenz sowie der Wirk- und Blindleistung voraus, die als Eingangsgrößen für die Parameteridentifikation benötigt werden.

Anwendung im PHIL-Umfeld

Im Energy Smart Home Lab (ESHL) auf dem Campus Süd des Karlsruher Instituts für Technologie können wir unsere Steuerungs- und Identifikationsalgorithmen mit realen Haushaltsgeräten testen. Das ESHL ist an einen 4-Quadranten-Spannungsverstärker angeschlossen, der das Haus mit unserem simulierten Netz versorgt. So können wir Spannungs- oder Frequenzstörungen simulieren und deren Auswirkungen auf den Stromverbrauch der Verbraucher bewerten. Es ist dann möglich, die elektrischen Parameter des gesamten Hauses oder eines einzelnen Verbrauchers zu messen, um ihre Sensitivität gegenüber Spannungs- oder Frequenzänderungen zu untersuchen und das Potenzial einer solchen Steuerung in unserem realen Stromnetz zu erforschen.