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MA – Untersuchung von Stabilitäts- und Fehlerszenarien in Gleichstromnetzen durch KI-Verfahren

Untersuchung von Stabilitäts- und Fehlerszenarien in Gleichstromnetzen durch KI-Verfahren

Für den Übergang zu einer effizienten und nachhaltigen Energieversorgung werden Gleichstromnetze (DC-Netze) als Teil des Energieversorgungssystems immer wichtiger. Gründe hierfür sind, dass gleichstrombasierte, energieerzeugende Anlagen wie Photovoltaikanlagen, Puffersysteme wie Batteriespeicher und eine Vielzahl von Gleichstromverbrauchern wie Computersysteme oder Ladestationen für Elektroautos im Vergleich zu einer konventionellen Wechselstromversorgung effizienter vernetzt werden können. Gleichzeitig können in DC-Netzen Umladeverluste bei der Stromübertragung und sonst häufig notwendige, verlustbehaftetet Wechselstrom-Gleichstrom Transformationen vermieden werden. Am Fraunhofer IISB ist ein Modellsystem für eine effiziente Kopplung von Wechselstrom und Gleichstromnetzen als Demonstrator realisiert, der dem Verbrauch eines mittelständischen Unternehmens entspricht.

In DC Netzen ist es erforderlich, beispielsweise durch transiente Vorgänge entstehende hochfrequente Schwingungen durch eine passende Auslegung der speisenden und belastenden DC-Wandler in den zugehörigen Regelungen auszugleichen und Fehlerfälle wie Überlastungen oder Kurzschlüsse zu detektieren und zu kompensieren. Im Rahmen des Konzepts „Cognitive Power Electronics 4.0“ sollen die Wandler selbst als Sensor- und Analyseeinheit eingesetzt werden, um durch datenbasierte Analyseverfahren Fehlerfälle in komplexen Netzen besser zu diagnostizieren und durch geeignete Maßnahmen die Stabilität zu verbessern.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen erstmals für eine vereinfachte DC-Netz Bustopologie, grundlegende Untersuchungen zum Einsatz von Verfahren der künstlichen Intelligent (KI) zur Stabilitätscharakterisierung und Fehlerdiagnose durchgeführt werden. Eine Bustopologie wird auch bei der DC-Versorgung des Fraunhofer IISB verwendet. Hierzu soll zunächst an einem Simulationsmodell, das einen digitalen Zwilling des DC Netzes darstellt, untersucht werden, wie sich Betriebszustände und Fehler auf die Netzstabilität und das transiente Verhalten von gemessenen Strom- und Spannungsverläufen auswirken und entsprechende Prognosemodelle erstellt werden. In einem weiteren Schritt sollen Diagnosemodelle erstellt werden, die aus den gemessenen Impedanzkurven sowie Strom- und Spannungsverläufen Rückschlüsse auf die Ursache der Instabilität oder möglicher Fehlerursachen und deren Lokalisierung erlauben. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen auf einem Teststand, der einer technischen Realisierung der Simulationsumgebung entspricht, untersucht und verifiziert werden.

Bearbeiter: Andre Meier

Betreuer: Dr. Georg Roeder (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761234; Email: Georg.Roeder@iisb.fraunhofer.de;

Leopold Ott (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761363; Email: Leopold.Ott@iisb.fraunhofer.de;

Martin Schellenberger (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761222; Email: Martin.Schellenberger@iisb.fraunhofer.de

Für Studienfächer: EEI

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März