Smart Energy System Control Laboratory (SESCL)

Markus Breig (KIT)
In der Leitwarte des SESCL können die Experimente geplant, durchgeführt und analysiert werden. (Foto: Markus Breig, KIT)

Das Smart Energy System Control Laboratory verknüpft die Theorie mit der Praxis. Viele Fragestellungen der Energiewende lassen sich nur mit umfangreichen Simulationen und aufwändigen Modellen der Energienetze, Einspeiser, Speicher und Abnehmer beantworten. Hierfür sind exakte Modelle der Anlagenbestandteile eine wichtige Voraussetzung. Die physische Präsenz der Anlagen im SESCL schafft einen ständigen Realitätsbezug und erleichtert damit die Umsetzung der Forschungsergebnisse in realen Netzumgebungen. Weil das Experimentierfeld vom öffentlichen Stromnetz galvanisch getrennt ist, können dort auch Regelungstrategien in Grenzbereichen zugelassen und untersucht werden. Außerdem können Betriebspunkte angesteuert werden, die an die Stabilitätsgrenzen heranreichen. Solche Experimente wären im öffentlichen Netz unzulässig.

Die Energiewende kann weder allein auf Computern geplant, noch können alle neuen Ideen gleich im öffentlichen Netz erprobt werden. Es braucht Experimentierstätten, um Innovationen praktisch zu untersuchen. Das SESCL wurde mit Mitteln des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK) aufgebaut. In SESCL sind Repräsentanten der wichtigsten Maschinen und Geräte von Stromnetzen und Wärmeversorgungsanlagen installiert. Weil Strom künftig im Wärmemarkt und für die Mobilität große Bedeutung haben wird, wurden z.B. Wärmepumpen und Ladestationen gekauft und implementiert.

Simon Waczowicz (KIT)
Energietechnische Anlagen des Smart Energy System Control Laboratory. (Foto: Simon Waczowicz, KIT)
Markus Breig (KIT)
Die Sammelschienenmatrix verschaltet alle Anlagen im SESCL miteinander, um verschiedenste Experimente schnell umzusetzen. (Foto: Markus Breig, KIT)

Natürlich können in einem Laborumfeld nur eine begrenzte Anzahl von Komponenten physisch an ein Netz angeschlossen werden. Deswegen werden angrenzende Stromnetze mithilfe von Power Hardware in the Loop (PHIL) Systemen simuliert. Dahinter verbergen sich schnelle Rechner und eine Elektronik, die einen berechneten Stromverbrauch oder eine Stromeinspeisung realisieren kann. Innerhalb von SESCL bildet die Sammelschienenmatrix das zentrale Element zur intelligenten Verknüpfung der energietechnischen Komponenten, wie beispielsweise Stromerzeuger, -verbraucher, -speicher, -leitungen und sonstigen Netzbetriebsmitteln. Die Sammelschienenmatrix erlaubt es, dass neue Experimente sehr schnell verschaltet und damit konfiguriert werden können. Die dafür benötigte Schaltanlage füllt 27 Schaltschränke.

Forschungsthemen und Zielsetzung

  • Integration verteilter erneuerbarer Energiequellen in ein Microgrid
  • Systemstabilitätsanalyse (Spannungs-, Frequenz- und Rotorwinkelstabilität) in umrichterdominierten Netzen
  • Validierung neuer Regelungsstrategien im Experimentalumfeld
  • Verhalten des Microgrids gegenüber dem Gesamtnetz
  • Verhalten weitgehend autarker Zellen (z.B. Experimentalhäuser) gegenüber dem Microgrid

 

Ausstattung

→ zur ausführlichen SESCL-Laborausstattung

Sammelschienenmatrix als zentrales verbindendes Element aller energietechnischen Anlagen
  • Wechsel- und Gleichstromsammelschienen
  • Messung aller angeschlossenen energietechnischen Anlagen
  • Automatisierungssystem
LLEC-Experimentalgebäude inkl. deren individuellen energietechnischen Anlagen
  • Wärmepumpenhaus
  • Stromhaus
  • Gas2Heat-Haus
Elektrische Verbraucher
  • RLC-Lasten
  • Asynchronmaschine
  • Lichtinstallation
  • Verbraucher als Power-Hardware-in-the-Loop-System
Stromerzeuger
  • Netzanschluss
  • Gasgenerator
  • Mikro-BHKW
  • Photovoltaik-Anlagen
  • Leistungsverstärker als Power-Hardware-in-the-Loop-System
Prosumer
  • Supercaps
  • Lithium-Ionen-Batteriespeicher
  • Schwungmassenspeicher
Blindleistungskomponenten
  • Kondensatoren
  • Induktivitäten
  • Phasenschieber
  • FACTS (Flexibles Wechselstromübertragungssystem)
Mobilitätskomponenten
  • Batterieelektrische Fahrzeuge
  • (V2G-)Ladestationen
Netzbetriebsmittel und sonstige Komponenten
  • Leitungsnachbildungen
  • Transformatoren (rONT)
  • AC/DC-Converter
  • Umformer

→ zur ausführlichen SESCL-Laborausstattung

 

Ausgewählte wissenschaftliche Publikationen


2024
Abel, P.; Wiegel, F.; Kyesswa, M.; Waczowicz, S.; Hagenmeyer, V. (2024). A Novel Approach for Removing Decaying DC Offset from Fault Current Signals Using Cumulative Sum – Fast Moving Average (CumSum-FMA) Hybrid Algorithm. 2024 IEEE 15th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), Luxemburg, 23rd-26th June 2024, 1–5, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/PEDG61800.2024.10667422VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
Ekin, Ö.; Perez, F.; Wiegel, F.; Hagenmeyer, V.; Damm, G. (2024). Grid supporting nonlinear control for AC-coupled DC Microgrids. 2024 IEEE Sixth International Conference on DC Microgrids (ICDCM), Columbia, SC, USA, 05-08 August 2024, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/ICDCM60322.2024.10664838
Stein, A.; Beichter, S.; Hage, J.; Beichter, M.; Schwarz, B.; Waczowicz, S.; Hiller, M.; Hagenmeyer, V.; Munzke, N.; Mikut, R. (2024). Forecasting Electric Vehicle Charging Behavior in Workplace Charging Infrastructure with Limited Privacy-Restricted Real Data. 2024 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 7 S., Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/ITEC60657.2024.10598951VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
2023
Wachter, J.; Gröll, L.; Hagenmeyer, V. (2023). Experimental Analysis of Immersion & Invariance Adaptive Control for an Interleaved DC/DC Boost Converter with Unknown Load Type. 2023 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe (ISGT EUROPE), 6 S., Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/ISGTEUROPE56780.2023.10407194VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
Wachter, J.; Gröll, L.; Hagenmeyer, V. (2023). Application of Model-Free Control to Reduce the Total Harmonic Distortion of Inverters. 2023 8th IEEE Workshop on the Electronic Grid (eGRID), Karlsruhe, Germany, 16-18 October 2023, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/eGrid58358.2023.10380817VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
Beichter, S.; Beichter, M.; Werling, D.; Galenzowski, J.; Weise, V.; Hildenbrand, C.; Wiegel, F.; Mikut, R.; Waczowicz, S.; Hagenmeyer, V. (2023). Towards a Real-World Dispatchable Feeder. 2023 8th IEEE Workshop on the Electronic Grid (eGRID), Karlsruhe, Germany, 16-18 October 2023, 1–6, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/eGrid58358.2023.10380834VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
Casasola-Aignesberger, L.; Wiegel, F.; Waczowicz, S.; Hagenmeyer, V.; Martinez, S. (2023). Experimental validation of demand side response rates for frequency control. 2023 8th IEEE Workshop on the Electronic Grid (eGRID), Karlsruhe, Germany, 16-18 October 2023, 1–6, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/eGrid58358.2023.10380814VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
Ekin, Ö.; Perez, F.; Damm, G.; Hagenmeyer, V. (2023). A Real-Time PHIL Implementation of a Novel Nonlinear Distributed Control Strategy for a Multi-Terminal DC Microgrid. 2023 IEEE Belgrade PowerTech, Belgrade, Serbia, 25-29 June 2023, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/PowerTech55446.2023.10202843
2022
Ekin, Ö.; Arena, G.; Waczowicz, S.; Hagenmeyer, V.; Carne, G. (2022, Juni 26). Comparison of Four-Switch Buck-Boost and Dual Active Bridge Converter for DC Microgrid Applications. 13th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG 2022), Kiel, Deutschland, 26.–29. Juni 2022. VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
Ekin, Ö.; Arena, G.; Waczowicz, S.; Hagenmeyer, V.; Carne, G. (2022). Comparison of Four-Switch Buck-Boost and Dual Active Bridge Converter for DC Microgrid Applications. 2022 IEEE 13th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), 1–6, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/PEDG54999.2022.9923074VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
2021
Meisenbacher, S.; Schwenk, K.; Galenzowski, J.; Waczowicz, S.; Mikut, R.; Hagenmeyer, V. (2021). A Lightweight User Interface for Smart Charging of Electric Vehicles: A Real-World Application. 2021 9th International Conference on Smart Grid and Clean Energy Technologies (ICSGCE), 57–61, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/ICSGCE52779.2021.9621604VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
Wachter, J.; Gröll, L.; Hagenmeyer, V. (2021). Adaptive Feedforward Control for DC/DC Converters in Microgrids - A Power Hardware in the Loop Study. 9th International Conference on Smart Grid (icSmartGrid), 29th June - 01st July 2021, Sebútal, Portugal, 49–56, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/icSmartGrid52357.2021.9551250VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
Meisenbacher, S.; Schwenk, K.; Galenzowski, J.; Waczowicz, S.; Mikut, R.; Hagenmeyer, V. (2021). Smart Charging of Electric Vehicles with Cloud-based Optimization and a Lightweight User Interface – A Real-World Application in the Energy Lab 2.0: Poster. e-Energy ’21: The Twelfth ACM International Conference on Future Energy Systems Virtual Event Italy 28 June 2021- 2 July 2021, 284–285, Association for Computing Machinery (ACM). doi:10.1145/3447555.3466571VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
2020
Hubschneider, S.; Waczowicz, S.; Wiegel, F.; Karrari, S.; Sousa, W. T. B. de; Carne, G. de; Geisbüsch, J.; Hiller, M.; Leibfried, T.; Hagenmeyer, V.; Noe, M. (2020, Juni 18). Power Hardware In the Loop infrastructure at KIT. RT20: Opal-RT’s 12th Conference on Real-Time Simulation (2020), Online, 18. Juni 2020. VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
2016
Hagenmeyer, V.; Cakmak, H. K.; Düpmeier, C.; Faulwasser, T.; Isele, J.; Keller, H. B.; Kohlhepp, P.; Kühnapfel, U.; Stucky, U.; Waczowicz, S.; Mikut, R. (2016). Information and communication technology in energy lab 2.0: Smart energies system simulation and control center with an open-street-map-based power flow simulation example. Energy Technology, 4 (1), 145–162. doi:10.1002/ente.201500304

Kontaktpersonen

Friedrich Wiegel
Friedrich Wiegel
Leiter des Smart Energy System Control Laboratory (SESCL)

friedrich wiegel does-not-exist.kit edu