Digital Grid Lab

Im Digital Grid Lab bilden wir mit unserem neuen Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL)-Simulator Verteilnetze im Leistungsbereich bis 800 kVA in der Niederspannung ab. Dabei erfolgen die simulative Nachbildung des Netzzustands und die Abbildung des digitalen Kommunikationssystems im HIL-System. Dies erlaubt uns Betriebsentscheidungen oder Systemänderungen im Vorfeld zu bewerten.

Die Entwicklungsumgebung lässt den Entwurf modernster Steuerungskomponenten z.B. auf Basis von künstlicher Intelligenz zu. Die Leitwarte stellt die Kommunikationszentrale dar. Sie ermöglicht das Monitoring und die Visualisierung des Netzbetriebs sowie die Kopplung mit einem digitalen Netz-Zwilling (PHIL).

Virtueller Rundgang durch das Digital Grid Lab

Digitaler Zwilling – Micro Grid

© Fraunhofer ISE

Mit unserem leistungsstarken Hardware-in-the-Loop (HIL) Simulator modellieren wir Ihr dezentrales Energiesystem oder Stromnetz in einer detaillierten Form. Je nach Situation emulieren wir Teile hiervon im Labor mit unserer Power-HIL Umgebung oder binden externe Signale über unsere Leitwarte mit ein. Diese erlaubt es Betriebsentscheidungen (z.B. Schalthandlungen) oder Systemänderungen im Vorfeld zu bewerten.

Power-HIL Tests bilden beliebige Netzanschlusspunkte mit Leistungsverstärkern im Labor nach. Sie erlauben mit Netzsimulatoren bis zu 800 kVA die detaillierte Untersuchung z.B. von Einschaltvorgängen oder Netzsynchronisation.

Die Leitwarte bietet mit allen typischen Leittechnikprotokollen die bidirektionale Anbindung von externen Systemen.

EMS und Smart Metering Systeme

Einbau eines intelligenten Smart Meters
© Dmitry Kalinovsky/shutterstock.com

Zur Konzeption und Implementierung von Smart Metering Lösungen bieten wir eine umfangreiche Testinfrastruktur sowie technische Beratungsdienstleistungen an. Unsere Experten arbeiten hierbei eng mit SMGW-Herstellern, Gateway Administratoren (GWA) und Verteilnetzbetreibern (VNB) zusammen.

Wir begleiten Sie bei der Entwicklung und Inbetriebnahme und integrieren Ihre Komponenten für Interoperabilitäts- und Funktionstests in unsere Laborinfrastruktur bzw. stellen je nach Anwendungsfall auch einen Remote-Zugang bereit.

Komponenten- und Reglertests

© Fraunhofer ISE

Vor dem Einsatz bei Kunden oder im Feld können Sie die von Ihnen entwickelten elektrischen Komponenten (z.B. für intelligente Haushaltsgeräte) und Regler (z.B. Energiemanagementsysteme) unter flexiblen Anschluss- und Einsatzbedingungen hinsichtlich ihres realen Verhaltens bei unterschiedlichen Stromnetzzuständen, ihrer Rückwirkung auf das Stromnetz, und ihrer Zuverlässigkeit bei unterschiedlicher kommunikativer Anbindung (verschiedene Protokolle) bei uns testen.

Hierzu erstellen wir für Sie mit unserer PHIL-Ausstattung eine reale Testumgebung und erarbeiten gemeinsam mit Ihnen aussagekräftige Testszenarien, welche normale Einsatzfälle, aber auch Härtefälle real nachbilden.

Abgerundet werden diese Tests durch Kommunikations- und Konformitätstests zu verschiedenen energietechnischen Komponenten.

Ladeinfrastruktur

Die Elektromobilität ist eine der Kerntechnologien zur Dekarbonisierung des Individualverkehrs. Energieszenarien sehen bis zu 40 Mio batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) im Jahr 2045. Unterstellt man für jedes Fahrzeug eine Wallbox mit 11 kW, entspricht dies 440 GW Anschlussleistung. Zur Einordung: das ist das 5fache des heutigen elektrischen Spitzenverbrauchs.

Dies macht deutlich, dass smartes bzw. gesteuertes Laden für das Gelingen der Energiewende essenziell ist. Dies kann nur funktionieren, wenn alle Kommunikationsschnittstellen rund um die Ladeinfrastruktur mit dem Fahrzeug und dem Stromnetz kompatibel sind. Im Digital Grid Lab realisieren wir diese Tests mit unserem digitalen Fahrzeugzwilling ev twin.

Digitaler Fahrzeugzwilling ev twin

Der digitale Fahrzeugzwilling ev twin im Digital Grid Lab am Fraunhofer ISE bietet Herstellern und Betreibern von Ladeinfrastruktur die vollständige Nachbildung und freie Parametrierung eines E-Fahrzeuges. Die Power Hardware-in-the-Loop Modellierung ermöglicht die exakte Nachbildung von Kommunikations- und Leistungsflüssen. Mit dem ev twin prüfen wir Ihre Ladestation unter beliebigen Netzanschlusssituationen. Unser leistungsfähiger digitaler Fahrzeugzwilling ev twin ist nicht nur auf unterschiedliche Fahrzeuge mit entsprechender Batteriekapazität und -Spannung einstellbar, sondern ist auch kompatibel mit beliebiger Ladeinfrastruktur. Die Kommunikation des EVCC (Fahrzeugregler) reicht vom Pilotsignal gemäß IEC61851 bis zum bidirektionalen Laden nach ISO15118-20. Unsere Leistungsverstärker bilden in der Power-Hardware-in-the-Loop-Umgebung den Leistungsteil, bestehend aus Batterie und ggf. Onboardcharger des Fahrzeuges nach. So können wir mit ev twin das Laden mit Wechsel- und Gleichstrom oder auch bidirektionale Ladestationen unter echtem Leistungsfluss testen. Wie dies funktioniert, welche Komponenten, Kommunikationsprotokolle und Ladeszenarien getestet werden können und was Sie als Kunde davon haben, zeigen wir Ihnen in diesem Film:

Digitaler Fahrzeugzwilling ev twin

E-Fahrzeuge stellen uns nicht nur CO2-arme Mobilität zur Verfügung, sondern mit ihren großen Batterien auch ein enormes Speicherpotenzial. Wie die Fahrzeugbatterie besser als Speicher für den eigenen Haushalthalt genutzt werden kann, hat das Fraunhofer ISE im Leitfaden »Bidirektionales Laden« untersucht. Verschiedene Haushaltstypen und Nutzungsmöglichkeiten werden betrachtet und miteinander verglichen. Neben der Eigenversorgungsquote wird das ökonomische Potenzial der verschiedenen Szenarien untersucht sowie ein Überblick über die technischen Anforderungen an das bidirektionale Laden gegeben.

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Interoperabilitätsprüfung Ladeinfrastruktur

Kommunikationsschnittstellen rund um die Ladestation
© Fraunhofer ISE
Kommunikationsschnittstellen rund um die Ladestation.
Teststand für Elektromobilität und Smart Metering
© Fraunhofer ISE / Foto: Dirk Mahler
Teststand für Elektromobilität und Smart Metering im Digital Grid Lab.

Die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge verfügt über zahlreiche Schnittstellen. In unserem Digital Grid Lab bilden wir diese mit unserem Hardware-in-the-Loop Simulator nach und evaluieren die Ladeinfrastruktur unserer Kunden mit ev twin, unserem Digitalen Zwilling eines Elektrofahrzeuges. Dieser emuliert die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation gemäß IEC61851 und ISO15118.

Als de facto-Standard für die Kommunikation zwischen Ladestation und Backendsystem wird flächendeckend das Open Charge Point Protocol (OCPP) eingesetzt. Eine fehlerfreie/validierte Implementierung innerhalb der Ladestation ist unverzichtbar für eine zukunftsfähige Ladeinfrastruktur.

Aktueller Stand der Entwicklung sind zudem erweiterte Testszenarien für bidirektionales Laden. Mit dem stetigen Ausbau erneuerbarer Energien und den aktuell geringen Speichermöglichkeiten ist die Nutzung von Fahrzeugbatterien für eine stabile Stromversorgung eines der wichtigsten Ladeinfrastruktur-Forschungsthemen.

Neben OCPP testen wir außerdem EEBUS-Implementierungen. Das Kommunikationsprotokoll wird verwendet, um eine Schnittstelle zwischen Smart Home und Energieversorgern über die Smart Meter Infrastruktur herzustellen und so die Steuerbarkeit zu maximieren.

Unser Labor bietet dabei ganz an Ihre Anforderungen angepasste Tests. Gerne entwickeln wir zusammen mit Ihnen individuelle Testszenarien. Nach Testausführung stehen Ihnen detaillierte Testreports zur Verfügung, mit denen Fehler innerhalb der Implementierung einfach aufgedeckt werden können.

 

Technische Ausstattung

Hardware-in-the-Loop (HIL) System von typhoon HIL

 

8 Leistungsverstärker (je 100 kVA) von cinergia, flexibel einsetzbar z.B. zur Netzemulation

 

reale Netzleitwarte

 

Teststand für Smart Grid Leitsysteme und Kommunikationstechnologien

 

Umfangreiche Toolsuite zu IP-basierten Kommunikationsprotokollen

 

Benchmark Testumgebung zur Charakterisierung von Energiemanagementsystemen