Leistungselektronik und Netzintegration

Im Thema »Leistungselektronik und Netzintegration« beschäftigen wir uns mit folgenden Arbeitsgebieten

 

Stromrichterbasierte Netze

 

Hochleistungselektronik und Systemtechnik

 

Leistungselektronik für Elektromobilität, Photovoltaik und Speichersysteme

 

Charakterisierung von Nieder- und Mittelspannungsstromrichtern

Im Geschäftsfeldthema »Leistungselektronik und Netzintegration« erforschen, entwickeln, erproben und testen wir leistungselektronische Bauteile, Schaltungen und innovative Systemkonzepte. Dabei versuchen wir stets neue Maßstäbe zu setzen und arbeiten daran, fortschrittliche Ideen gemeinsam mit unseren Partnern aus Industrie und Forschung zur Marktreife zu bringen.

Strom aus Erneuerbaren Energiequellen ist der Energieträger der Zukunft und der Schlüssel für eine CO2-neutrale, nachhaltige und ökonomische Energieversorgung. Unabdingbar für die erfolgreiche Umsetzung der Energie- und Verkehrswende ist dabei die Leistungselektronik. Leistungselektronische Wandler, sog. Stromrichter, sorgen für eine effiziente Umwandlung elektrischer Energie zwischen verschiedenen Stromarten (z.B. zwischen Gleich- und Wechselstrom) und regeln aktiv Spannung und Frequenz.

In modernen Energiesystemen bilden Stromrichter das notwendige Bindeglied und verbinden Photovoltaik- und Windkraftanlagen, Batteriespeicher und Elektrolyseure sowie elektronische Verbraucher und Elektrofahrzeuge mit dem Stromnetz. Für die Regelung der Leistungsflüsse im Stromnetz kommen zunehmend Stromrichter, wie z.B. in HGÜ- oder STATCOM-Anlagen, zum Einsatz. Die Elektrifizierung in allen Bereichen der Mobilität, vom Elektroauto bis hin zur elektrischen Luftfahrt,  erfordert eine Vielzahl unterschiedlicher Stromrichtertypen. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz von Leistungselektronik im industriellen Umfeld immer effizientere Produktionsmethoden. Auch moderne Wärmeversorgungskonzepte werden zunehmend mit leistungselektronischen Wandlern ausgestattet. Der Gesamtbedarf an Leistungselektronik und anwendungsoptimierter Systemkonzepte ist dabei enorm.

Vor dem Hintergrund der Abschaltung konventioneller Kraftwerke stellt sich auch die Frage, wie eine zuverlässige Spannungs- und Frequenzregelung in zukünftigen stromrichterbasierten Netzen garantiert werden kann. Für einen stabilen Betrieb der Stromnetze ist die Netzintegration von Leistungselektronik schon heute eine der wichtigsten Herausforderungen. Mit unseren Konzepten für netzbildende Wechselrichter bieten wir Lösungen an, die in jeder Millisekunde eine wichtige Stütze für das Stromnetz bilden. Wir simulieren und erproben dabei den sicheren Betrieb unserer zukünftigen Stromnetze basierend auf 100% erneuerbaren Energien und entwickeln unsere Ansätze und Methoden ständig weiter.

Für unsere Forschungsarbeiten und Serviceleistungen steht uns eine umfangreiche Laborausstattung zur Verfügung. Dies ermöglicht uns den Betrieb von Stromrichtern in der Nieder- und Mittelspannungsebene und die Erforschung von Netzintegrationsfragen bis in den Multi-Megawatt-Bereich.

Für unsere Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten betreiben wir das Power Converter Lab, das Multi-Megawatt Lab und das Medium Voltage Lab, in unserem »Zentrum für Leistungselektronik und nachhaltige Netze« am Standort Zinkmattenstraße. Darüber hinaus haben wir für Forschungs- und Entwicklungszwecke Zugriff auf ein 5-MW-PV-Kraftwerk in Dürbheim auf der Schwäbischen Alb.

 

Zentrum für Leistungselektronik und nachhaltige Netze

In unserem TestLab Power Electronics charakterisieren wir für Sie: PV-Wechselrichter, Batterieumrichter, BHKW, DC/DC-Wandler, uni- und bidirektionale Ladegeräte, modulintegrierte Elektronik bis in den Multi-Megawatt-Bereich.

 

TestLab Power Electronics

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

HYBAT

Hybride Lithium-Ionen-Batteriespeicherlösung mit 1500 V-Systemtechnik, innovativem Thermomanagement und optimierender Betriebsführung

 

power4re

Zuverlässige Umrichter für die regenerative Energieversorgung

 

VerbundnetzStabil

Stabiles Verbundsystemverhalten bei umrichterbasierter Erzeugung

 

MS-Leikra

Leistungselektronik für die nächste Generation von Mittelspannungs-PV-Kraftwerken

Leistungselektronik bildet eine äußerst umfangreiche Disziplin und umfasst die Fachrichtungen der Halbleiter-, Analog-, Digital-, Schaltungs-, Regelungs-, Kühlungs-, Aufbau- und Verbindungstechnik. Der technologische Fortschritt auf dem Gebiet der leistungselektronischen Bauelementen, insbesondere bei sog. Wide-Band-Gap-Halbleitern (z.B. SiC, GaN), ermöglicht immer effizientere, kompaktere und ressourcenschonendere Stromrichterlösungen. Darüber hinaus werden Fragestellungen nach dem stabilen Betrieb stromrichterbasierter Netze und Anlagen von zunehmender Bedeutung. Unsere Expertinnen und Experten stellen sich täglich den damit verbundenen spannenden Herausforderungen.
Unsere Services umfassen u.a.:

Kontakt

Sönke Rogalla

Contact Press / Media

Dr. Sönke Rogalla

Leistungselektronik und Netzintegration

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5454

Stephan Liese

Contact Press / Media

Stephan Liese

Leistungselektronik und Netzintegration

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5890

Christian Schöner

Contact Press / Media

Christian Schöner

Business Developer Leistungselektronik und Netzintegration

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-2078

Contact Press / Media

Kerstin Stehle

Assistenz

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-2140

Aktuelle Veröffentlichungen zum Thema Leistungselektronik und Netzintegration:

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2022 Einfluss verschiedener FRT-Konzepte auf das Verhalten von Energieerzeugungsanlagen bei Netzfehlern
Kaiser, S.; Eichner, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Stabilitätsbetrachtung von Wind- und Photovoltaikparks bei Blindleistungseinspeisung
Grab, R.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Modellierung einer FRT-Prüfeinrichtung und simulative Betrachtung der Netzrückwirkungen - Vergleich mit Labormessdaten
Kaiser, S.; Eichner, S.; Adel Sufian, A.E.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Netzbildende Wechselrichter in Verbundnetzen - Abschließende Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt VerbundnetzStabil
Rogalla, S.; Denninger, R.; Ernst, P.; Greulich, A.; Lens, H.; Salman, A.; Schaupp, T.; Singer, R.; Ungerland, J.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Vergleich verschiedener OVRT-Prüfstände im Zusammenhang mit realistischen Überspannungsereignissen
Eyhorn, S.; Kaiser, S.; Rogalla, S.; Kaiser, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Frequenzstabilität bei Netzauftrennungen im Verbundnetz - Einfluss netzbildender Umrichter auf die Frequenzstabilität
Denninger, R.; Nuschke, M.
Vortrag
Presentation
2021 Reactive Power Availability of a 20 kW Three Phase Three Level PFC
Mahajan, A.; Siedle, C.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Ein Testverfahren für netzbildende Wechselrichter - Der nächste notwendige Schritt für den stabilen Betrieb stromrichterdominierter Netze
Rogalla, S.; Denninger, R.; Ernst, P.; Singer, R.; Greulich, A.; Kersic, M.; Müller, T.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 5-kW-DC/DC-Wandler mit hohem Teillastwirkungsgrad für 48-V-Heimspeicher
Hercegfi, P.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Impact of Changed Reactive Power Flows on Protection Relays in the Future Distribution Grid
Eichner, S.; Arshad, M.A.; Grab, R.; Jahr, A.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Universelle Umrichterregelung für ein- und dreiphasige Systeme im Netzparallel- und Inselnetz-Betrieb
Siedle, C.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Universelle Umrichterregelung für ein- und dreiphasige Systeme im Netzparallel- und Inselnetz-Betrieb
Siedle, C.; Reichert, S.; Stickan, B.; Rauscher, M.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Untersuchung verschattungsoptimierter Halbzellenmodule mit einlaminierter Leistungselektronik für das MPP-Tracking auf Substring-Ebene
Armbruster, C.; Kutter, C.; Schmid, A.; Tummalieh, A.; Rouffaud, G.; Basler, F.; Wille-Hausmann, B.; Famulla, J.; Schüler, M.A.; Oyebanji, U.O.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Grid Forming Converters in Interconnected Systems - Final Results from the Joint Research Project VerbundnetzStabil
Rogalla, S.; Greulich, A.; Lehner, J.; Lens, H.; Ernst, P.; Schaupp, T.; Singer, R.; Ungerland, J.; Schöll, C.; Denninger, R.; Salman, A.
Vortrag
Presentation
2021 Compact GaN Charger with Wide Output Voltage Range for the Universal Usage in Electrical Vehicles with Battery Voltages from 200 to 1000 V
Armbruster, C.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Highly Compact 250 kVA Inverter Stack with 3.3 kV SiC MOSFETs
Thoma, J.; Volzer, B.; Kranzer, D.; Derix, D.; Geiss, M.; Hensel, A.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Q-Dynamik: Blindleistungsstellgeschwindigkeiten im Verteilnetz
Grab, R.; Rauch, J.; Götz, R.; Brückl, O.; Eichner, S.; Engel, B.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Expert Input Paper - Eco-Design & Energy Labelling for Photovoltaic Modules, Inverters and Systems in the EU
Wade, A.; Neuhaus, H.; Probst, L.; Sauer, T.; Moser, D.; Rohr, C.; Rossi, R.; Wirth, H.
Bericht
Report
2021 Series-Resonant-Converter with Galvanic Isolation and >99% Efficiency
Bornwasser, J.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Wirkungsgrad von Wechselrichtern bei Blindleistungseinspeisung
Grab, R.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Ökobilanz eines Solarwechselrichters
Probst, L.; Liardet, L.; Rouffaud, G.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 6-W Optical Power Link with Integrated Optical Data Transmission
Helmers, H.; Armbruster, C.; Ravenstein, Moritz von; Derix, D.; Schöner, C.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Comparison of Different OVRT Test Benches in the Context of Realistic Over-voltage Events
Eyhorn, S.; Kaiser, S.; Rogalla, S.; Klosse, R.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Measured Impedance Characteristics of Solar Inverters up to 1 MW
Rogalla, S.; Kaiser, S.; Burger, B.; Engel, B.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Investigation of Network Protection Coordination with Changed Reactive Power Flows in the Future Grid
Eichner, S.; Arshad, M.A.; Grab, R.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Improving, Modelling and Simulation of Droop Controller for Grid-forming Inverters in DIgSILENT PowerFactory
Pham, P.N.; Salman, A.; Singer, R.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Dynamic Capabilities of Distributed Reactive Power Sources
Grab, R.; Köppe, H.; Nielsen, L.; Eichner, S.; Rogalla, S.; Engel, B.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Analysis of the Overvoltage Behavior in Interconnected Operation and Determination of Costs for an Extended Overvoltage Capability of Generation Units
Eichner, S.; Salman, A.; Chen, Y.; Shahid, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Determination of the Frequency Dependent Thévenin Equivalent of Inverters using Differential Impedance Spectroscopy
Rogalla, S.; Kaiser, S.; Burger, B.; Engel, B.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Spectrum Shaping Methods for Predictive Control Approaches Applied to a Grid-Connected Power Electronics Converter
Stickan, B.; Rutquist, P.; Geyer, T.; Diehl, M.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Untersuchung einer galvanisch getrennten DC/DC-Topologie als Eingangsstufe eines PV-Modulwechselrichters mit Teilstringanbindung
Schöner, Christian; Rouffaud, Gilles; Probst, Leonhard; Schmidt, Heribert
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Applications of SiC Devices
Kranzer, D.; Hensel, A.; Thoma, J.; Armbruster, C.; Hercegfi, P.; Schönberger, S.
Aufsatz in Buch
Book Article
2019 Partial-Load Optimization of a High-Voltage Residential Battery Converter with Silicon Carbide MOSFETs
Probst, Leonhard; Kutzleben, Daniel von; Armbruster, Cornelius; Schöner, Christian
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Tiefsetzsteller für den Einsatz von 1500-V-PV Modulen an 1000-V-Wechselrichterbrücken
Siedle, Christoph; Liese, Stephan; Ulbrich, Sebastian; Göbkes, Helmut
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Modulare Leistungselektronik für Heimspeichersysteme
Probst, Leonhard; Armbruster, Cornelius; Ehrlich, Alexander; Bettermann, Hartmut; Appel, Tobias; Benner, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Netzimpedanzemulation zur Stabilitätsprüfung von Wechselrichter
Ackermann, F.; Schlick, S.; Rogalla, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Übergeordnetes Regelungskonzept für PV-Heimspeichersysteme und deren Anforderungen an die Leistungselektronik
Probst, Leonhard; Denninger, Rebekka; Gasser, Corentin; Armbruster, Cornelius
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2018 PV-Lichtbögen sicher erkennen - der neue Produktstandard IEC 63027
Eger, F.
Poster
2018 Galvanical isolated microinverter with GaN transistors for photovoltaic modules
Hensel, Andreas; Armbruster, Cornelius; Rouffaud, Gilles
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2018 Maßnahmen zur Teillastoptimierung von Ladeelektronik in PV-Heimspeichersystemen
Armbruster, Cornelius; Probst, Leonhard; Gasser, Corentin; Schöner, Christian
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2018 PV-Lichtbögen sicher erkennen
Eger, F.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Lichtbögen und elektrische Sicherheit in PV-Heimspeichern
Eger, F.; Laukamp, H.; Bopp, G.
Poster
2018 Design and Commissioning of a 10 kV Three-Phase Transformerless Inverter with 15 kV Silicon Carbide MOSFETs
Thoma, J.; Volzer, B.; Kranzer, D.; Derix, D.; Hensel, A.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Loss-reduced reactive power control strategies for transmission system support with renewable energy sources
Köppe, H.; Engel, B.; Grab, R.; Rogalla, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 DC arc fault scenarios and detection methods in battery storage systems
Eger, F.; Bopp, G.; Freiberger, D.; Lang, N.; Laukamp, H.; Rouffaud, G.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Model predictive control of a 3-phase grid-connected B6-inverter with LCL-filter in abc-coordinates
Stickan, Benjamin; Reichert, Stefan; Diehl, Moritz
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Analyse von Resonanzbildungen zwischen Wechselrichtern und Netz
Rogalla, S.; Ackermann, F.; Moghadam, H.; Stalter, O.
Vortrag
Presentation
2017 Highly efficient and compact single phase PV inverter with GaN transistors at 250 kHz switching frequency
Derix, D.; Hensel, A.; Freiche, R.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Symbiotic operation of wind and PV farms connected to the high voltage grid
Grab, R.; Rogalla, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Lichtbögen und elektrische Sicherheit in PV-Heimspeichersystemen
Laukamp, H.; Tschupp, J.
Vortrag
Presentation
2017 Untersuchung verschiedener Topologien zum Aufbau eines höchstintegrierten PV-Modulwechselrichter mit GaN-Transistoren
Hensel, A.; Schöner, C.; Fuller, M.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Large scale investigation of harmonic summation in wind- and PV-power plants
Ackermann, Florian; Moghadam, Hasanali; Rogalla, Sönke; Santjer, Fritz; Athamna, Issam; Klosse, Rainer; Malekian, Kaveh; Adloff, Stephan; Meyer, Marc Florian; Kaatz, Gesa; Schulz, Detlef; Bitz, Alexander; Schaefer, Nils; Fricke, Bjoern; Ghouti, Mohamad El
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Modulation scheme to improve the efficiency for low load operating points for a dual active bridge DC/DC-converter
Khani, M.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Comparison of FPGA based control strategies (DDSRF-PI vs. State-Space Control) for grid connected inverters under grid disturbances
Mittwede, E.; Kern, J.; Schönberger, S.; Stickan, B.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Dynamische Stabilität von PV-Dieselsystemen
Singer, R.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Microgrids and PV-Diesel Systems
Rogalla, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Dynamisches Simulationsmodell für Q(U)-Regler und deren Steuerung durch einen Cluster-Regler im Verteilnetz
Salman, A.; Zacharias, P.; Bihler, N.; Singer, R.; Bader, M.; Rogalla, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Small-disturbance voltage stability of OLTC & decentralized reactive power dropp control
Dallmer-Zerbe, K.; Berardo, D.; Salman, A.; Wille-Haussmann, B.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Symbiotic Operation of Large Photovoltaic and Wind Power Plants
Grab, R.; Ackermann, F.; Rogalla, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Investigation of 3-level-topology MNPC for aerospace applications with SiC-MOSFET-based power modules
Schöner, C.; Hensel, A.; Zambrano Cambero, J.C.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 A novel control algorithm for grid-connected inverters improving power quality using voltage control and virtual impedance
Reichert, S.; Stickan, B.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Source-driven and resonance-driven harmonic interaction between PV inverters and the grid
Rogalla, S.; Ackermann, F.; Bihler, N.; Moghadam, H.; Stalter, O.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Characterization of Harmonic Emission of Individual Wind Turbines and PV Inverters Based on Measurements. Pt.I: Photovoltaic Inverters
Ackermann, F.; Moghadam, H.; Meyer, J.; Mueller, S.; Domagk, M.; Santjer, F.; Athamna, I.; Klosse, R.; Kuech, K.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Large-disturbance voltage stability of SG applying FGW TR4-models in distribution grids
Salman, A.; Dallmer-Zerbe, K.; Singer, R.; Strasser, K.; Rogalla, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Grid codes for PV inverters
Rogalla, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Stability analysis of droop-control in diesel-hybrid systems
Reichert, S.; Singer, R.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Central inverters and PV power plant concepts
Rogalla, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Übersicht: PV-Diesel-Systeme
Rogalla, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2015 Towards a Better Understanding of Harmonics and Power Electronics
Rogalla, S.; Ackermann, F.; Bihler, N.; Dötter, G.; Singer, R.; Wolf, E.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2014 Schwierige Bewertung von Oberschwingungsemissionen - Herausforderungen bei der OS-Vermessung von großen Erzeugern am realen Netz
Rogalla, S.; Ackermann, F.; Doetter, G.; Santjer, F.; Singer, R.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

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