RT22 | Untersuchung von Ripple-Strömen in Gleichstrom-Schiffssystemen mit Power Hardware

Die Entwicklung nachhaltiger Energiesysteme für Schiffe gewinnt angesichts der sich verschärfenden Klimakrise zunehmend an Bedeutung und politischer Relevanz. Ein auf Gleichstrom (DC) basierendes Stromversorgungssystem bietet großes Potenzial für die Steigerung der Energieeffizienz und die Förderung der dezentralen Integration alternativer Energieversorgungskonzepte wie Brennstoffzellen, Photovoltaikanlagen oder Batteriespeichersysteme. Diese Gleichstromkomponenten können ohne Umwandlung in Wechselstrom (AC) in Gleichstromnetze integriert werden, was Verluste reduziert und die Systemeffizienz erhöht. Bei der Erforschung von Gleichstromnetztechnologien werden Wandler mit hoher Schaltgeschwindigkeit eingesetzt, um Spannungsumwandlungen und die Erzeugung von dreiphasigen Sinuswellen durchzuführen. Dieses schnelle Schaltverhalten führt nicht nur zu unvollkommenen Gleichspannungen, sondern auch zu sogenannten Welligkeitsströmen im System. Aufgrund der großen Anzahl von DC/DC-Wandlern für die Netzsegmentkopplung und DC/AC-Wandlern für den Anschluss konventioneller Lasten auf Schiffen kommt es auf Gleichstromschiffen zu einer enormen Welligkeit. Diese Spannungs- und Stromwelligkeit kann zu einer Verletzung des sicheren Betriebsbereichs für Verbraucher oder im schlimmsten Fall zu Schwankungen im Leistungsfluss und in der Steuerungslogik führen und somit einen teilweisen oder vollständigen Systemausfall zur Folge haben. Durch den Einsatz von Power Hardware(PHiL) sollten die Auswirkungen dieser Ripple-Ströme auf Gleichstromsysteme in einer sicheren Umgebung mit möglichst großer Flexibilität untersucht werden. Dazu ist eine stabile Schnittstelle zwischen der hardware(HUT) und dem Echtzeitsystem eine Grundvoraussetzung, die aufgrund auftretender Verzögerungszeiten zwischen den Komponenten sowie variierender HUT-Parameter kontinuierlich neu bewertet werden muss. Darüber hinaus muss das System innerhalb der gesamten Bandbreite des Verstärkers stabil sein, was bei der Auswahl eines Schnittstellenalgorithmus besondere Überlegungen erfordert. Dieser Vortrag gibt einen kurzen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung zu einem Schnittstellenalgorithmus, der die Online-Impedanzmessung der HUT sowie des simulierten Netzes nutzt. Die Informationen aus der Impedanzmessung werden verwendet, um instabile Bereiche zu identifizieren und einen Frequenzfilteralgorithmus durchzuführen, um diese Instabilitäten für die gesamte Bandbreite des PHiL-Systems zu überwinden. Darüber hinaus wird ein kurzer Einblick in das Projekt „Sustainable DC Systems” (SuSy) gegeben und zukünftige Anwendungen für die stabilen PHiL-Simulationen aufgezeigt.