Der Klimawandel stellt weltweit eine der dringlichsten Herausforderungen dar, sodass in den meisten Bereichen der Energieversorgung nachhaltige Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen. Unter anderem kann der Umbau des elektrischen Energiesystems einen signifikanten Beitrag zur Minderung des CO2-Ausstoßes leisten, indem mehr erneuerbare und dezentrale Energieerzeugungssysteme installiert und ins Stromnetz integriert werden. Die breite Einführung oder gar ausschließliche Stromerzeugung mithilfe erneuerbarer Energien bringt aber auch Herausforderungen bezüglich Netzstabilität und Spannungsqualität mit sich, da der Wegfall großer Generatoren zu einer Reduktion der vorhandenen Massenträgheit(en) führt und das Netzverhalten dadurch dynamischer und fragiler werden kann. Zusätzlich bedeutet eine größere Anzahl dezentraler Energiesysteme (PV, Wind, etc.) bidirektionale Belastungen der Betriebsmittel und verschärft die Problematik unsymmetrischer und harmonischer Fehlerfälle.
Die Leistungselektronik stellt eine der Schlüsseltechnologien zur Lösung dieser Problematiken dar. Die steuerbaren Leistungshalbleiter bieten die Möglichkeit schnell und – bei geeigneter Steuerung, Regelung und Betriebsführung der regenerativen Anlagen – intelligent auf Änderungen, Störungen und Fehler im Netz zu reagieren. Dies setzt voraus, dass robuste und echtzeitfähige Zustandsüberwachungs- und Fehlererkennungssysteme vorhanden sind. Hierbei soll die innovative Technologie der digitalen Zwillinge eine entscheidende Rolle spielen. Digitale Zwillinge stellen eine dynamische, virtuelle Repräsentation (“digitale Kopie”) der physikalischen Systeme dar, die mit Live-Daten in Echtzeit gespeist und aktualisiert werden. Somit können sie zur Schätzung externer Systembedingungen und interner Systemzustände eingesetzt werden.
Dieses vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte, dreijährige Verbundprojekt zielt auf eine ganzheitliche Anwendung digitaler Zwillinge für das zukünftige Energiesystem ab, wobei sich das Teilprojekt an der Hochschule München auf die elektrischen Subsysteme und die Netzanbindung regenerativer Energiesysteme konzentriert. Im Rahmen meines Promotionsvorhabens sollen hierzu – basierend auf der digitalen Zwillingstechnologie – intelligente, robuste und fehlertolerante Regelungs- und Betriebsführungsstrategien für die maschinenseitigen elektrischen Komponenten entwickelt werden, um eine zuverlässige und effiziente Energieversorgung zu ermöglichen.
