Chair of Power Electronics

Kopernikus-Projekt „Neue Netzstrukturen“: Neue EnergieNetzStruktURen für die Energiewende (ENSURE II)

The Kopernikus-project ENSURE II targets the investigation and provision of new energy grid structures for the Energiewende with a holistical, systemic approach. It is devided in three focus areas: analysis of new system structures, stable system management and integration of new technologies into the energy supply system. Another point of focus lies in the subsequent realization and proving of the holistical energy supply system in the form of an industrial-scale grid demonstrator.

The whole project is funded by the Federal Ministry of Education and Research with a sum of 40 million Euro. 600.000 Euro are provided for the CAU.  
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Im Februar 2020 begann ENSURE auf Grundlage der vorherigen Arbeiten, den Aufbau des Energienetzes der Zukunft auch in der Praxis vorzubereiten. Netzbetreiber, Industrie und Wissenschaftler erarbeiten gemeinsam ein konkretes Konzept für eine Region, in der sie die im Projekt betrachteten Ansätze für ein zukunftsfähiges Energienetz ab 2022 testen wollen. Dieser „Energiekosmos ENSURE“ liegt im Norden Deutschlands, wo besonders viele zukünftige Anforderungen schon heute getestet werden können. Aktuell untersucht ENSURE welche Voraussetzungen vor Ort gegeben sind und welche konkreten Technologien im Energiekosmos aufgebaut werden können. Berücksichtigt wird dabei auch, inwieweit eine Übertragbarkeit der Maßnahmen in andere Regionen Deutschlands möglich ist und wie es gelingen kann, das Energienetz deutschlandweit für die Zukunft zu rüsten. Ebenso beobachten Wissenschaftler auch weiterhin die aktuellen Entwicklungen im Bereich der Energieversorgung. Alle neuen Ansätze für zukünftige Energienetze arbeitet ENSURE in die Konzeptionierung der Praxisphase mit ein.
Für den Betrieb des Zukunftsnetzes erforderlich sind innovative Betriebsmittel, die momentan allerdings noch nicht vorhanden sind. Deswegen entwickeln und testen die ENSURE-Partner solche Komponenten sowohl in Computersimulationen als auch in Form von ersten Pilotanlagen in der Praxis.
Ziel der zweiten Phase von ENSURE ist es bis 2050 ein Gesamtkonzept für die Energieversorgung zu entwerfen, das in den bestehenden sozio-ökonomischen Rahmen eingebettet ist und eine Übertragbarkeit der Ergebnisse innerhalb Deutschlands und Europas sicherstellt. Auf dem Weg dorthin soll das Konzept für den geplanten „Energiekosmos ENSURE“ finalisiert und sowohl als digitales Abbild wie auch in ersten Pilotanlagen getestet werden. Im Anschluss daran ist für die nachfolgende Projektphase auch die Erprobung des systemischen Zusammenspiels der bislang nur einzelnen getesteten Elemente im realen System vor Ort vorgesehen.

Das Gesamtprojekt wird in der zweiten Phase mit 30 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Über 500.000 Euro gehen davon an den Lehrstuhl für Leistungselektronik an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel.

Der Lehrstuhl für Leistungselektronik der CAU ist in der zweiten Projektphase für drei Jahre von Februar 2020 bis Ende Januar 2023 an dem Kopernikus-Projekt ENSURE mit einem Doktoranden und einem Post-Doc beteiligt. Dabei wird in der zweiten Phase des ENSURE-Projektes der thematische Fokus auf Gleichstromnetze gelegt. Es werden dabei sowohl Hochspannungsnetze (HGÜ) als auch Niederspannungsnetze betrachtet, letztere im Rahmen des Smart Transformators und für elektrische Ladestationen. Als konkrete Zielstellung wird die Optimierung der Regelung von Gleichstromnetzen untersucht, um Netzdienstleistungen anzubieten, Fehler zu klären und die Stabilität zu erhöhen, um gesamtsystemisch die Anschlusskapazität für Elektrofahrzeuge und erneuerbare Energien und die Ausfallsicherheit zu erhöhen. Des Weiteren untersucht der Lehrstuhl für Leistungselektronik der CAU eine erweiterte Netzbetriebsführung im Verteilnetz durch spannungs- und frequenzbasierte Lastregelung und die Eignung leistungselektronischer Betriebsmittel hinsichtlich der Netzstützung. Die untersuchten Konzepte sollen mittels Power-Hardware-In-The-Loop in emulierten Netzbedingungen mit realen Spannungen und Strömen validiert werden. Dafür wird in dem neuen Mittelspannungslabor des Lehrstuhls für Leistungselektronik ein Mittelspannungs-PHIL Teststand aufgebaut, welcher systemische Tests neuartiger Leistungselektronikanlagen auch bei höheren Systemspannungen ermöglicht.
 

Zwei Studenten und eine Tasse Kaffee

In February 2020, ENSURE began to prepare the practical construction of the future energy network on the basis of previous theoretical work. Grid operators, industry and scientists are working together to develop a concrete concept for a region in which they want to test the approaches for a sustainable energy network. This "energy cosmos ENSURE" is located in Schleswig-Holstein, where a particularly large number of future requirements can already be tested today. ENSURE is currently investigating which conditions are available locally and which specific technologies can be built up in the energy cosmos. The extent to which the measures can be transferred to other regions of Germany and how it is possible to prepare the energy network throughout Germany for the future is also being considered. Scientists also continue to observe current developments in the field of energy supply. ENSURE incorporates all new approaches for future energy networks into the conception of the practical phase.
Innovative technologies are required to operate the future energy network, which are not yet available. For this reason, the ENSURE partners are developing and testing such components both in computer simulations and in the form of initial pilot plants in practice.
The aim of the second phase of ENSURE is to develop an overall concept for the energy supply by 2050 that is embedded in the existing socio-economic framework and ensures the transferability of the results within Germany and Europe. The concept for the planned "energy cosmos ENSURE" is to be finalised and tested both as a digital twin and in the first pilot plants. Subsequently, for the third project phase, it is also planned to test the systemic interaction of new technologies in the real system on site.

The second phase of the project is funded by the Federal Ministry of Education and Research with a sum of 30 million Euro. More than 500.000 Euro are provided for the Chair of Power Electronics at the CAU.  

The Chair of Power Electronics at CAU is involved in the second project phase for three years from February 2020 to the end of January 2023 in the Kopernikus project ENSURE with one PhD student and one post-doc. In the second phase of the ENSURE project, the scientific focus will be on direct current (DC) networks. Both high-voltage (HVDC) and low-voltage networks will be considered, the latter within the framework of the Smart Transformer and for electrical charging stations. As a concrete objective, the control optimization of DC networks is investigated in order to offer network services, to clear faults and to enhance the stability, in order to increase the grid’s capacity for electric vehicles and renewable energies and the reliability of the energy network. Furthermore, the Chair of Power Electronics at CAU is investigating an extended grid management in the distribution network by voltage- and frequency-based load control and the suitability of power electronic equipment with regard to provide services to the grid. The investigated concepts are to be validated by means of Power-Hardware-In-The-Loop in emulated network conditions with real voltages and currents. For this purpose, a medium-voltage PHIL test rig will be set up in the new medium-voltage laboratory of the Chair of Power Electronics, which will enable systemic tests of novel power electronic equipment at higher system voltages.
 

 
 
Title

Kopernikus-Projekt „Neue Netzstrukturen“: Neue EnergieNetzStruktURen für die Energiewende (ENSURE II)

Coordinator Prof. Marco Liserre
Contact Person  Mr. M.Sc. Marius Langwasser (mlan@tf.uni.kiel.de) ,
Type Industrial project (funded by Federal Ministry of Education and Research)
Funding 30 Million Euro (CAU: 500.000 Euro)
Partners Hitachi ABB Power Grids Germany AG, Karlsruher Institut für Technologie, RWTH Aachen University, Schleswig-Holstein Netz AG, TenneT TSO GmbH, Siemens AG and others (in total 21 partners – from industry, universities and civil society)
Duration 01.02.2020 – 31.01.2023
Homepage https://www.kopernikus-projekte.de/projekte/ensure
Keywords Hybrid (Smart) Grids, Smart Transformer, HVDC, DC Fault Management, Grid services, Power-Hardware-in-the-Loop

Research

  • Our research is focused on the design of high efficient and reliable PWM-based power converter architectures (single-cell, multi-cell, multilevel), their modelling and control to exploit commercial as well as new power semiconductor devices with minimum over design.
    We develop controllers for electric drives and we are particularly skilled in the integration of renewable energy systems into the electric grid.
    Please discover our expertise looking to our recent projects.

    HEART - The Highly Efficient And Reliable smart Transformer
    Further Research Projects

Location