Labor für Elektrische Systeme - Elektrische Systemtechnik & Intelligente Versorgungsnetze/Smart Grid

Elektrische Systemtechnik

Themen im Laborunterricht sind die elektrische Gebäudeausrüstung, Anlagenplanung, Projektierung von Elektroanlagen, elektrische Systeme und die Netzintegration erneuerbarer Energien. Laborpraktika und auch vorlesungsbegleitende Versuche werden im Labor für Elektrische Systeme abgehalten.

Das Labor ist eine praxisorientierte Einrichtung für Lehre und Forschung. Thematisch werden Fragestellungen aus der Praxis nach den gültigen Normen und Vorschriften für elektrische Gebäudeausrüstung behandelt.

Die Laborausstattung ermöglicht Versuchsdurchführungen zu:

Grundlagen der elektrischen Messtechnik:

  • Messung von Strom, Spannung und Leistung
  • Prüfung der Spannungspolarität und Phasenfolge

Prüfungen von elektrischen Schutzeinrichtungen:

  • Messung der Schleifenimpedanz zur Sicherstellung des Schutzes durch Abschaltung
  • Messung von Isolationswiderständen
  • Messung der Durchgängigkeit von Schutzleitern und Schutzpotenzialausgleich
  • Messung von Erdübergangswiderständen
  • Prüfung der Wirksamkeit von Fehlerstromschutzeinrichtungen (RCD)

Prüfungen von elektrischen Verteileranlagen

elektrischen Maschinen, z.B.

  • um Anlaufverhalten von Asynchronmotoren
  • zur Steuerung von Maschinen über Frequenzumrichte

Ausstattung

Das Labor ist mit bis zu acht Arbeitsplätzen ausgestattet, die jeweils über einen Zugang zum vernetzten Rechnerpool sowie einer Grundausstattung für due Durchführung grundlegender Versuche aus den Bereich elektrische Gebäudeausrüstung, elektrische Maschinen und Leistungselektronik verfügen. Dazu stehen eine umfangreiche Auswahl an Messgeräten für die Messung von elektrischen und nichtelektrischen Größen sowie verschiedene Softwaretools zur Simulation elektrischer Netze und Anlagen (z. B. Simaris, NEPLAN, Power Factory und SINCAL) zur Verfügung.

Labor für Elektrische Systeme
Labor für Elektrische Systeme

Forschungsthemen

Im Laborbereich der elektrischen Systemtechnik wird Grundlagenforschung im Bereich der Elektroenergieversorgung betrieben.  Außerdem werden in Zusammenarbeit mit der Industrie Messungen an realen Anlagen durchgeführt. Dazu zählen unter anderem:

  • Aufnahme von Lastgängen
  • Messungen von Oberschwingungen
  • Simulation und Berechnung von Elektroanlagen mit Simaris, Neplan und Powerfactory

Intelligente Versorgungsnetze / Smart Grid

Moderne Stromverteilungsnetze, in denen regenerative und konventionelle Erzeuger, Speicher und Verbraucher elektrischer Energie intelligent miteinander vernetzt werden, sind das Zukunftsthema unseres Energieversorgungssystems – die zunehmenden Anteile volatiler Erzeugung aus erneuerbaren Energien müssen zu jedem Zeitpunkt mit der aktuellen Nachfrage in Einklang gebracht werden.

Lehre und Forschung an der Hochschule Biberach: Einblicke in das Smart Grid Labor

Bisher gibt es nur wenige Erfahrung mit intelligenten Stromnetzen. Im hochschuleigenen Laborbereich für Smart Grids wird solch ein intelligentes Stromnetz simuliert und praktisch erprobt. Als Smart Grid-Komponenten dienen dabei verschiedene Teststände, die mittels eines SCADA-Systems  (Supervisory Control and Data Acquisition) interaktiv gesteuert werden können:

Versuchsstand Windkraftanlage:

  • Funktionsweise des DFIG (Doubly-fed Induction Generator)
  • Funktion und Betriebsweise moderner Windkraftanlagen mit Blattverstellung
  • Einbindung von Windkraftanlagen in intelligente Stromnetze

Versuchsstände Pumpspeicherkraftwerk und Netzsynchronisation:

  • Kopplung von Netzabschnitten mit unterschiedlichen Frequenzen und Spannungen
  • Speicher als Flexibilitätsoption und zur Regelleistungserbringung

Versuchsstand elektrische Lasten

  • Nachbildung von Verbrauchsstrukturen in intelligenten Stromnetzen

Versuchsstand PV-Anlage

  • Funktionsweise eines Solarmoduls sowie fachgerechte Verschaltung von Solarmodulen
  • Inselbetrieb einer Solaranlage, Einbindung von Solaranalagen in intelligente Stromnetze

Der Teststand für Windkraft ist beispielsweise wie folgt aufgebaut: Ein sogenannter Servomotor treibt einen Generator an und ist gleichzeitig in der Lage, unterschiedliche Windlastprofile vorzugeben. Die Netzfrequenz des so erzeugten Stroms wird anschließend mit dem Stromnetz synchronisiert und danach eingespeist. Als Stromsenke dienen - neben unterschiedlichen Verbrauchern - auch Akkus von einem Elektrokleinkraftrad, das von den Studierenden nach den Laborversuchen benutzt werden kann.

Inzwischen konnten auch externe Stromerzeuger aus der Region Biberach (PV-, Wind- u. Wasserkraftanlage) mit in das SCADA-System des Labors eingebunden werden, die im Rahmen einer Feldlaboreinrichtung mit der notwendigen Messtechnik ausgestattet wurden.

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