Forschungsvorhaben
Verbundprojekt „HybSchaDC“ – „Hybride Schaltgeräte für effiziente DC-Netze“
Die zunehmende Verwendung von Gleichstrom für die Verteilung der elektrischen Energie stellt einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der Ziele der Energiewende im Stromsektor dar. Schlüsseltechnologie zur Realisierung dieser zukünftigen effizienten Gleichstromnetze stellen geeignete Schaltgeräte dar, welche die neuen hohen Anforderungen erfüllen können. In diesem Projekt sollen daher zwei Varianten von hybriden DC-Schaltgeräten (kurz: Hybridschaltgeräte) für Spannungen bis zu 1500 V konzipiert und entwickelt werden.
Anwendungsfelder für Hybride DC-Schaltgeräte
Ziel dieses Verbundprojektes ist die Entwicklung von hybriden und rein elektronischen Schaltgeräten, für Spannungen bis zu 1500 V, für definierte Marktsegmente in der DC-Infrastruktur. Die Hauptaspekte liegen hierbei in Schalt- und Schutzaufgaben im Bereich der Photovoltaik, dem Laden von Elektrofahrzeugen, der Prozessindustrie sowie der Einbindung
von Batteriespeichern in DC-Netze.
Im Schwerpunkt des Projektes erfolgen die Detailbetrachtungen zu den jeweils einzelnen Komponenten und Baugruppen auf der Grundlage der abgeleiteten Spezifikationen aus den zuvor abgestimmten Anforderungen.
Hierbei finden ausführliche Betrachtungen zu den leistungselektronischen Schaltelementen im Hinblick auf die Aufgabe der Unterbrechung von Gleichströmen statt.
Gleichzeitig erfolgen korrespondierende Untersuchung der mechanischen Schaltstrecke mittels Modellschalteranordnungen sowie abgestimmte Betrachtungen zu Ansteuerung und Überspannungsschutz.
Flankiert werden diese Betrachtungen durch Modellbildung und Simulation, sowie unter Berücksichtigung der elektrischen Sicherheit und Zuverlässigkeit.
Schematische Darstellung der Hybridschaltertopologie als Kombination aus mechanischem Schalter und IGBT
Entwickelt wird ein Hybridschaltgerät, bei welchem die Stromunterbrechung durch eine Kombination aus mechanischen und elektronischen Schaltern geschieht. In einer zweiten Variante soll untersucht werden, ob auch ein rein elektronischer Schalter in diesem Spannungsbereich die Anforderungen an die Stromunterbrechung erfüllen kann. In beiden Fällen sorgt ein nachgelagertes mechanisches Schaltelement für die Herstellung der sicheren elektrischen Trennung. Im Detail sollen geeignete Leistungshalbleiter, mechanische Schalter und Steckverbinder sowie unterschiedliche Topologien von Hybridschaltgeräten auf diese Anforderung hin überprüft werden.
Vergleich unterschiedlicher Schaltgeräte im Fall einer Kurzschlussabschaltung
Mit den Favoriten werden Demonstratoren zunächst für 800 V und anschließend in modularem Aufbau bis 1500 V erstellt, die jeweils unter realen Bedingungen charakterisiert und bewertet werden sollen. Flankiert werden diese experimentbasierten Untersuchungen durch entsprechende Modellbildung und Simulation. Projektziel ist die Entwicklung und anwendungsnahe Prüfung zweier Varianten von Demonstratoren zum Einsatz in zukünftigen Gleichstromnetzen bis 1500 V. Angestrebt sind Nennströme bis 500 A.
