Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL) stellt eine Laborumgebung dar, bei der reale elektrische Leistungs-Hardware in eine Echtzeit-Simulationsumgebung über eine Schnittstelle bestehend aus Leistungsverstärkereinheit und Messsystem eingebunden sind. Dadurch können elektrische Betriebsmittel realistisch, aber sicher im Labor wiederholt unter allen möglichen Betriebsbedingungen getestet werden. Die PHIL Projektgruppe am Institut für Technische Physik des KIT erwägt daher innerhalb des Projektes „Energy Lab 2.0“ die Anschaffung eines modularen rückspeisefähigen 4-Quadrantenumrichters (Leistungsverstärkereinheit) mit einer Gesamtleistung von 1 MVA sowie nachstehenden Anforderungen:

a) Hauptkenndaten

1.0 Gesamtausgangsleistung: 1 MVA (bei Nennbedingungen)

2.0 Ausgangsoptionen: DC, AC (einphasig), AC (dreiphasig)

3.0 Systemmodularität: mind. 2 Systemeinheiten mit ungefähr äquivalenter Ausgangsleistung (unabhängiger und parallele Betrieb möglich)

4.0 Operationsmodi des Verstärkersystems: Rückspeisefähiger 4-Quadrantenumrichter (Betrieb als Quelle bzw. Senke; erdfreier Ausgang)

5.0 Frequenzbereich: 0 – 5 kHz (-3 dB)

6.0 Maximale Totzeit <10 µs (unabhängig von Leistungs-, Spannungs- und Strombereich)

7.0 Betrag des Spannungsanstiegs- bzw. –abfallsgradienten: >10V/µs (beim Betrieb mit ohmscher Last)

8.0 Isolationsfestigkeit: 1 kV (DC bis AC) jeweils gegen Hilfsenergie und Erde

b) Ausgangskenndaten

9.0 Ausgangsleistung bei 5 kHz:

— ohmsche Last >800 kW

— kapazitive Last >600 kVar

10.0 Ausgangsspannung: DC, AC (einphasig), AC (dreiphasig)

— DC: 0 – ±750 V

— AC (einphasig): 0 – 500 V(rms)

— AC (dreiphasig): 0 – 500 V(rms)

11.0 Ausgangsstrom:

— DC: 0 – ±4500 A (bei 0 -750 V), 0 – ±2000 A (bei 0 -±750 V)

— AC (einphasig, 50 Hz): 0 – 1875 A(rms) bzw. 2652 A(peak) (bei 0 – 275 V(rms)), 0 – 750 A(rms) bzw. 1061 A(peak) (bei 0 – 500 V(rms))

— AC (dreiphasig, 50 Hz): 0 – 1250 A(rms), 1768 A(peak) (pro Phase; bei 0 – 275 V(rms)), 0 – 500 A(rms), 707 A(peak) (pro Phase; bei 0 – 500 V(rms))

12.0 Ausgangsoptionen über Transformator:

Umschaltbar und in interne Regelung eingebunden (verschiedene Übersetzungsverhältnisse)

c) Steuereingänge/-ausgänge:

13.0 – digital: über Echtzeitsimulationssystem OPAL-RT

— analog: Ansteuerung jedes Kanals (Strom- bzw. Spannungssollwert).