Intelligente Leistungselektronik für smarte Industrie 4.0-Anwendungen

Einsatz leistungselektronischer Wandler

© Kurt Fuchs / Fraunhofer IISB

Demonstrator für die dynamische Echtzeitanalyse von leistungselektronischen Komponenten.

Leistungselektronische Wandler bilden die Basis unserer modernen elektrischen Energieversorgung im Haushalt (z.B. Netzadapter für IT und Kommunikation), in Industrieanlagen (z.B. in Spannungswandlern zur Versorgung von DC-Netzen) und in der Mobilität (z.B. bei Antriebsumrichtern und Ladegeräten von E-Fahrzeugen). Sie formen elektrische Energie um (z.B. Wechselspannung in Gleichspannung), schalten Lasten, regeln elektrische Antriebe u.v.m. Dabei erfassen sie kontinuierlich Kenngrößen wie Strom, Spannung, und deren Veränderung über die Zeit – und bergen so das Potential, direkt den Zustand des verbundenen Gesamtsystems, z.B. des Energienetzes, einer Fertigungsanlage, eines Speichers oder Elektromotors zu ermitteln.

Kognitive Wandler schaffen smarte Systeme

Der Zusammenhang zwischen elektrischen Kenngrößen und dem Gesamtsystem soll durch die Erforschung und Anwendung der »Cognitive Power Electronics« nutzbar gemacht werden: Ein kognitiver Wandler wertet mit zusätzlich eingebetteter Elektronik Daten der leistungselektronischen Komponente aus und nutzt Daten des angeschlossenen Systems, um intelligente Entscheidungen zu treffen. Dazu müssen relevante elektrische Kenngrößen im Wandler erfasst, Korrelationen zwischen den elektrischen Kenngrößen und Systemgrößen identifiziert und validiert, und schließlich die gefundenen Zusammenhänge in intelligente Algorithmen übertragen werden. Je nach Entscheidungsautonomie der leistungselektronischen Komponenten entstehen so smarte Systeme bis hin zum cyberphysischen System (CPS).

Zusammenspiel aus Daten- und Analytics-Kompetenz

In der Applikation »Intelligente Leistungselektronik« spielen die Kompetenzen des ADA-Centers auf mehreren Ebenen zusammen: Im Kompetenzfeld »Daten« werden Lösungsansätze für die Datenverarbeitung und -analyse im Leistungswandler erforscht. Die eigentliche Intelligenz des kognitiven Wandlers wird schließlich im Kompetenzfeld »Analytics« durch die Anpassung und Implementierung geeigneter Machine Learning-Verfahren und -Algorithmen erreicht.