Wie Echtzeitvalidierung die Produkteinführung beschleunigt

von Ines Eberena

24. November 2025

Wichtigste Erkenntnisse

Die Validierung nach dem Simulationsprinzip reduziert Überraschungen in der Endphase, beschleunigt die Inbetriebnahme und verbessert gleichzeitig die Netzzuverlässigkeit und die Einhaltung der Netzcodes.
Echtzeitsimulationen belasten Systeme sicher mit Fehler- und Ausnahmeszenarien und liefern nachvollziehbare Nachweise für Regulierungsbehörden und Betreiber.
Die elektromagnetische Transientenmodellierung erfasst die schnelle Dynamik von Wechselrichtern und deckt Steuerungswechselwirkungen und Flotteneffekte auf, die von Tools für den stationären Betrieb nicht erfasst werden.
Hardware-in-the-Loop verbindet reale Geräte mit einem digitalen Netz, deckt Konfigurationsprobleme vor der Bereitstellung auf und reduziert Nacharbeiten vor Ort.
Die Behandlung der Simulation als Kernpraxis führt zu einer reibungsloseren Integration erneuerbarer Energien, weniger Ausfällen und besser vorhersehbaren Projektergebnissen.

Moderne Stromnetze basieren ebenso sehr auf komplexen Softwaresteuerungen wie auf physischen Kabeln, und sich auf die Testmethoden von gestern zu verlassen, ist mittlerweile ein riskantes Unterfangen. Wir sind der Meinung, dass jedes neue Netzsteuerungssystem oder -gerät seinen Wert in einer hochpräzisen Echtzeit-Simulation unter Beweis stellen sollte, bevor es jemals mit Live-Geräten in Berührung kommt. Diese „Simulation-first”-Denkweise ist das Ergebnis harter Lektionen: Bei herkömmlichen Tests werden schnelle Transienten und Steuerungsstörungen oft übersehen, die dann später, wenn es darauf ankommt, zum Vorschein kommen. Die Folge sind nicht nur technische Probleme, sondern auch Projektverzögerungen, Gefährdungen der Zuverlässigkeit und Probleme bei der Einhaltung von Vorschriften. Stromausfälle kosten Unternehmen bereits jährlich rund 150 Milliarden US-Dollar, wobei allein sturmbedingte Ausfälle 20 bis 55 Milliarden US-Dollar pro Jahr ausmachen. Da die Stromerzeugung zunehmend von Wechselrichter-basierten Quellen dominiert wird und die Regulierungsbehörden die Leistungsstandards verschärfen, ist der einzige sichere Weg in die Zukunft die Einbettung strenger Simulationen in jede Phase der Netzinnovation. Auf diese Weise können Betreiber neue Technologien mit der Gewissheit einsetzen, dass die Zuverlässigkeit und die regulatorischen Standards niemals beeinträchtigt werden.

Herkömmliche Tests können die Zuverlässigkeit im komplexen Netz von heute nicht gewährleisten

Netzingenieure müssen einen beispiellosen Zustrom von Wechselrichter-basierter Erzeugung bewältigen, was traditionelle Planungs- und Testmethoden vor neue Herausforderungen stellt. Moderne Stromversorgungssysteme entwickeln sich rasant weiter, wobei erneuerbare und wechselrichterbasierte Ressourcen den Großteil der neuen Kapazitäten ausmachen. In einer Region basieren ganze 95 % der neuen Stromerzeugung auf Wechselrichtern, was eine grundlegende Veränderung in der Netzdynamik widerspiegelt. Im Gegensatz zum stabilen Verhalten älterer Kohle- oder Gaskraftwerke basieren wechselrichterbasierte Quellen auf Softwarelogik, und ihre Wechselwirkungen lassen sich mit herkömmlichen Studien nur schwer vorhersagen. Netzplaner, die sich auf vereinfachte Modelle oder isolierte Feldtests verlassen, übersehen oft kritische schnelle Transienten und Steuerungsinstabilitäten, die in diesen digitalen Kraftwerken lauern. Wie ein nordamerikanischer Zuverlässigkeitsbericht feststellte, hat eine unzureichende Modellierung neuer Wechselrichteranlagen bereits zu unerwarteten Ausfällen während Netzstörungen geführt. Jede hinzugefügte Solarfarm oder Batterie bringt ein einzigartiges Softwareverhalten mit sich, das mit herkömmlichen Testansätzen nur schwer vorhersehbar ist.

Die Folgen dieser blinden Flecken machen sich sowohl in den Projektzeitplänen als auch in der Zuverlässigkeit der Systeme bemerkbar. Probleme, die in herkömmlichen Tests nicht sichtbar waren, treten in der Regel erst während der Inbetriebnahme oder im frühen Betriebsstadium zutage und erfordern kurzfristige Korrekturen, die den Zeitplan für die Inbetriebnahme durcheinanderbringen können. Die heutigen Netzcodes sind zudem wesentlich strenger und verlangen den Nachweis, dass die Anlagen Störungen überstehen und unter Dutzenden von Szenarien die Leistungsstandards erfüllen können, was alte Testverfahren jedoch selten gewährleisten können. Die zunehmende Komplexität von Zuverlässigkeitsstudien ist ein Grund dafür, dass neue Energieprojekte heute mit langwierigen Zyklen konfrontiert sind. So mussten beispielsweise Projekte in den USA, die 2023 gebaut wurden, durchschnittlich fünf Jahre zwischen dem Antrag auf Netzanschluss und der kommerziellen Inbetriebnahme warten. Solche Verzögerungen und Überraschungen in der Endphase deuten auf eine beunruhigende Lücke hin: Mit herkömmlichen Methoden fehlt den Teams eine sichere Möglichkeit, das Verhalten neuer Geräte und Steuerungssoftware im schlimmsten Fall eines Netzausfalls vollständig zu überprüfen.

„Moderne Stromnetze werden ebenso sehr von komplexen Softwaresteuerungen wie von physischen Kabeln betrieben, und sich auf die Testmethoden von gestern zu verlassen, ist zu einem riskanten Unterfangen geworden.“

Echtzeitsimulation bietet einen sichereren Weg zu Netzzuverlässigkeit und Konformität

Die digitale Echtzeitsimulation entwickelt sich zum hochpräzisen Testfeld für Netzingenieure. Sie bietet eine risikofreie Umgebung, in der Stromversorgungssysteme unter allen denkbaren Bedingungen validiert werden können. Anstatt auf ungetestete Geräte oder Steuerungen zu setzen, können Teams nun ein gesamtes Netz modellieren (oder tatsächliche Geräte an einen Simulator anschließen) und genau beobachten, wie sie sich bei Störungen, Überspannungen und außergewöhnlichen Ereignissen verhalten. Wenn in der Simulation ein Problem festgestellt wird, kann es frühzeitig behoben werden, sodass später keine kostspieligen Überraschungen auftreten. Dieser simulationsorientierte Ansatz bietet mehrere entscheidende Vorteile.

Beliebige Szenarien ohne Gefahr simulieren: Mit fortschrittlichen Simulatoren können Ingenieure Blitzschläge, plötzliche Ausfälle, Lastspitzen und andere Extremereignisse nachstellen, ohne dass es zu Ausfällen bei den Kunden kommt. Beispielsweise kann ein Hardware-in-the-Loop-Prüfstand einem Prototyp-Wechselrichter im Labor sicher starke Spannungseinbrüche oder Frequenzschwankungen auferlegen. Das bedeutet, dass die Netze auf Ereignisse vorbereitet sind, die bei physischen Tests niemals an realer Infrastruktur herbeigeführt werden würden.
Versteckte Konstruktionsfehler frühzeitig erkennen: Durch die Einbindung realer Steuerungshardware oder Schutzvorrichtungen in ein in Echtzeit simuliertes Netz setzen Ingenieure ihre Geräte lange vor dem Einsatz vor Ort einer Vielzahl von Bedingungen aus. Probleme wie instabile Regleroszillationen oder Schutzvorrichtungen, die unter bestimmten Übergangsbedingungen Fehlfunktionen aufweisen, können im Voraus erkannt und behoben werden. Branchenstudien zeigen, dass ein gut strukturierter virtueller Testprozess bis zu 50 % der Systemprobleme vor der Integration aufdecken kann. Diese frühzeitigen Erkenntnisse sind ein großer Gewinn für die Projektstabilität.
Nachweis der Einhaltung der Netzanschlussvorschriften: Simulationen liefern mehr als nur Erkenntnisse, sie liefern auch handfeste Beweise. Jedes Testszenario liefert detaillierte Wellenformen und Leistungsdaten, die archiviert werden können, um die Einhaltung von Standards nachzuweisen. Energieversorger können den Regulierungsbehörden zeigen, dass die Steuerungen eines neuen Windparks einen Spannungsabfall von 0,5 Sekunden überstehen oder die Frequenzanforderungen auf dem Papier erfüllen, da sie dies bereits unter simulierten Bedingungen getan haben, die mit dem realen Netz identisch sind. Diese Rückverfolgbarkeit rationalisiert den Konformitätsprozess und macht Netzcode-Tests zu einem routinemäßigen Validierungsschritt statt zu einem Vertrauensvorschuss.
Beschleunigen Sie Projektzeitpläne durch schnelle Iteration: In einem Simulator erfordert eine Änderung weder die Neuverkabelung einer Umspannstation noch das Warten auf ein Wetterereignis; es kann so einfach sein wie das Anpassen eines Parameters und das erneute Ausführen des Szenarios. Diese Flexibilität verkürzt die Entwicklungszeit erheblich. Netzintegrationsstudien, die früher Monate dauerten, können nun auf wenige Tage intensiver Simulation komprimiert werden. Ingenieure können schnell verschiedene Controller-Einstellungen oder Konverter-Designs durchspielen und sich darauf verlassen, dass das reale System wahrscheinlich genauso funktionieren wird, wenn die Simulation erfolgreich ist. Das Ergebnis ist eine schnellere Inbetriebnahme und weniger Probleme vor Ort.
Sicherstellung einer zuverlässigen Leistung bei der Inbetriebnahme: Der vielleicht größte Vorteil ist das Vertrauen, das durch gründliche Tests entsteht. Wenn ein System alle Worst-Case-Szenarien in einem hochpräzisen digitalen Zwilling überstanden hat, können Netzbetreiber mit der Inbetriebnahme fortfahren, da sie wissen, dass es keine unangenehmen Überraschungen geben wird. Echtzeitsimulationen schließen die Lücke zwischen Labor und Praxis. Wenn eine Lösung unter denselben Bedingungen im Simulator funktioniert, wird sie auch im Netz funktionieren. Dies führt zu einer reibungsloseren Integration von erneuerbaren Energien und neuen Technologien, wobei die Zuverlässigkeit gestärkt und nicht beeinträchtigt wird.

Indem sie die Simulation zu einem zentralen Bestandteil der Planung und Validierung machen, gehen Versorgungsunternehmen und Entwickler dazu über, Probleme nicht mehr nur zu reagieren, sondern sie vollständig zu verhindern. Die Investition in eine umfassende Echtzeit-Simulation mag zunächst Aufwand erfordern, zahlt sich aber durch vermiedene Ausfälle, eingehaltene Compliance-Benchmarks und termingerechte Projekte konsequent aus. In der Praxis zeigt sich dies besonders deutlich bei der Integration erneuerbarer Energien. Diese Herausforderung ist wie geschaffen für eine rigorose elektromagnetische Transientensimulation (EMT).

EMT-Simulation validiert die Integration erneuerbarer Energien unter realen Bedingungen

Die Integration erneuerbarer Energiequellen in das Stromnetz stellt besondere Herausforderungen dar, für deren Bewältigung sich Echtzeit-EMT-Simulationen ideal eignen. Mithilfe elektromagnetischer Transientenmodelle können Ingenieure die schnellen, komplexen elektrischen Phänomene nachbilden, die mit inverterbasierten Erzeugungssystemen und Systemen mit geringer Trägheit einhergehen. Die folgenden Beispiele verdeutlichen, wie dieser Ansatz dafür sorgt, dass Projekte im Bereich erneuerbare Energien reibungslos funktionieren und von Anfang an strenge Anforderungen erfüllen:

Erfassung von Hochgeschwindigkeits-Transienten und Fehlern

Netze mit hohem Anteil an erneuerbaren Energien unterliegen schnellen Schwankungen, die von herkömmlichen Analysewerkzeugen oft übersehen werden. Wechselrichterbasierte Anlagen können sich bei Spannungsspitzen oder Frequenzabfällen innerhalb von Millisekunden vom Netz trennen, wenn ihre Steuerungen nicht perfekt abgestimmt sind. Mithilfe von EMT-Simulationen können Energieversorger Transienten und Fehlerereignisse unterhalb des Zyklus simulieren, um genau zu sehen, wie Solar- und Windwechselrichter reagieren. Beispielsweise haben Branchenforscher reale Störungsereignisse in Simulationen nachgestellt, um herauszufinden, warum bestimmte Photovoltaikparks vom Netz gegangen sind. NERC, die nordamerikanische Netzregulierungsbehörde, untersuchte zwei größere Störungen von Solarwechselrichtern in Texas, bei denen die Steuerungssoftware aufgrund von Netzschwankungen fehlerhaft reagierte und damit den Verlust von Hunderten von Megawatt an Erzeugungskapazität riskierte. Mit einem Echtzeit-Simulator können Ingenieure diese genauen Bedingungen in einer Laborumgebung nachstellen und die Steuerungsparameter oder Schutzeinstellungen der Wechselrichter anpassen, um solche Vorfälle zu verhindern. Diese Einblicke in das Verhalten im Mikrosekundenbereich sind nur mit EMT-Tools möglich, die eine robustere und fehlertolerante Integration erneuerbarer Energien ermöglichen.

Testen der Wechselrichtersteuerungsinteraktionen in großem Maßstab

Es geht nicht nur um einzelne Geräte; das kollektive Verhalten vieler dezentraler Energiequellen kann zu Stabilitätsproblemen führen, wenn es nicht koordiniert wird. Mit Hilfe von High-Fidelity-Simulationen können Netzingenieure Dutzende oder sogar Hunderte von Wechselrichter-basierten Ressourcen modellieren, die gemeinsam in einem virtuellen Netz betrieben werden. Sie können Schwankungen oder Steuerungsmaßnahmen einführen und beobachten, wie die gesamte Flotte reagiert. Mithilfe von Power-Hardware-in-the-Loop-Techniken haben Forscher reale Solarwechselrichter an ein simuliertes Netz angeschlossen, um deren Leistung im Zusammenspiel mit vielen virtuellen Wechselrichtern zu überprüfen. Eine solche Echtzeit-Simulationsstudie hat gezeigt, dass die Koordinierung der Steuerungen zahlreicher PV- und Batteriewechselrichter eine wertvolle Unterstützung für das Netz darstellen kann, indem sie die Versorgungsspannungen glättet und den Verschleiß der Anlagen verringert. Durch die Iteration verschiedener Steuerungsstrategien im Simulator können Betreiber die optimalen Einstellungen ermitteln, die auch bei einem hohen Anteil erneuerbarer Energien für Stabilität sorgen. Diese systemweite Sichtweise ist von entscheidender Bedeutung. Sie deckt auftretende Schwingungen oder Probleme mit der Stromqualität auf, die durch isolierte Tests einzelner Komponenten nicht erkannt werden könnten.

Validierung neuer Geräte mit Hardware-in-the-Loop

Wenn ein Hersteller eine neue Windkraftanlagensteuerung entwickelt oder ein Energieversorger in ein neuartiges Batterie-Wechselrichtersystem investiert, bieten Hardware-in-the-Loop-Tests eine wichtige Endkontrolle vor dem Einsatz im Feld. Hier wird die physische Steuerung oder das leistungselektronische Gerät in eine digitale Echtzeit-Simulation des Stromnetzes eingebunden. Diese Konfiguration unterzieht das Gerät einer Vielzahl von Betriebsszenarien (von normalen Bedingungen bis hin zu extremen Störungen und Netzstörungen), während das Gerät „glaubt“, mit einem aktiven Netz verbunden zu sein. Da die Simulation in Echtzeit abläuft, reagiert die Hardware genau wie in einem realen Netz, sodass Ingenieure ihre Leistung und Konformität beurteilen können. In Einrichtungen wie dem National Renewable Energy Laboratory werden Multi-Megawatt-Netzsimulatoren eingesetzt, um Hardware in Originalgröße realistischen Netzwerkszellenformen und Transienten auszusetzen. Dadurch wird sichergestellt, dass eine neue Komponente die Anschlussstandards und Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllt, bevor sie überhaupt ans Netz geht. Jegliche Tendenzen zu Fehlfunktionen (z. B. Ausfälle während eines Spannungsabfalls oder die Erzeugung von Oberschwingungen) werden im Voraus aufgedeckt und behoben. Die HIL-Validierung schafft Vertrauen bei allen Beteiligten, Geräteherstellern, Versorgungsunternehmen und Regulierungsbehörden, dass ein Projekt zur Integration erneuerbarer Energien wie vorgesehen funktioniert und die Netzcodes vom ersten Tag an erfüllt.

Echtzeitsimulationen sind heute unverzichtbar, um die Zuverlässigkeit des Netzes und die Einhaltung der Vorschriften zu gewährleisten

Das moderne Stromnetz ist mittlerweile viel zu komplex geworden, um seine Zuverlässigkeit auf Vermutungen oder nachträgliche Korrekturen zu verlassen. Echtzeitsimulationen sind kein Luxus mehr, sondern eine Notwendigkeit, die im Zentrum der Netzplanung und des Netzbetriebs steht. Durch die frühzeitige und häufige Integration von High-Fidelity-Modellen und Hardware-in-the-Loop-Tests können Ingenieure proaktiv statt reaktiv handeln. Probleme, die zu Ausfällen oder Verstößen gegen Vorschriften führen könnten, werden im virtuellen Raum identifiziert und gelöst, bevor sie das Live-System gefährden können. Das Ergebnis sind nicht nur weniger Überraschungen, sondern eine grundlegende Veränderung in der Art und Weise, wie Netzprojekte durchgeführt werden. Neue Technologien können schneller und mit größerer Sicherheit eingesetzt werden, da Daten belegen, dass sie sicher und unter vollständiger Einhaltung der Vorschriften funktionieren. Kurz gesagt: Echtzeitsimulationen sind zu einer unverzichtbaren Brücke zwischen mutigen Netzinnovationen und dem unerbittlichen Bedürfnis nach Stabilität geworden. Sie ermöglichen ein widerstandsfähiges, regulierungskonformes Stromnetz.