Echtzeitsysteme Wie können Echtzeitsimulationen und -emulationen Netzbetreiber dabei unterstützen, den erfolgreichen Einsatz neuer Lösungen sicherzustellen?
Echtzeitsimulationsbasierte Analysen sind entscheidend für die Weiterentwicklung intelligenter Energiesysteme, da sie die Entwicklung und Validierung neuer Architekturen ermöglichen.
Unsere Forschung konzentriert sich auf die Frage: Wie kann die Echtzeitsimulation Netzbetreiber dabei unterstützen, den erfolgreichen Einsatz neuer Lösungen sicherzustellen? Durch die Nachbildung realistischer Verhaltensweisen von Energiesystemen in Laborumgebungen können Betreiber die Leistung und Zuverlässigkeit von Lösungen bewerten, ohne dabei Betriebsrisiken einzugehen.
Die Gruppe „Smart Grid Testing“ nutzt Echtzeitsimulationen, um Herausforderungen im Zusammenhang mit Skalierbarkeit, Reproduzierbarkeit, Wiederholbarkeit und Unsicherheiten in verschiedenen Anwendungsfällen zu bewältigen und so robuste, resiliente und modulare Lösungen sicherzustellen.
Hardware-in-the-loop simulation environment for Validation Distribution System Control Applications
[Source: Otte, M., Krüger, C., Das, P., Rohjans, S., Lehnhoff, S. (2025). Hardware-in-The-Loop-Based Validation of Distribution System Control Applications with Grid Operators, Customer and Market Participants. In: Jørgensen, B.N., Ma, Z.G., Wijaya, F.D., Irnawan, R., Sarjiya, S. (eds) Energy Informatics. EI.A 2024. Lecture Notes in Computer Science, vol 15271. Springer, Cham. doi.org/10.1007/978-3-031-74738-0_15]
Die Integration von Hardware in simulierte realistische Umgebungen ermöglicht es Forschenden, Szenarien aus der realen Welt nachzubilden. Eine der zentralen technischen Herausforderungen in diesem Bereich ist der Übergang von Offline- zu Echtzeitsimulationen.
Das Automationslabor bietet eine realistische Umgebung, die sowohl simulierte als auch reale Elemente integriert und diesen Übergang effektiv unterstützt. Beispielsweise liefert eine Offline-Simulation von Stromnetzen eine konzeptionelle Analyse von Energiesystemen, während Hardware-in-the-Loop-(HIL)-Tests die Leistung von Hardware und Software unter dynamischen Bedingungen sicherstellen. Eine Co-Simulationsplattform unterstützt zudem die Kopplung von Software und Hardware. Durch die Emulation von Kommunikationsverzögerungen und -fehlern können Ingenieure realistische Herausforderungen nachstellen und die Systemleistung optimieren.
Zusätzlich ermöglicht die Zusammenarbeit mit anderen Laboren geografisch verteilte Echtzeitsimulationen, wodurch Fachwissen und Anwendungen über verschiedene Bereiche hinweg erweitert werden.
Durch technologische Fortschritte und unsere Forschung liefern wir wertvolle Einblicke und Methoden für Netzbetreiber und Innovatoren, um die Lücke zwischen konzeptionellem Design und praktischer Umsetzung zu schließen.
Wichtige Projekte
Redispatch 3.0
Das Projekt Redispatch 3.0 zielt darauf ab, das koordinierte Engpassmanagement zwischen Verteilnetzbetreibern (DSOs) und Übertragungsnetzbetreibern (TSOs) zu verbessern, wobei die Flexibilitäten aus Niederspannungssystemen berücksichtigt werden. Im Rahmen dieses Projekts hat unsere Forschungsgruppe eine Hardware-in-the-Loop-Simulationsumgebung für die Validierung von Steuerungsanwendungen im Verteilnetz eingerichtet. Dieses Experiment-Setup bildet reale Energiesysteme ab, einschließlich zentraler Marktakteure wie TSO, DSO, Netzbetreiber, Messstellenbetreiber, Aggregatoren und Endverbraucher.
Das Experiment-Setup umfasst sowohl physische als auch virtuelle Geräte, um eine realistische Umgebung für Tests und Validierungen zu schaffen, darunter Fernsteuerungseinheiten (RTU), Energiemanagementsysteme, Smart-Meter-Gateways und steuerbare lokale Systeme (CLS). Mehrere Anwendungsfälle können in Echtzeit getestet und validiert werden, wie beispielsweise das Engpassmanagement in Niederspannungssystemen oder Aggregationsansätze zur Koordination von Flexibilitäten.
Industrieprojekt: Konzeptentwicklung und Tests
Unsere Forschungsgruppe bietet Beratungsdienstleistungen für Industriepartner an. Dazu gehört beispielsweise die Entwicklung von Konzeptentwürfen und die Durchführung von Echtzeittests zum Schutz der Systemintegrität mit Schwerpunkt auf Kommunikationsarchitekturen und -protokollen. Bereits in der Entwurfsphase führten wir Hardware-in-the-Loop-Tests mit generischen Industriegeräten durch, um Proof-of-Concept-Bewertungen durchzuführen. Dies umfasste den Vergleich der Kommunikationsleistung verschiedener Architekturen unter Verwendung der IEC-61850-Protokolle. Wir stellten Proof-of-Concept-Echtzeitvalidierungsergebnisse bereit, einschließlich funktionaler und nicht funktionaler Anforderungen für Geräte und Systeme, um detaillierte Ingenieursentwürfe in den nachfolgenden Phasen zu unterstützen.
Kontakt
Publikationen
- Hardware-in-The-Loop-Based Validation of Distribution System Control Applications with Grid Operators, Customer and Market Participants
- Conceptual design of Special Protection Scheme for Enhancing Renewable energy Integration
- Real-time Test Platform for Enabling Grid Service Virtualisation in Cyber Physical Energy System
Personen 
A
Sharaf Aldin Alsharif
E-Mail: sharaf.aldin.alsharif(at)offis.de, Telefon: +49 441 9722-748, Raum: Flx-E
K
Dr.-Ing. Jirapa Kamsamrong
E-Mail: jirapa.kamsamrong(at)offis.de, Telefon: +49 441 9722-233, Raum: E85
O
S
Publikationen
2025
Load-shifting for cost, carbon, and grid benefits: A model-driven adaptive survey with German and Swiss households
Matteo Barsanti and Jan Sören Schwarz and Faten Ghali and Selin Yilmaz and Sebastian Lehnhoff and Claudia R. Binder; Energy Research & Social Science; 01 / 2025
2024
How can Aggregators Improve the TSO-DSO-Customer Coordination in Digitalised Power Systems?
Otte, Marcel and Kamsamrong, Jirapa and Lehnhoff, Sebastian; ISGAN 2024; July / 2024
A Toolbox for Design of Experiments for Energy Systems in Co-Simulation and Hardware Tests
Schwarz, Jan Sören and Perez, Leonard Enrique Ramos and Pham, Minh Cong and Heussen, Kai and Tran, Quoc Tuan; 2024 Open Source Modelling and Simulation of Energy Systems (OSMSES); 09 / 2024
Challenges in Transitioning from Co-simulation to Practical Application: A Case Study on Economic Emission Dispatch in a Greenhouse Compartment
Clausen, Christian Skafte Beck and Lehnhoff, Sebastian and Schwarz, Jan Sören and Jørgensen, Bo Nørregaard and Ma, Zheng Grace; Energy Informatics; 2024
Enhancing Smart Grid Resilience: An Educational Approach to Smart Grid Cybersecurity Skill Gap Mitigation
Pirta-Dreimane, Rūta, Andrejs Romanovs, Jana Bikovska, Jānis Pekša, Tero Vartiainen, Maria Valliou, Jirapa Kamsamrong, and Bahaa Eltahawy; Energies; April / 2024
Hardware-in-The-Loop-Based Validation of Distribution System Control Applications with Grid Operators, Customer and Market Participants
Otte, Marcel and Krüger, Carsten and Das, Pratyush and Rohjans, Sebastian and Lehnhoff, Sebastian; Energy Informatics Academy Conference; October / 2024
Poster Abstract: Coordinating the Heterogeneity of Aggregators in Digitalised Power Systems
Otte, Marcel; DACH+ Conference on Energy Informatics 2024; October / 2024
Poster Abstract: Hardware-in-the-Loop Simulation Environment for Validating Distribution System Control Applications
Otte, Marcel and Krüger, Carsten and Das, Pratyush and Rohjans, Sebastian and Lehnhoff, Sebastian; DACH+ Conference on Energy Informatics 2024; October / 2024
Scaling Analysis in a Multi-Energy System
Schwarz, Jan Soeren and Pham, Minh Cong and Tran, Quoc Tuan and Heussen, Kai; 2023 Asia Meeting on Environment and Electrical Engineering (EEE-AM); 01 / 2024
2023
Automated integration process of future automation and monitoring systems in distribution grids
Raczka, Sebastian and Puhe, Frederik and Krueger, Carsten and Arph, Jan and Rehtanz, Christian; ETG Congress 2023; Juli / 2023
