Virtualisierte Dienste in Smart Grids Wie kann die technologische Umsetzung skalierbarer und flexibler Dienste in Smart Grids auf Umspannwerksebene realisiert werden?
Die Energiewende und die zunehmende Dezentralisierung der Stromerzeugung erfordern die Einbindung von Verteilnetzen, um die Herausforderungen bei der Planung und Steuerung des Stromsystems zu bewältigen. Dies setzt die Einführung geeigneter Überwachungs- und Steuerungsmechanismen voraus und ist eng mit der fortschreitenden Digitalisierung des Energiesektors verknüpft. Die Integration von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) hat zur Entwicklung von cyber-physischen Energiesystemen (CPES) geführt.
Ein CPES kombiniert die physischen Komponenten des Energiesystems mit rechnergestützten Technologien und Netzwerken. Innerhalb eines solchen Systems werden Sensoren, Aktoren und Steuerungssysteme eingesetzt, um Daten zum Zustand und Betrieb des Energiesystems zu erfassen, zu übertragen und zu analysieren. Diese Daten bilden die Grundlage für die Bereitstellung von Funktionen und Diensten auf der Verteilnetzebene, die zu einer verbesserten Systemsteuerung und erweiterten Systemdienstleistungen beitragen. Zu diesen Diensten, häufig als Netzdienstleistungen bezeichnet, gehören beispielsweise Zustandsschätzungen, Schutzfunktionen, Spannungsregelung und Redispatch-Maßnahmen.
Traditionelle lokale Umspannwerke in Verteilnetzen erfordern manuelle Eingriffe und bieten begrenzte Daten- und Steuerungsmöglichkeiten. Im Gegensatz dazu ermöglichen moderne digitale Umspannwerke ein präziseres und automatisiertes Systemmanagement durch Echtzeit-Datenübertragung und Fernüberwachung. Die erhöhte Flexibilität und Anpassungsfähigkeit digitaler Technologien unterstützen effizientere Betriebsabläufe und die Optimierung von Netzdienstleistungen. Paradigmen wie Edge-, Cloud- und Fog-Computing sind integrale Bestandteile moderner digitaler Systeme geworden. Diese Paradigmen adressieren die erforderliche Flexibilität und Anpassungsfähigkeit durch Konzepte wie Virtualisierung, Orchestrierung und Prozessmanagement. Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung eines CPES mit virtualisierten Diensten (VF) am Rand des Energiesystems.
Wichtige Projekte
i-Automate and i-Autonomous
Die Projekte i-Automate und i-Autonomous befassen sich mit der virtualisierten Bereitstellung, Orchestrierung und Verwaltung von Diensten auf Umspannwerksebene. Hierbei werden Kerntechnologien wie Containerisierung mit Docker oder CRI-O in Kombination mit Kubernetes als Orchestrierungssoftware eingesetzt und im Rahmen eines „Hardware-in-the-Loop“-Ansatzes auf industrieller Hardware getestet.
Darüber hinaus stellen Anwendungen bestehender Engineering-Prozesse, wie z. B. IEC 61850, eine Herausforderung dar, da sie automatisierte Ansätze erfordern. Dazu gehört die Erweiterung der Beschreibungssprache des IEC-61850-Standards um neue Elemente sowie das Experimentieren mit automatisierten Methoden für eine vollständig automatisierte Dienstauswahl, -konfiguration, -parametrierung und -ausführung auf verteilten Geräten.
Das übergeordnete Ziel ist es, durch den flexiblen Einsatz virtualisierter Dienste die Transparenz, Steuerbarkeit und Resilienz in Smart Grids zu verbessern. Die aktuellen und zukünftigen Arbeiten konzentrieren sich darauf, digitale Paradigmen an die Anforderungen von Smart Grids anzupassen.
Kontakt
Publikationen
- Virtualisation and management technologies of smart substations
- A novel software applications rollout and monitoring strategy for enabling the transition to electromobility in future smart grids
- Automated integration process of future automation and monitoring systems in distribution grids
- A comprehensive analysis of threats and countermeasures in virtualized cyber-physical energy systems
- 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
Projekte
G
GIZ WB
Green Agenda - Decarbonization of the Electricity Sector in the Western Balkans
Laufzeit: 2024 - 2025I
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
