
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.
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.
E-Mail: sharaf.aldin.alsharif(at)offis.de, Telefon: +49 441 9722-748, Raum: Flx-E
E-Mail: jirapa.kamsamrong(at)offis.de, Telefon: +49 441 9722-233, Raum: E85
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Otte, Marcel and Krüger, Carsten and Das, Pratyush and Rohjans, Sebastian and Lehnhoff, Sebastian; DACH+ Conference on Energy Informatics 2024; October / 2024
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