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Integrated cyber-physical solutions for intelligent distribution grid with high penetration of renewables

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Ein „einsteckbares“ Instrumentarium verleiht passiven Verteilernetzen von heute nahtlos Intelligenz

Die nachhaltige Gewährleistung einer zuverlässigen Energieverteilung zur Deckung des weltweit steigenden Bedarfs stellt eine große Herausforderung dar, die dadurch erschwert wird, dass immer mehr intermittierende erneuerbare Energiequellen eingebunden werden müssen. Ein intelligentes Instrumentarium und ein plattformübergreifendes System könnten die Lösung bieten.

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Zu den intelligenten Verteilernetzen der Zukunft tragen auch die intelligente Sensortechnik und die Digitalisierung bei, die selbstlernende und selbstheilende Ansätze fördern. Leistungsfähiges Edge-Computing und die cloudgestützte Informationsverarbeitung werden die Vernetzung der von den Verteilernetzbetreibern gesteuerten Anlagen unterstützen. Um all diese Technologien und Datenströme nutzen zu können, braucht es umfangreiche intelligente Instrumente. Das EU-finanzierte Projekt UNITED-GRID, das von der Technischen Hochschule Chalmers koordiniert wird, hat sich mit dieser dringenden Problematik befasst. Das Team hat integrierte cyber-physische Lösungen erarbeitet, die den Betrieb künftiger intelligenter Verteilernetze trotz ihrer beispiellosen Komplexität sichern und optimieren sollen.

Einfach einstecken und umfassende Kontrolle haben

Interessengruppen wie Verteilernetzbetreiber und Energieversorger brauchen klare Vorgaben, damit sie die passiven Verteilernetze von heute auf die aktiven und intelligenten Netze von morgen umstellen können. Das aus elf Mitgliedern bestehende Konsortium von UNITED-GRID, das sich aus erfahrenen Forschungseinrichtungen, Verteilernetzbetreibern, einem Vertriebssteuerungssystemanbieter und fachkundigen KMU zusammensetzte, war für dieses komplexe Vorhaben außerordentlich qualifiziert. Anh Tuan Le, Koordinator von UNITED-GRID, erklärt die Lösung: „Aus dem Projekt ist vor allem ein Instrumentarium hervorgegangen, das über das plattformübergreifendes System von UNITED-GRID, das auf der ‚Codex Smart Edge‘-Technologie von Atos basiert, in ein Vertriebssteuerungssystem ‚eingesteckt‘ werden kann. Dadurch werden ein besseres Energiemanagement sowie eine bessere Netzsteuerung möglich und die Sicherheit erhöht.“ Das Instrumentarium umfasst ein Prognoseinstrument für erneuerbare Energien, ein Prognoseinstrument für Engpässe, eine fortschrittliche Messlösung und eine Schätzfunktion für den Zustand des verteilten Systems. „Diese Instrumente unterstützen u. a. folgende Funktionen: die Vorhersage der Photovoltaik-Produktion und von Netzengpässen; eine fortschrittliche Netzüberwachung und -steuerung in Echtzeit, wobei Letztere eine koordinierte Spannungssteuerung auf der Grundlage einer modellprädiktiven Steuerung sowie eine Selbstheilungsfunktion nutzt; den Schutz von Mikronetzen und einen auf der dynamischen Zustandsschätzung basierenden Schutz für den sicheren Betrieb der Verteilernetze“, so Le. Die neuen Lösungen, die in das Instrumentarium eingebunden sind, gehen über den Stand der Technik hinaus und optimieren den Netzbetrieb mit Echtzeit-Steuerungslösungen, die ein hohes Maß an Automatisierung und cyber-physischer Sicherheit mit sich bringen. Sie sorgen für eine höhere Zuverlässigkeit. Gleichzeitig werden die Netzressourcen effizienter genutzt, wodurch die Netze weniger Verluste zu verzeichnen haben.

Von Edge- über Swarm- bis hin zu Cloud-Computing

„Die technische Architektur der UNITED-GRID-Lösungen beruht auf der Codex Smart Edge-Technologie von Atos, bei der mehrere Softwareknoten bereitgestellt werden, die sogenannten intelligenten Knoten. Intelligente Knoten können über eine sichere Middleware zusammenarbeiten. Im Gegensatz zur Standardarchitektur des Internets der Dinge, bei der Daten ohne eine lokale Vorverarbeitung erfasst und direkt an die öffentliche Cloud übertragen werden, ermöglicht Codex Smart Edge eine lokale Verarbeitung (Edge-Computing) sowie kollaborative lokale Strategien zwischen intelligenten Knoten (Swarm-Computing)“, erklärt Le. Wie weit die verwertbaren Ergebnisse des Projekts waren, hat alle Erwartungen übertroffen. Atos, Eigentümer des Instrumentariums und des plattformübergreifenden Systems, wird im ersten Schritt auf dem Weg zur Kommerzialisierung mit seinen Verteilernetzbetreibern zusammenarbeiten. Le fügt hinzu: „Da drei Verteilernetzbetreiber am Projekt beteiligt wurden, die sehr an den Projektergebnissen interessiert sind, ist eine weitere Marktakzeptanz gar nicht so unwahrscheinlich.“ Dank der realistischen und leicht zu integrierenden Lösungen von UNITED-GRID werden Verteilernetzbetreiber ihre Netze sicher und effizient mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energiequellen betreiben können, was deutlich zur Erreichung der europäischen Ziele in Bezug auf die CO2-Neutralität beitragen wird.

Schlüsselbegriffe

UNITED-GRID, Verteilernetz, erneuerbare Energiequellen, Codex Smart Edge, Vertriebssteuerungssystem, Verteilernetzbetreiber, cyber-physische Sicherheit, Edge-Computing, Swarm-Computing

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