• Aktuelles aus der Forschung

    Gemeinsam die Zukunft der Energieversorgung gestalten

Im September 2017 haben wir begonnen, zusätzlich zu den konzernweiten PSI-Arbeitskreisen "KI" und "Technik", sowie der Produktentwicklung unserer Geschäftseinheit, einen Bereich aufzubauen, der sich ausschließlich mit Forschungsthemen befasst.

Als Standort haben wir uns für den Technologiepark der Technischen Universität Dortmund entschieden. Die TU Dortmund beherbergt nicht nur wichtige Forschungseinrichtungen zum Themengebiet der elektrischen Energieversorgung, sondern liegt auch im Zentrum der größten europäischen Forschungsregion. Auch in Zeiten moderner Kommunikationsinfrastruktur ist die räumliche Nähe zu relevanten Forschungseinrichtungen ein essentieller Faktor, um Wissenschaft und Anwendung optimal miteinander zu verzahnen.

Mit diesen Themen beschäftigen wir uns:

HONOR

Holistic Flexibility Market Integration of Cross Sectoral Energy Sources

Im Projekt HONOR wird erstmals ein ganzheitliches Konzept zur Integration eines überregionalen Flexibilitätsmarktmechanismus entwickelt und erprobt, bei dem unter sektorenübergreifende Energiequellen berücksichtigt werden. Ziel ist es, einen Marktmechanismus zum Handel von dezentraler Flexibilität zu entwickeln, der auf einer Bewertung der aktuellen und prognostizierten Netzzustände beruht. Aggregations- und Abrufkonzepte ermöglichen den Einsatz vorhandener Flexibilitätsoptionen und werden der Netzbetriebsführung in noch zu entwickelnden Bedien- und Visualisierungskonzepten zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus werden Module zur Netzzustandsüberwachung basierend auf Netzdaten und -messungen sowie Module zur Bewertung der Cybersicherheit hinzugezogen. Für eine anwenderorientierte Lösung werden europäische Interessengruppen in die Entwicklungen miteinbezogen. Ergänzend zur theoretischen Bewertung der Wirtschaftlichkeit und des Risikos erfolgt eine Demonstration zur Erprobung des Flexibilitätsabrufes, der Cybersicherheitsbewertung, des Online-Monitorings und der Algorithmen zur Detektion in der Leitsystemumgebung.

Die Aufgaben der PSI liegen in der Konzeption und prototypischen Entwicklung von Algorithmen zur zentralen Flexibilitätsaggregation und -bewertung sowie in der Erstellung eines anlagenscharfen Abrufkonzeptes, das in einem online- und realzeitfähigen Flexibilitätsmarkt eingebettet sein wird. Die Prototypen werden im Rahmen einer Labordemonstration in eine Leitsystemumgebung integriert, die aus dem Leitsystem PSIcontrol und dem Assistenzsystem PSIsaso zur vorausschauenden Berechnung besteht. Um die Praxistauglichkeit unter möglichst realen Bedingungen zu untersuchen und zu bewerten, werden dezentrale Flexibilitätsoptionen der Technical University of Denmark an die Leitsystemumgebung im Labor der Technischen Universität Dortmund fernwirktechnisch angebunden.

Ein Flexibilitätshandel erfordert die zusätzliche Vernetzung von Erzeugern und Verbrauchern durch IKT-Verbindungen. Diese bieten Angreifern zusätzliche Manipulationsmöglichkeiten. Um dennoch einen sicheren Betrieb und einen Handel frei von Manipulationen ermöglichen zu können, begleitet PSI die Kungliga Tekniska högskolan und Foreseeti AB bei der Sicherstellung der Cybersicherheit eines solchen Systems. Der Forschungsbereich der PSI unterstützt die Konsorten bei der Modellierung von Angriffsszenarien, der optimalen Ausnutzung und Kombination vorhandener Zustandsinformation zum Monitoring und zur Detektion von Angriffen und Anomalien sowie einem ganzheitlichen Konzept zur Systemüberwachung.

Weitere Informationen des unter der Grant Agreement No 811171 geführten von der EU unterstützten Forschungsprojekts finden Sie hier.

flexQgrid

Praxisorientierte Umsetzung des quotenbasierten Netzampelkonzeptes zur Flexibilitätsausnutzung im und aus dem Verteilnetz

In der Konsequenz aus den klimapolitischen Zielen der Bundesregierung müssen neben dem Netzausbau innovative Konzepte in die Betriebsführung der elektrischen Energieversorgungsnetze integriert werden. Das Projekt flexQgrid legt den Schwerpunkt auf die Betriebsführungskonzepte zum Nutzbarmachen von Flexibilitätspotentialen und leistet damit einen wesentlichen Beitrag. Erklärte Ziele sind die Realisierung der Flexibilitätsnutzung im Verteilnetz sowie die Flexibilitätsbereitstellung für vorgelagerte Spannungsebenen, die die Punkte „Stromnetze“ und „Technologieorientierte Systemanalyse“ des 7. Energieforschungsprogramms adressieren.

Die PSI Software AG verantwortet als Konsortialpartner die Konzeption und prototypische Entwicklung einer dezentralen, semi-autarken Netzsteuerung für den Onlinebetrieb sowie deren Integration in eine reale Leitsystemumgebung. Das quotenbasierte Netzampelkonzept wird ebenfalls in die Leitsystemumgebung integriert. Beide Erweiterungen werden hinsichtlich ihrer Praxistauglichkeit in einem Netzampelkonzept untersucht und bewertet. Vor diesem Hintergrund werden mit den Partnern, insbesondere auch mit deren Personal in den Leitwarten, entsprechende Benutzer-, Bedien- und Visualisierungskonzepte entworfen, getestet und bewertet. Darüber hinaus begleiten wir die Konzeptionierung zentraler Aggregations- und Abrufkonzepte von Flexibilitätspotentialen aus Sicht eines Leitsystemherstellers. Im Rahmen eines umfangreichen Feldtests bei der Netze BW werden dabei die entwickelten Lösungen umfangreich erprobt.

Dezentrale, semi-autarke Netzsteuerung

Die PSI GridConnect GmbH hat bereits einen neuartigen hybriden, spannungsebenenübergreifenden Netzregler (PSIngo) für Nieder- und Mittelspannungsnetze entwickelt, der die Integration einer teilautonomen verteilten Netzsteuerung in die Netzbetriebsführung der Netzleitstellen ermöglicht. Dieser Netzregler wird im Rahmen von flexQgrid in das quotenbasierte Netzampelkonzept integriert und greift kurativ steuernd in der roten Ampelphase ein, wenn die Betriebsgrenzen des Netzes verletzt sind.

Voraussetzung für eine weitgehend automatisierte Regelung ist allerdings eine genaue Systemkenntnis, die basierend auf der Verfügbarkeit von Topologie- und Messdaten gewonnen wird. PSI entwickelt dazu KI-gestützte Algorithmen, die auch mit fehlerbehafteten Netzdaten ein genaues Netzmodell erstellen können und so eine ordnungsgemäße Funktion des Systems gewährleisten. Ebenso werden modernste KI-Verfahren zur Systemsteuerung eingesetzt, die beim Ausfall einzelner Komponenten im Netz oder im Falle eines Kommunikationsausfalls, einzelne dezentrale Funktionen übernehmen und so einen resilienten Aufbau mit einem Maximum an Systemverfügbarkeit und Versorgungssicherheit garantieren sollen.

Integration des Netzampelkonzeptes in die Netzführung

Als eine Möglichkeit zur Beherrschung der Volatilität im Verteilnetz wird das Netzampelkonzept disku-tiert. Es ermöglicht, Flexibilität sowohl auf der unterlagerten Netzebene auf Basis des aktuellen Systemzustandes uneingeschränkt oder eingeschränkt zu handeln, als auch durch den Netzbetreiber netzdienlich für Systemdienstleistungen einzusetzen. Unser Ziel im Rahmen von flexQgrid ist die Integration des Netzampelkonzeptes in die bestehende Leitsystemarchitektur, um sie in der operativen Betriebsfüh-rung verwendbar zu machen. Der daraus resultierende Nutzen für die Netzbetreiber besteht in der Erfas-sung und Verwertung  zusätzlicher Informationen und Handlungsmöglichkeiten durch die Visualisierung der zuvor genannten Flexibilitätspotentiale und ein auf das Netzampelkonzept abgestimmtes Informations- und Bedienkonzept.

Aggregation der Flexibilität im Verteilnetz

Besonders in NS- und MS-Netzen wächst die Anzahl an dezentralen Erzeugungsanlagen und steuerbaren Lasten. Diese folgen keinem festen Fahrplan sondern unterliegen verschiedensten Umwelteinflüssen. Je nach Netzsituation ergeben sich daraus netzdienliche Einsatz- oder Handlungspotentiale der Wirk- und Blindleistungsreserven. Grundlage hierfür ist die Kenntnis über die im Netz vorhandene aggregierte Gesamtflexibilität. Die PSI als Teil des flexQgrid-Konsortiums hat die Aufgabe die Entwicklung und Bewertung einer Methode zur Aggregation von Wirk- und Blindleistungsflexibilität an einem Verknüpfungspunkt zur überlagerten Netzebene zu unterstützen. Um die aggregierte Flexibilität zur netzdienlichen Nutzung abrufen zu können, wird darüber hinaus ein Abrufkonzept entwickelt, welches den Flexibilitätsbedarf der überlagerten Netzebene anlagenscharf verteilt.

Weiterführende Informationen zu Projektinhalten, Feldtest und Veröffentlichungen finden Sie auf der Projekt-Homepage.

EnergyShield

Cybersicherheit: Einzigartige integrierte Softwarelösung für Strom- und Energiesysteme

Unter dem Grant Agreement No. 832907 wird das H2020-Projekt EnergyShield seit Juli 2019 von der EU gefördert. EnergyShield adressiert die Bedürfnisse von Betreibern von Strom- und Energiesystemen (EPES) im Bereich der Cybersicherheit und entwickelt in Kombination neuester Technologien zur Schwachstellenanalyse und -bewertung sowie der Online-Überwachung von Prozess- und Büronetzwerken eine Softwarelösung zur Verteidigung gegen Cyber-Angriffe. PSI verantwortet dabei die Erarbeitung und Sicherstellung des bestmöglichen Kundennutzens unter Einsatz einer für EU-finanzierte Verbundprojekte spezifischen Methodik. Die Ergebnisse des Projektes werden in das Cyber-Security-Portfolio der PSI integriert.

Mit EnergyShield werden fünf Cybersicherheitstools in drei Modulen kombiniert:

  1. Bewertung (Schwachstellenbewertung und Analyse des Sicherheitsverhaltens)
  2. Überwachung und Schutz (Erkennung von Anomalien und DDoS-Minderung)
  3. Lernen und Teilen (Sicherheitsinformationen und Ereignisverwaltungssystem).

Die Konsortialführer des Projektes sind SIVECO Romania SA (Koordinator) und die PSI Software AG. Weitere Unterstützung erhält das von der Europäischen Kommission mit rund 7,5 Millionen Euro geförderte und auf drei Jahre angelegte Projekt durch sieben innovative KMU, drei Forschungseinrichtungen und sieben Endnutzer.

Sie wollen mehr erfahren? – Weitere Informationen finden Sie auf der Projekt-Homepage

ZellNetz2050

Simulation des Aufbaus zellularer Energienetzstrukturen

Im Rahmen des Projektes ZellNetz2050 wird ein ganzheitliches Konzept für den Aufbau und Betrieb eines auf hierarchisch zellularen Strukturen basierenden Energiesystems für Deutschland entwickelt. Das vordringliche Ziel des Projektes ist eine wirtschaftlich tragbare Lösung, die das Energiesystem (Wärme, Elektrizität, Gas) unter Berücksichtigung europäischer Rahmenbedingungen evolutionär weiterentwickelt.

Der wesentliche Projektbaustein der PSI ist sozusagen das zentrale Nervensystem für den zellularen Ansatz in Form eines intelligenten zellularen Automatisierungssystems. Dieses besteht aus sich selbstorganisierenden „Zellmanagern“, die einen autarken Betrieb der unterschiedlichen Zelltypen gewährleisten und die interzellularen Komponenten intelligent miteinander vernetzt.

Mehr zu den Projektzielen, dem Projektablauf und dem zellularen Ansatz finden Sie auf der Landingpage der Technischen Universität Kaiserslautern.

SpiN-AI

Spitzenkappung und Netzausbauplanung - automatisiert und intelligent

Im Rahmen des Projektes SpiN-AI werden innovative und praxisgerechte Verfahren und (Software-)Module einer netzplanerischen Spitzenkappung entwickelt und erprobt. Im ersten Schritt erfolgt die Ermittlung und Bewertung der zu erwartenden Auswirkungen dieser Verfahren auf den Netzausbaubedarf. Dabei werden spannungsebenenübergreifende Planungsaufgaben und Netzausbaubedarfe für das Mittel- und Hochspannungsnetz betrachtet und untersucht.

Darüber hinaus erfolgt die Definition und Ausgestaltung benötigter Schnittstellen zwischen den entwickelten Modulen und Netzleitsystemen zur Unterstützung einer netzplanerischen Spitzenkappung im operativen Betrieb.

Sehen Sie dazu auch eine Projektbeschreibung in der Projektübersicht der Universität Kassel.

MathEnergy

Mathematische Schlüsseltechnologie für Energienetze im Wandel - "Simulation von Energienetzwerken: Szenarien für die zukünftige Energieversorgung mit Strom, Gas und Wärme."

Eine Herausforderung heute und in Zukunft besteht darin, die Netzauslastung bzw. den Netzausbau versorgungssicher und effizient zu gestalten. Dazu wird es zukünftig notwendig sein, den gesamten Energiekreislauf der Strom-, Gas- und Wärmenetzwerke zu betrachten. Diesbezüglich ist die Energiewirtschaft Stand heute noch unzureichend aufgestellt. Es fehlt an einem netzübergreifenden Monitoring und Datenaustausch. Diese Lücke soll das Verbundvorhaben MathEnergy schließen.

Arbeitspunkte des Projekts sind u.a. die Modellreduktion und Abschätzung von Unsicherheiten für Energienetze im Wandel, mit dem Schwerpunkt Strom und Gas sowie die Erarbeitung von netzübergreifenden effizienten Simulations- und Analysemodellen und modellbasierten Konzepten für Monitoring, Regelung, Bewertung und Datenaustausch.

Weiterführende Informationen finden Sie auf der Projekt-Homepage.

IDEAL

Impedanzregler und verteiltes Engpassmanagement für eine autonome Koordinierung des Energieflusses

Das Projekt IDEAL (Impedanzregler und Dezentrales Engpassmanagement zur Autonomen Leistungsflusskoordinierung - gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie) hat die Entwicklung eines reaktiven Engpassmanagementsystems für Hoch- und Mittelspannungsnetze zum Ziel.

Hierfür wird auf Basis neuartiger Vernetzungskonzepte das benötigte kommunikative Zusammenspiel zwischen Agenten, Impedanzreglern, zentralen Leistellen und dezentralen Flexibilitäten erforscht und erprobt. Im Rahmen eines Feldversuchs soll das entwickelte System getestet und evaluiert werden. Die Projektlaufzeit wurde bis Dezember 2020 verlängert.

netzDatenStrom

"Einheitliche, standardisierte Integration von open-source basierenden Big-Data-Lösungen in existierende Leitsysteme."

Im Rahmen des Projektes netzDatenStrom sollen die potentiellen Möglichkeiten untersucht werden, wie die beim Betrieb elektrischer Netze in sehr großer Menge anfallenden Zustandsdaten auch außerhalb der Leitstellen zugänglich gemacht und ausgewertet werden können.

Der Fokus der PSI liegt dabei in der Optimierung des Netzbetriebs. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir Big-Data-Lösungen und -Anwendungen über Schnittstellen und zu definierende Daten-flussprozesse in Leitsystemumgebungen integrieren und damit zusätzliche Netzzustandsinformationen für die Betriebsführung und –planung nutzbar machen.

Weiterführende Informationen finden Sie auf der openKONSEQUENZ- Landingpage

Bereits abgeschlossene Forschungsprojekte mit PSI-Beteiligung

LINDA

Netzwiederaufbau mit erneuerbaren Energien - "Kann ein längerer Stromausfall mit ausschließlich regenerativen Energien überbrückt werden?"

Im Projekt LINDA ging es darum zu überprüfen, in wie weit sich die lokale Stromversorgung im Falle eines Stromausfalls alleine mit erneuerbaren Energien wieder aufbauen lässt. Erste Feldversuche konnten bereits erfolgreich durchgeführt werden. Das Projekt dient als Ergänzung zu den bestehenden Strategien der Übertragungsnetzbetreiber auf nationaler Ebene, die Versorgung im Falle eines Stromausfalls sicherzustellen.

Das Forschungsprojekt wurde im November 2018 mit dem Bayrischen Energiepreis und im Juni 2019 mit dem „ISGAN Award of Excellece – honored mention“ ausgezeichnet.

Weitere Informationen finden Sie im  Infofilm, den unser Kunde Lechwerke AG auf YouTube für Sie bereitgestellt hat.

BERCOM

Mit dem Projekt BERCOM soll das Risiko für den Ausfall von Energieinfrastrukturen reduziert werden. Dies wird durch die Etablierung einer sicheren, zusätzlichen Kommunikationsinfrastruktur erreicht. Es handelt sich hierbei um ein Mobilfunknetz, das für die  Betreiber kritischer Infrastrukturen reserviert und in die bestehende Kommunikationsinfrastruktur integriert wird. Damit werden sichere Systemdienstleistungen ermöglicht, wie die zentrale Steuerung dezentraler Energieerzeugungsanlagen, z. B. in Windparks oder Solarfarmen. Gleichzeitig werden im Fehlerfall Systemzustände rekonstruierbar. Eine sogenannte Zwei-Faktor-Authentifizierung für Steuersignale verhindert den unberechtigten Eingriff in die Energieinfrastruktur. (Quelle: BMBF)

NETZ:KRAFT

Netzwiederaufbau unter Berücksichtigung zukünftiger Kraftwerksstrukturen

Im Mittelpunkt des Projekts NETZ:KRAFT standen zwei zentrale Fragen:

  • Ist es möglich, vorhandene Konzepte für zukünftige Kraftwerksstrukturen so weiter zu entwickeln, dass der Netzwiederaufbau (NWA) möglich bleibt?
  • Ist es möglich, dezentrale Anlagen aktiv für Versorgungsinseln zu nutzenund somit die Ausfallzeiten zu minimieren?

Das Projekt NETZ:KRAFT hat Möglichkeiten der aktiven Nutzung von Erneuerbaren-Energie-Anlagen (EEA) im NWA-Prozess und zur Versorgung von Netzinseln aufgezeigt und diese an Trainingssimulatoren und in Labordemonstrationen umgesetzt.

Weitere Informationen zu diesem Projekt finden Sie im Abschlussbericht des Projektkoordinators Frauenhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik.

econnect

Stadtwerke machen Deutschland elektromobil - "econnected. Von Aachen bis Leipzig, vom Allgäu bis nach Sylt."

Sieben Stadtwerke aus ganz Deutschland – Aachen, Allgäu, Duisburg, Leipzig, Osnabrück, Sylt, und Trier – haben sich mit “econnect Germany” zu einem Forschungsverbund zusammengeschlossen. In econnect Germany arbeiteten von 2012 bis 2016 Partner aus Industrie und Forschung an sieben Standorten in ganz Deutschland zusammen.

Am 26.09.2014 startete im Rahmen eines Bundesforschungsprojektes der Feldversuch von econnect. Zehn Privatkunden der STAWAG erhielten Elektrofahrzeuge, um diese in den Alltag zu integrieren.

Die von Ladesäulen und Elektrofahrzeugen erzeugte Last wurde mittels einer offenen Schnittstelle in das Leitsystem der STAWAG kommuniziert und ermöglichte zusammen mit weiteren Stammdaten eine leittechnische Überwachung und Steuerung. Die Dateneingabe des PSIcontrol-Systems wurde erweitert und entsprechende Überwachungsfunktionen realisiert.

Das Projekt econnect Germany ist im Rahmenprogramm IKT für Elektromobilität II angesiedelt und wurde 2012 von der Bundesregierung zum Leuchtturmprojekt der Elektromobilität ernannt. Geför-dert wurde das Vorhaben durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und vom Deut-schen Zentrum für Luft- und Raumfahrt als Projektträger betreut.

Einen Überblick über die Projektaktivitäten erhalten Sie im Infofilm, den unser Kunde STAWAG in YouTube für Sie bereitgestellt hat.

Infostrom

Im Fokus des Forschungsprojekts InfoStrom stand die technische Unterstützung der interorganisationalen Zusammenarbeit und organisationsübergreifenden Wiederherstellungsarbeit im Falle eines Stromausfalls.

Alle Technologien, Konzepte und Methoden zur Verbesserung interorganisationaler Kommunikations-, Informations- und Koordinationsprozesse wurden in Zusammenarbeit der Universität Siegen, Fraunhofer FIT, PSI, RWE, SAP Research und mit den Kreisen Rhein-Erft und Siegen-Wittgenstein entwickelt und evaluiert.

Den Abschlussbericht zum Teilvorhaben der PSI finden Sie auf der Website des Bundesamtes für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe.

Ihr Kontakt

Dr. Andreas Kubis
Bereichsleiter Forschung & Entwicklung

+49 231 9700-580
akubis@psi.de