Verteiltes Netzmanagement für den Einsatz mit autonomen Softwareagenten (DEZENZ-NET)
Final Report Abstract
Das Projekt DEZENT-NET setzt – in Kooperation zwischen dem Lehrstuhl für Betriebssysteme und Rechnerarchitektur (Informatik; LS3) und dem Institut für Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft (Elektrotechnik; ie3) an der TU Dortmund, jeweils unter der Leitung von Prof. Dr. Horst F. Wedde und Prof. Dr.-ing. Christian Rehtanz, das bisher schon von der DFG geförderten Projekt DEZENT fort. Dieses stellte einen innovativen Ansatz zum sachgemäßen und effizienten Umgang mit erneuerbarer Energie dar, auf folgender konzeptioneller Grundlage: Die weite Streuung von dezentralen Energieumwandlungsanlagen (DEA) – z.B. von Photovoltaikanlagen, Windkraftanalgen und mini-/µ-Blockheizkraftkraftwerken (µBHKWs) – und ihre geringe Leistungsdichte sowie die (durch das EEG gewollte) Tatsache, dass DEAs typischerweise einzelnen Personen oder Konsortien gehören, bedingen, dass die Leitungsverluste vergleichsweise minimal sind (DEAs so nahe wie möglich bei den Verbrauchern gelegen), die Ausnutzung der so erzeugten Energie daher als nahezu verlustfrei (im Sinne der Transportverluste) gelten kann; ein Hausanschlusspunkt vermehrt sowohl als Verbraucher als auch Erzeuger auftreten kann und daher unter dem Begriff Prosumer subsumiert wird; bei einer Intervalllänge von 0,5 sec die Erzeugungs-/ Verbrauchsbilanz trotz der unvorhersehbaren Erzeugung lokal als hinreichend konstant angesehen werden kann. Eine marktartige Verhandlung von Quantitäten und Preisen konnte damit in einer Bottom-up Prozedur über die Bilanzebenen eingerichtet werden, ohne jede Vorausschätzung von Erzeugung bzw. Verbrauch. (Überlasten oder Lasteinbrüche im Kurzzeitbereich werden in der folgenden Periode berücksichtigt). Die Preisverläufe stellten sich als ausgesprochen günstig heraus, zumal die (notwendigerweise automatisierten) Agenten-Verhandlungsstrategien durch unseren verteilten stochastischen DECOLEARN-Algorithmus innerhalb sehr kurzer Periodenfolgen in optimaler Richtung adaptiert wurden. Die Folgearbeiten in DEZENT-NET hatten zum Thema, unter der sehr kurzfristigen Koordinierung notwendige integrierende Maßnahmen und Aspekte zu berücksichtigen: Es gelang, einerseits einen Ausgleich schon auf der tiefsten (0,4 kV) Bilanzkreis- Ebene herbeizuführen, wobei dann der Bedarf an (traditionell ja von der Transportnetzebene zu leistenden) Ausgleichsenergie zeitweise auf bis zu 25% beschränkt werden kann (Demand and Supply Side Management), bei einer schon heute realistischen Anzahl von steuerbaren Lasten bzw. realen oder virtuellen/ bedingten (erneuerbaren) Erzeugern;§ andererseits bei der kleinteiligen Verteilung der Energiemengen eine Betriebsmittelüberlastung zu vermeiden (Netzstabilität und Peak Management). Dazu wurde ein ganz neuartiger verteilter Algorithmus entwickelt, das erste Online Verfahren überhaupt, das dazu ohne Konvergenzbetrachtungen auskommt und bei Unzulässigkeit eines Netzzustandes gleichzeitig eine zulässige Rekonfiguration der Energieverteilung liefert. Für Verteilnetze lässt sich dieser Algorithmus – die schon in Reichweite gerückte Verfügbarkeit von passenden Multi-Core-/ Grafikkarten vorausgesetzt – sogar als zusätzliche DEZENT-Funktion in den 0,5 sec Takt integrieren. Diese Arbeit geht weit über die Zielsetzung des Antrags hinaus: Sie ist der wesentliche Kern einer Dissertation aus dem Bereich von iE3 und wichtiger Bestandteil einer Dissertation von LS3 – jede davon auch als Buch erschienen -, auch in internationalen Zeitschriften beschrieben. Die enge Kooperation zwischen den beteiligten Lehrstühlen war nicht nur auf methodische Ergänzung beschränkt (hervorragendes Beispiel die Autonome Netzüberwachung), sondern es fand auch ein intensiver Austausch statt zwischen der (Software-) simulativen Untersuchung mit Informatikmethoden und der DEZENT-Implementierung in eine physikalische Umgebung, dies u.a. zur weiteren Abklärung (und erfolgreichen Bestätigung) der simulativen Trends bei Berücksichtigung von Einschwingvorgängen bzw. Ausbalancierung von Lastspitzeneffekten.
Publications
- „On Feasibility Boundaries of Electrical Power Grids in Steady State” (invited Paper), International Journal of Electrical Power & Energy Systems (2009)
Krause, O.; Lehnhoff, S.; Handschin, E.; Rehtanz, C.; Wedde, H.F.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2009.02.004) - “Dezentrales vernetztes Energiemanagement – ein Ansatz auf Basis eines verteilten Realzeit-Multiagentensysems”; ISBN 978-3-8348-1270-4; Vieweg + Teubner 2010
Lehnhoff, S.
- “Intelligent Agents under Collaborative Control in Emerging Power Systems”. In: International Journal of Engineering, Science and Technology, Volume 2, Issue 3, Pages 45-59 , 2010
Horst F. Wedde, Sebastian Lehnhoff, Christian Rehtanz und Olav Krause
- „Linear Constraints for Remaining Transfer Capability Allocation", IEEE PES Conference on Innovative Smart Grid Technologies Europe, Göteborg, Sweden, October 10-13, 2010
Krause, O.; Lehnhoff, S.; Rehtanz, C.
- „Dezentrales autonomes Energiemanagement“; Automatisierungstechnik, Oldenbourg Verlag, Band 59, Heft 3, S. 167-179, 2011
Lehnhoff, S.; Krause, O.; Rehtanz, C.
