FOR 1511: Protection and Control Systems for Reliable and Secure Operation of Electrical Transmission Systems
Final Report Abstract
Das elektrische Energieversorgungssystem befindet sich in einem grundlegenden strukturellen Umbruch, der vor allem durch die europaweite Liberalisierung des Elektrizitätssektors und den umfassenden Ausbau von Erzeugungsanlagen auf Basis erneuerbarer Energiequellen (EE) getrieben ist. Dies führt zusammen mit der Integration neuartiger Lasten und Speichertechnologien sowie dem flächendeckenden Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) in Übertragungs- und Verteilnetzen zu einem grundlegend verändertem Verhalten des elektrischen Energieversorgungssystems und stellt damit neue Anforderungen an deren Betrieb. In diesem Kontext, wurden im Rahmen der zweiten Phase der DFG-Forschergruppe FOR1511 in interdisziplinärer Zusammenarbeit die Auswirkungen dieser Veränderungen auf das statische und dynamische Verhalten zukünftiger Energieversorgungssysteme untersucht und darauf basierend holistische Lösungsansätze zu weiträumiger Überwachung, Regelung und Schutz des veränderten Systems entwickelt. Basierend auf den erzielten Ergebnissen der ersten Förderungsphase wurden in der zweiten Förderungsphase Verfahren zur Zustands- und Stabilitätsbewertung elektrischer Energieversorgungssysteme weiterentwickelt und evaluiert (TP5). Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse wurde ein adaptives und echtzeitfähiges Regelungsverfahren entworfen und implementiert (TP3), das auf Basis von dezentralen Zustandsinformationen des Übertragungsnetzes Gefahren identifiziert und Gegenmaßnahmen zur frühzeitigen Vermeidung einer Gefährdung der Systemstabilität einleitet. Dabei berücksichtig das entwickelte Verfahren die Flexibilitätspotentiale aktiver Verteilnetze zur Spannungsebenen übergreifenden Bereitstellung von Systemdienstleistungen. Um diese Flexibilitätspotentiale zur Sicherstellung der Systemstabilität im Echtzeitbetrieb nutzbar zu machen, wurde ein Verteilnetzregelungsverfahren entwickelt (TP7), das die Regelflexibilität dezentraler Erzeuger, flexibler Lasten und Speicher zur Spannungsebenen übergreifenden Leistungsflussregelung koordiniert. Als übergeordnetes Schutzkonzept wurde ein proaktives Assistenzsystem (TP4, TP5) zur Vermeidung von Überlastkaskaden entworfen, das unter Berücksichtigung vom witterungsabhängigen Freileitungsbetrieb thermische Überlastungen detektiert und bewertet um Letztmaßnahmen zu bestimmen, mit dem das Risiko eines großflächigen Totalausfalls der Stromversorgung gemindert werden kann. Alle entwickelten Regelungs- und Schutzkonzepte sind auf eine ressourceneffiziente, fehlertolerante und flexible Kommunikation und Informationsverarbeitung angewiesen. Um diese Anforderungen erfüllen zu können, wurde eine neuartige, vollständig virtualisierte IKT-Infrastruktur erforscht und entwickelt (TP6). Diese erlaubt es beliebige elektrotechnischen Algorithmen zu virtualisieren und ermöglicht zudem die Realisierung von sog. Hochverfügbarkeitslösungen für den Schutz von elektrotechnischen Softwarekomponenten. Dies gewährleistet ein hohes Maß an proaktiver Fehlertoleranz. Ferner wurden in diesem Kontext verschiedene Kommunikationslösungen evaluiert und vergleichend gegenübergestellt (TP3, TP6), wobei insbesondere das neuartige Konzept des Software-Defined Networking zum Einsatz gebracht wurde. Durch die Weiterentwicklung des Hybridsimulators für Energie- und IKT-Systeme INSPIRE (TP1) konnte eine Vielzahl der entwickelten Algorithmen, Applikationen und Konzepte unter Berücksichtigung der wechselseitigen Beziehungen zwischen Energie- und IKT-System ganzheitlich untersucht und somit ihre Wirkungsweise auf das Verhalten des gesamten Systems erstmalig bewertet werden. Hierzu wurden unter Nutzung des im Rahmen der Forschergruppe entwickelten Spannungsebenen übergreifenden Referenzmodells (TP3, TP4) dynamische Stabilitätsuntersuchungen durchgeführt.
