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TU Berlin

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PolyEnergyNet

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Das Projekt PolyEnergyNet (PEN) beschreibt ein Forschungsvorhaben zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Stromnetzen auf Ebene von Mittel- und Niederspannung. Neben regelbaren erneuerbaren Energiequellen wird dafür auf Gas- und Fernwärmenetz zurückgegriffen. Das Bindeglied für diese Netze und ihre Steuerung ist das IKT-Netz. Aus dieser Verknüpfung der Netze ist der Name "PolyEnergyNet" begründet.

Zielsetzung

Das Stromnetz in Deutschland ist für eine zentrale Einspeisestruktur ausgelegt. Durch zunehmende dezentrale Erzeugung (insbesondere auf Niederspannungsebene) entstehen neue Herausforderungen. Eine dieser Herausforderungen ist die Gewährleistung und Verbesserung der Netzstabilität, welche im Fokus der Forschung von PEN steht.

Das Stromnetz, als primäres Netz, soll dazu resilient gemacht werden. Resilienz ist eine mehrdimensionale Eigenschaft, die beispielsweise Hochverfügbarkeit, Robustheit und Selbstschutz vor Fehlern und Angriffen umfasst. Durch die Kopplung des Stromnetzes mit den anderen Netzen, insbesondere dem IKT-Netz und der damit verbundenen Software- und Hardwarekomponenten, müssen diese ebenfalls in der Lage sein ein resilientes Stromnetz zu unterstützen. Ein übergeordnetes Ziel von PEN ist daher auch die Schaffung und Nutzung einer geeigneten Informationsbasis, die es selbst bei kritischen Netzzuständen erlaubt angemessen zu reagieren. Dies könnte beispielsweise die Aufrechterhaltung eines Notbetriebs innerhalb eines Ortsnetzes oder Straßenzugs sein oder Quarantäne für Teile des Ortsnetzes im Falle eines Angriffs, bis eine Wiedereingliederung in das Gesamtsystem möglich ist.

Ansatz

Um Netze und autonome Teilnetzabschnitte mit geeigneter Dynamik abbilden zu können wird im PolyEnergyNet ein sog. Holonmodell entwickelt. Ein Holon bezeichnet im wörtlichen Sinne den Teil eines Ganzen. Holone sind in ihrer Natur dynamisch und können sich beispielsweise zu größeren Einheiten zusammenschließen und wieder zerfallen. Ein Holon ist im PolyEnergyNet ein Teilnetzgebiet, welches zum aktuellen Zeitpunkt eine Energiebilanz von null aufweißt. Die kleinste Instanz eines Holons wäre beispielsweise ein Haushalt mit steuerbaren Komponenten, welcher sich komplett autonom versorgt.

Unter Hinzunahme der realen Bedingunen in einem Testgebiet werden Szenarien definiert, die beispielsweise die Reaktion von existierenden Holonen auf eine Übereinspeisung behandeln.
Basierend auf dieser modelltheoretischen Betrachtung der Netze werden Logik, Soft- und Hardwarekomponenten so wie Anforderungen an diese entwickelt und bewertet. Prototypische Implementierungen in inkrementellen Ausbaustufen werden sowohl im Modell als auch im realen Feldtest evaluiert.

Unsere Rolle im Projekt

Der Lehrstuhl ISE ist im Projekt PEN mit der Aufgabe betreut ein Datenmanagementsystem zu konzeptionieren, prototypisch zu implementieren und es entsprechend der Anforderungen zu evaluieren. Das Datenmangementsystem muss dabei mehreren funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen genügen, die sich aus dem speziellen Anwendungsfall ergeben. Es ist als Speicher- und Verteilschicht für sämtliche anfallenden Messdaten vorgesehen.
Einige Anforderungen und Schlüsselkonzepte für das Datenmangementsystem und dessen Evaluation sind

  • Verteilte Systemarchitektur für Hochverfügbarkeit
  • Einbindung heterogener Messdatenquellen (Sensorik)
  • Unterstützung von heterogenen Messdatensenken (Analyse, Logik)
  • Einheitliches, somänenspezifisches Datenformat
  • Unterstützung von Echtzeit-Anforderungen: geringe Latenz
  • Entwicklung geeigneter Metriken und Messverfahren für die kontextspezifische Bewertung des Datenmanagementsystems

Ergebnisse

Resilient Infrastructure for Things
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Im Rahmen von PolyEnergyNet wurde an der TU Berlin RIFT (Resilient Infrastructure for Things) entwickelt. RIFT umfasst eine prototypische Implementierung.

RIFT besteht aus (i) einem hochverfügbaren, skalierbaren und resilienten Managementsystemen für Zeitreihendaten und (ii) aus einem Framework für die quantitative Messung von Qualitätseigenschaften von Managementsystemen für Zeitreihendaten.

Weitere Informationen und Ansprechpartner

Das Projekt wird gefördert durch die Bundesministerien für Wirtschaft und Energie (BMWi) und Bildung und Forschung (BMBF).

PolyEnergyNet ist Teil der Forschungsinitiative „Zukunftsfähige Stromnetze".

Ansprechpartner für das Projekt seitens der TU Berlin sind:

Jörn Kuhlenkamp

Dominik Ernst

Prof. Dr.-Ing. Stefan Tai



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