Testing Automated Operation and Control Algorithms for Distribution Grids Using a Co-Simulation Environment

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TESTING AUTOMATED OPERATION AND CONTROL ALGORITHMS FOR DISTRIBUTION GRIDS USING A CO-SIMULATION ENVIRONMENT

Wie kann an verschiedenen Standorten bestehende Smart-Grid-Laborinfrastruktur effizient vernetzt

und gemeinsam genutzt werden?

offen

1Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik

2Universität Kassel, Fachgebiet Energiemanagement und Betrieb elektrischer Netze

3Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme

4Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung: Institutsteil für angewandte Systemtechnik

5Fraunhofer Cluster of Excellence Integrated Energy Systems

Andrea Schoen^1,2,5*, Jan Ringelstein^1,5, Irene Hammermeister^1,5, Bernhard Wille-Haussmann^3,5, Sophie Marchand^3,5, Stephan Ruhe^4,5, Steffen Nicolai^4,5, Martin Braun^1,2,5

ETG Kongress 2021, 18.-19.05.2021

*andrea.schoen@iee.fraunhofer.de

https://s.fhg.de/distributed-grid-lab

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AGENDA

 Fraunhofer Cluster of Excellence Integrated Energy Systems

 Distributed Grid Lab

 Enthaltene Kompetenzen

 Standortübergreifende Entwicklungen

 Demonstrator

 Ausblick

offen

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 Die Fraunhofer Cluster of Excellence sind Forschungscluster in der Fraunhofer-Gesellschaft

 „virtuelles Institut“ – über mehrere Standorte verteilt

 Roadmaps zur langfristigen Entwicklung von komplexen Technologietrends

 Das Cluster „Integrated Energy Systems“ (CINES) befasst sich mit den Herausforderungen der Energiewende

 Bündelt standortübergreifend Kompetenzen der Fraunhofer- Institute für angewandte Energieforschung

 Zentrale Themenbereiche:

 Energiesystemanalysen

 Systemintegration

 Elektrolyse

 Wärme

 Wissenschaftskommunikation

offen

Fraunhofer Cluster of Excellence Integrated Energy Systems

Allgemeines

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Automatisiertes EMS

Netzbetriebsfüh rung Datenmanagem

ent und Analyse

Microgrid Baukasten

Netzregelung stromrichterdo minierter Netze

Energiemeteo- rologische Open Data Platform

Flexibilisierung und Speichereinsatz

Gemeinsamer Baukasten und Anwendungen zum

Dynamic Security Assessment (DSA)

Der digitale Versorger

offen

Netzbetriebs- führung

Software-Hubs für die Planung und Betriebsführung des integralen

Energiesystems

 Ansätze und Werkzeuge intelligent und effizient kombinieren

 Vorhandene Infrastruktur nutzen

 Besondere Aufmerksamkeit für Datensicherheit und Datenschutz

 Evaluation und Demonstration von Weiterentwicklungen zur Digitalisierung des

Energiesystems

Aktivitäten in dem Themenbereich Systemintegration

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Automatisiertes EMS

Netzbetriebsfüh rung Datenmanagem

ent und Analyse

Microgrid Baukasten

Netzregelung stromrichterdo minierter Netze

Energiemeteo- rologische Open Data Platform

Flexibilisierung und Speichereinsatz

Gemeinsamer Baukasten und Anwendungen zum

Dynamic Security Assessment (DSA)

Der digitale Versorger

offen

Netzbetriebs- führung

Software-Hubs für die Planung und Betriebsführung des integralen

Energiesystems

 Ansätze und Werkzeuge intelligent und effizient kombinieren

 Vorhandene Infrastruktur nutzen

 Besondere Aufmerksamkeit für Datensicherheit und Datenschutz

 Evaluation und Demonstration von Weiterentwicklungen zur Digitalisierung des

Energiesystems

Aktivitäten in dem Themenbereich Systemintegration

Teil davon: Distributed Grid Lab

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Distributed Grid Lab: Enthaltene Kompetenzen

 Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem (ISE) in Freiburg

 Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und

Bildauswertung: Institutsteil für angewandte Systemtechnik (IOSB- AST) in Ilmenau

 Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie (SIT) in Darmstadt

 Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) in Kassel

Kurzvorstellung der beteiligten Institute

offen

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Distributed Grid Lab: Enthaltene Kompetenzen

Testmöglichkeiten der Institute

offen

ISE IOSB-AST SIT IEE

Digital Grid Lab Betriebsführung im

Verteilnetz

Energiemanagement von µG-Reglern Kommunikationstest

Ladeinfrastruktur Lademanagement

Elektrofahrzeuge

Power Quality Analysen + Wechselwirkung Testbed Stations-

kommunikation

Lernlabor Cybersicherheit

Secure Smart Energy Systems

CyberGrid Prüfstand

Microgrid Assessment Betriebsführungs-

toolbox Co-Simulations- umgebung OpSim

Test von Betriebs- führungsmodulen SysTEC: Testzentrum

für intelligente Netze

Ortsnetz 1:1 Labor

7

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Distributed Grid Lab: Standortübergreifende Entwicklungen

Digitale Vernetzung der Labor- und Testinfrastrukturen

offen

Diverse Einzelkomponenten und Produkte

Bisher Neu

Bündelung der Kompetenzen und Testangebote aus einer Hand

Distributed Grid Lab

8

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Stärken der vernetzten Infrastruktur im Distributed Grid Lab

offen

Eine bis viele Komponenten möglich

Hardware-Test (HIL)

Power Hardware in the Loop-Test (PHIL)

Controller-Test (CIL) Software-Test (SIL) Beliebige Kombinationen

Unterschiedliche zeitliche Auflösungen

Statische und dynamische Verhalten

Reglerverhalten Interoperabilität

Erweiterbarkeit

Anzahl Komponenten Ebenen Funktionalität

skalierbar flexibel vielseitig

Software icons: CC BY 3.0 https://www.iconfinder.com/iconsets/software-16, Benjamin Stawarz, 22.04.2021, Tool icons: CC BY 3.0 https://www.iconfinder.com/iconsets/flat-icons-19, Artem White, 22.04.2021

Abdeckung diverser Dimensionen von Anforderungen:

9

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Virtueller Kundenzugang

offen

Webcam 1

Chat

User 1 schreibt…

Webcam 2

Webcam 3 Laboransicht 1

Laboransicht wechseln

Screen 1

Screen wechseln

Simulation 1

Ansicht wechseln

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Anwendungen

offen

Distributed Grid Lab

Digitaler Zwilling Kopplung

HIL/PHIL/CIL/SIL

Standortüber- greifende Tests +

Entwicklungen

Testen von Smart-Grid-

Lösungen Virtueller

Kundenzugang

Bündelung von Kompetenzen in einer Smart-Grid-

Testumgebung Test und Validierung

von Automatisierungs- lösungen

Modellierung des zukünftigen Energiesystems Interaktions-

analysen

Flexibel erweiterbar

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Distributed Grid Lab: Demonstrator

 Ziele:

 Erste erfolgreiche Anwendung des Distributed Grid Lab

 IT-technische Vernetzung der Institute und Kooperation

 Testen der Interaktion der Infrastrukturen der Institute

 Gemeinsame Weiterentwicklung der Testinfrastruktur

 Überblick:

 Verteilte Stromnetzsimulation: 1 Mittelspannungsnetz + 3 verbundene Niederspannungsnetze

 Verschiedene Regel- und Automatisierungsalgorithmen

 Visualisierung über Web-Oberfläche

 Gekoppelt über OpSim: Co-Simulations-Umgebung entwickelt am Fraunhofer IEE und der Universität Kassel (www.opsim.net)

Key Facts

offen

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Aufbau des Demonstrators

offen

13

(14)

Ergebnisse

offen

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Ausblick

 Weiterentwicklung des Demonstrators

 Weiterentwicklungen der Testangebote

 Zusammenspiel mit CyberGrid Prüfstand

 Microgrid Testing

 Digitaler Zwilling

 Virtuelle Teilnahme an Versuchen mit Remote Witnessing Angeboten

 Workshops zu Testdienstleistungen

Nächste Schritte Distributed Grid Lab

offen

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Ausblick

CINES

Netzbetriebsführungstoolbox

Nächste Schritte darüber hinaus

offen

 Softwaredienstleistungen für Pilotsysteme, Teilmodule &

Studien

 Betriebsmodule aller Institute über Standardschnittstellen interoperabel

 Umsetzung mit beeDIP:

Betriebsführungs- und Energiemanagement

Datenintegrationsplattform

 Bereits realisierte

Anbindung an Live-Systeme

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 Vernetze Smart Grid Laborinfrastruktur  Gesamtsystemabbild

 Bündelung standortübergreifender Kompetenzen

 Abdeckung vielfältiger Anwendungsfälle

 Virtueller Zugang zu den Laboren

 Proof of Concept durch den Distributed Grid Lab Demonstrator

offen

https://s.fhg.de/distributed-grid-lab

CINES Distributed Grid Lab

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