Resilienter Netzbetrieb und Digitalisierung

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Philipp Linnartz

Gruppenleiter Resilienter Netzbetrieb und Digitalisierung

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  Testleitzentrum in der Hüttenstraße Urheberrecht: © Martin Braun

Ein Ausfall oder eine Beeinträchtigung kritischer Infrastrukturen führen zu erheblichen Störungen der öffentlichen Sicherheit und Ordnung. Daher ist Resilienz ein wichtiges Kriterium für die Auslegung und den Betrieb elektrischer Netze. Aufgrund der Dezentralisierung der Energieversorgung, der zunehmenden digitalen Vernetzung und der Sektorenkopplung muss die Resilienz von Energieverteilnetzen aktiv gestärkt werden. Es findet daher ein Paradigmenwechsel hin zu einem resilienten Netzbetrieb statt, um weiterhin Stabilität, Spannungsqualität und Ausfallsicherheit im Normalbetrieb und während gestörten oder kritischen Netzzuständen zu gewährleisten. Die Digitalisierung der Verteilnetze ist dabei eine zwingend notwendige Grundvoraussetzung für den resilienten Netzbetrieb. Erst durch die Ausbringung von Informations- und Kommunikationstechnologien ist die Beobachtbarkeit und die intelligente Steuerung der Verteilnetze und der angeschlossenen Assets möglich. In diesem cyber-physischen System kommt daher neben der Resilienz des elektrischen Energiesystems auch der Cyber-Resilienz eine Schlüsselrolle zu, um z.B. den Auswirkungen von Cyberangriffen auf das elektrische Energiesystem vorzubeugen und entgegenzuwirken.

Das Ziel der Forschungsgruppe resilienter Netzbetrieb und Digitalisierung ist die Beantwortung von praxisrelevanten Forschungsfragestellungen zur Gewährleistung des resilienten Netzbetriebs heute und in Zukunft. Zusätzlich erfolgt die Überführung und Analyse ausgewählter neuartiger Konzepte in Demonstratorumgebungen. Dazu werden domänenübergreifende Simulationsumgebungen (dynamisch/stationär/ereignisbasiert) zur Analyse des cyber-physischen Systems genutzt und durch Algorithmen zur mathematischen oder KI-gestützten multisektoralen Optimierung ergänzt. Durch die Kopplung der entwickelten Lösungen mit primär- und sekundärtechnischen Komponenten des Testzentrums für Netzintegration und Speichertechnologien entsteht daraus eine virtuell skalierbare cyber-physische Forschungsumgebung. Mit den Ergebnissen der Demonstrationsvorhaben erfolgt zusätzlich die Verifikation und Validierung der verwendeten und neu entwickelten Simulationsmodelle. Die gesammelten Erfahrungen finden Bestätigung in zahlreichen Feldversuchen der Forschungsgruppe und ihrer Projektpartner.

Zentrale Forschungsthemen

  • Optimierung des Netzbetriebs und Koordination netz- und anlagenseitiger Flexibilitäten
  • KI-gestützte Verfahren zur Messwertverarbeitung in der Netzzustandsbewertung
  • Gewährleistung der Spannungsqualität durch dezentrale Energiewandlungsanlagen (DEA)
  • Bewertung und Analyse zentraler und verteilter Reglerstrukturen
  • Stabilitätsanalyse der Reglerinteraktion von DEA (u.a. Harmonische Stabilität)
  • Entwicklung neuartiger adaptiver Schutzkonzepte
  • Betriebs- und Regelungskonzepte für dezentralen Netzwiederaufbau und temporäre Wiederversorgung durch Notfallinselnetze
  • Domänenübergreifende Analyse des cyber-physischen Systems (z.B. Abbildung von Prozessdatenverkehr und Cyberangriffen) und der Wechselwirkungen (z.B. auf die Stabilität des elektrischen Energiesystems)
  • Präventive und reaktive IT-Sicherheit in vernetzen Energiesystemen

Abschlussarbeiten der Gruppe RND