Projektbeschreibung

Der Energiesektor befindet sich in einem fundamentalen Umbruch, geprägt von Digitalisierung und Energiewende. Die Dezentralisierung des Energiesystems, der Anschluss neuer elektrischer Verbraucher wie E-Fahrzeuge oder Wärmepumpen und der wachsende Anteil volatiler erneuerbarer Energieerzeugung führen insbesondere in den Verteilnetzen zu neuen Herausforderungen. Die Auswirkungen auf das Netz sind schwierig zu prognostizieren. Hinzu kommt, dass für große Teile des Mittel- und Niederspannungsnetzes keine Messdaten zur Verfügung stehen. Durch den Einsatz von Smart Metern und steuerbaren Komponenten (Smart Grid) kann diese Lücke geschlossen werden. Zugleich ist eine ungleich höhere Datenflut als im Hochspannungsnetz zu managen. Hier liefern KI-Systeme einen wertvollen Beitrag.

Der Themenschwerpunkt "KI-gestützte Planung und Betrieb von elektrischen Energieversorgungsnetzen" des KI-Produktionsnetzwerks beschäftigt sich mit der Nutzung einer Vielzahl von Datenströmen (wie Smart Meter oder Smart Grid), um zuverlässige, flexible und resiliente elektrische Energieversorgungsnetze zu planen und zu betreiben.

Im Projekt GA³IA (Power Grid Analysis for Asset Management via Artificial Intelligence Applications) wird ein Modell zur Prognose des Mittelspannungsnetzzustands entwickelt. Mit Hilfe statistischer Methoden aus dem Bereich des maschinellen Lernens und insbesondere dem Einsatz künstlicher neuronaler Netze können die Berechnungen der lokalen Netzauslastung verbessert und kritische Zustände früher erkannt werden.

Mögliche Arbeitsgebiete für Abschlussarbeiten, Seminararbeiten und Tätigkeiten als studentische Hilfskraft

• Mitwirkung bei der Entwicklung des Modells zur Netzzustandsprognose
• Anwendung und Vergleich unterschiedlicher KI-Anwendungen zur Lastprofilanalyse
• Auswertung und Aufbereitung von Simulations- und Messergebnissen

Weitere Informationen:

• Forschungsprojekt GA3IA
• KI-gestützte Planung und Betrieb von elektrischen Energieversorgungsnetzen

Beteiligte Projektpartner:

• LEW Verteilnetz GmbH
• SWM Infrastruktur GmbH & Co. KG
• Stadtwerke Neuburg an der Donau

Ziele Forschungsprojekt LINDA 2.0:

• Das LINDA-Konzept so zu (teil-)automatisieren, dass im Krisenfall eine Notversorgung kritischer Infrastrukturen mit deutlich reduziertem Personaleinsatz möglich ist
• Ein Konzept für eine optimierte Spannungshaltung im Inselnetzbetrieb zu entwickeln
• Die Erkenntnisse des Forschungsprojektes LINDA auf weitere Konstellationen von dezentralen Erzeugungsanlagenund kritischen Infrastrukturen zu übertragen
• Das LINDA-Konzept bei Netzersatzanlagen einem Flächeneinsatz zuzuführen und diesen Einsatz zu nutzen, um Grundlagenwissen für Notfallinseln und den Netzwiederaufbau zu generieren. Darüber hinaus kann die Datengrundlage genutzt werden, um Erkenntnisse hinsichtlich des Verhaltens von (Verbund-) Netzen im erweiterten Frequenzbereich zu gewinnen

Analysen zur Systemstabilität

Mittels einer Netzersatzanlage (NEA) mit Lastbank werden verschiedene reale Niederspannungsnetze  während des Netzersatzbetriebs angeregt, um das frequenz- und spannungsabhängige Verhalten  der Lasten und Erzeuger zu unterschiedlichen Tages- und Jahreszeiten, unterschiedlicher PV-Durchdringungen sowie verschiedenen Wetterlagen zu ermitteln.

Anschließend kann mit weiterführenden Analysen die Auswirkung umrichterbasierter Lasten und Erzeugungsanlagen auf die Systemstabilität untersucht werden. Abschließend werden Empfehlungen und Einschätzungen gegeben, in welchem Maße mögliche Parameteränderungen von umrichterbasierten Lasten und Erzeugern das Gesamtsystemverhalten von lokalen Inselnetzen positiv beeinflussen.

Clusteranalyse:

In LINDA 2.0 wird analysiert, in wieweit das Prinzip einer Notstromversorgung mittels Inselnetzen auf andere kritische Infrastrukturen und Erzeugungsanlagen übertragbar ist.

Kritische Infrastrukturen können sich hinsichtlich der zu versorgenden Betriebsmittel, Lastsprünge, etc. sehr stark unterscheiden, wodurch unterschiedliche Anforderungen an die Lastschaltperformance der Führungskraftwerke resultieren. In Expertengesprächen sowie mit Hilfe eines Fragebogens an die Betreiber kritischer Infrastruktur werden die verschiedenen Laststrukturen analysiert und geclustert. Zusätzlich werden Messungen an relevanten Betriebsmitteln durchgeführt. Anschließend können Anforderungen an Führungskraftwerke für Notversorgungsinseln mit verschiedenen kritischen Infra-strukturen abgeleitet werden.

Abschlussarbeiten zum Thema Inselnetze

Im Rahmen des Forschungsprojekts LINDA 2.0 werden fortlaufend Themen für Abschlussarbeiten (Bachelor-, Masterarbeiten, MAPR Studium) vergeben. Bei Interesse oder für genauere Informationen melden Sie sich bitte bei den beiden angegebenen Ansprechpartnern oder Herrn Prof. Finkel.

Beteiligte Projektpartner:

• Hochschule Augsburg
• Technische Universität München
• Zweckverband Landeswasserversorgung
• KIMA Automatisierung, Gesellschaft für elektronische Steuerungstechnik und Konstruktion mbH
• LEW Wasserkraft GmbH
• LEW Verteilnetz GmbH
• AVS Aggregatebau GmbH
• Obere Donau Kraftwerke AG
• Universitätsklinikum Leipzig AöR
• MTU Onsite Energy
• Cluster Leistungselektronik

Projektbeschreibung

Aufbauend auf dem Forschungsprojekt LINDA (Lokale Inselnetzversorgung und beschleunigter Netzwiederaufbau mit dezentralen Erzeugungsanlagen), in dem ein Konzept für den stabilen Inselnetzbetrieb im Notversorgungsfall entwickelt wurde, soll im Forschungsprojekt LINDA 4 H₂O (Lokale Inselversorgung von Wasserversorgungsanlagen mit dezentralen Erzeugungsanlagen bei großflächigen Stromausfällen) das erarbeitete Konzept weiterentwickelt und auf typische Konstellationen von öffentlichen Wasserversorgungsanlagen und Biogasanlagen übertragen werden. 

Projektziele: 

Ziel des Forschungsprojektes ist es,

• die Erkenntnisse des Forschungsprojektes LINDA auf andere, typischere Konstellationen von dezentralen Erzeugungsanlagen und kritischen Infrastrukturen zu übertragen
• im Forschungsprojekt LINDA erforschte Methoden zur Erhöhung des Lastintegrationspotenzials in die Praxis zu überzuführen
• das LINDA-Konzept so weit zu verallgemeinern, dass nach Abschluss des Forschungsprojekts LINDA 4 H2O übertragbare Ergebnisse und Hinweise zur Technik und zu den Kosten zur Anwendung bei anderen Wasserversorgungsanlagen vorliegen
• aus den im Pilotvorhaben gewonnen Erkenntnissen, Handlungsempfehlungen für die Ertüchtigung der Betriebsanlagen und für den stabilen Aufbau und Betrieb von Notversorgungsinseln abzuleiten.

Zentrale Forschungsfelder:

 Die zentralen Forschungsfelder des Projekts sind:

• Technische und betriebswirtschaftliche Evaluation der Eignung von Biogasanlagen zur Notversorgung von Trinkwasserversorgungsanlagen
• Konzeption und Betriebsführung von kleinen Inselnetzen (Microgrids) mit dezentralen Er-zeugungsanlagen und selektiver Versorgung sensibler Verbraucher (Spannungshaltung, Blindleistungsmanagement, Frequenzhaltung, Wirkleistungsmanagement)
• Weiterentwicklung der Simulationssoftware zur Simulation des dynamischen Netzverhaltens
• Bestimmung der Lastschaltperformance des Biogas-Aggregats als Führungskraftwerk (mögliche Lastsprünge: P, Q) und Erforschung, Erprobung von Maßnahmen zur Ertüchtigung des Biogas-Aggregats (Regelung, Lastbankkonzept)
• Entwicklung von Schutzkonzepten für Microgrids mit dezentralen Erzeugungsanlagen
• Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Einsatzorte

Weitere Informationen zum Forschungsprojekt LINDA 4 H₂O:

LINDA 4 H2O

Ziel des Projekts:

Das Projekt E-Motion-to-Grid erarbeitet Lösungskonzepte für die Integration von Ladeinfrastruktur in urbane Verteilnetze, um die Herausforderungen der Elektrifizierung des Verkehrs zu bewältigen. Um bedarfsorientierten Netzausbau sicherzustellen, wird durch Messungen eine belastbare Planungsgrundlage in Form von Standardladeprofilen geschaffen. Die zukünftigen Anforderungen an Ladeinfrastruktur werden in unterschiedlichen Szenarien ermittelt und jeweils optimale Netzverstärkungsmaßnahmen identifiziert. Dabei wird auch die Zwischenspeicherung großer Leistungsspitzen durch stationäre Batteriespeicher eingehend betrachtet. Um die Repräsentativität der Ergebnisse sicherzustellen, werden in Experten-Workshops die Sichtweisen anderer Akteure der Energiewirtschaft und Netzbetreiber berücksichtigt. Dies ermöglicht eine standortunabhängige Übertragbarkeit mithilfe des Simulationsmodells. Das Forschungsvorhaben zielt somit auf eine ganzheitliche und praxisnahe Strategie zur Konzeptionierung, Umsetzung, Validierung und Verallgemeinerbarkeit der Netzintegration der Elektromobilität in städtische Verteilnetze ab.

Zentrale Forschungsthemen:

• Messungen in Mittel- und Niederspannungsnetzen mit Hilfe von Netzanalysatoren
• Erstellung eines Simulationsmodells
• Zukunftstrends in den Bereichen Elektromobiltät und Power to Heat
• Netzintegration von dezentralen Erzeugungsanlagen und der Elektromobiltät
• Ableiten von Handlungsempfehlungen für Verteilnetzbetreiber

Mögliche Arbeitsgebiete für Abschlussarbeiten, Seminararbeiten und Tätigkeiten als studentische Hilfskraft:

• Mitwirkung bei der Entwicklung eines Simulationstools (Simulationsumgebung: DIgSILENT PowerFactory; MATLAB)
• Mithilfe bei der Auswertung von Simulations- und Messergebnissen
• Entwicklung von Zukunftsszenarien für urbane Verteinetze
• Weitere Aufgabenstellungen auf Anfrage

Projektpartner:

• SWM Infrastruktur GmbH & Co. KG, München
• TU München, Professur für Elektrische Energieversorgungsnetze, München
• Hochschule Augsburg, Professur für Hochspannungs- und Anlagentechnik, Augsburg

Weitere Informationen zum Forschungsprojekt E-Motion-to-Grid:

https://www.hs-augsburg.de/E-Motion-to-Grid.page

Ziel des Projekts:

Das 110-kV-Netz eines städtischen Netzbetreibers soll mit einem "grüne Wiese"-Ansatz komplett neu geplant werden. Das heißt, dass alle Umspannwerksstandorte (UW) fixiert sind und die Leitungen zwischen den UWs komplett neu geplant werden können. Ziel ist es Netze zu finden die eine größere, maximal versorgbare Leistung (unter Berücksichtigung von Randparametern wie Versorgungssicherheit und Flexibilität in der Netzführung) aufweisen als das aktuell existierende Netz.

Ziel des Projekts:

Durch die Energiewende sind städtische Verteilnetzbetreiber in den nächsten Jahren mit immensen Herausforderungen konfrontiert. So werden vermehrt neue elektrische Verbraucher (z. B. flächendeckende Versorgung mit Elektroladestationen für E-Mobilität, Batteriespeicher, Wärmepumpen für Niedrigenergiehäuser) ans Verteilnetz anzuschließen sein, sich die Verbrauchsstruktur ändern (z. B. durch Eigenverbrauch des mit PV-Anlagen selbst erzeugten Stroms) aber auch eine vermehrte Nutzung von Erzeugungsanlagen zur Bereitstellung von Regelenergie (virtuelle Kraftwerke und Lastmanagement) zu verzeichnen sein. Diese neuen Anforderungen müssen zukünftig bei der Konzeption städtischer Verteilnetze berücksichtigt werden. Die in ländlichen Verteilnetzen eingesetzten innovativen Planungs-/Betriebskonzepte und intelligenten Technologien können im Stadtnetz nur bedingt verwendet werden, da diese primär auf das NS-Netz abzielen. Im Stadtnetz findet die Energiewende aber primär im MS-Netz und auf der Verbraucherseite statt.

Das Forschungsprojekt konzentriert sich auf die Ermittlung der Herausforderungen, die aus der Energiewende spezifisch für städtische Verteilnetze entstehen.

Zentrale Forschungsthemen:

• Auswertung und Aggregation vorhandener Daten aus unterschiedlichen internen und externen Quellsystemen als Input für die Erweiterung von MS/NS-Netzmodellen

• Erstellung von Auswertungsverfahren zur Nutzung im Asset Management

• Unterstützung der Vorbereitungsarbeiten für ein Forschungsprojekt im Bereich Datenanalyse und Datenschnittstellen

Projektbeschreibung

Durch die Energiewende sind städtische Verteilnetzbetreiber in den nächsten Jahren mit immensen Herausforderungen konfrontiert. So werden vermehrt neue elektrische Verbraucher (z. B. flächendeckende Versorgung mit Elektroladestationen für E-Mobilität, Batteriespeicher, Wärmepumpen für Niedrigenergiehäuser) ans Verteilnetz anzuschließen sein, sich die Verbrauchsstruktur ändern (z. B. durch Eigenverbrauch des mit PV-Anlagen selbst erzeugten Stroms) aber auch eine vermehrte Nutzung von Erzeugungsanlagen zur Bereitstellung von Regelenergie (virtuelle Kraftwerke und Lastmanagement) zu verzeichnen sein. Diese neuen Anforderungen müssen zukünftig bei der Konzeption städtischer Verteilnetze berücksichtigt werden. Die in ländlichen Verteilnetzen eingesetzten innovativen Planungs-/Betriebskonzepte und intelligenten Technologien können im Stadtnetz nur bedingt verwendet werden, da diese primär auf das NS-Netz abzielen. Im Stadtnetz findet die Energiewende aber primär im MS-Netz und auf der Verbraucherseite statt.

Das Forschungsprojekt konzentriert sich auf die Ermittlung der Herausforderungen, die aus der Energiewende spezifisch für städtische Verteilnetze entstehen.

Projektpartner:

• SWM Infrastruktur GmbH & Co. KG, München
• Hochschule Augsburg, Professur für Hochspannungs- und Anlagentechnik, Augsburg

Weitere Informationen zum Forschungsprojekt Next M-Grid:

https://www.hs-augsburg.de/Next-M-Grid.page