OUREL - Optimal Utilization of Renewable Energies in Low Voltage

 

Projektziel

Die Dezentralisierung der Stromerzeugung einerseits und die Elektrifizierung z.B. des Wärme- und Mobilitätssektors andererseits bilden wichtige Eckpfeiler der Energiewende. Ihre Umsetzung hat zur Folge, dass in den kommenden Jahren eine Vielzahl von Erzeugungs-, Verbrauchs- und Speicheranlagen in bestehende Niederspannungsnetze integriert werden muss. Um das Potential der erneuerbaren Anlagen bestmöglich zu nutzen, werden neue Konzepte zur Betriebsführung benötigt, die alle flexiblen Netzteilnehmer mit einbeziehen. Die Dezentralität und hohe Volatilität der erneuerbaren Erzeugungsanlagen stellen dabei wesentliche Herausforderungen dar. Im OUREL-Projekt entwickeln wir ein dezentrales Betriebsführungsverfahren für Niederspannungsnetze mit einer hohen Anzahl steuerbarer Netzteilnehmer. Ziel ist die Optimierung der eingespeisten bzw. entnommenen Leistungen hinsichtlich eines über alle Teilnehmer ermittelten Nutzenmaßes. Dieses Konzept wurde in Kommunikationsnetzen bereits umfangreich untersucht und wird hier auf das Stromnetz übertragen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf einer hohen Updaterate und dem sich daraus ergebenden Spannungsfeld zwischen ermöglichten Modellvereinfachungen einerseits und steigendem Kommunikationsaufwand andererseits. Im Aufgabenbereich des ieet liegt die Modellierung des elektrischen Niederspannungsnetzes inklusive der angeschlossenen steuerbaren Netzteilnehmer. Der Fokus liegt dabei auf Photovoltaikanlagen, Elektrofahrzeugen sowie Wärmepumpen. Weiterhin entwickeln wir die Algorithmen zur Netzzustandsschätzung, mit denen der Zustand eines Niederspannungsnetzes unter Ausnutzung verschiedener Datenquellen bestimmt werden kann. Bei der Entwicklung der Optimierungsalgorithmen liegt unser Beitrag in erster Linie in der Berücksichtigung der im Netz einzuhaltenden Spannungs- und Stromgrenzen.

Tools

Im OUREL-Projekt verwenden wir Matlab und Simulink zur Modellierung der Niederspannungsnetze sowie zur Entwicklung und Simulation der Zustandsschätz- und Optimierungsalgorithmen. Um Kommunikationsnetze realistisch einzubinden, führen wir Co-Simulationen mit einem an der TUHH entwickelten Kommunikationsnetzemulator durch. Weiterhin nutzen wir Controller-Hardware-in-the-Loop-Simulationen, in denen die entwickelten Algorithmen auf realer Steuerungshardware implementiert und in Zusammenspiel mit dem OPAL-Echtzeitrechner im PHiLsLab unter Echtzeitbedingungen getestet werden.

Ansprechperson

Hanko Ipach

Laufzeit

01.10.2019 bis 30.09.2022

Förderung

Partner

Institute of Communication Networks (TUHH)

Veröffentlichungen

[150489]
Title: Evaluation of LTE based Communication for Fast State Estimation in Low Voltage Grids
Written by: Fisser, L.; Ipach, H.; Timm-Giel, A.; Becker, C.
in: Proc. of IEEE International Conference on Communications, Control, and Computing Technologies for Smart Grids (SmartGridComm) 2020
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Note: ourel

Abstract: In this work we investigate the applicability of LongTerm-Evolution (LTE) based communication systems operating in the low Ultra High Frequency range for a fast State Estimation in Low Voltage (LV) grids at high update rates. To estimate the state of the LV grid, the Branch-Current based State Estimation algorithm is modified such that voltage measurements are additionally considered while keeping the complexity low. A detailed LV grid topology and simulation model is then designed and used to find the communication networks performance for operation on 450 MHz and 2100 MHz. The resulting delay and packet loss rate distributions are used to evaluated the state estimation accuracy for different update intervals for a LV grid during a period of high photovoltaic feedin variations. Optimal update rates are identified and further verified by analytical LTE cell load factor calculations. In the spirit of open science, the simulation code as well as the result files are publicly available at the reference provided in the conclusion.