Konsistenter Entwurf von Regelungskonzepten zur Koordination verteilter Akteure im mehrschichtigen Verbundnetz

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Kurths; Professor Dr.-Ing. Jörg Raisch; Professor Dr.-Ing. Johannes Schiffer
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 360332943

Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung von Methoden zurAuslegung und Analyse von verteilten Regelstrategien für hybrideelektrische Energiesysteme aus Gesamtsystemsicht. Hierzu nutzen wirMethoden der hierarchischen Regelung, der Theorie komplexerNetzwerke und der nichtlinearen Dynamik. Unser Ziel ist es, Fragen zurStruktur und Regelung hybrider Energiesysteme ebenen- undzeitskalenübergreifend zu beantworten. Solche Fragen werden im Rahmender Energiewende an Wichtigkeit gewinnen, da konventionelle Erzeugerzunehmend durch dezentral angesiedelte erneuerbare Energiequellen mitfluktuierender Einspeisung ersetzt werden. Ein rein lokaler Ausgleichvon erneuerbarer Einspeisung und Verbrauch wäre sehr aufwendig,deshalb wird das bestehende Übertragungsnetz ausgebaut werdenmüssen. Durch Einbeziehung von HGÜ-Leitungen entsteht dann einhybrides Netz. Gleichzeitig werden Systemdienstleistungen zunehmendauf untere Netzebenen verschoben. Dies ermöglicht und erfordert dieUnterteilung in dezentrale, lokal geregelte Teilnetze, sogenannteMicrogrids. Es wird erwartet, dass die Möglichkeit, das System inMicrogrids zu unterteilen, gegen Kaskaden schützen und somit dieResilienz gegen Fehler im Übertragungsnetz erhöhen wird. Hierdurch wird die Regelungsaufgabe wird stark verändert und die Frage nach einer gesonderten Kommunikationsinfrastruktur aufgeworfen. Der Kontrastzwischen der Notwendigkeit des globalen Ausgleichs von Fluktuationenund lokalen, dezentralen Agenten zur Regelung von Teilsystemen führteine tiefe Hierarchie in die Regelungsstruktur des Gesamtsystemsein. Die Fragen, die in diesem Zusammenhang aufkommen, sind neuartig,z.B., was ist die optimale Größe der teilautonomenOrganisationseinheiten (Microgrids)? Ist diese dynamischoder statisch? Die konzeptionelle und methodische Art unserer Arbeit,die Konzepte der hierarchischen Regelung und stochastische Methodenzur Gesamtsystemanalyse verbindet, erlaubt ihre Anwendung aufverschiedene geographische Kontexte mit unterschiedlich entwickelterInfrastruktur. Wir werden somit nicht nur Fragen hinsichtlich derEnergiewende von konventionellen Großkraftwerken hin zu erneuerbarenEnergien in industrialisierten Regionen beantworten können, sondernauch Fragen zu hybriden Energiesystemen, die in anderen Erdteilen dieEnergiewende einleiten. Dazu zählt beispielsweise eineElektrifizierung von unten in ländlichen Regionen des globalenSüdens. Hier werden ausgehend von Inselsystemen auf Haushaltsebeneorganisch wachsende Verteilnetze zum gegenseitigen Energiehandelaufgebaut, die später an ein Übertragungsnetz gekoppelt werdenkönnen. Auch dieses Szenario kann also mit dem in diesem Projekt zuentwickelnden methodischen Rahmen untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1984: Hybride und multimodale Energiesysteme: Systemtheoretische Methoden für die Transformation und den Betrieb komplexer Netze
• Mitverantwortlich: Dr. Frank Hellmann