DFG-Forschergruppe: Schutz- und Leittechnik zur zuverlässigen und sicheren Energieübertragung

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http://hdl.handle.net/2003/29470

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat für das praktisch überaus bedeutsame Thema "Schutz- und Leittechnik zur zuverlässigen und sicheren Energieübertragung" eine Forschergruppe an der TU Dortmund eingerichtet. Die Förderung beträgt ca. 2. Mio. Euro bei einer Laufzeit von zunächst 3 Jahren. In dieser Forschergruppe arbeiten drei Fakultäten zusammen: die Elektrotechnik und Informationstechnik (ETIT), die Informatik und die Statistik. Sprecher der Gruppe ist Prof. Dr. Christian Rehtanz, ETIT.
Aus der Fakultät für Informatik sind die Lehrstühle Informatik III und XII beteiligt. Der Beitrag des Lehrstuhls Informatik III liegt im Wesentlichen in der Definition und Untersuchung verteilter neuartiger Algorithmen zur hochdynamischen echtzeitfähigen Betriebsführung (Vermeidung von Leitungsüberlasten in Transportnetzen), durch die insbesondere großräumige Systemstörungen und -zusammenbrüche vermieden werden. Der Lehrstuhl Informatik XII entwickelt eine virtuelle Ausführungs- und Kommunikationsplattform, welche die flexible Verteilung der neuartigen energietechnischen Software-Komponenten und deren echtzeitfähige Interaktion auch im Fehlerfall ermöglicht.

Das intelligente, dezentrale Stromnetz der Zukunft

Infolge der Liberalisierung der Strommärkte und der zunehmenden Nutzung erneuerbarer Energien kommt es zu einer steigenden Auslastung der übertragungsnetze. Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Betriebs elektrischer Energieübertragungssysteme weiterhin aufrecht zu erhalten sind neue schutz- und leittechnische Konzepte zur Systemführung erforderlich. Die Forschergruppe erforscht hierzu neue innovative schutz- und leittechnische Applikationen einer hochdynamischen echtzeitfähigen Betriebsführung, durch die insbesondere großräumige Systemzusammenbrüche vermieden werden. Schutz- und Regelfunktionen für Erzeuger-Netz-Konfigurationen, übertragungskorridore sowie die koordinierte Lastflussregelung erwachsen dabei aus disziplinübergreifender Forschung in der Elektrotechnik, Informationstechik, Informatik und Statistik. Struktur und Arbeitsfelder der Forschergruppe

Struktur und Arbeitsfelder der Forschergruppe

Alle diese Applikationen stehen in Wechselwirkung mit einem geeigneten Informations- und Kommunikationssystem. Der Aspekt der Informations-/ Kommunikationstechnik behandelt die Virtualisierung und Interaktion der Teilkomponenten für großräumig verteilte Systeme unter Echtzeitaspekten. Hier ist die Zielsetzung, dedizierte Hardwarelösungen im Lichte von zukünftig zu erwartenden Entwicklungen zu vermeiden, gleichzeitig ein innovatives Implementierungskonzept zu entwerfen, das eine hochflexible Positionierung der Komponenten gestattet. Die gefundenen Lösungen bilden ein Betriebsführungskonzept, das innerhalb eines gemeinsam neu zu erforschenden Hybridsimulators für Energie- und IKT-Systeme implementiert und anhand komplexer realitätsnaher Energieübertragungssituationen validiert wird.

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Sensitivity Analysis of Ordinary Differential Equation Models
(2018-05-23) Weber, Frank; Theers, Stefan; Surmann, Dirk; Ligges, Uwe; Weihs, Claus
This report will focus on the sensitivity analysis of ordinary differential equation (ODE) models since they can be used to model so-called Low Frequency Oscillations (LFOs). LFOs are permanent complex valued voltage oscillations with a frequency of up to 2 Hz occurring in electrical systems like the European electrical transmission system. As an energy network is an “electro-mechanical system” with power produced and consumed by mechanical systems, Surmann et al. (2014) point out that a mechanical system of connected harmonic oscillators is suitable for modeling LFOs. Mathematically, this model is based on a system of ordinary differential equations.
Zur Verteilungs-Konvergenz von gleitenden Mittelwerten
(2018-05-02) Langesberg, Christian; Ligges, Uwe; Weihs, Claus
Die Bildung von Mittelwerten bei ausreichend großen Stichproben führt gemäß dem Zentralen Grenzwertsatz (ZGWS) zu normalverteilten Größen. Bei gleitenden Mittelwerten bildet die Fensterbreite die bei der Konvergenz relevante Größe, und auch der Grad der Überlappung aufeinander folgender Fenster ist als Parameter zu berücksichtigen. Gemeinsam mit einem vorbereitenden Schritt der Datenverarbeitung und auf der Basis einer Simulationsstudie kann eine allgemeine Empfehlung für die Kombination von Fensterbreite und Schrittweite gegeben werden. Verschiedene Formen von Verletzungen der Annahme unabhängig identisch verteilter Beobachtungen können die für Anwendung des ZGWS toleriert werden.
Zur Quantifizierung des Normalverteilungsgrades
(2018-04-25) Langesberg, Christian; Ligges, Uwe; Weihs, Claus
Ob die Werte einer Stichprobe aus einer Normalverteilung stammen ist in der Statistik eine häufig gestellte Frage. Gebräuchliche Werkzeuge zur Beantwortung dieser Frage sind häufig entweder nicht automatisierbar oder nicht in der Lage, Abstufungen zu erkennen. Der vorliegende Aufsatz stellt aktuell verwendbare Ansätze vor, welche keinen dieser Nachteile aufweisen. Mit theoretischen Überlegungen und einer Simulationsstudie, sowie der Berücksichtigung von Stichprobengrößen und der Schätzung von Normalverteilungsparametern, werden diese Ansätze verglichen. Als beste Verfahren stellen sich Abwandlungen der Metriken nach Kolmogorov und Lévy, sowie eine Transformation der Teststatistik von Jarque und Bera heraus.
Predicting Measurements at Unobserved Locations in an Electrical Transmission System
(2016-01-06) Surmann, Dirk; Ligges, Uwe; Weihs, Claus
Electrical Transmission Systems consist of a huge number of locations (nodes) with different types of measurements available. Our aim is to derive a subset of nodes which contains almost sufficient information to describe the whole energy network. We derive a parameter set which characterises every single measuring location or node, respectively. Via analysing the behaviour of each node with respect to its neighbours, we construct a feasible random field metamodel over the whole transmission system. The metamodel works in a discrete spatial domain to smooth the measurements across the network. In the next step we work with a subset of locations to predict the unobserved ones. We derive different graph kernels to define the missing covariance matrix from the neighbourhood structures of the network. This results in a metamodel that is able to predict unobserved locations in a spatial domain with non-isotropic distance functions.
Auswertung von Simulationsdaten zur Analyse von Energienetzen
(2014-02-11) Surmann, Dirk
Durch die stärkere Auslastung des europäischen Energieübertragungsnetzes werden niederfrequente Schwingungen im Stromnetz beobachtet. Diese dynamischen Effekte belegen einen Teil der Bandbreite, welche nicht mehr der Energieübertragung zur Verfügung steht. In dem vorliegenden Bericht werden Daten aus einer komplexen Simulation des ie3 der TU Dortmund aufbereitet und analysiert. Die Auswertung favorisiert ein statistisches Modell aus Differentialgleichungen für die Beschreibung der untersuchten Schwingungen.
Stability Analysis and Clustering of Electrical Transmission Systems
(2014-02-11) Brato, Sebastian; Surmann, Dirk; Krey, Sebastian; Götze, Jürgen; Ligges, Uwe; Weihs, Claus
A proper understanding and modelling of the behaviour of heavily loaded large-scale electrical transmission systems is essential for a secure and uninterrupted operation. In this paper we present a descriptive analysis especially of low frequency oscillations within an electricity network and methods to assess the stability of the whole system based on an ARMAX model and the ESPRIT algorithm. Further we present two methods to separate the network into local areas, which is necessary for an efficient modelling of a large electrical system. The first method has its foundation in the results of the ARMAX based stability analysis and the second method concentrates on the network topology. In the last part of this paper we present an approach how an modelling of such local areas within an large electrical system based on stochastic differential equation models is possible.
Technical Report for Research Unit FOR-1511
(2013-07-17) Brato, Sebastian; Dorsch, Nils; Georg, Hanno; Habel, Stefan; Jablkowski, Boguslaw; Krey, Sebastian; Kubis, Andreas; Müller, Sven Christian; Surmann, Dirk
This technical report presents the interim results of the DFG research unit FOR1511 "Protection and Control Systems for Reliable and Secure Operation of Electrical Transmission Systems".

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