Advanced Methods for Circuit Design Hardware Design Languages

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Institute of Computer Technology /15

ICT4RobustGrid ICT Requirements for Operation of Advanced and Robust

Smart Grids

Marcus Meisel

Institut für Computertechnik: Energy&IT-Research

Blickpunkt Forschung 28. September, Technische Universität Wien

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Smart Grid

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Smart-Grid-Anwendungen

verschiedenste Konzepte für Smart-Grid-Anwendungen

• Building to Grid Konzept

• Vehicle to Grid Konzept

• Consumer to Grid Konzept

• aktiver Betrieb von Mittel-/Niederspannungsnetzen

• virtuelle Kraftwerke

• Microgrids

• etc.

unterschiedlichste Informationen nötig, verarbeitet, produziert und gespeichert

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Motivation für ICT4RobustGrid

enorm gesteigerte Komplexität im Smart Grid → leistungsfähige Steuerungssysteme benötigt → fehlertolerante IKT-Infrastruktur nötig → dezentrale Kontrolle

Multiagentensysteme (MAS) könnten enorme Anzahl von verteilten Knoten steuern → Fokus auf MAS

kritische Infrastruktur: hohe Anforderungen an Sicherheit (Safety und Security), Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit, etc.

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Eckdaten

Sondierungsprojekt

Förderprogramm: IKT der Zukunft, 1. Ausschreibung • Enabling complex ICT solutions: systems of systems • ICT for intelligent energy networks and systems • Preparation of Industrial Research

Geldgeber: Förderstelle:

Gesamtkosten: ca. 250.000 €

Gesamtförderung: ca. 187.000 €

Projektdauer: 01.10.2013 bis 30.11.2014

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Partner

Technische Universität Wien • Institut für Computertechnik

• Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe

• Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik

Siemens AG Österreich

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Ziele

dezentrale Steuerungsmechanismen: Anforderungen und Möglichkeiten für intelligente Netze

Erheben der Anforderungen/Herausforderungen durch MAS: Strom- und IKT-Netz

Möglichkeit des Inselbetriebs: An-/Herausforderungen

Roadmap für möglichen Übergang von zentral zu dezentral

Empfehlungen für künftige umsetzungsorientierte Projekte

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MAS – Multiagentensysteme IKT – Informations- und Kommunikationstechnologie

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Die vier Pfade von ICT4RobustGrid

1) ICT and Energy Networks

2) Analysis of Existing Distributed Agent Networks

3) Islanding capabilities and requirements of grids and ICT structures

4) Control Concept Transition – from Central to Decentral

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ICT and Energy Networks

Analyse von existierenden IKT- und Stromnetzen bezgl. • Anforderungen

• Schwachstellen

• Nachteilen

beim Einsatz von Multiagentensystemen

IKT: z.B.: Bandbreite, Delay, Packet Loss unterschiedlicher Technologien

Stromnetze: Analyse typischer Topologien

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IKT – Informations- und Kommunikationstechnologie

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Distributed (Multi-)Agent Networks

Ermittlung der Anforderungen für multiagentenbasierte Steuerung von Stromnetzen

Analyse existierender Steuerungssysteme (klassisch vs. agentenbasiert)

Ermittlung der generellen Funktionalitäten von Agentensystemen im Allgemeinen

Evaluierung existierender MAS-Plattformen

Identifikation grundlegender Eigenschaften verschiedener agentenbasierter Architekturen

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Islanding

Identifikation und Klassifizierung der Anforderungen und Fähigkeiten an/von Netzkomponenten und IKT-Strukturen für den Inselbetrieb • Minimum → grundlegende Funktionalität

• Standard → reibungsloser Betrieb

• Maximum → optimierter Betrieb

Ermittlung der noch offenen Frage- stellungen sowie des erforderlichen Bedarfs an zukünftiger Forschung und Entwicklung

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Grid- connected

decoupling

Island mode

recouplingMicrogridconditions

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From Central to Decentral

Analyse von Konzepten in abgeschlossenen Projekten und Modellregionen

Analyse zentraler Steuerungssysteme

Interoperabilität von Multiagentensystemen mit nichtkommunizierenden bzw. nicht eingebundenen Systemen

Roadmap für den möglichen Übergang von zentralen zu dezentralen Steuerungssystemen

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Change Areas

Distribution Grid –Infrastructure

(grid, transformers, breakers, …)

Distribution Grid – Prosumer

(generation, load, storage)

(M)AS

ICT Entities (communication

devices)

ICT Infrastructure – Topology

ICT Infrastructure – Protocols / Standards

ICT Infrastructure – Technologies

Degree of Control Decentralisation [%] 0 % 100 %

manually adjustable LV-Transformators autonomous tap changer

adaptive relaying

autonomous switches manual switches

LV fuses MV protection devices (OCP)

remote adjustable MV-Trafos

modified protection criterions

MV protection devices (bidirectional, distance, differential)

open rings remote switches meshing

remote tap changer

hierarchical / master-slave distributed / ad-hoc / meshed

point-to-point (direct) topology change via partitioned iteration

inflexible DER dynamic MAS-controlled DER

central storages

MAS-integration LV&MV SCADA scattered SCADA sensors

dynamic MAS-controlled loads

dynamic MAS-controlled storages (static/mobile), assisting the grid

characteristic controlled DEA

smart home

electric vehicles

covering SCADA sensors

smart building

optimized operation

own consumption storages

(passive) inflexible loads

simple controlled (industry-)loads

ripple control devices

AMI

SCADA server

LV sensors / actuators w/ agents human-in-the-loop

SCADA (MV) sensor/actuators MV sensors / actuators w/ agents MV sensors / actuators & SCADA & Agents

smart meter

SCADA server with agents MAS-integrated LV&MV SCADA

communication-able LV actuators

AMR

PMU

smart meter with LV sensors smart meter with enhanced capabilities

agents with non-technical goals

structured communicating MAS with higher goals

modular control system

agents aggregating sensor data

all sensors and actuators MASready

isolated transparent agents

modular control system with agent extensions

MAS for first subdomains agents present in

all actuators

TCP-IP

DLMS/ COSEM

IEC 61850 IPv4/ IPv6

BACnet, OpenHAN IEC 62051-54/ 62056 METERS and MORE

XML

IEC 61850 new

IEEE 1547 HTTP/REST/SOAP

open DMAS data & information standards

OpenADR

IEC 62325 secure mesh network protocols

IEC 60870-6/ TASE.2 OPC UA

IEC 62439-2

CIM / CIS IEC 60870-5

DNP3 IEEE C37.118 (PMU)

DMACS communication protocols

IPsec XMPP

IEC 61968

CCS parallel operation DMACS

wireless premises, NAN cellular

transnational Ethernet Ethernet

2G, 3G, 4G, 5G emergency wire

wired premises, NAN, WAN

PLC BPLC

DSL, coaxial fiber

NPLC

ZWAVE, ZigBee, Bluetooth, WiFi , WiMax

DSL coaxial SONET/OTN/WDM/PON

satellite

Premises NAN WAN

© 2014-11-21

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Ergebnisse

Dissemination von Ergebnissen der einzelnen „Pfade” läuft z.B.: G. Kienesberger, E. Xypolytou, J. Marchgraber, T. Kaufmann, A. Prostejovsky, and M. Faschang, “Agent-based decentralization of applications in distributed smart grid systems,” in 2015 International Symposium on Smart Electric Distribution Systems and Technologies (EDST), September 2015.

Roadmap “From Central to Decentral” http://energyit.ict.tuwien.ac.at/projekte/882

Weitere Publikationen und zukünftige: http://energyit.ict.tuwien.ac.at

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http://energyit.ict.tuwien.ac.at/projekte/882

http://energyit.ict.tuwien.ac.at/

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Ausblick

neuer, zusätzlicher Schwerpunkt in der Energy&IT-Gruppe

wir haben erfolgreich sondiert und wollen jetzt in die Praxis/Tiefe gehen

Einreichungen sind geplant, Ideen da wir sind aber auch immer für neue Ideen offen

Industriepartner gesucht!

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Dipl.-Ing. Georg Kienesberger

[email protected]

Vienna University of Technology Institute of Computer Technology Energy&IT Research http://www.ict.tuwien.ac.at http://energyit.ict.tuwien.ac.at

Kontakt:

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Dr. Tobias Gawron-Deutsch

Industriepartner von ICT4RobustGrid

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