Modell Steuerungs- gerät - Forschungsverbund Energie ...
Modell Steuerungs- gerät - Forschungsverbund Energie ...
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TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
<strong>Energie</strong>management<br />
Dipl.-Inform. Martin Tröschel, OFFIS<br />
Dipl.-Inform. Nadine Zurhorst, OFFIS<br />
Dipl.-Inform. Mario Korte, Universität Oldenburg<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Simulation und Kommunikation<br />
Netzorientierter<br />
Betrieb<br />
Erprobung<br />
IEC<br />
61850<br />
Interface<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
Simulations-<br />
<strong>Modell</strong><br />
<strong>Steuerungs</strong><strong>gerät</strong><br />
2
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Zielsetzung<br />
• Entwicklung eines Werkzeugs zur Simulation verschiedener<br />
<strong>Energie</strong>szenarien, Einsatzplanungsalgorithmen und Steuerung<br />
virtueller Kraftwerke<br />
• Analyse und Bewertung unterschiedlicher Szenarien und<br />
Betriebsweisen, auch auf Nachhaltigkeitsaspekte<br />
• Einsatz entsprechender Standards (IEC-61850-7-420) für die<br />
Kommunikation<br />
• Umsetzung in prototypische Hardware und Software<br />
• Test von unterschiedlichen Betriebsweisen sowie der Steuer<strong>gerät</strong>e-<br />
Prototypen im Feld<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
3
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Simulation und Kommunikation<br />
Netzorientierter<br />
Betrieb<br />
Erprobung<br />
IEC<br />
61850<br />
Interface<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
Simulations-<br />
<strong>Modell</strong><br />
<strong>Steuerungs</strong><strong>gerät</strong><br />
4
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Simulationswerkzeug<br />
1<br />
Szenario<br />
(Gebäude,<br />
Netz, DER)<br />
Simulationsdatenbank<br />
<strong>Energie</strong>managementsystem<br />
(Einsatzplanung / VK)<br />
Prognosedaten<br />
Simulationsschnittstelle<br />
Prognosedaten<br />
2<br />
Lastganggenerator<br />
Einsatzplan<br />
Einsatzplan<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
3<br />
Simulationsergebnisse<br />
Simulationsergebnisse<br />
Simulationsmodell<br />
(KWK, PV,<br />
thermisches<br />
System)<br />
5
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Simulativer Vergleich von Einsatzplanung<br />
• Vergleich von<br />
• wärmegeführtem Betrieb,<br />
• netzorientiertem Betrieb,<br />
• Supply-Demand-Matching<br />
• Supply-Demand-Matching:<br />
Abgleich von Erzeugung und<br />
Verbrauch auf Gebäudeebene<br />
• Ergebnis: Netzorientierter<br />
Betrieb aufgrund Kenntnis<br />
des Gesamtlastgangs am<br />
besten.<br />
Jahresmittelwerte<br />
Jahreszeitmittelwerte<br />
(Übergangszeit: 179<br />
Tage)<br />
Jahreszeitmittelwerte<br />
(Sommer: 80 Tage)<br />
Jahreszeitmittelwerte<br />
(Winter:<br />
107 Tage)<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
Wärmegeführt<br />
SDM<br />
netzorientiert<br />
Lastgangglättung [%] -5,92 2,97 11,10<br />
Spitzenlastabsenkung [%] 17,78 22,18 28,26<br />
Anzahl der Starts (KWK) [1] 0,93 12,77 2,99<br />
Laufzeit / Start (KWK) [h] 15,91 4,80 9,39<br />
Lastgangglättung [%] -11,23 2,34 12,19<br />
Spitzenlastabsenkung [%] 17,58 24,05 33,55<br />
Anzahl der Starts (KWK) [1] 1,53 19,98 5,12<br />
Laufzeit / Start (KWK) [h] 14,19 0,85 4,30<br />
Lastgangglättung [%] -2,08 7,14 23,50<br />
Spitzenlastabsenkung [%] 2,20 8,02 14,43<br />
Anzahl der Starts (KWK) [1] 0,73 9,68 2,21<br />
Laufzeit / Start (KWK) [h] 8,99 0,40 1,23<br />
Lastgangglättung [%] 0,08 0,93 0,00<br />
Spitzenlastabsenkung [%] 29,75 29,63 29,75<br />
Anzahl der Starts (KWK) [1] 0,05 3,01 0,00<br />
Laufzeit / Start (KWK) [h] 23,95 14,71 24,00<br />
6
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Erweiterungen Simulationswerkzeug<br />
Wärmegeführt<br />
Szenario<br />
<strong>Energie</strong>managementsystem<br />
(Einsatzplanung / VK)<br />
Prognosedaten<br />
(Gebäude,<br />
Netz, DER)<br />
Simulationsdatenbank<br />
Supply-Demand<br />
Matching (SDM)<br />
Simulationsschnittstelle<br />
Prognosedaten<br />
Einsatzplan<br />
Lastganggenerator<br />
Einsatzplan<br />
Netzorientiert<br />
Simulationsergebnisse<br />
Simulationsergebnisse<br />
Simulationsmodell<br />
(KWK, PV,<br />
thermisches<br />
System)<br />
Regelung<br />
Kennzahlen<br />
<strong>Modell</strong>e /<br />
IEC 61850<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
Reaktive Einsatzplanung<br />
(Multiagentenbasierter Ansatz / VK)<br />
Node A<br />
DER 1<br />
Node B<br />
DER2<br />
Node C<br />
DER 3<br />
Node D<br />
DER 4<br />
Node E<br />
DER 5<br />
Node F<br />
DER 6<br />
Nachhaltigkeitsbetrachtungen<br />
Regenerative Systeme<br />
Virtuelle Verbraucher<br />
Quellen: commons.wikimedia<br />
7
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Ausblick<br />
• Multiagenten-basierte reaktive Einsatzplanung:<br />
• Verteiltes, flexibles Kontrollsystem<br />
• Parallelisierung von Ereignisbehandlung / Planung<br />
• Reduktion der Problemkomplexität für große Anlagenzahlen<br />
EMS / VPP<br />
DER1 DER2 …<br />
DERn • Nachhaltigkeitsbetrachtungen:<br />
• Wie kann Nachhaltigkeit in der <strong>Energie</strong>versorgung bewertet werden?<br />
• Wie hoch ist das Potential zur Vermeidung von<br />
Treibhausgasemissionen einer (KWK-) Anlage im laufenden Betrieb?<br />
• Können und sollten Nachhaltigkeitsaspekte im <strong>Energie</strong>management<br />
berücksichtigt werden?<br />
DER 2<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
DER 1<br />
…<br />
DER n<br />
8
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Simulation und Kommunikation<br />
Netzorientierter<br />
Betrieb<br />
Erprobung<br />
IEC<br />
61850<br />
Interface<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
Simulations-<br />
<strong>Modell</strong><br />
<strong>Steuerungs</strong><strong>gerät</strong><br />
9
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Vorarbeiten - BHKW-<strong>Steuerungs</strong>modul<br />
Regelstrategie<br />
MATLAB/Simulink<br />
Codegenerierung<br />
HW/SW-Entwurf<br />
Altera Quartus<br />
Codegenerierung<br />
Optimierung<br />
Dimensionierung<br />
HW-SW Verteilung<br />
Synthese<br />
• Prototyp:<br />
BHKW-Fernsteuer<strong>gerät</strong><br />
mit standardisiertem<br />
Kommunikationsprotokoll<br />
Echtzeitsimulation<br />
chronSim<br />
FPGA<br />
<strong>Modell</strong><br />
Netzwerk<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
• <strong>Modell</strong>basierter Entwurfsfluss<br />
unter Verwendung von Simulink<br />
FPGA<br />
Steuerung<br />
Ethernet<br />
Steuerung:<br />
netzorientier<br />
t<br />
Webserver<br />
Interface<br />
A<br />
RS232<br />
proprietär<br />
Gerät A<br />
ecopower<br />
10
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Vorarbeiten<br />
Adapter<br />
Messwerte<br />
<strong>Energie</strong>management-<br />
System<br />
Fahrplan<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
Adapter<br />
standardisiert<br />
proprietär<br />
11
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Feldtest<br />
Netzorientierter<br />
Betrieb<br />
Feldtest<br />
IEC<br />
61850<br />
Interface<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
<strong>Steuerungs</strong><strong>gerät</strong><br />
<strong>Steuerungs</strong><strong>gerät</strong><br />
<strong>Steuerungs</strong><strong>gerät</strong><br />
...<br />
12
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Kommunikation in verteilten Systemen<br />
Adapter<br />
Messwerte<br />
<strong>Energie</strong>management-<br />
System<br />
Adapter<br />
Fahrplan<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
Adapter<br />
standardisiert<br />
proprietär<br />
Adapter<br />
13
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Platine Steuer<strong>gerät</strong> Feldtest<br />
• Eigenentwicklung zur Aufnahme des<br />
Systems auf dem FPGA sowie<br />
notwendiger Peripherie<br />
• 1 Prototyp<br />
• Kleinserie: 15 Platinen geordert<br />
• Bauteile und Funktionen<br />
• FPGA Altera Cyclone III<br />
• 32 MByte SDRAM<br />
• Echtzeituhr (RTC)<br />
• Vollgrafisches LCD<br />
• SD-Karten-Slot<br />
• Ethernet-Port<br />
• RS232-Port<br />
• Erweiterungsport<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
– HW-/SW-System<br />
– HW-/SW-System<br />
– Speicherung Uhrzeit für Fahrpläne<br />
– Anzeige für Informationen<br />
– Speicherung von Messwerten<br />
– Verbindung zum Internet<br />
– Verbindung zum ecopower<br />
– Anschluss weiterer End<strong>gerät</strong>e<br />
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TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Interner Aufbau Kommunikationssteuer<strong>gerät</strong><br />
FPGA<br />
Netzwerk Ethernet<br />
Steuerung:<br />
netzorientiert<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
Webserver<br />
RS232<br />
proprietär<br />
ecopower<br />
15
TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
Zusammenfassung und Ausblick<br />
• Umfassendes Simulationsmodell für Forschung<br />
• Stetige Erweiterung um neue <strong>Modell</strong>e und Einatzplanungsalgorithmen<br />
• Entwurfsfluss für verteilte Systeme und Umsetzung von Funktionen<br />
im Steuer<strong>gerät</strong><br />
• Überprüfung der Ergebnisse im Feldtest 2010<br />
• Entwicklung einer angepassten Platine<br />
• Erweiterung Funktionsumfang und Geräteunterstützung<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
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TU Braunschweig TU Clausthal Uni Hannover FH Hannover CUTEC GmbH OFFIS Uni Oldenburg <strong>Forschungsverbund</strong><br />
<strong>Energie</strong><br />
Niedersachsen<br />
<strong>Forschungsverbund</strong> <strong>Energie</strong> Niedersachsen<br />
FEN Vortrag „<strong>Energie</strong>management“<br />
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