{"id":375,"date":"2017-10-24T23:17:26","date_gmt":"2017-10-24T21:17:26","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/aut\/?page_id=375"},"modified":"2017-11-21T09:45:07","modified_gmt":"2017-11-21T08:45:07","slug":"agentensystem-zur-dezentralen-steuerung-der-energieverteilung","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/aut\/forschung\/forschungsthemen\/agentensystem-zur-dezentralen-steuerung-der-energieverteilung","title":{"rendered":"Agentensystem zur dezentralen Steuerung der Energieverteilung"},"content":{"rendered":"
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Durchg\u00e4ngige Anwendung agentenbasierter Steuerungsl\u00f6sungen f\u00fcr hybride Energiesysteme und Netze \u2013 Projekt Agent.HyGrid<\/h2>\n

Im Rahmen des Vorhabens \u201eAgent.HyGrid“ (Projektlaufzeit Oktober 2015 bis September 2018 – gemeinsame Projekthomepage siehe www.agent-hygrid.net \"Externer \"Link<\/a>) sollen die ben\u00f6tigten Charakteristika und die Anwendbarkeit von vereinheitlichten, autonomen, dezentral operierenden und in Energiesystemen verankerten Software<\/span>-Systemen untersucht werden. Konform zu g\u00e4ngigen Definitionen von Software<\/span>-Agenten [1], jedoch zugeschnitten auf den Anwendungsfall der Energieversorgung, wird dieser systemische Ansatz im weiteren Verlauf als \u201eEnergie-Agent“ bezeichnet, dessen Kern – also der einzelne Agent \u2013 wird allgemein wie folgt definiert und im Rahmen dieses Vorhabens untersucht:<\/p>\n

Ein Energie-Agent ist ein spezialisiertes autonomes Softwaresystem, welches informations\u00adtechnologisch ein einzelnes technisches Energiewandlungssystem repr\u00e4sentiert und dabei die energetischen Freiheitsgrade in Bezug auf Energieerzeugung, -verbrauch und -speicherung bewirtschaftet. Dabei ist der Energie-Agent sowie das technische System gleichzeitig Bestandteil eines oder mehrerer Energieverteilungsnetze und in der Lage sowohl innerhalb dieser Netzwerke, als auch mit externen Akteuren zu interagieren und zu kommunizieren. <\/em><\/p><\/blockquote>\n

Dem Ansatz und der Notwendigkeit eines vereinheitlichten Energie-Agenten liegen dabei im Wesentlichen die folgenden zwei Defizite aktueller L\u00f6sungen zugrunde, die durch dieses Vorhaben grunds\u00e4tzlich verbessert werden sollen:
\nHarmonisiertes Gesamtsystem f\u00fcr Simulation und Realbetrieb<\/p>\n

Die zur Steuerung der heutigen Energieversorgung eingesetzten, \u00fcberwiegend automatisierungs\u00adtechnischen Systeme sind weitestgehend heterogen bzw.<\/abbr> propriet\u00e4r. In der Konsequenz m\u00fcssen demnach weitreichende Standards entwickelt und verabschiedet werden, deren konkrete Umsetzung, bei zum Teil noch unklaren Vorgaben, sich noch \u00fcber Jahre hinziehen und somit das Vorankommen der Energiewende signifikant verlangsamen k\u00f6nnen. Ein im Gegensatz dazu homogen entwickeltes und angewendetes agentenbasiertes System, welches sowohl in Simulationen als auch in realen Anwendungen eingesetzt werden kann, bietet hier das Potential schnellerer und nachhaltiger Entwicklungen sowie eine langfristig erh\u00f6hte Investitionssicherheit f\u00fcr Anbieter und Endkunden durch Vermeidung von Systembr\u00fcchen und Vereinheitlichung der Architekturen.
\nFramework f\u00fcr hybride Energieversorgungsstrukturen<\/p>\n

Im Gegensatz zu vielen Ans\u00e4tzen der E-Energy Projekte soll in diesem Vorhaben der Fokus nicht allein auf die elektrische Stromversorgung und deren Verteilnetze gelegt werden. Vielmehr sollen hybride Energieversorgungsstrukturen, die insbesondere auch die Gas- und W\u00e4rmeversorgung ber\u00fccksichtigen k\u00f6nnen, adressiert und untersucht werden. Auf Grundlage der thermodynamischen Haupts\u00e4tze und unter Einbeziehung aktueller Kommunikationsstandards soll unter anderem ein generelles, auf verschiedene Energiesysteme anwendbares Framework und Referenzdatenmodell entwickelt werden, das den Energie-Agenten sowohl als Basis f\u00fcr systeminterne Prozesse, aber auch als Basis f\u00fcr die Kommunikation dienen soll. Die aus diesen beiden Ans\u00e4tzen resultierenden M\u00f6glichkeiten der vereinheitlichten, dom\u00e4nen\u00ad\u00fcbergreifenden Interaktionen zwischen verschiedenartigen Energieverteilungssystemen kann dabei mittelfristig als Grundlage weiterer Forschungsvorhaben dienen, sollen jedoch in diesem Vorhaben nur anhand \u00fcberschaubarer Praxisszenarien und mit Hilfe agentenbasierter Simulationen validiert werden. Fragen zu notwendigen Richtlinien und m\u00f6glichen Verhaltensweisen der involvierten Agenten sollen dabei in grunds\u00e4tzlicher Form behandelt werden und vor allem Raum f\u00fcr weitere Entwicklung bieten.
\nDas prim\u00e4re Ziel dieses Vorhabens ist die Erstellung eines Referenz-Entwicklungsprozesses f\u00fcr einheitlich definierte, jedoch individuell anpass\u00adbare Energie-Agenten. Analog zu Vorgehensmodellen aus der Software<\/span>– oder Automatisierungstechnik, wie z.B.<\/abbr> dem V-Modell oder dem Rapid Control Prototyping, soll im Rahmen des Vorhabens der Entwicklungsprozess eines Energie-Agenten systematisch untersucht und definiert werden. Im Fokus liegen dabei unter anderem die Projekt\u00adschritte (i) Spezifizierung und Modellierung, (ii) Implementierung, (iii) Simulation, (iv) Pr\u00fcfstand-Anwendungen (Testbed) und (v) der Einsatz von Energie-Agenten in realen Systemen vor Ort. Dabei sollen insbesondere die Unterschiede in den zeitlichen Anforderungen von Simulationen und realen Systemen untersucht, herausgestellt und m\u00f6glichst geschlossen werden, so dass das Konzept und die Implementierung von Energie-Agenten in allen Schritten des Entwicklungsprozesses einheitlich angewendet werden kann.
\nIn einer interdisziplin\u00e4ren Herangehensweise und unter Einbeziehung von Praxispartnern, soll die technische Machbarkeit, die Stabilit\u00e4t und die praktische Umsetzbarkeit des innovativen und neuen Ansatzes des Energie-Agenten untersucht werden. Als wesentliche Vorteile dieses Ansatzes werden vor allem gesehen, dass: (i) Durch die Schaffung und Anwendung eines einheitlichen Ansatzes weitere flexible Erzeugungs-, Verbrauchs- und Speichereinheiten in eine marktorientierte Bewirtschaftung einbezogen werden k\u00f6nnen und somit die technischen Freiheitsgrade zur Stabilisierung der Energieversorgung vergr\u00f6\u00dfert werden k\u00f6nnen. (ii) Die Einbeziehung von informations- und automatisierungstechnischem Wissen die notwendigen Synergien schafft, damit Softwarekomponenten von Simulationen auf reale, Vor-Ort verbaute Systeme \u00fcbertragen werden k\u00f6nnen. Die Entwicklung eines universell einsetzbaren Energie-Agenten f\u00fcr Simulation und Realsystem kann somit die Grundlage f\u00fcr die Entwicklung realit\u00e4tsnaher Labore zur Modelluntersuchung zuk\u00fcnftiger Energieversorgungsszenarien bilden. (iii) Das Paradigma des Software<\/span>-Agenten einen nahezu beliebigen Skalierungs- und Detaillierungsgrad f\u00fcr Simulationen und Steuerungen bietet, was den m\u00f6glichen, realit\u00e4tsnahen Laborcharakter auch f\u00fcr sehr umfangreiche Systeme unterstreicht.
\nFolgende Einzelziele werden im Rahmen des Vorhabens verfolgt:<\/p>\n

1. Definition, Formalisierung und Implementierung eines einheitlichen Energie-Agenten auf Grundlage eines im Rahmen des Vorhabens zu erarbeitenden Referenz-Entwicklungsprozesses f\u00fcr hybride Energiesysteme. 2. Nachweis der Umsetzbarkeit sowie Untersuchung der Skalierbarkeit und Zuverl\u00e4ssigkeit des resultierenden Gesamtsystems durch agentenbasierte Simulationen und Testbed\u00adanwendungen sowie der realen Anwendung in einem ausgew\u00e4hlten Verteilnetzbereich der Mainova AG.
\n3. Nachweis der technischen Vorteilhaftigkeit der Methodik anhand ausgew\u00e4hlter, allgemeing\u00fcltiger Szenarien sowie einem systematischen Vergleich zwischen simuliertem und realem Verhalten.
\nBearbeitet durch:\u00a0Dipl.-Ing.<\/abbr> Tobias Linnenberg<\/a>,\u00a0Dipl.-Ing.<\/abbr> Erik Wassermann, <\/a>M.Sc.<\/abbr> Sebastian T\u00f6rsleff<\/a><\/p>\n

Marktbasiertes Agentensystem zur dezentralen Netz und Leistungsregelung \u2013 Projekt DEMAPOS<\/h2>\n

Bedingt durch eine rasante Preissteigerung im Bereich der fossilen Energietr\u00e4ger, die durch den Klimawandel bef\u00fcrchteten Umw\u00e4lzungen sowie die ablehnende Haltung der deutschen Bev\u00f6lkerung gegen\u00fcber der Nuklearenergie hat die Bundesregierung sich mit dem \u201eEnergiekonzept 2050\u201c ambitionierte Ziele f\u00fcr die Stromerzeugung der Zukunft gesteckt. Diese umfassen einen Anteil erneuerbarer Energien von 80{3728c0ddcf5026c65bc0b4e995c837d09025c3e7fa253cea254631dfe46bf841} der Stromerzeugung im Jahr 2050 sowie eine Senkung der Treibhausgasemissionen um 95{3728c0ddcf5026c65bc0b4e995c837d09025c3e7fa253cea254631dfe46bf841} im selben Zeitraum.<\/p>\n

Da die Umwandlung erneuerbarer Energietr\u00e4ger wie Wind, Wasser oder Sonne in elektrische Energie stets externen Faktoren unterworfen ist, wird das elektrische Netz dabei durch eine unregelm\u00e4\u00dfige und schwer vorherzusehende Einspeisung belastet. Die Speicherung der so erzeugten elektrischen Energie ist in absehbarer Zeit nicht wirtschaftlich umsetzbar. Daher werden zurzeit unterschiedliche Konzepte verfolgt um Energieerzeugung und \u2013Verbrauch in Einklang zu bringen. Das an der HSU entwickelte DE<\/strong>centralizedMA<\/strong>rketbasedPO<\/strong>wercontrollS<\/strong>ystem (DEMAPOS<\/strong>) verfolgt dabei einen marktbasierten Ansatz, welcher es Energieerzeugern und Verbrauchern erlaubt auf lokalen Spotm\u00e4rkten Energie zu handeln. Der Handel erfolgt dabei vollkommen automatisiert auf Basis sogenannter Softwareagenten. Eine hierarchische Marktstruktur minimiert die notwendige Kommunikation und erlaubt somit Zyklenzeiten von unter 0,5 Sekunden pro Verhandlungsrunde.Energie wird quasilive gehandelt und eine Entkopplung von den heutigen, starren Energiem\u00e4rkten wird somit m\u00f6glich. Um etwaige Probleme fr\u00fchzeitig zu identifizieren \u00fcberwachen spezialisierte Agenten den unterlagerten Netzbereich. Werden Abweichungen von den gesetzlich vorgegebenen G\u00fctekriterien identifiziert interveniert das System mittels frequenzstabilisierender Ma\u00dfnahmen.<\/p>\n

DEMAPOS soll als Basis f\u00fcr weitere Forschung und Entwicklung dienen. Es wurde stringent nach den Kriterien von O-MaSEin JADE entwickelt und umgesetzt. Die strikte Trennung von Testbed und Steuerung, sowie die gew\u00e4hlte Kommunikation mittels Webservices erlaubt eine einfache Implementierung des Systems in realen Umgebungen sowie den schnellen Austausch einzelner Komponenten.<\/p>\n

Die folgenden Grafiken verdeutlichen den Grunds\u00e4tzlichen Aufbau des Systems:<\/p>\n

\"Agentensystem_Linnenberg_Bild1\"<\/div>\n

Auf lokaler Ebene kommunizieren \u201eProsumer-Agenten\u201c mit den angeschlossenen Erzeugern- (in gr\u00fcnen Kreisen) Speichern- (blaue Kreise) und Verbrauchern- (rote Kreise) elektrischer Energie und \u00fcbermitteln ihre Parameter an einen \u201eHousekeeper-Agenten\u201c. Dieser versucht zun\u00e4chst einen lokalen Ausgleich zu erzielen. Die \u00fcbersch\u00fcssige- bzw.<\/abbr> fehlende Energie verkauft bzw.<\/abbr> erwirbt er dann auf einem lokalen Marktplatz. Siehe hierzu die folgende Illustration:<\/p>\n

\"Agentensystem_Linnenberg_Bild2\"<\/div>\n

 <\/p>\n

In dieser sind neben den Housekeepern auch die M\u00e4rkte sowie deren hierarchische Struktur erkennbar. Die Struktur orientiert sich dabei an den Netzebenen, wie sie im heutigen Stromnetz \u00fcblich sind. Die Icons \u201eM\u00e4nnchen mit Chart-Kuve\u201c und \u201eMann auf Drahtseil\u201c repr\u00e4sentieren den \u201eOracle-Agenten\u201c und den \u201eBalancing-Agenten\u201c. Diese bem\u00fchen sich um die Stabilit\u00e4t des Netzes. Die Geldscheine und M\u00fcnzen repr\u00e4sentieren ein grundlegendes Abrechnugnssystem, welches bei der Auswertung der Vorg\u00e4nge im Netz unterst\u00fctzt. Ist es auf einem lokalen Marktplatz nicht m\u00f6glich alle Housekeeper zu befriedigen werden die \u00fcbersch\u00fcssigen, bzw.<\/abbr> fehlenden Energiemengen aggregiert und durch einen \u201eAmbassador-Agenten\u201c auf der n\u00e4chst h\u00f6heren Marktebene gehandelt.<\/p>\n

Bearbeitet durch: Dipl.-Ing.<\/abbr> Tobias Linnenberg<\/a>, Dipl.-Ing.<\/abbr> Erik Wassermann, <\/a>M.Sc.<\/abbr> Sebastian T\u00f6rsleff<\/a><\/p>\n<\/div>\n

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\"Kennzeichen<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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