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Projekt
Raum-Zeit-parallele Simulation multimodale Energiesystemen
Fachliche Zuordnung
Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
Förderung
Förderung von 2021 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450829162
Bei modernen Energiesystemen handelt es sich um multimodale Systeme, die Strom-, Gas- und Wärmenetze umfassen und in denen eine optimale Nutzung aller verfügbaren Energieformen und Speicherkapazitäten angestrebt wird. Die Verteilungseigenschaften neuer Ressourcen (Erzeugung und Speicherung) und die Integration von flexiblen Lasten erfordern dabei eine reaktionsschnelle Regelung, die verteilte Überwachungs- und Steuerungsaufgaben mit sich bringen wird. Für die Sicherstellung der optimalen Koordination der Komponenten ist daher ein steigender Einsatz von ICT-Technologien vorgesehen. Dabei werden die Wechselwirkungen zwischen kontinuierlicher Dynamik und diskreten Ereignissen aufgrund der zunehmenden Anzahl steuerbarer Geräte (z.B. leistungselektronischer Umrichter) und der Verwendung vernetzter Steuerungen immer relevanter. Darüber hinaus hängen heutige Energiesysteme wesentlich vom Wettbewerb auf den Energiemärkten ab. Moderne Energiesysteme können daher als komplexe Systeme eingestuft werden, bei denen sich vielfältige Fragestellungen hinsichtlich der zukünftigen Systemeigenschaften ergebenDie Komplexität moderner Energiesysteme stellt deren Planung, Entwurf und Betrieb vor erhebliche Herausforderungen. Die bereits vom SPP 1984 unterstützten Projekte stellen neue Ansätze für die Analyse, Steuerung, Modellierung und Stabilitätsbewertung von hybriden und multimodalen Energiesystemen vor. Während viele der finanzierten Projekte Simulationswerkzeuge lediglich verwenden, konzentriert sich keines der bestehenden Projekte auf die Neuentwicklung von Simulationsmethoden für multimodale EnergiesystemeDas Ziel dieses Projekts besteht darin, ´Raum-Zeit-parallele´-Methoden zur Simulation multimodaler Energiesysteme zu entwickeln und anzuwenden, um eine Lösungsperformance schneller als in Echtzeit zu erzielen. Die Verwendung von ´Raum-Zeit-parallelen´-Methoden scheint dabei für die räumlich und zeitlich verteilte Natur multimodaler Energienetze gut geeignet zu seinWir haben bereits gezeigt, dass wir mit ´Raum-parallelen´-Methoden und den Einsatz von FPGAs (Field-Programmable Gate Array) auch für große Energiesysteme eine Lösung in Echtzeit (mit einem Zeitschritt von 100 ns) erzielen können. Im Rahmen multimodaler Energienetze können wir erwarten, dass wir diese mit ´Raum-parallelen´-Methoden 10-100-mal schneller als in Echtzeit berechnen können, vorausgesetzt, die schnellste interessierende Dynamik liegt im Millisekunden-Bereich. Dies reicht jedoch nicht aus, um die Analyse und den Entwurf multimodaler Energiesysteme mit einem sehr langem Szenariohorizont zu ermöglichen. Simulationen mit einem Zeithorizont von einem Monat erfordern so zum Beispiel in etwa einen Arbeitstag. Wir gehen davon aus, dass die anvisierten ´Zeit-parallelen´-Methoden eine zusätzliche 50-100-fache Rechenzeitbeschleunigung ermöglichen. Die Kombination beider Techniken soll daher in einem Tool realisiert werden, das entsprechend den Entwurf und die Analyse multimodaler Netze ermöglicht.
DFG-Verfahren
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