Das Kopernikus-Projekt ENSURE verfolgt mit einem ganzheitlichen Ansatz das Ziel, neue Energienetzstrukturen für die Energiewende zu erforschen und bereitzustellen. Hierfür wird eine umfassende Energiesystemoptimierung unter Berücksichtigung aller relevanten Energieträger vorgenommen. Dabei wird als wichtigstes Hauptziel geklärt, wie zentrale und dezentrale Energieversorgungselemente im Gesamtsystem ausgestaltet sein müssen. Als zweites Hauptziel erfolgt die praktische Umsetzung der entwickelten systemischen Konzepte und die Erprobung neuer Technologien in einem großtechnischen Demonstrationsprojekt.

Im Februar 2020 startete die zweite Phase des BMBF geförderten Projektes Kopernikus ENSURE. Die Ergebnisse der grundlagenorientierten Forschung aus Phase I werden in Phase II nun weiterentwickelt, konzeptioniert und sukzessive umgesetzt.

Als Beitrag hierzu entwickelt der Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme der FAU mit verschiedenen Partnern eine hard- und softwarebasierte Evaluationsumgebung. Das übergeordnete Ziel dieser Plattform ist die Verknüpfung einzelner Arbeiten zu einem technischen Gesamtkonzept und deren Analyse. Die Testplattform ermöglicht es, verschiedenen Partnern in gemeinsamen Co‐Simulationen ihre Anwendungsfälle im Gesamtsystem zu untersuchen. Dies erlaubt Rückschlüsse auf die Interoperabilität neuer Technologien und die Vorbereitung von Demonstrator‐ und Feldtests. Notwendiges Werkzeug zum Aufbau der Evaluationsumgebung sind In‐the‐loop Co‐Simulationen, um eine gemeinsamen Plattform betreiben zu können.

Die Basis für viele Untersuchungen sind gemeinsame Netzmodelle, welche ebenfalls unter Beteiligung des Lehrstuhls für Elektrische Energiesysteme entwickelt werden. Über eine verteilte Echtzeitsimulation wird ermöglicht, Reallabore in die Evaluationsumgebung einzubinden, beispielsweise um Regelalgorithmen zu erproben und anhand der realen Systemantwort weiterzuentwickeln. Folgende Abbildung zeigt den Aufbau der Evaluationsplattform und die Plattform betreibenden Partner.

Ein weiteres Teilgebiet des Lehrstuhls für Elektrische Energiesysteme der FAU umfasst die Konzeptionierung und Pilotierung eines hoch flexiblen Assistenzsystems zur automatisierten und adaptiven Schutzkonzepterstellung. Aufgrund der ambitionierten Ziele der Deutschen Bundesregierung den CO2 Ausstoß drastisch zu reduzieren, Kohle- und Nuklearkraftwerke abzuschalten, sowie die Anzahl an Erneuerbaren Energien stetig zu steigern, unterliegen die elektrischen Übertragungs- und Verteilnetze starken strukturellen Veränderungen. Dies hat zur Folge, dass auch die Einspeise- und Fehlersituationen sich verändern und immer komplexer zu beherrschen sind. In der heutigen Praxis werden Netzschutzkonzepte von Experten auf Basis langjähriger Erfahrungswerte und unter fragmentarischer Zuhilfenahme von digitalen Werkzeugen einmalig erstellt und danach nur noch selten angepasst. Die Erstellung besteht aus der Auswahl der Schutzfunktionen und der Schutzalgorithmen sowie der Berechnung der Schutzparameter in enger Koordination mit der vorliegenden Netzstruktur. Trotz der zukünftig zunehmenden Komplexität haben sich die Methoden der Schutzkonzepterstellung bisher kaum fortentwickelt. Das in diesem Projekt zusammen mit der Siemens AG und der Technischen Universität Ilmenau entwickelte Assistenzsystem (Pro-Toc = Protection Toolchain) besteht aus verschiedenen Bausteinen und Werkzeugen, die flexibel miteinander kombiniert werden können. So entsteht eine automatisierte Werkzeugkette, die abhängig der aktuellen Netzstruktur, des Netzzustandes, angeschlossenen Erzeugungsanlagen und weiterer Kriterien das optimale Schutzkonzept vorab errechnet. Eine Übersicht des Aufbaues der Pro-Toc ist in den unten stehenden Abbildungen dargestellt. Nach Fertigstellung kann das sichere Schutzkonzept samt aller berechneten Werte exportiert und zurück in das digitale Abbild geladen werden. Außerdem sollen die Parameter dann auf die im Feld befindlichen adaptiven Schutzgeräte automatisiert übertragen werden.