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Demonstrating Demand Side
Management in Micro-Grids
Armin Steudte
Anwendungen 2 im SS 2012
[11]
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Agenda
Vision
A Serious Game on Micro-Grids
Konzept
Schichtenarchitektur
Related Work
HOMER
GridLAB-D
Green City
Vergleich
Zusammenfassung
2 Demonstrating DSM in Micro-Grids 26.04.2012
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Agenda
Vision
A Serious Game on Micro-Grids
Konzept
Schichtenarchitektur
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HOMER
GridLAB-D
Green City
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Zusammenfassung
3 Demonstrating DSM in Micro-Grids 26.04.2012
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Vision: A Serious Game on Micro-Grids
Demonstrating DSM in Micro-Grids
4
Interaktive Spiel-, Lern- und Simulationsumgebung
Primärziele:
Funktionsweise von Micro-Grids vermitteln
Micro-Grids als Weg zum Smart Grid aufzeigen
Den Einfluss von Demand Side Management erfahrbar machen
Bedeutung intelligenter Haushaltsgeräte hervorheben
Sekundärziele:
Complex Event Processing (CEP) weiterentwickeln in Richtung Uncertain Events und Predictive CEP
Simulation und reale Interaktion verbinden
Zielgruppe:
Schüler
Studenten
26.04.2012
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Vision: Konzept
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 5
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Vision: Funktionsebenen
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 6
Demand Side Management
Planning
Complex Event Processing Predictive Analytics
Message Oriented Middleware
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Agenda
Vision
A Serious Game on Micro-Grids
Konzept
Schichtenarchitektur
Related Work
HOMER
GridLAB-D
Green City
Vergleich
Zusammenfassung
7 Demonstrating DSM in Micro-Grids 26.04.2012
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Related Work: Smart Grid Simulation
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 8
Wirtschaftlichkeitsanalyse HOMER [1,2,3,4]
Multiagenten Simulation
GridLAB-D [5,6,7]
Simulationsframework Mosaik [8]
GridLAB-D [5,6,7]
Serious Game
GreenCity [10]
Experimental Investigation Smart Grid Simulation Using Small-scale Pilot
Installations [9]
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Agenda
Vision
A Serious Game on Micro-Grids
Konzept
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HOMER
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Green City
Vergleich
Zusammenfassung
9 Demonstrating DSM in Micro-Grids 26.04.2012
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Related Work: HOMER [1,2,3,4]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 10
Peter Lilienthal, Ph.D. Tom Lambert Paul Gilman
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Related Work: HOMER [1,2,3,4]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 11
Ziele
Evaluierung unterschiedlicher Netzentwürfe
Kostenoptimierung, -minimierung
Betrachtung von Randbedingungen (Wind- /
Sonnenverhältnisse, Kraftstoffpreise, …)
Besonderheiten
Keine Betrachtung des Stromnetzes
Zeitliche Skala: pro Stunde
Simulationsdauer: ein Jahr
Simulationsziel: Hochrechnung der „Lifetime-costs“
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Related Work: HOMER [1,2,3,4]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 12
[1]
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Related Work: HOMER [1,2,3,4]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 13
[3]
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Related Work: HOMER [1,2,3,4]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 14
Bewertung
Hybrid Systems unterstützt
Micro-Grids unterstützt (Connected / Island Mode)
Gute Ergebnisvisualisierung
Unterstützung bei der Anpassung von Parametern
Modelle und Kontrollstrategien vorgegeben
Zeitliche Auflösung sehr grob
Feste Simulationsdauer
Festes Szenario pro Simulationslauf
techn. Darstellung der Netzstruktur
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Agenda
Vision
A Serious Game on Micro-Grids
Konzept
Schichtenarchitektur
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GridLAB-D
Green City
Vergleich
Zusammenfassung
15 Demonstrating DSM in Micro-Grids 26.04.2012
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Related Work: GridLAB-D [5,6,7]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 16
David P. Chassin Kevin P. Schneider
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Related Work: GridLAB-D [5,6,7]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 17
Ziele Bereitstellung und Entwicklung von Simulationsmodellen
Modelle für verschiedenste Anwendungsgebiete
Anbindung von Analyse und Datenmanagement Tools
Einfache Integration der Modelle und Tools
Besonderheiten Open Source
Modularer Aufbau => Entwicklung eigener Module/Modelle möglich
Vielzahl an existierenden Modellen vorhanden
Umfasst viele Anwendungsgebiete: Load Management
Wirtschaftlichkeitsanalyse von Tarifmodellen
Automatisierung und Planung verteilter Energiequellen
U.v.m
Skalierbarkeit
Technik: agenten- und informationsbasiert
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Related Work: GridLAB-D [5,6,7]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 18
Bewertung
Open Source
Ausführliche Dokumentation (Source Code und Tutorials)
Online Kursangebot
Große Verbreitung
Unterstützt die Entwicklung eigener Module
Großer Funktionsumfang
unübersichtlich
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Agenda
Vision
A Serious Game on Micro-Grids
Konzept
Schichtenarchitektur
Related Work
HOMER
GridLAB-D
Green City
Vergleich
Zusammenfassung
19 Demonstrating DSM in Micro-Grids 26.04.2012
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Related Work: Green City [10]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 20
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Related Work: Green City [10]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 21
Educational Game
Ziel: Vermittlung von Wissen über erneuerbare Energien
Basiert auf Sim City Societies
10 Unterrichtseinheiten
Pro Einheit jeweils eine Anleitung und Fragestellung
[10]
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Related Work: Green City [10]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 22
Bewertung
Verwandte Grundidee zu meiner Vision
Vorgefertigte Szenarien/Lektionen
Smart / Micro-Grids nicht berücksichtigt
Keine Verbindung zur realen Welt
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Agenda
Vision
A Serious Game on Micro-Grids
Konzept
Schichtenarchitektur
Related Work
HOMER
GridLAB-D
Green City
Vergleich
Zusammenfassung
23 Demonstrating DSM in Micro-Grids 26.04.2012
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Vergleich: Feature Matrix
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 24
Wirtschaftliche Betrachtung
Demand Side Management
Nutzung von Agenten
Interaktivität Erweiterbarkeit Verbindung zur realen Welt
HOMER ✔ - - - ✔ -
GridLAB-D ✔ - ✔ - ✔ -
Mosaik - - - - ✔ -
Small-scale Pilot Installations
- - - ✔ ✔ ✔
Green City - - - ✔ - -
Eigene Lösung - ✔ - ✔ ✔ ✔
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Agenda
Vision
A Serious Game on Micro-Grids
Konzept
Schichtenarchitektur
Ereignisfluss
Related Work
HOMER
GridLAB-D
Green City
Vergleich
Zusammenfassung
25 Demonstrating DSM in Micro-Grids 26.04.2012
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Zusammenfassung
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 26
Alleinstellungsmerkmale
Fachlichkeit:
Micro-Grids
Demand Side Management (DSM) in Micro-Grids
Technik:
Messaging für die Kommunikation in Smart Grids
Complex Event Processing zur Realisierung von DSM
Predictive Analytics für vorausschauendes DSM
Integration realer Endgeräte in eine Simulation
Serious Game:
Interaktive Lernumgebung
Kooperatives Experimentieren
Virtuelle Experimente mit realen Auswirkungen
Anreize durch den Einsatz von Spielemechanik
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Quellen
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 27
Paper [1] „Getting started guide for homer version 2.1” P. Lilienthal und T. Lamber und P.
Gilma NREL, 2005
[2] „Using HOMER Software, NREL’s Micropower Optimization Model, to Explore the Role of Gen-sets in Small Solar Power Systems” T. Givler und P. Lilienthal NREL, 2005
[3] „Micropower system modeling with HOMER” T. Lambert und P. Gilman und P. Lilienthal Kapitel 15, S. 379–418, John Wiley & Sons, 2006
[4] „IPSYS – A simulation tool for performance assessment and controller development of integrated power systems distributed renewable energy generated and storage” H. W. Bindner und O. Gehrke und P. Lundsanger und J. C. Hansen Risø National Laboratory, 2004
[5] „GridLAB-D: An opensource power systems modeling and simulation environment” D. P. Chassin und K. Schneider und C. Gerkensmeyer 2008 IEEEPES Transmission and Distribution Conference and Exposition, S. 1–5, 2008
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Quellen
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 28
Paper [6] „Simulating demand participation in market operations” D. P. Chassin und S. E.
Widergren
Power Energy Society General Meeting 2009 PES 09 IEEE, IEEE, S. 1-5, 2009
[7] „Distribution power flow for smart grid technologies” K. P. Schneider und D. P.
Chassin und Y. Chen und J. C. Fuller
2009 IEEEPES Power Systems Conference and Exposition, IEEE, S. 1-7, 2009
[8] „Mosaik: A Framework for Modular Simulation of Active Components in Smart
grids” S. Schütte und S. Scherfke und M. Tröschel
IEEE SmartGridComm (1st Int. Workshop on Smart Grid Modeling & Simulation),
IEEE, 2011
[9] „Smart grid simulation using small-scale pilot installations. – experimental
investigation of a centrally-controlled microgrid” D. Stimoniaris und D. Tsiamitros
und T. Kottas und N. Asimopoulos
PowerTech, 2011 IEEE Trondheim, IEEE, 2011
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Quellen
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 29
Web [10] „Green City” http://alternativeenergycom.ning.com/notes/greencity
[11] „AEG Power Solutions” http://www.aegps.com/de/ees/data-it/micro-grid/
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 30
Fragen?
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Related Work: IPSYS
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 31
IPSYS
Henrik W. Bindner Oliver Gehrke
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Related Work: Smart Grid City
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 32
Simulation of a Smart Grid
City with Software Agents
Stamatis Karnouskos Thiago Nass de Holande
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Vision: Ereignisfluss
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 33
Event Storage CEP
Predictive
Analytics
Planing
Event
Source
Event
Sink
Event
Uncertain Event
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Related Work: Mosaik [8]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 34
Steffen Schütte Stefan Scherfke Martin Tröschel
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Related Work: Mosaik [8]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 35
Ziele
Automatische Modellintegration
Existierende heterogene Modelle
Smart Grid Komponenten
Framework
Semantische Beschreibung der Modelle
Bereitstellung von Metamodellen
Standardisierung von Kommunikationsschnittstellen
Entwicklung einer Schichtenarchitektur zur automatischen
Komposition
Technik: Xtext, Python Generator, XML/RPC
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Related Work: Mosaik [8]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 36
Bewertung
Interessanter Ansatz
Geeignet zur MA-Ergänzung
Fokus von Mosaik nur Randgebiet meiner Arbeit
Frühe Entwicklungsphase
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Related Work: Small-scale Pilot Installations [9]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 37
Dimitrios Stimoniaris Dimitrios Tsiamitros Theodoros Kottas
Nikolaos Asimopoulos Evangelos Dialynas
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Related Work: Small-scale Pilot Installations [9]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 38
Ziele
Vergleich von Micro-Grid Architekturen
Beobachtung des Lastverhaltens
Ableitung einer Architekturempfehlung (für kleine und
große Micro-Grid-Installationen)
Betrachtung aus elektrotechnischer Sicht
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Related Work: Small-scale Pilot Installations [9]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 39
Getrennte Stromkreise für Gleich- und Wechselstrom
Wurde realisiert und gemessen
Smart Integration Modul (SIM) Lastausgleich zwischen Stromkreisen (Kommunikationseinheit)
Wechselrichter
Steuerung
Entscheidung über Connected / Island Mode
[9]
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Related Work: Small-scale Pilot Installations [9]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 40
Nur Wechselstrom
Special Control Units (SCUs)
Lastmessung
Kommunikation mit anderen SCUs
Entscheidungsfindung
Nachteil: Endverbraucher benötigen Inverter
Vorteil: SCUs günstiger als SIMs
[9]
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Related Work: Small-scale Pilot Installations [9]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 41
Testnetz Verbraucher:
Kühlschrank 90 Watt
4 Leuchtstoffröhren 144 Watt
12 Lampen 1400 Watt
Elektromotor 1000 Watt
Produzenten: Photovoltaik 2150 Watt
14x FLA Batterien 600 Wh (300 Ah, 2 Volt)
Ergebnisse SIM-Topologie ermöglicht schnelle Spannungsregelung und
Leistungsanpassung
Energieverbrauch > -produktion => Abschaltung aller Verbraucher
Ungünstige Batterieladezyklen
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Related Work: Small-scale Pilot Installations [9]
26.04.2012 Demonstrating DSM in Micro-Grids 42
Bewertung
Praktisch erfahrbar, anschaulich
Gesicherte Ergebnisse
Größe des Netzes physikalisch beschränkt
Keine Planung (nur reaktiv, kein Demand Side
Management)
Keine intelligenten Endgeräte