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DFG project G:(GEPRIS)432169785
REDeFiNE -- Reflex-basierte, verteilte Frequenzregelung für Stromnetze
| Coordinator | Professor Dr.-Ing. Antonello Monti ; Professor Dr.-Ing. Klaus Wehrle |
| Grant period | 2019 - 2025 |
| Funding body | Deutsche Forschungsgemeinschaft |
| DFG | |
| Identifier | G:(GEPRIS)432169785 |
⇧ SPP 1914: Cyber-Physical Networking (CPN) ⇧
Note: In der ersten Phase des SPP wurden wichtige Fortschritte zur engen Verzahnung von Regelung und Kommunikation erzielt. Ein hoch-relevanter Anwendungsbereich, der zwar von der SPP-Initiative anvisiert, aber bisher in keinem Projekt untersucht wurde, ist die Regelung von Smart Grids. Diese unterliegen einem dramatischen Wandel, der sich in den nächsten Jahrzehnten noch verstärken wird, wenn weitere träge Großkraftwerke durch eine Vielzahl kleiner, dynamischer Erzeuger ersetzt werden. Da von einem stabilen Stromnetz quasi sämtliche andere Infrastruktur abhängt, ist die Aufrechterhaltung der bewährten Stabilität der Frequenzregelung von höchster Bedeutung.Diese wird derzeit hierarchisch realisiert, mit einer lokalen Primärregelung (unabhängig von anderen Generatoren) und einer zentralen Sekundärregelung. Dieser Ansatz benötigt jedoch große träge Massen (die nur in verbrennungsbasierten Großkraftwerken vorhanden sind) und skaliert nicht mit einer Vielzahl an Kleinstkraftwerken. Wir streben daher eine flache verteilte Frequenzregelung an, in der jeder Erzeuger Teil eines verteilten Kontrollproblems ist. Es stellt sich somit die Frage, wie die Netzfrequenz aus den lokalen Frequenzmessungen einzelner Generatoren abgeleitet werden kann. Hierbei hilft der kürzlich veröffentlichte Ansatz "Frequency Divider". Jedoch ist auch hiermit eine vollständige Verteilung aufgrund von Skalierbarkeitsproblemen und Übertragungsverzögerungen ohne adäquate Unterstützung durch das Kommunikationssystem nicht realisierbar.Wir streben daher eine integrierte Kommunikations- und Regelungslösung an, bei der Teile des Kontrollproblems im Kommunikationssystem gelöst werden und Informationen, die typischerweise nur im Kommunikationssystem vorliegen auch im Regelungsprozess genutzt werden können. In-Netzwerk-Verarbeitung kann hierbei helfen, Frequenzabschätzungen ins Kommunikationssystem auszulagern, wodurch Netzwerkgeräte die lokalen Informationen der Generatoren in eine Frequenzabschätzung aggregieren.Obwohl dies die Skalierbarkeit erhöhen kann, unterliegen die ermittelten Werte doch gewisser Ungenauigkeiten, zudem verursachen Übertragungsverzögerungen nun zeitliche Unsicherheiten. Die enge Verzahnung von Kommunikation und Regelung ermöglicht nun die Nutzung von Wissen, das normalerweise nur dem Kommunikationssystem zur Verfügung steht, wie z. B. Pufferfüllstände und Verbindungsqualitäten. Hiermit können Verzögerungen abgeschätzt und Unsicherheiten reduziert werden. Dieses Forschungsvorhaben soll in enger Kooperation mit dem Partnerprojekt aDaptioN in den USA durchgeführt werden, das orthogonale Optimierungsansätze zur Frequenz- und Spannungsregelung untersucht. Wir erwarten von diesem Forschungsvorhaben einen fundamental neuen Beitrag zu einer stabilen Frequenzregelung für das zukünftige Stromnetz zu leisten.
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Dissertation / PhD Thesis/Book
Advanced harmonic stability monitoring and control of power-electronics dominated grids
Aachen : E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University, E.ON Energy Research Center 141, : 1. Auflage, 1 Online-Ressource : Illustrationen (2025) [10.18154/RWTH-2025-06020] = Dissertation, RWTH Aachen University, 2024
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Distributed Model Predictive Frequency Control of Inverter-Based Power Systems
IEEE access 12, 53250-53265 (2024) [10.1109/ACCESS.2024.3387369]
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Load Bus Frequency Estimation in Converter-Driven Grids - A Dynamic Phasor Approach
IEEE transactions on power systems 39(3), 5338-5351 (2023) [10.1109/TPWRS.2023.3334194]
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Contribution to a book/Contribution to a conference proceedings
Distributed Frequency Divider-based Model Predictive Control for Frequency Control of Multi-Area Power Systems
2023 IEEE International Conference on Communications, Control, and Computing Technologies for Smart Grids (SmartGridComm) : [Proceedings]
2023 IEEE International Conference on Communications, Control, and Computing Technologies for Smart Grids, SmartGridComm, GlasgowGlasgow, UK, 31 Oct 2023 - 3 Nov 2023
IEEE (2023) [10.1109/SmartGridComm57358.2023.10333904]
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Contribution to a book/Contribution to a conference proceedings
Delay-aware Model Predictive Control for Fast Frequency Control
2023 IEEE International Conference on Communications, Control, and Computing Technologies for Smart Grids (SmartGridComm) : proceedings : Glasgow, Great Britain, 31 October-3 November 2023 / IEEE, [IEEE ComSoc - IEEE Communications Society]
2023 IEEE International Conference on Communications, Control, and Computing Technologies for Smart Grids, SmartGridComm, GlasgowGlasgow, UK, 31 Oct 2023 - 3 Nov 2023
Piscataway, NJ : IEEE (2023) [10.1109/SmartGridComm57358.2023.10333921]
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Journal Article
Centralized Model Predictive Control for Transient Frequency Control in Islanded Inverter-Based Microgrids
IEEE transactions on power systems 38(3), 2641-2652 (2022) [10.1109/TPWRS.2022.3189958]
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