Resiliente Überwachung und Steuerung Digitale Zwillinge mit einer Echtzeitanbindung an Fernwirktechnik in Kombination mit Automatisierung und Virtualisierung ermöglichen eine schnellere Antizipation und ein verbessertes Ausschöpfen von Flexibilitäten. Zusammen mit einer Echtzeitvertrauenserhebung kann so ein resilienterer Betrieb komplexer cyber-physischer Energieversorgungssysteme erreicht werden. Daran forscht die Gruppe „Resiliente Überwachung und Steuerung“ des OFFIS.
Im Energiesektor hat ein tiefgreifender Paradigmenwechsel begonnen – verursacht vor allem durch die weitgehende Integration verteilter Energieressourcen, der Liberalisierung der Energiemärkte und die Veränderung der Rollen der Akteure, z.B. zu Prosumern. Um Energiesysteme weiterhin überwachen und steuern zu können, werden sie immer stärker mit Informations- und Kommunikationstechnologien sowie Automatisierungstechnologien durchdrungen. Dies erhöht allerdings ebenfalls die Komplexität des Systems und macht es angreifbarer durch Cyberangriffe.
Der resiliente Betrieb eines solchen sich umformendes, dezentralisierten und dynamischen Energiesystems hängt in hohem Maße davon ab, das System möglichst akkurat und in Echtzeit abbilden zu können, um somit Ereignisse möglichst früh antizipieren und vorhandene Flexibilitäten ausschöpfen zu können. Eine solche digitale Abbildung, auch digitaler Zwilling genannt, basiert dabei auf den Daten, die mit Hilfe der Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) gesammelt werden.
Eine Schlüsselherausforderung besteht dabei darin, ein sinnvolles Verständnis der gesammelten Informationen abzuleiten, z.B. in Form von Modellen oder der Ereignisidentifikation, sodass diese für die Antizipation und den resilienten Betrieb des Systems genutzt werden können. Dieser Vision folgend, sind die Schlüsselthemen der Gruppe "Resiliente Überwachung und Steuerung“ (Resilient Monitoring and Control – ROC):
- Digitale Zwillinge: Wie lassen sich Digitale Zwillinge im operativen Alltag eines Energiesystems einbringen, um auch in Zukunft eine ressourcenschonende und resiliente Energieversorgung sicherzustellen?
- Trust: Wie lässt sich die Vertrauenswürdigkeit von Komponenten, Daten und Services in cyber-physischen Systemen bewerten, um eine bessere Vorhersage von Ereignissen und Entscheidungsfindung zu ermöglichen?
- NextGen Grid Control: Wie können Netzleitsysteme konzipiert werden, so dass die Herausforderungen der cyber-physischen Energiesysteme adressiert werden und neue Funktionalitäten entwickelt und zweckorientiert in HMIs eingebunden werden?
Abbildung 1: Neue, innovative Systemarchitektur zur Überwachung und Steuerung komplexer cyber-physischer Systeme.
Zusammen zielt die Forschung in den genannten Schlüsselthemen auf eine neue, innovative Systemarchitektur ab, um komplexe cyber-physische Systeme resilient überwachen und steuern zu können. Dabei werden etablierte Standards aus der Domäne, wie z.B. das Common Information Model (CIM), mit etablierten Standards aus anderen Domänen, wie z.B. MQTT, und neuen Konzepten, wie eine Vertrauenserhebung und hierarchisch verschachtelte digitale Zwillinge, kombiniert zu einem modularen, hochgradig flexiblen und resilienten System.
Forschungsthemen
Digitale Zwillinge
Ein digitaler Zwilling (digital twin) ist eine dynamische virtuelle Kopie eines real existierenden Systems. Sie sind vielseitig einsetzbar und ermöglichen je nach Anwendung eine effektivere Entwicklung, Analyse oder Führung des dargestellten Systems. Ursprünglich aus dem Product-Lifecycle-Management kommend, erschließen Digitale Zwillinge jedoch auch im Energiebereich diverse neue Anwendungen. Erfahren Sie mehr…
Trust
Trust ist ein subjektives, kontextabhängiges und multivariates Empfinden gegenüber einer Entität bezüglich diverser Aspekte. Es sorgt für eine weitreichendere Überwachung von Komponenten, Daten und Diensten. Dadurch bietet Trust neue Möglichkeiten der Erfassung komplexer Ereignisse und darauf aufbauend der Entscheidungsfindung. Erfahren Sie mehr...
NextGen Grid Control
Steigende Volatilität und Komplexität in Energiesystemen erfordern neue Konzepte und Systemarchitekturen um Energiesysteme effizient überwachen und steuern zu können. NextGen Grid Control stellt eine offene, zukunftsorientiere, flexible und echtzeitfähige Plattform zu diesem Zwecke dar. Erfahren Sie mehr…
Grid Control Labor
Steigende Komplexität in multimodalen dezentralen Energiesystemen fordern neue und adaptive Konzepte für die Überwachung und Steuerung. Das Grid Control Labor bietet eine Forschungs- und Entwicklungsplattform, mit der neue Systeme für einen zukunftsweisenden Betrieb von Energiesystemen entwickelt und getestet werden können. Erfahren Sie mehr…
Personen 
B
Dr. rer. nat. Michael Brand
E-Mail: Michael.Brand(at)offis.de, Telefon: +49 441 9722-144, Raum: E84a
H
L
N
W
Projekte
A
Alpha Ventus
Data-Warehouse-System für die Messdaten des Offshore Windparks alpha ventus
Laufzeit: 2007 - 2015C
D
D-Flex
Dezentral und zentral gesteuertes Energiemanagement auf Verteilnetzebene zur Systemintegration erneuerbarer Energien
Laufzeit: 2013 - 2015 E
EnerGeoPlan
Regelbasierte, räumliche Optimierung von regenerativen Energieanlagen und Verbrauchern
Laufzeit: 2011 - 2013 ERIGrid
European Research Infrastructure supporting Smart Grid Systems Technology Development, Validation and Roll Out
Laufzeit: 2015 - 2020 Publikationen
2025
Resilience Monitoring for the Digitalisation of the Energy Transition (ReMoDigital)
Bert Droste-Franke and Gabriele Fohr and Davy van Doren and Markus Voge and Moritz Bergfeld and Urte Brand-Daniels and Karen Derendorf and Marc Dziakowski and Hans Christian Gils and Ghinwa Harb and Gandhi Pragada and Tudor Mocanu and Sophie Nägele and Henrik Netz and Martin Plener and Angelika Schulz and Henning Wigger and Madhura Yeligeti and Michael Brand and Batoul Hage Hassan and Anand Narayan and Sigrid Prehofer; January / 2025
2024
Applying Trust for Operational States of ICT-Enabled Power Grid Services
Michael Brand, Anand Narayan, Sebastian Lehnhoff; April / 2024
Modelling the propagation of properties across services in cyber-physical energy systems
Anand Narayan, Michael Brand, Nils Huxoll, Batoul Hage Hassan, Sebastian Lehnhoff ; March / 2024
Poster Abstract: A Digital Twin Platform Applied to Hydrogen Electrolyzers
AMIT KUMAR SINGH, JELKE WIBBEKE, AMIN RAEISZADEH, NILS HUXOLL, MICHAEL BRAND; DACH+ Conference on Energy Informatics 2024; October / 2024
Resilience Quantification of Interdependent Power and ICT Systems using Operational State Classification
Anand Narayan; July / 2024
2023
ASSESS – Anomaliesensitive State Estimation mit Streaming Systemen in Smart Grids
Michael Brand; December / 2023
Assess: anomaly sensitive state estimation with streaming systems
Brand, Michael and Engel, Dominik and Lehnhoff, Sebastian; Energy Informatics; 2023
Demo Abstract: IT Platform for Provision of Ancillary Services from Distributed Energy Resources
Payam Teimourzadeh Baboli, Amin Raeiszadeh, Michael Brand, and Sebastian Lehnhoff; DACH+ Conference on Energy Informatics, Vienna, Austria; 2023
Impact of ICT Latency, Data Loss and Data Corruption on Active Distribution Network Control
Klaes, Marcel and Zwartscholten, Jannik and Narayan, Anand and Lehnhoff, Sebastian and Rehtanz, Christian; IEEE Access; 2023
Poster Abstract: Algorithms for Condition Monitoring of Complex Power Electronic Systems in Photovoltaics
Loeffler, Dominik; Abstracts of the 12th DACH+ Conference on Energy Informatics 2023; October / 2023
