Echtzeitsysteme Wie können Echtzeitsimulationen und -emulationen Netzbetreiber dabei unterstützen, den erfolgreichen Einsatz neuer Lösungen sicherzustellen?
Echtzeitsimulationsbasierte Analysen sind entscheidend für die Weiterentwicklung intelligenter Energiesysteme, da sie die Entwicklung und Validierung neuer Architekturen ermöglichen.
Unsere Forschung konzentriert sich auf die Frage: Wie kann die Echtzeitsimulation Netzbetreiber dabei unterstützen, den erfolgreichen Einsatz neuer Lösungen sicherzustellen? Durch die Nachbildung realistischer Verhaltensweisen von Energiesystemen in Laborumgebungen können Betreiber die Leistung und Zuverlässigkeit von Lösungen bewerten, ohne dabei Betriebsrisiken einzugehen.
Die Gruppe „Smart Grid Testing“ nutzt Echtzeitsimulationen, um Herausforderungen im Zusammenhang mit Skalierbarkeit, Reproduzierbarkeit, Wiederholbarkeit und Unsicherheiten in verschiedenen Anwendungsfällen zu bewältigen und so robuste, resiliente und modulare Lösungen sicherzustellen.
Hardware-in-the-loop simulation environment for Validation Distribution System Control Applications
[Source: Otte, M., Krüger, C., Das, P., Rohjans, S., Lehnhoff, S. (2025). Hardware-in-The-Loop-Based Validation of Distribution System Control Applications with Grid Operators, Customer and Market Participants. In: Jørgensen, B.N., Ma, Z.G., Wijaya, F.D., Irnawan, R., Sarjiya, S. (eds) Energy Informatics. EI.A 2024. Lecture Notes in Computer Science, vol 15271. Springer, Cham. doi.org/10.1007/978-3-031-74738-0_15]
Die Integration von Hardware in simulierte realistische Umgebungen ermöglicht es Forschenden, Szenarien aus der realen Welt nachzubilden. Eine der zentralen technischen Herausforderungen in diesem Bereich ist der Übergang von Offline- zu Echtzeitsimulationen.
Das Automationslabor bietet eine realistische Umgebung, die sowohl simulierte als auch reale Elemente integriert und diesen Übergang effektiv unterstützt. Beispielsweise liefert eine Offline-Simulation von Stromnetzen eine konzeptionelle Analyse von Energiesystemen, während Hardware-in-the-Loop-(HIL)-Tests die Leistung von Hardware und Software unter dynamischen Bedingungen sicherstellen. Eine Co-Simulationsplattform unterstützt zudem die Kopplung von Software und Hardware. Durch die Emulation von Kommunikationsverzögerungen und -fehlern können Ingenieure realistische Herausforderungen nachstellen und die Systemleistung optimieren.
Zusätzlich ermöglicht die Zusammenarbeit mit anderen Laboren geografisch verteilte Echtzeitsimulationen, wodurch Fachwissen und Anwendungen über verschiedene Bereiche hinweg erweitert werden.
Durch technologische Fortschritte und unsere Forschung liefern wir wertvolle Einblicke und Methoden für Netzbetreiber und Innovatoren, um die Lücke zwischen konzeptionellem Design und praktischer Umsetzung zu schließen.
Wichtige Projekte
Redispatch 3.0
Das Projekt Redispatch 3.0 zielt darauf ab, das koordinierte Engpassmanagement zwischen Verteilnetzbetreibern (DSOs) und Übertragungsnetzbetreibern (TSOs) zu verbessern, wobei die Flexibilitäten aus Niederspannungssystemen berücksichtigt werden. Im Rahmen dieses Projekts hat unsere Forschungsgruppe eine Hardware-in-the-Loop-Simulationsumgebung für die Validierung von Steuerungsanwendungen im Verteilnetz eingerichtet. Dieses Experiment-Setup bildet reale Energiesysteme ab, einschließlich zentraler Marktakteure wie TSO, DSO, Netzbetreiber, Messstellenbetreiber, Aggregatoren und Endverbraucher.
Das Experiment-Setup umfasst sowohl physische als auch virtuelle Geräte, um eine realistische Umgebung für Tests und Validierungen zu schaffen, darunter Fernsteuerungseinheiten (RTU), Energiemanagementsysteme, Smart-Meter-Gateways und steuerbare lokale Systeme (CLS). Mehrere Anwendungsfälle können in Echtzeit getestet und validiert werden, wie beispielsweise das Engpassmanagement in Niederspannungssystemen oder Aggregationsansätze zur Koordination von Flexibilitäten.
Industrieprojekt: Konzeptentwicklung und Tests
Unsere Forschungsgruppe bietet Beratungsdienstleistungen für Industriepartner an. Dazu gehört beispielsweise die Entwicklung von Konzeptentwürfen und die Durchführung von Echtzeittests zum Schutz der Systemintegrität mit Schwerpunkt auf Kommunikationsarchitekturen und -protokollen. Bereits in der Entwurfsphase führten wir Hardware-in-the-Loop-Tests mit generischen Industriegeräten durch, um Proof-of-Concept-Bewertungen durchzuführen. Dies umfasste den Vergleich der Kommunikationsleistung verschiedener Architekturen unter Verwendung der IEC-61850-Protokolle. Wir stellten Proof-of-Concept-Echtzeitvalidierungsergebnisse bereit, einschließlich funktionaler und nicht funktionaler Anforderungen für Geräte und Systeme, um detaillierte Ingenieursentwürfe in den nachfolgenden Phasen zu unterstützen.
Kontakt
Publikationen
- Hardware-in-The-Loop-Based Validation of Distribution System Control Applications with Grid Operators, Customer and Market Participants
- Conceptual design of Special Protection Scheme for Enhancing Renewable energy Integration
- Real-time Test Platform for Enabling Grid Service Virtualisation in Cyber Physical Energy System
Personen 
A
Sharaf Aldin Alsharif
E-Mail: sharaf.aldin.alsharif(at)offis.de, Telefon: +49 441 9722-748, Raum: Flx-E
K
Dr.-Ing. Jirapa Kamsamrong
E-Mail: jirapa.kamsamrong(at)offis.de, Telefon: +49 441 9722-233, Raum: E85
O
S
Projekte
C
E
ERIGrid 2.0
European Research Infrastructure supporting Smart Grid Systems Technology Development, Validation and Roll Out
Laufzeit: 2020 - 2024G
GIZ WB
Green Agenda - Decarbonization of the Electricity Sector in the Western Balkans
Laufzeit: 2024 - 2025I
i-Autonomous
Standardisierung und Integration modular-autonomer Automatisierungskomponenten in neuartige, intelligente Ortsnetzstationen
Laufzeit: 2019 - 2023 R
Publikationen
2025
A Comprehensive Toolbox for Evaluating Reactive Power Market Designs
Holly, Stefanie and Pechan, Anna and Schulte, Eike and Palovic, Martin and Buchmann, Marius; 2025 IEEE Kiel PowerTech; June / 2025
Aggregation and Disaggregation of Power Flexibility to Support Reinforcement Learning in Large-Scale Grid Management
Sharaf Alsharif; ACM SIGEnergy Energy Informatics Review, September Issue 3 2025; 09 / 2025
Aggregators in Power Systems: A Taxonomic Review and Analysis
Marcel Otte; Julia Köhlke; Sebastian Rohjans, Sebastian Lehnhoff; IEEE PES ISGT Europe 2025; 2025
Co-Simulation and MAS Approach for Assessment of Large-Scale Electrolysers Potential in Flexibility Markets
Sharaf Alsharif, Danila Valko, Jelke Wibbeke and Sebastian Lehnhoff; IEEE PowerTech 2025; 2025
Developing an ontology for co-simulation scenarios of energy systems
Schwarz, Jan Sören and Steinert, Alexandro and Fuentes Grau, Laura and Pan, Zhiyu and Schmurr, Philipp and Liu, Nan and Seiwerth, Corinna and Qussous, Ramiz and German, Reinhard and Hagenmeyer, Veit and Lehnhoff, Sebastian and Monti, Antonello and Nieße, Astrid and Weidlich, Anke and Hülk, Ludwig; 2nd Conference on Research Data Infrastructure (CoRDI) , Aachen, Germany, 26-28 August 2025 (Session 4. ES); August / 2025
Dynamic Optimization-based Method for Determining the Flexibility Potential at Vertical System Interconnections
Sharaf Alsharif, Danila Valko, Eric MSP Veith; CIRED 2025, 28th Conference and Exhibition on Electricity Distribution; 2025
Enhanced Validation Methods and Benchmark
Kamsamrong, J. and Widl, E. and Schwarz, J. S. and Heussen, K. and Raussi, P. and Arnold, G. and De Paola, A. and Feng, Z. and Werth, O. and Pham, M. C. and Tran, Q. T.; European Guide to Smart Energy System Testing: The ERIGrid 2.0 Approach for Evaluating Complex Smart Energy System Configurations; Dec / 2025
Extended Co-Simulation Approaches
Schwarz, J. S. and Widl, E. and Gehrke, O. and Heussen, K. and Fabian, R. and Kamsamrong, J.; European Guide to Smart Energy System Testing: The ERIGrid 2.0 Approach for Evaluating Complex Smart Energy System Configurations; Dec / 2025
From Start to Finish - A Process of Using Simulation Software in Energy Research Projects
Seiwerth, Corinna and Schwarz, Jan Sören and Fuentes Grau, Laura and Qussous, Ramiz and Schmurr, Philipp and Liu, Nan and Pan, Zhiyu and Steinert, Alexandro; Electronic Communications of the EASST; Dec / 2025
Load-shifting for cost, carbon, and grid benefits: A model-driven adaptive survey with German and Swiss households
Matteo Barsanti and Jan Sören Schwarz and Faten Ghali and Selin Yilmaz and Sebastian Lehnhoff and Claudia R. Binder; Energy Research & Social Science; 01 / 2025
