Verbundvorhaben: STROM - 5G basierte Steuerungen für intelligente Batteriesysteme in modernen Stromnetzen

Abstract

Im Projekt wurde die Steuerung und Überwachung verteilter Batteriespeicher durch die Integration moderner Informations- und Kommunikationstechnologien modernisiert. Dazu wurde ein durchgängig echtzeitfähiges Steuerungs- und Kommunikationssystem entwickelt, das auf 5G-Mobilfunk, Cloud-Infrastrukturen und intelligenter Sensorik basiert. Durch die Kombination aus GPS-Zeitsynchronisation und 5G-Kommunikation konnten räumlich verteilte Batteriespeichersysteme präzise koordiniert betrieben werden, insbesondere für netzdienliche Funktionen wie Frequenz- und Phasenregelung sowie Schwarzstart, wobei unerwünschte Ausgleichsströme bei Netzaufbau und Fehlerereignissen reduziert wurden. Als zentrale Plattform wurde die Cloud des National 5G Energy Hub (N5GEH) eingebunden, über die hochaufgelöste Betriebs- und Zustandsdaten (u.a. Strom, Spannung, Temperatur, Batteriezustand) erfasst, gespeichert, analysiert und für übergeordnete Steuerungsfunktionen bereitgestellt wurden, während sicherheitskritische Funktionen weiterhin in der lokalen Anlagensteuerung verblieben. Ergänzend wurden digitale Zwillinge zur Simulation, Überwachung und vorausschauenden Instandhaltung umgesetzt sowie Sicherheits- und Ausfallkonzepte (u.a. Verschlüsselung, Redundanz und Notfallstrategien) erarbeitet. Die entwickelten Technologien wurden abschließend in einem Demonstratorsystem unter realen Bedingungen integriert, getestet und validiert. In the project, the control and monitoring of distributed battery energy storage systems were modernized by integrating advanced information and communication technologies. To this end, a fully real-time-capable control and communication system was developed based on 5G mobile networks, cloud infrastructures, and intelligent sensing. By combining GPS time synchronization with 5G communication, geographically distributed battery storage systems could be operated in a precisely coordinated manner, in particular for grid-supporting functions such as frequency and phase control as well as black-start capability, while reducing unwanted circulating currents during grid restoration and fault events. The cloud platform of the National 5G Energy Hub (N5GEH) was integrated as the central platform, enabling high-resolution operational and condition data (e.g., current, voltage, temperature, battery state) to be acquired, stored, analyzed, and made available for higher-level control functions, while safety-critical functions remained within the local plant control system. In addition, digital twins were implemented for simulation, monitoring, and predictive maintenance, and security and failover concepts (including encryption, redundancy, and contingency strategies) were developed. Finally, the developed technologies were integrated, tested, and validated under real operating conditions in a demonstrator system.