Digitale Zwillinge als Stabilitätsanker im Übertragungsnetz

Digitale Zwilling für den sicheren Betrieb elektrischer Übertragungsnetze

HyLITE entwickelte eine Digital-Twin-zentrische Leitstellenarchitektur und den Dynamic Digital Mirror (DDM) als Echtzeit-Abbild des Stromsystems zur verbesserten Betriebsführung, Stabilitätsanalyse und Schutzkoordination. Im Fokus standen AC/DC-Transportnetze mit HVDC-Kopplung, die Integration zentraler und dezentraler DDM-Instanzen (Leitwarte und intelligente Station), die Absicherung von Kommunikationsschnittstellen (IEC 61850, IEEE C37.118) sowie KI-basierte Verfahren zur Detektion cyber-physischer Anomalien. In Demonstratoren wurden Parametertuning, DSA-gestützte Betriebsoptimierung, WAMPAC/Remedial-Action-Schemes und IT-sichere Datenströme umgesetzt und in Testszenarien bewertet.

Das Fraunhofer IFF koordinierte das Projekt und baute eine intelligente Stations-Demonstrationsumgebung auf Basis von OPAL-RT und HYPERSIM auf. Entwickelt und umgesetzt wurden dezentrale und zentrale DDM-Instanzen mit Funktionen zur State-Estimation, Komponentenstatusdiagnose und Netzwerkparameterevaluation. Darüber hinaus erfolgte die Integration sicherer Kommunikationsschnittstellen gemäß IEC 61850, IEC 60870-5-104 und IEEE C37.118 sowie die Realisierung eines skalierbaren Datenstrommanagements auf Basis von Apache Kafka. Referenzsysteme für zukünftige AC/DC-Schutzkonzepte wurden implementiert, getestet und bewertet.

Projektziele:

• Digital-Twin-zentrische Leitstellen: Entwicklung des DDM als Echtzeit-Spiegel für Monitoring, Prognose und Entscheidungsunterstützung
• AC/DC-Systeme und Schutz: Referenzarchitektur für gemischte Netze (HVAC/HVDC), adaptive Schutzparametrierung und koordinierter Netzschutz
• Sichere Daten- und Schnittstellenarchitektur: Standardbasierte, horizontal und vertikal abgesicherte Kommunikation (IEC 61850, IEEE C37.118) mit Datenqualitätsbewertung
• KI-gestützte Anomalieerkennung: Verfahren zur Detektion und Klassifikation cyber-physischer Ereignisse (NIDS, PMU-Modelle) einschließlich Ersatzwertbildung
• Demonstration und Tests: Aufbau zentraler und dezentraler DDM-Demonstratoren und systematische Evaluierung (Komponenten-, Schnittstellen-, Integrations- und Anwendungstests)

Projektergebnisse:

• Ausgearbeitetes DDM-Design mit Parametertuning für Generatorregler und Umrichtermodelle sowie Implementierung zentraler und dezentraler Instanzen
• Validierte sichere Schnittstellenarchitektur mit IEC 61850 MMS, IEEE C37.118 und IEC 60870-5-104 einschließlich Kafka-basiertem Datenmanagement
• Hybrides Intrusion-Detection-System und rekurrente neuronale Netze zur PMU-Anomalieerkennung und Störungsklassifikation
• Implementierte WAMPAC- und Remedial-Action-Schemes sowie TSCOPF-basierte Betriebsoptimierung zur Steigerung dynamischer Stabilität
• Erfolgreich getestete Demonstratoren für Leitstelle, intelligente Station und IT-sichere Kommunikation mit abgeleiteten Best-Practice-Empfehlungen

Fachlich und redaktionell verantwortlich:

Dr. Marc Richter – Experte für nachhaltige Energieversorgung, digitale Werkzeuge im Energiesektor und Operator-Assistenz | Zum Expertenprofil

Dr. Christoph Wenge – Experte für elektrische Infrastrukturen, Vehicle-to-Grid- und Net-zero-Energiesysteme | Zum Expertenprofil

Seite zuletzt fachlich geprüft: 04.2026