Fehlertolerante und echtzeitfähige Ausführungsplattformen und Kommunikationsnetze für Schutz- und Leitsysteme

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Zukünftige Energienetze erfordern aufgrund einer zunehmenden Dynamik durch volatile Einspeisung und liberalisierte Strommärkte ein hohes Maß an aktiver Überwachung und Steuerung. Die hierfür benötigten schutz- und leittechnischen Softwarekomponenten - wie sie im Rahmen dieser Forschergruppe entwickelt werden - müssen sowohl zuverlässig Informationen über große Distanzen austauschen können, als auch im Fehlerfall jederzeit verfügbar sein. Zur Gewährleistung eines stabilen Netzbetriebs ist es deshalb erforderlich, dass für die gesamte Informations- und Kommunikationsinfrastruktur Echtzeitfähigkeit, Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit gewährleistet werden. Dies bedeutet, dass auch bei Ausfall eines Rechenknotens oder einer Kommunikationsverbindung alle Kontroll- und Steuerungsfunktionen weiterhin verfügbar sein sollen. Dabei dürfen zu keiner Zeit Grenzwerte für die Übertragungs- und Ausführungszeit von Schaltbefehlen oder Schutzalgorithmen überschritten werden. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Weiterentwicklung der in der ersten Förderperiode eingeführten, neuartigen Informationsverarbeitungs- und Kommunikationsinfrastruktur, welche - basierend auf einer Virtualisierungslösung - eine hochverfügbare Ausführungsplattform für energietechnische Softwarekomponenten bietet. Ein formales Echtzeitmodell ist dabei integraler Bestandteil und ermöglicht es sowohl bei Hardwareausfällen als auch in Hochlastsituationen unter Einhaltung von Echtzeitanforderungen intelligent auf Veränderungen reagieren zu können. Gleichzeitig hilft der Virtualisierungsansatz Investitions- und Betriebskosten zu senken. Im Rahmen dieses TPs soll auf der Ebene der Ausführungsplattform die Effizienz durch architektonische Maßnahmen, gekoppelt mit verbesserter Modellierung, optimiert werden. Durch Nutzung neuer kommunikationstechnischer Ansätze wie Software-defined Networking (SDN) und Network Functions Virtualization (NFV) soll das Konzept der Virtualisierung zudem auf den Bereich der Kommunikationsnetze übertragen werden. Dies erlaubt einer zentralen Kontrollinstanz einen flexiblen und dynamischen Ausgleich der Verkehrslast im Netz unter Verwendung von Standard-Hardware. Außerdem wird die Grundlage für neue Fehlertoleranzmaßnahmen geschaffen, wie zum Beispiel die schnelle Verfügbarkeit alternativer Routen oder die echtzeitfähige Migration und Replikation virtueller Maschinen im Weitbereichsnetz. Es wird insbesondere die Entwicklung pro-aktiver Fehlertoleranz-Konzepte angestrebt, da diese helfen können, die Reaktionszeit des Systems auf Fehler im Energienetz erheblich zu senken. Zur Evaluation der gesamten IKT-Infrastruktur, bestehend aus Ausführungsplattform und Kommunikationsnetz, werden zum einen ganzheitliche Analysemodelle konzipiert und zum anderen ein übergreifendes Testbed sowie eine Hardware-in-the-Loop (HiL) -Plattform realisiert, in welche sich die in den anderen TPs erforschten Anwendungen und Algorithmen integrieren lassen.