SwissV2Grid

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/500397

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Swiss2Grid ist ein Konzept zur Integration einer grossen Anzahl von Elektrofahrzeugen in das bestehende Niederspannungsnetz. Mit einem bidirektionalen Ladegerät und dem Swiss2Grid-Algorithmus ausgerüstet, können die Fahrzeuge technisch einfach und kostengünstig für alle Beteiligten eingesetzt werden (Lastoptimierung, Asset Management etc.). Mit der Information zum Spannungs- und Frequenzverlauf aus der Steckdose soll ein abgestimmter Algorithmus die Lade- und Entladetätigkeit der einzelnen Autobatterien steuern. Dabei wird gänzlich oder teilweise auf eine Steuerung durch eine zentrale Leitstelle verzichtet. Durch den Verzicht auf eine zusätzliche ICT-Infrastruktur können die Kosten für eine zentrale Administration und Steuerung verringert werden. Der Algorithmus kann flexibel an veränderte Netzsituationen angepasst oder optimiert werden.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Im Zentrum des Projektes Swiss2Grid (S2G) stand die Frage:

“Inwiefern ist es möglich, ohne ein zusätzliches Kommunikations- und zentrales Steuerungssystem einLastmanagement zu betreiben, das auf lokalen Informationen aus dem Niederspannungsnetz basiertund gleichzeitig im Stande ist, die dezentrale Einspeisung von erneuerbaren Energien aufzunehmen,die Spitzenbelastungen von einzelnen Haushaltsgeräten zu glätten, den Eigenkonsum und die Speicherzu integrieren und gleichzeitig Infrastrukturinvestitionen zu verhindern?“

Das S2G Pilot- und Demonstrationsprojekt zeigt anhand von Simulationen und umfassenden Analysenvon Spannungsmessungen, dass ein dezentraler Ansatz, der auf lokalen Messungen und intelligentenAlgorithmen zur Steuerung von Haushaltsgeräten basiert, ohne Schwierigkeiten für das nachfrageseitige Lastmanagement verwendet werden kann. Voraussetzung dafür sind jedoch genügendflexible, lokale Lasten und Speicherkapazitäten wie Batterien zur Aufnahme von Einspeisespitzen aus Photovoltaikanlagen und zum Ausgleich des täglichen Energiebedarfs.

Unter diesen Gegebenheiten führt einerseits des Fehlen der für Smartgrids üblichen Kommunikationssystemeund/oder zentralen Steuerungseinheiten nicht zu falschen Lastverschiebungen, d.h. zu keinerÜberbelastung am Transformator. Andererseits bewirkt der eigens für diesen Zweck entwickelte Algorithmussystematisch eine Verbesserung der Netzstabilität.

Im weiteren Verlauf des Projektes ist das Potenzial des dezentralen Lastmanagements unter Einbezugeiner einfachen Kommunikationsinfrastruktur untersucht worden. Dabei sind die Vorteile sich überKommunikation koordinierende Algorithmen auf den verschiedenen, gesteuerten Haushaltsgerätenuntersucht worden. Auf Grund der erzielten Resultate kann die Schlussfolgerung gezogen werden,dass sich die Investitionen in eine Kommunikationsinfrastruktur zu einer intensiven Koordination derSteuerungsalgorithmen und in ein zentrales Steuerungs- und Kontrollsystems nicht rechtfertigen lassen.

Zugehörige Dokumente

• Fachartikel "Schwarmintelligenz für das Stromnetz" [PDF] 834 kB

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)

The overall aim of the Swiss2Grid project is to investigate a concept of a decentralized and self-regulating load management system. Smart grids are generally considered the answer to the challenges with the new decentralized energy generation, likely to be deployed massively in the coming years according to the national energy strategy 2050. Moreover is it taken for granted that the new energy scenario requires heavy investments in the grids infrastructure and a general smart meter roll-out in Switzerland. The amount of investments, the question where and in which way to invest in grid infrastructure, as well as the benefit of smart meters are still open questions in the ongoing policy debate. The Swiss2Grid project was designed to investigate and demonstrate an alternative approach to smart grids based on a decentralized load management with no central control and without a sophisticated communication infrastructure. In the first phase of the project the proof of concept to use the local information (voltage drop) on the grid for load shifting with a self-organizing and self-learning algorithm was delivered. Preliminary results of the highly accurate grid measurements show a significant correlation between the local voltage values at household plugs and electrical loads at low voltage (LV) transformers. The first results of the grid simulation with the S2G algorithm, fed with the local and instantaneous voltage values, are promising, and show an increasing grid stability with the growing diffusion of the S2G algorithm in the local grid. Recent simulations with the grid indicate also beneficial effects on the higher grid levels helping to avoid additional investments in infrastructure. According to the up-dated project schedule the last components of the project could be installed. In particular the stationary batteries have been installed in four different households. In addition 14 water heaters and heat pumps and three electric car (EV) chargers were equipped for a remote control by the S2G algorithm. The remaining months of will be used for intensive acquisition and analysis of empirical data from the P&D houses. The Mendrisio platform proved also to be an interesting platform for the development of new research projects and questions linked to the management of smart grids, such as intelligent private and public charging stations, the use of larger batteries for energy storage as well as one of several test sites for the SCCER Grid. Moreover we applied the Swiss2Grid P&D for an European label GRID+ and introduced the project on the European level in the D-A-CH initiative, the European PV conference in a dedicated session on grid and are supporting the Smart grid ERN-Net plus initiative. The project team is willing to further improve the design of the algorithm and to extend the P&D infrastructure in a new project phase increasing the number and types of households involved in the project.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Istituto di Sostenibilità Applicata all'Ambiente Costruito, SUPSI
BACHER ENERGIE AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Diverse gem. Bericht,

Zugehörige Dokumente

• Swiss2G – Pilot- and Demonstration Project | An innovative concept for the decentralized management of distributed energy generation, storage and consumption and consumer acceptance - Rapport annuel 2012 [PDF] 715 kB
• Swiss2G – Pilot- and Demonstration Project | An innovative concept for the decentralized management of distributed energy generation, storage and consumption and consumer acceptance - Rapport annuel 2013 [PDF] 3'345 kB

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

La question clé abordée par le projet Swiss2Grid était:

“Jusqu’à quel niveau est-il possible de réaliser un système de gestion de la demande énergétiquebasé sur de l’information locale du réseau, sans un système additionnel de communication, capabled’intégrer la génération décentralisée d’énergie, de réduire les piques de réseau, et d’intégrerl’autoconsommation et les systèmes de stockage d’un côté, et de réduire les investissements en infrastructurede réseau d’un autre côté ?“

Le projet-pilote S2G démontre via des simulations et des analyses approfondies des tensions mesurées,qu’une approche de mesure décentralisée basée uniquement sur des mesures de tensions, peutêtre adoptée pour la gestion de la demande énergétique tant qu’il y a assez d’appareils locauxflexibles, y compris des batteries, capables de gérer les piques de production photovoltaïque et debalancer l’énergie pendant une journée entière.

Dans ces conditions, d'une part l'absence de communication et / ou d’un contrôle centralisé ne conduitpas à de mauvaises décisions, à savoir l'absence de charges excessives sur le transformateur.D'autre part, l'algorithme améliore systématiquement la stabilité du réseau en déplaçant la demandeélectrique.

Nous avons ensuite exploré le potentiel de la gestion locale de la demande décentralisée en présenced’une infrastructure de communication non-envahissante. Nous avons étudié les avantages de lacoordination - réalisée via la communication inter-algorithme – de plusieurs groups d’appareils. À lalumière de ce travail, nous pouvons conclure que les investissements nécessaires pour permettre unecoordination massive des algorithmes de contrôle avec une infrastructure de communication spécifiqueet des mécanismes de contrôle centralisés peuvent ne pas être justifiées.

Schlussbericht (Deutsch)

Im Zentrum des Projektes Swiss2Grid (S2G) stand die Frage: "Inwiefern ist es möglich, ohne ein zusätzliches Kommunikations- und zentrales Steuerungssystem ein Lastmanagement zu betreiben, das auf lokalen Informationen aus dem Niederspannungsnetz basiert und gleichzeitig im Stande ist, die dezentrale Einspeisung von erneuerbaren Energien aufzunehmen, die Spitzenbelastungen von einzelnen Haushaltsgeräten zu glätten, den Eigenkonsum und die Speicher zu integrieren und gleichzeitig Infrastrukturinvestitionen zu verhindern?" Das S2G Pilot- und Demonstrationsprojekt zeigt anhand von Simulationen und umfassenden Analysen von Spannungsmessungen, dass ein dezentraler Ansatz, der auf lokalen Messungen und intelligenten Algorithmen zur Steuerung von Haushaltsgeräten basiert, ohne Schwierigkeiten für das nachfrageseitige Lastmanagement verwendet werden kann. Voraussetzung dafür sind jedoch genügend flexible, lokale Lasten und Speicherkapazitäten wie Batterien zur Aufnahme von Einspeisespitzen aus Photovoltaikanlagen und zum Ausgleich des täglichen Energiebedarfs. Unter diesen Gegebenheiten führt einerseits des Fehlen der für Smartgrids üblichen Kommunikationssysteme und/oder zentralen Steuerungseinheiten nicht zu falschen Lastverschiebungen, d.h. zu keiner Überbelastung am Transformator. Andererseits bewirkt der eigens für diesen Zweck entwickelte Algorithmus systematisch eine Verbesserung der Netzstabilität. Im weiteren Verlauf des Projektes ist das Potenzial des dezentralen Lastmanagements unter Einbezug einer einfachen Kommunikationsinfrastruktur untersucht worden. Dabei sind die Vorteile sich über Kommunikation koordinierende Algorithmen auf den verschiedenen, gesteuerten Haushaltsgeräten untersucht worden. Auf Grund der erzielten Resultate kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass sich die Investitionen in eine Kommunikationsinfrastruktur zu einer intensiven Koordination der Steuerungsalgorithmen und in ein zentrales Steuerungs- und Kontrollsystems nicht rechtfertigen lassen.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Istituto di Sostenibilità Applicata all'Ambiente Costruito, SUPSI
BACHER ENERGIE AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Diverse gem. Bericht,

Schlussbericht (Englisch)

The key question addressed by the S2G project was: "To which extend is it possible to achieve a load management system based on local information from the grid, without an additional communication system, able to integrate decentralized energy generation, to reduce load peaks and to smoothly include self-consumption and storage devices on the one hand, and to omit grid infrastructure investments on the other?" The S2G pilot and demonstration project could demonstrate, via thorough simulations and in-depthanalysis of measured voltages, that a decentralized, local-only voltage measurement approach can be safely adopted for demand side load management as long as there are enough flexible, local loads including batteries to handle also high local PV-infeed peaks and energy balancing over a full day. Under these conditions, on the one hand, the absence of communication and/or centralized control does not result in bad decisions, i.e. no excessive load is put on the transformer. On the other hand, the algorithm systematically improves the stability of the network shifting loads where more appropriate. We have further explored the potential of decentralized, local demand side load management when a non-pervasive communication infrastructure is present between control algorithms. We have investigated the benefits of the coordination - achieved via inter-algorithm communication - of control algorithms organized in subsets with as few as two peers. In light of this work we may conclude that the necessary investments to enable a massive coordination of control algorithms for voltage control only with a special communication infrastructure and centralized control mechanism may not be justified.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Istituto di Sostenibilità Applicata all'Ambiente Costruito, SUPSI
BACHER ENERGIE AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Diverse gem. Bericht,

Zugehörige Dokumente

• Swiss2Grid – Pilot- and Demonstration Project | An innovative concept for the decentralized management of distributed energy generation, storage and consumption - Final report [PDF] 7'819 kB

Schlussbericht (Französisch)

La question clé abordée par le projet Swiss2Grid était: "Jusqu’à quel niveau est-il possible de réaliser un système de gestion de la demande énergétique basé sur de l’information locale du réseau, sans un système additionnel de communication, capable d’intégrer la génération décentralisée d’énergie, de réduire les piques de réseau, et d’intégrer l’autoconsommation et les systèmes de stockage d’un côté, et de réduire les investissements en infrastructure de réseau d’un autre côté ?" Le projet-pilote S2G démontre via des simulations et des analyses approfondies des tensions mesurées, qu’une approche de mesure décentralisée basée uniquement sur des mesures de tensions, peut être adoptée pour la gestion de la demande énergétique tant qu’il y a assez d’appareils locaux flexibles, y compris des batteries, capables de gérer les piques de production photovoltaïque et de balancer l’énergie pendant une journée entière. Dans ces conditions, d'une part l'absence de communication et / ou d’un contrôle centralisé ne conduit pas à de mauvaises décisions, à savoir l'absence de charges excessives sur le transformateur. D'autre part, l'algorithme améliore systématiquement la stabilité du réseau en déplaçant la demande électrique. Nous avons ensuite exploré le potentiel de la gestion locale de la demande décentralisée en présence d’une infrastructure de communication non-envahissante. Nous avons étudié les avantages de la coordination - réalisée via la communication inter-algorithme – de plusieurs groups d’appareils. À la lumière de ce travail, nous pouvons conclure que les investissements nécessaires pour permettre une coordination massive des algorithmes de contrôle avec une infrastructure de communication spécifique et des mécanismes de contrôle centralisés peuvent ne pas être justifiées.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Istituto di Sostenibilità Applicata all'Ambiente Costruito, SUPSI
BACHER ENERGIE AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Diverse gem. Bericht,