Künstliche Intelligenz im Stuttgarter Stromnetz durch OmegaLambdaTec

Anfang 2020 hat die Stuttgart Netze gemeinsam mit den Partnern SMIGHT und OmegaLambdaTec ein Projekt gestartet, mit dem der Netzbetreiber mehr über die Gründe für Stromausfälle herausfinden und sein Netz besser überwachen will. Nun liegen erste konkrete Ergebnisse aus dem zweiten Projektteil mit dem Fokus auf das Thema Künstliche Intelligenz (KI) vor. Durch gezieltes Training eines Algorithmus konnten erstmals defekte Kabel gezielt detektiert werden. Die Technik soll daher künftig an weiteren Stellen im Stuttgarter Stromnetz eingesetzt und die Versorgung dadurch noch zuverlässiger werden.

Können Netzbetreiber Kabelbrüche im Netz mit Hilfe künstlicher Intelligenz automatisiert detektieren und potenziell auch lokalisieren? Dieser Frage gingen die Projektpartner im zweiten Projektteil nach. Um einen entsprechenden Algorithmus zu trainieren, wurde mit manuell induzierten Kabelbrüchen im vermaschten Stuttgarter Stromnetz gearbeitet. Dem Team von gate-Startup OmegaLambdaTec, einem Dienstleister für Datenanalysen, gelang es hierbei erfolgreich, die Anomalien im Netz aufzuspüren. „Diese Art der Datenerhebung, -analyse und -interpretation birgt großes Potential für die Herausforderungen der Energiewende. Dass uns dieser Proof of Concept gelungen ist, wird neue Türen öffnen“, erläutert Dr. Rene Fassbender, Geschäftsführer der OmegaLambdaTec. Aktuell arbeitet sein Team am Übergang von der statischen Anomaliedetektion hin zu einem kontinuierlichen Monitoring. Auch die Datenvisualisierung will man in Zusammenarbeit mit den Kollegen von SMIGHT weiter optimieren.

ZUVERLÄSSIGE UND ROBUSTE DATENERFASSUNG ALS BASIS

Vor etwas mehr als einem Jahr hat die Stuttgart Netze im Stuttgarter Stadtteil Bergheim (Weilimdorf) in einem klassischen Wohngebiet in mehreren Kabelverteilerschränken und Umspannstationen Messtechnik der EnBW-Tochter „SMIGHT“ eingebaut (siehe https://bit.ly/39EG93q). Die Sensoren messen an 20 von 170 möglichen Punkten, wie viel Strom (in Ampere) über die einzelnen Kabel läuft. Die Auswahl dieser Messpunkte erfolgte auf Basis einer umfangreichen Analyse durch OmegaLambdaTec.

„Messungen auf dieser Netzebene sind im Regelfall eher selten und bringen viele Herausforderungen mit sich. Installation und Betrieb sind aufwändig und die Kosten sind hoch“, berichtet Christian Körner, Teamleiter Anlagenmanagement bei der Stuttgart Netze. Zudem sei die Aufbereitung und Interpretation der gewonnenen Daten häufig schwierig.

INNOVATIVE TECHNIK FÜR DEN LAUFENDEN BETRIEB

Das Pilotprojekt in Weilimdorf hat diese Vorbehalte jedoch ausgeräumt. Die
eingesetzte Lösung ließ sich einfach und schnell installieren – und vor allem die Datenaufzeichnung und -übermittlung stellte sich als zuverlässig und robust heraus. „Bei der Entwicklung der Lösung stand für uns im Vordergrund, dass bei laufendem Betrieb installiert werden kann. So ist auch ein flächendeckender Einsatz schnell möglich“, sagt Oliver Deuschle, Leiter von SMIGHT. Die Monteure der Stuttgart Netze können auch mobil übers Smartphone auf die Messdaten zugreifen und wissen somit sofort, an welcher Stelle im Netz es Probleme geben könnte.

Nach dem ebenfalls erfolgreichen zweiten Projektteil plant die Stuttgart Netze, die intelligente Sensorik von SMIGHT in Kombination mit der KI von OmegaLambdaTec auch an anderen Stellen im Stuttgarter Stromnetz einzusetzen. „Besonders dort, wo wir in den nächsten Jahren größere Veränderungen erwarten – beispielsweise mehr Elektroautos oder erneuerbare Energien – können wir uns die automatisierten Messungen sehr gut vorstellen“, sagt Arvid Blume, Vorsitzender der Geschäftsführung der Stuttgart Netze. Das System könne helfen, Maßnahmen zum Netzausbau zu priorisieren, schneller auf Störungen reagieren zu können und somit eine dauerhaft hohe Versorgungssicherheit und Kundenzufriedenheit zu gewährleisten.

DER AUFBAU DES STUTTGARTER STROMNETZES

Der Strom kommt aus der Steckdose. Doch bis damit Handys geladen und
Kaffeemaschinen bedient werden können, durchläuft er ein komplexes System mit mehreren Spannungsebenen. Die meisten privaten Gebäude und kleinere Gewerbe werden im Niederspannungsnetz (400 Volt) über Umspannstationen und Kabelverteilerschränke versorgt. In Stuttgart zeichnet sich diese Spannungsebene dadurch aus, dass ein Verbraucher fast immer von zwei Seiten mit Strom versorgt werden kann. Fällt ein Kabel beispielsweise aufgrund einer Störung aus, bekommt der Kunde davon nichts mit. In diesem Fall spricht man von einer „vermaschten Netzstruktur“. Was dem Verbraucher Vorteile bringt, ist für die Stuttgart Netze jedoch eine große Herausforderung. Schließlich kann ein Kabel eine Störung haben, die Kunden werden aber dennoch weiter mit Strom versorgt. Defekte Kabel bleiben so möglicherweise lange unentdeckt. Wenn dann noch die jetzt stärker belastete zweite Zuleitung ausfällt, sitzt gleich eine Vielzahl an Kunden im Dunkeln. Für den Stromnetzbetreiber sind in diesem Fall sowohl die Fehlersuche als auch die Wiederversorgung enorm zeit- und arbeitsaufwendig. Die nun erprobte Lösung von SMIGHT und OmegaLambdaTec könnte unter anderem helfen, Stromausfällen künftig schneller auf die Schliche zu kommen.

ÜBER DIE STUTTGART NETZE:

Die Stuttgart Netze ist für die sichere Verteilung des Stroms in Stuttgart zuständig. Wir sind Eigentümer des 5.600 Kilometer langen Stromnetzes der Hoch-, Mittel- und Niederspannung und halten Leitungen, Netzstationen und Umspannwerke auf dem neuesten technischen Stand. Außerdem erweitern und verstärken wir das Netz, wenn zum Beispiel Ladestationen für Elektrofahrzeuge benötigt werden, Bürger Solaranlagen installieren oder neue Gebäude ans Stromnetz angeschlossen werden. Des Weiteren kümmern wir uns im Auftrag der Landeshauptstadt um die öffentliche Straßenbeleuchtung. Auch das Gasnetz ist in unserem Eigentum. Dieses werden wir perspektivisch auch selbst betreiben. Höchste Priorität hat immer die Versorgungssicherheit. Dafür setzen wir auf moderne Technik, Prozesse und Materialien sowie auf die Erfahrung und Qualifikation unserer Mitarbeiter. Wir sind ein Gemeinschaftsunternehmen der Stadtwerke Stuttgart und der Netze BW mit rund 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern.

ÜBER SMIGHT:

SMIGHT entwickelt digitale Lösungen für die Smart City, um die Lebensqualität im öffentlichen Raum nachhaltig zu steigern. Die Lösungen adressieren Themen wie die Digitalisierung des Netzbetriebs, Verkehrsmanagement sowie Public WLAN. Das Besondere hierbei ist die Nutzung von Bestandsinfrastruktur, wie z. B. Ortsnetzstationen oder Straßenlaternen, welche mit verschiedenen Sensoren ausgestattet wird. Die aufbereiteten Sensordaten stehen dem Kunden vollständig zur Verfügung, um beispielsweise Netzüberlastungen zu vermeiden oder den Verkehr effizient zu lenken. SMIGHT bietet seinen Kunden dabei ein komplettes Angebot von geeigneter Sensorik, deren Aufbau und Inbetriebnahme bis zur Geräteüberwachung und dem sicheren Management der Daten.

ÜBER OMEGALAMBDATEC:

Die OmegaLambdaTec GmbH für Data Science Services wurde 2015 von Dr. Rene Fassbender am gate Garching mit der Mission gegründet, Geschäftskunden die bestmöglichen maßgeschneiderten Physical Analytics, KI- und Data Science Lösungen anzubieten. Grundlage dafür ist der Forschungstransfer von modernsten Physical Analytics Methoden aus der Astrophysik auf die datengetriebenen Anwendungsfälle in den Branchen Energie, Mobilität und Industrie 4.0.
Weitere Infos: www.omegalambdatec.com.