ERA-NET: Holistic flexibility market integration of cross-sectoral energy sources

Forskningsprosjektet HONOR omfatter utvikling av en helhetlig markedsarkitektur for fleksibilitet for den tverrsektorielle energiutvekslingen. Prosjektet og dets resultater er delt inn i ulike tekniske undermoduler med fokus på systemarkitektur, markedsmodellering, kontrollsystemer, cyberfysisk systemovervåking, cybersikkerhetsmodellering og systemintegrasjon. Hver undermodul genererte verdifulle forsknings- og innovasjonsresultater med tanke på den praktiske gjennomføringen av et lokalt fleksibilitetsmarked. For systemarkitekturen ble det utviklet brukstilfeller for lokal og regional fleksibilitetsutveksling før arkitekturen ble konseptualisert gjennom de relevante SGAM-lagene og informasjonsutvekslingene. Kompleksiteten og mangelen på regulatoriske definisjoner av detaljerte designkomponenter for fleksibilitetsmarkedet, kombinert med varierende nasjonale reguleringer, førte til begrensninger i utviklingen av arkitekturen. Den foreslåtte arkitekturen var derfor rettet mot en teknisk gjennomførbar og regulatorisk rimelig konstruksjon, som tar hensyn til dens posisjonering i det større energisystemet. Dette omfatter eksisterende energimarkeder, flaskehalshåndtering, balanseringsansvar, verifisering av fleksibilitet og omfattende begrensninger for konseptet, for eksempel spill og tidsmessige krav. Den påfølgende markedsmodelleringen spesifiserte fleksibilitetsetterspørselen og potensielle markedsalternativer ytterligere. Basert på dette ble det utviklet en hybrid AC/DC-markedsmodell for optimal kraftflytfleksibilitet. Tilnærmingen inkorporerer scenariobasert og flerperiodisk modellering, og optimaliserer fleksibilitetsbruken for en forhåndsdefinert periode. Optimaliseringen er basert på kraftetterspørsel, nettbegrensninger, kostnadsminimering og driftskriterier for distribuerte energiressurser. Videre ble modellen utvidet til koordinering mellom en TSO og flere DSOer gjennom Alternating Direction Method of Multipliers. Markedsmodellen realiserte levering av fleksibilitetstjenester og bærekraftig utveksling i en koordinert TSO-DSO-mekanisme. En del av det helhetlige systemet i HONOR rettet mot koordinert utnyttelse av fleksibilitet fra distribusjonssystemer var videre den kontinuerlige utviklingen av kontrollsystemer for systemoperatører. På grunn av den økende systemutnyttelsen og trusselen om brudd på nettrestriksjoner ble det utviklet en mekanisme for fleksibilitetstjenester som i tilfelle uforutsette hendelser kan redusere overbelastning under drift. Algoritmen bruker optimale kraftstrømmer for å generere et mulig driftsområde ved et nettilknytningspunkt, som en systemoperatør kan bruke til å overvåke fleksibilitetsleveringsalternativene og aktivere forespurte kraftstrømmer ved nettilknytningspunktet. For å oppdage og verifisere fleksibilitetsaktiveringer ble det utviklet datadrevne modeller for overvåking, verifisering og validering av cyberfysiske systemer. Det ble først utarbeidet en spesifikasjon av trusselscenarier og overvåkingskrav for cyberfysiske systemer i energifleksibilitetsmarkeder. Dette ble brukt til å utvikle en uovervåket deteksjon og åpen klassifisering av hendelser med rask aktivering av fleksibilitet. Arbeidet ble utvidet gjennom kvantifisering av usikkerhet i estimering av lavspenningstilstand under høye andeler av fleksible ressurser og vurdering av deteksjon og klassifisering av cyberfysisk inntrenging for industrielle kontrollsystemer. Cybersikkerhetsvurderingen i prosjektets omfang er basert på en trusselmodelleringstilnærming ved hjelp av angrepssimuleringer på en systemmodell i securiCAD. Modellen kan oppdage og avsløre hvordan angripere kan angripe ulike deler av markedet, hvor lang tid det vil ta å nå målene sine, og hvilke svakheter de kan utnytte. Resultatene ble brukt til å konfigurere beskyttelsesstrategier og forslag til en sikker utforming av fleksibilitetsmarkedet. Til slutt ble det generert en geografisk distribuert ekstern maskinvare i sløyfeoppsettet for systemintegrasjon. Oppsettet består av tre eksterne instanser som er koblet sammen gjennom åpen kildekode-gatewayen VILLASnode, med et fysisk lavspenningsnett med fleksible ressurser ved PowerLabDK Syslab-anlegget ved DTU, et simulert mellomspenningsnett på en sanntidssimulator ved Smart Grid Technology Lab ved TUD og et virtuelt kontrollsenter ved PSI. Begge nett ble koblet sammen gjennom en grensesnittalgoritme for å overvåke systemet og anvende den utviklede fleksibilitetsmekanismen på et fysisk kraftsystem. Videre ble feltinfrastrukturen ved SWW brukt til å bestemme potensialet for utveksling av fleksibilitet under drift og potensialet for å vurdere dette i en fullstendig tilpasning av fleksibilitetsmarkedet.

Demonstrate the combined business and operational chain of cross-sectoral coupling and operation of flexibility market and dispatch with local community stakeholders in Wunsiedel 2. Validate the full technical solution in a relevant transnational environment, employing state-of-the-art experimental techniques 3. Assimilate experience from partners and anchor project results by means of workshops with expert end-users (Germany and Denmark) to ensure relevance of the project developments in the local context 4. Mature existing market platforms for local flexibility services and develop further the concept of a regional and transregional exchange 5. Develop industrial-grade interoperable decision support, supervision and collaboration platforms and state-of-the-art dispatch and control solutions 6. Development of innovative data-driven monitoring, detection and verification solutions for the supervision of the flexibility market operation and ICT infrastructure 7. Development and application of Cyber-security assessment models for the complete trading and operational ICT infrastructure 8. Provide an overall economic evaluation and risk assessment accounting for market development opportunities and cost of cyber vulnerabilities *

The project aims at development and evaluation of a trans-regional flexibility market mechanism, integrating cross-sectoral energy flexibility at a community-wide level. The specific developments include a market mechanism for grid flexibility, industrial-grade supervision solutions, data-driven state monitoring applications and cyber-security assessments. In order to develop a tailor-made as well as the replicable solution, community stakeholders will be involved through co-creation activities as well as stakeholder networks from Norway, Germany and Denmark. Complementing the economic and risk evaluation, simulation studies of flexibility operations and cyber-security assessments, the operation of control systems algorithms and the online monitoring and detection solutions will be implemented as a demonstration in a relevant environment (TRL 6). The sector-coupling market mechanism will be implemented and demonstrated in an operational environment in Wunsiedel (Germany) (TRL 7).