Umweltinformatik

COHDA

Verteilte kombinatorische Optimierungsprobleme zeichnen sich dadurch aus, dass die einem Problem zugrundeliegenden Entscheidungsvariablen von verteilten, autonomen Prozessen kontrolliert werden. Aufgrund von Abhängigkeiten (Constraints) zwischen den Variablenbelegungen müssen die Entscheidungen der Prozesse im Sinne einer zielführenden Optimierung mittels Informationsaustausch untereinander koordiniert werden. Diese Situation ist beispielsweise in der prädiktiven, fahrplanbasierten Einsatzplanung autonomer, dezentraler Energiewandlungsanlagen zu finden. Hier muss für jede beteiligte Anlage ein Fahrplan bestimmt werden, sodass der resultierende Einsatzplan der Anlagen einen zuvor vereinbarten Wirkleistungsverlauf produziert. In einem vollständig verteilten Koordinationsparadigma sucht somit jede Anlage in dem ihr eigenen, durch lokale Nebenbedingungen eingeschränkten Suchraum nach derjenigen Teillösung, welche unter Berücksichtigung aller anderen beteiligten Anlagen das globale Optimierungsziel (den Wirkleistungsverlauf) erfüllt. Der resultierende Einsatzplan aller Anlagenfahrpläne stellt damit einen Konsens unter allen Anlagen dar.

Der in dieser Arbeit entwickelte Lösungsansatz basiert auf der Anwendung von Selbstorganisationsmechanismen und ermöglicht eine verteilte kombinatorische Optimierung in einer asynchronen Kommunikationsumgebung. Die resultierende Heuristik COHDA (Combinatorial Optimization Heuristic for Distributed Agents) ist in der Lage, eine vollständig verteilte Konsensbildung dezentraler Akteure durchzuführen, ohne zentrale Komponenten oder Hierarchien zu benötigen.

Eine Referenzimplementierung ist auf GitHub zu finden.

SGAM

Die COHDA Heuristik wurde in einer prototypischen Implementierung bislang insbesondere im Forschungsverbund Smart Nord zur verteilten Einsatzplanung in dynamischen virtuellen Kraftwerken (Dynamic Virtual Power Plants, DVPP) eingesetzt. Im Sinne einer realen Umsetzung dieses Konzeptes im energiewirtschaftlichen Kontext ist jedoch eine industriekonforme Implementierung erforderlich.

Das SGAM (Smart Grids Architecture Model) ist ein Ordnungsrahmen zur Dokumentation statischer System- und Aktormodelle in Smart Grid Anwendungsfällen. Mit Hilfe dieses Ordnungsrahmens ist es möglich, Ansätze wie etwa die auf COHDA basierende Einsatzplanung im energiewirtschaftlichen Kontext zu modellieren und hieraus eine mit Industriestandards konforme Architektur abzuleiten. Basierend auf dem DVPP Konzept wurde dies für COHDA exemplarisch durchgeführt. Die untenstehende Abbildung zeigt eine dreidimensionale Visualisierung dieser Modellierung über die verschiedenen Ebenen, Domänen und Zonen des SGAM. Das vollständige Modell ist in einer interaktiven Form hier zu finden, und eine Publikation zu dem Modell hier.

 

Öffnen Sie das vollständige Modell in einer interaktiven Form hier!