Smart GridKI-basierte Netzüberwachung

Die KI-Funktion Anomalieerkennung benötigt keine zusätzlichen Trainingsdaten und führt eine automatische Bewertung einzelner Messsignale durch.
(Bildquelle: fotomek/stock.adobe.com)
Infolge des stetigen Zubaus dezentraler, volatiler Einspeiser, wie etwa Photovoltaik- und Windkraftanlagen, und des vermehrten Einsatzes aktiver Netzkomponenten, wie FACTS oder HGÜ-Systeme, ergeben sich neue Anforderungen an die Netzbetriebsführung. Wechselnde sowie kurzzeitig auftretende, große Leistungsflüsse erhöhen die Netzbelastung vor allem im dynamischen Zeitbereich und verstärken infolgedessen erheblich die Anfälligkeit der Netze gegenüber Instabilitäten oder Versorgungsausfällen. Einen vielversprechenden Lösungsansatz, um diesen wachsenden Herausforderungen zu begegnen, stellt die auf aktuellen Messungen basierende Echtzeitbewertung des Netzzustands dar. Diese ermöglicht eine automatische Online-Erkennung kritischer Betriebssituationen. So kann auf plötzlich eintretende Betriebsstörungen künftig voll- und teilautomatisiert reagiert werden, um einen stabilen Netzbetrieb aufrechtzuerhalten.
KI-basierte Assistenzfunktionen
Phasormessgeräte (engl.: phasor measurement unit, PMU) ermöglichen die präzise Erfassung kritischer Netzphänomene. Dabei werden auf Basis einer hochfrequenten Abtastung mit bis zu 50 Messungen pro Sekunde komplexe Strom- und Spannungszeiger ermittelt. Die gleichzeitige Auswertung mehrerer, im Netz verteilter PMUs ermöglicht die Weitbereichsüberwachung (engl.: wide area monitoring, WAMS) in Übertragungs- oder Verteilnetzen. Dabei können unterschiedliche Aufgaben sowohl im operativen Betrieb als auch bei der Planung von Netzen oder für Post-Mortem-Analysen durchgeführt werden.
Die Verwendung zeitlich hochauflösender Messsensorik kann insbesondere bei größeren Netzstrukturen sehr hohe Datenvolumina verursachen. Durch den Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) lassen sich diese Datenmengen effizient verarbeiten und automatisiert auswerten. Das Fraunhofer IOSB-AST hat dafür verschiedene, KI-basierte Assistenzfunktionen entwickelt. Diese unterstützen sowohl den Echtzeitbetrieb des Netzes (Online-KI) als auch die Auswertung historischer Messaufzeichnungen (Offline-KI). Hierzu werden die Messsignale im Netz kontinuierlich erfasst und vorverarbeitet, um mögliche Messfehler zu eliminieren und Rauschanteile zu reduzieren. Die bereinigten Messwerte werden anschließend den einzelnen KI-basierten Assistenzfunktionen zur Online- und Offline-Analyse zur Verfügung gestellt (siehe Abbildung).
Echtzeitauswertung der Messungen
Innerhalb der Online-KI erfolgt die Echtzeitauswertung der Messungen zur unmittelbaren Unterstützung der Netzbetriebsführung. Die KI-Funktion Fehlerklassifikation dient zur automatisierten Ortung und Identifikation bestimmter Betriebsstörungen im Netz, wie zum Beispiel Leitungsausfälle, Ausfälle von Photovoltaik- und Windkraftanlagen oder auch Kurzschlüsse. Ein künstliches neuronales Netz bestimmt hierzu die Eintrittswahrscheinlichkeit für jeden Fehlertyp und Fehlerort auf Basis der aktuellen Messungen. Über einen Netzsimulator werden hierzu bestimmte Fehlerfälle vorsimuliert und dem künstlichen neuronalen Netz für das Training zur Verfügung gestellt.
Die KI-Funktion Anomalieerkennung benötigt keine zusätzlichen Trainingsdaten und führt eine automatische Bewertung einzelner Messsignale durch. Hierzu werden umfangreiche Signalanalysen im Zeit- und Frequenzbereich zur Abschätzung der Signalabweichung vom Normalverhalten durchgeführt. Diese wird anschließend den vier Hauptkategorien normal, niedrig, mittel und extrem zugeordnet.
Unüberwachte Ausreißerdetektion
Innerhalb der Offline-KI werden demgegenüber Langzeituntersuchungen auf Basis historischer Messaufzeichnungen durchgeführt. Um größere Datenbestände effizient auszuwerten, wurde am Fraunhofer IOSB-AST ähnlich zu Verfahren der Audio- oder Bildkompression ein zweistufiges Kompressionsverfahren entwickelt, mit dem die #bild2 Datensätze um bis zu 80 Prozent unter Beibehaltung des Informationsgehalts verringert werden konnten. Diese komprimierten Datensätze werden archiviert und erlauben gleichzeitig eine Rücktransformation der Original-Messdaten. Die KI-Funktion Fehlerextraktion wertet die komprimierten Messdatensätze aus und sucht automatisiert nach möglichen Anomalien oder Fehlermustern ohne Verwendung von a-priori-Wissen. Hierzu wird eine unüberwachte Ausreißerdetektion über ein Ensemble-Modell mit nachgelagertem Clustering durchgeführt. Die so identifizierten Fehlermuster können der Trainingsdatenbasis zugeführt werden und verbessern die simulative Datenbasis um messtechnisch erfasste Beobachtungen.
Schutz vor IT-Angriffen
Die fortschreitende Digitalisierung der Stromnetze und die damit einhergehende Installation und Einbindung zusätzlicher, intelligenter Sensortechnik ermöglicht die ganzheitliche Überwachung in unterschiedlichen Netz- und Systemebenen. Entsprechend anfällig sind derartige Systemarchitekturen für IT-Angriffe. Insbesondere automatisierte, KI-basierte Überwachungssysteme müssen gegen derartige Bedrohungen und Angriffsszenarien geschützt werden. In aktuell laufenden Forschungsprojekten werden deshalb Algorithmen entwickelt, um wichtige Kommunikationsstrecken abzusichern, beispielsweise durch Verschlüsselungstechnologien oder Intrusion-Detection-Systeme.
Dieser Beitrag ist in der Ausgabe Mai/Juni 2020 von stadt+werk erschienen. Hier können Sie ein Exemplar bestellen oder die Zeitschrift abonnieren.
Pilotprojekt: Wärmepumpen entlasten Stromnetz
[27.04.2026] Wärmepumpen können als flexible Verbraucher aktiv zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen. Ein Pilotprojekt von Viessmann Climate Solutions mit Übertragungsnetzbetreibern zeigt erstmals unter Realbedingungen, wie sich Haushaltsgeräte ins Engpassmanagement integrieren lassen. mehr...
München: Supraleitung für Stromnetz soll kommen
[16.04.2026] Die Stadtwerke München und der Kabelhersteller NKT möchten ihre Zusammenarbeit ausbauen. Ziel ist ein besonders leistungsfähiges Stromkabel im Zentrum der Stadt. Es könnte das weltweit längste supraleitende Hochspannungssystem werden. mehr...
Voltaris-Expertengespräch: Fachkräfte bleiben Engpass beim Smart-Meter-Roll-out
[15.04.2026] Der Einbau intelligenter Messsysteme in Deutschland nimmt Fahrt auf, bleibt aber hinter den langfristigen Zielen zurück. Das wurde bei einem digitalen Expertengespräch des Messdienstleisters Voltaris deutlich. Als größte Hürden nannten die Fachleute fehlende Montagekapazitäten, Datenqualität und technische Anbindung. mehr...
Hager: Zählerplätze für EnWG-Vorgaben
[09.04.2026] Seit 2024 gelten für leistungsstarke Stromverbraucher neue gesetzliche Anforderungen. Diese sollen dabei helfen, die Stromnetze bei steigender Belastung stabil zu halten. Der Hersteller Hager präsentiert dazu angepasste Lösungen für Zählerplätze. mehr...
Netzentwicklungsplan: Zweiten Entwurf bei Bundesnetzagentur eingereicht
[18.03.2026] Die Übertragungsnetzbetreiber haben den zweiten Entwurf des Netzentwicklungsplans Strom 2037/2045 veröffentlicht. Der Plan integriert nun auch das Szenario C und zeigt damit neue Perspektiven für den Ausbau des Höchstspannungsnetzes. mehr...
Stadtwerke Konstanz: Installation von Transformator
[10.03.2026] Die Stadtwerke Konstanz haben im Umspannwerk Weiherhof einen neuen 40-MVA-Transformator installiert. Der Ausbau reagiert auf den stark steigenden Strombedarf durch Wärmepumpen, Elektromobilität und neue Baugebiete und ist Teil einer langfristigen Netzstrategie. mehr...
Smight: Lösung integriert Kurzschlussanzeiger
[09.03.2026] Das Smight Grid2 Gateway Plus bindet erstmals Kurzschlussanzeiger aus der Mittelspannung direkt in eine Lösung zur Netzüberwachung ein. Verteilnetzbetreiber können damit Störungen schneller lokalisieren und erhalten gleichzeitig zusätzliche Transparenz über die Niederspannung. mehr...
Ostsee: Hybrider Strom-Interkonnektor geplant
[24.02.2026] Deutschland, Lettland und Litauen planen mit dem Baltic-German PowerLink einen hybriden Strom-Interkonnektor durch die Ostsee. Das rund 600 Kilometer lange Seekabel soll Offshore-Windparks anbinden und die Märkte enger koppeln – nun starten die Netzbetreiber die Detailplanung. mehr...
Mitnetz Strom: Zahl der Netzeingriffe gesunken
[17.02.2026] Der Verteilnetzbetreiber Mitnetz Strom hat 2025 erneut weniger Einspeisemanagement-Eingriffe verzeichnet – trotz neuer Rekorde bei erneuerbaren Energien. Grund sind umfangreiche Netzinvestitionen, doch weiter steigende EEG-Leistungen und politische Rahmenbedingungen bleiben entscheidend. mehr...
Balzhausen: Pilot für die Einspeisesteckdose
[09.02.2026] Die Einspeisesteckdose stellt übliche Ausschreibungsverfahren für erneuerbare Energien auf den Kopf. LEW Verteilnetz hat dieses Verfahren jetzt in seinem Netzgebiet im Rahmen eines Pilotprojekts in Balzhausen erprobt. mehr...
enercity Netz: Digitaler Zwilling von Niederspannungsnetz in Betrieb
[09.02.2026] enercity Netz hat einen Digitalen Zwilling für das Niederspannungsnetz in Betrieb genommen. Das virtuelle Echtzeitmodell soll die Netzführung in Hannover präziser machen und bereitet den Weg für automatisierte Steuerung, schnellere Entstörung und neue Planungsprozesse. mehr...
Westfalen Weser Netz: Niederspannungsleitsystem mit CLS-Management gekoppelt
[09.02.2026] Westfalen Weser Netz koppelt erstmals ein Niederspannungsleitsystem direkt mit dem CLS-Management. Der gestartete Pilotbetrieb zeigt, wie sich Netzzustände automatisiert steuern lassen und welche Rolle das für §14a EnWG spielt. mehr...
Netzanschlüsse: Reifegrad statt Windhundprinzip
[06.02.2026] Die Übertragungsnetzbetreiber ändern das Verfahren für Netzanschlüsse grundlegend. Künftig ist nicht mehr die Schnelligkeit eines Antrags entscheidend, sondern dessen Umsetzbarkeit. Das Ziel besteht darin, einen transparenten und planbaren Prozess zu etablieren. mehr...
Hertener Stadtwerke: Stabiles Stromnetz
[05.02.2026] Das Stromnetz in Herten hat 2024 erneut eine sehr hohe Zuverlässigkeit erreicht. Mit einem SAIDI-Wert von rund 1,84 Minuten pro Haushalt liegt die Ausfallzeit deutlich unter dem Bundesdurchschnitt. mehr...
BDEW: Milliardeninvestitionen in den Netzausbau gefordert
[02.02.2026] Neue Regionalszenarien der Stromverteilnetzbetreiber zeigen einen drastisch steigenden Bedarf an Netzanschlüssen bis 2045. Der BDEW fordert deshalb Milliardeninvestitionen in den Netzausbau und bessere regulatorische Rahmenbedingungen, um privates Kapital zu mobilisieren. mehr...















