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Doctor's Theses (authored and supervised):

F. Pröstl Andrén:
"Model-Driven Engineering for Smart Grid Automation";
Supervisor, Reviewer: W. Kastner, T. Strasser; Institut für Computer Engineering, 2018; oral examination: 2018-03-14.



English abstract:
The rollout of smart grid solutions has already started with new and intelligent methods being deployed to today's power systems. One of the main catalysts for this is the massive deployment of distributed generators from renewable sources in the recent years. This has led to a fundamental change in terms of planning and operation of the electric power system. Automation and control systems, using advanced information and communication technologies, are key elements to handle these new challenges. The electric energy system is moving from a single system to a system of systems. As a consequence, the implementation and deployment of these complex systems of systems are also associated with increasing engineering complexity, which in the end also results in increased total life-cycle costs. To mitigate this complexity, proper automation methods and corresponding tools are also needed for the overall engineering process. Until now, such a method has been missing.

This work addresses these shortcomings with the development of a concept for a rapid engineering methodology, covering the overall engineering process for smart grid applications - from use case design to validation and deployment. The main goal with the methodology is to improve the traditional smart grid engineering process in such a way that manual work and also the engineering complexity are reduced. In order to achieve this automation, techniques from model-driven engineering is used. Based on the model-driven development approach, the methodology consists of four main phases: specification and use case design, implementation, validation, and deployment.

The main result of the work is a formal approach for the specification and use case design phase together with a concept for automatic generation and deployment of target code and configurations for the other phases. Using this approach, the overall engineering process for smart grid applications is greatly improved. The developed rapid engineering methodology is also provided as a prototypical implementation, which is applied to a selected smart grid application and finally validated in a laboratory environment.

This validation also reveals the main benefits of this innovative approach. To show this, the results of the validation are compared to the performance of traditional smart grid engineering methods. The comparison shows that the rapid engineering methodology from this work drastically reduces the engineering and validation complexity for the engineer. At the same time, the manual effort is reduced and the rapidness of current engineering methods is significantly increased.

German abstract:
Die Einführung von Smart Grid Lösungen hat begonnen, und neue Verfahren kommen in den heutigen Energiesystemen jetzt schon zur Anwendung. Einer der Katalysatoren dieser Entwicklung ist der massive Ausbau von verteilten Energieerzeugern und erneuerbaren Energiequellen in den letzten Jahren. Dies hat zu einem fundamentalen Paradigmenwechsel in Bezug auf die Planung und den Betrieb der elektrischen Energiesysteme geführt. Automatisierungs- und Regelungssysteme, die auf fortschrittlichen Informations- und Kommunikationstechnologien beruhen, sind Schlüsseltechnologien im Umgang mit den neuen Herausforderungen. Das elektrische Energiesystem entwickelt sich von einem Einzelsystem zu einem System von Systemen. Die Umsetzung solch komplexer Systeme von Systemen ist mit einer deutlich erhöhten technischen Komplexität verbunden, die sich auch in erhöhten Lebenszykluskosten niederschlägt. Um diese Komplexität einzuschränken, sind geeignete Automatisierungsmethoden und Werkzeuge für den gesamten Entwicklungsprozess notwendig. Solch fortgeschrittene Methoden fehlen jedoch derzeit.

Diese Arbeit adressiert diese Schwächen durch die Entwurf einer rapiden Engineeringmethode, die alle Phasen des Engineeringprozesses von Smart Grid Anwendungen abdeckt - vom Entwurf der Spezifikation und Design über die Validierung bis hin zur Ausrollung. Das Hauptziel der Methode ist die Verbesserung des traditionellen Engineeringprozesses und damit auch eine Verringerung der notwendigen manuellen Arbeit und der Komplexität. Dafür werden Automatisierungstechniken der modellgetriebenen Softwareentwicklung verwendet. Darauf basierend können vier Entwicklungsphasen identifiziert werden: Spezifikation und Design, Implementierung, Validierung, und Ausrollung.

Das Hauptergebnis ist ein formaler Ansatz für die Spezifikation- und Designphase, zusammen mit einem Konzept für automatisierte Erzeugung und Ausrollung von Anwendungscode und Konfigurationen. Mit diesem Ansatz wird der gesamte Engineeringprozess von Smart Grid Applikationen erheblich verbessert. Eine prototypische Implementierung der rapiden Engineeringmethode wird für eine ausgewählte Smart Grid Applikation angewendet, und schließlich auch in einer Laborumgebung validiert. Die Hauptvorteile dieses innovativen Ansatzes werden durch einen Vergleich von der Leistung dieser Methode mit der Leistung traditioneller Engineeringmethoden betont. Der Vergleich zeigt, dass die entwickelte Methodik dieser Arbeit eine drastische Reduktion der Entwicklungs- und Validierungskomplexität ermöglicht. Gleichzeitig werden der manuelle Aufwand verringert und die Schnelligkeit existierende Engineeringmethoden erheblich erhöht.

Keywords:
Model-Driven Engineering, Smart Grid Automation, PSAL, Rapid Engineering


Electronic version of the publication:
http://katalog.ub.tuwien.ac.at/AC15005338


Created from the Publication Database of the Vienna University of Technology.