AT510795A1

AT510795A1 - Verfahren zum dezentralen energiemanagement für ladestationen für elektrofahrzeuge

Info

Publication number: AT510795A1
Application number: ATA2042/2010A
Authority: AT
Inventors: Erich Fuchs
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-06-15
Also published as: DE102011087407A1; AT510795B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum dezentralen Energiemanagement für Ladestationen (LS1, LS2, ..., LSn) für Elektrofahrzeuge, von welchen über die Ladestationen (LS1, LS2, ..., LSn) Energie aus einem Energieversorgungsnetz entnommen und/oder zurückgespeist wird, und welche beim Laden und/oder Entladen mit der Ladestationen (LS1, LS2, ..., LSn) eine Einheit bilden. Dabei werden von einem Datenverdichtungssystem (DVS), welches ein Verdichtungs- (VM) sowie ein Aufteilungsmodul (AM) aufweist, Daten über jeweils aktuelle Prozesszustände der jeweiligen Ladestationen (LS1, LS2, ..., LSn) empfangen und gesammelt (1) . Dann werden die Daten mittels des Verdichtungsmoduls (VM) nach geeigneten Methoden zu Dateneinheiten (z.B. bilanzgruppenspezifisch, netzknotenspezifisch, etc.) zusammengefügt (2) und an die jeweiligen, übergeordneten Verarbeitungssysteme (BG1, ..., BGn, NM) wie z.B. Bilanzgruppenmanagementsysteme, Netzbetreibersysteme, etc. weitergeleitet (3). Durch das erfindungsgemäße Verfahren, in welchem ein Datenverdichtungssystem (DVS) zum Einsatz kommt, wird auf einfache und kostengünstige Weise der Aufwand der in den zentralen, übergeordneten Verarbeitungssystemen (BG1, ..., BGn, NM) bei Energieversorgern bzw. Netzbetreibern niedrig gehalten. Durch entsprechende Berücksichtigung von Vorgaben, welche als Gruppensignale von den übergeordneten Verarbeitungssystemen (BG1, ..., BGn, NM) an das Datenverdichtungssystem (DVS) geleitet (4) und in Sollvorgaben für die Ladestationen (LS1, LS2, ..., LSn) zerlegt werden (5), kann optimal auf die Bedürfnisse der übergeordneten Verarbeitungssysteme sowie auf Netzvorgaben eingegangen werden.

Description

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Beschreibung

Verfahren zum dezentralen Energiemanagement für Ladestationen für Elektrofahrzeuge

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet Energiemanagement, welche sich üblicherweise mit Planung der Energieversorgung und Betrieb von energietechnischen Erzeugungs- und Versorgungseinheiten auseinandersetzt. Im Speziellen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum dezentralen Energiemanagement für - insbesondere eine größere Anzahl (z.B. mehr als zwanzig) von -Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Dabei wird von den Elektrofahrzeugen über die Ladestationen Energie aus einem Energieversorgungsnetz entnommen bzw. in dieses Netz zurückgespeist. Während des Ladens bzw. Entladens eines Speichers des Elektrofahrzeugs wird von einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug eine Einheit gebildet.

Stand der Technik

Fahrzeuge (z.B. Autos, Fahrräder, etc.) mit einem elektrischen Antrieb, so genannte Elektrofahrzeuge, rücken in jüngster Zeit verstärkt in den Mittelpunkt des Interesses. Dafür existiert eine Reihe von Gründen. Es versprechen sich viele große und namhafte Energieversorgungsunternehmen von den Elektrofahrzeugen einen neuen Absatzmarkt für Energie. Außerdem sind Elektrofahrzeuge deutlich umweltfreundlicher als mit konventionellen Verbrennungskraftmaschinen betriebene Fahrzeuge, wenn beispielsweise entsprechend umweltfreundliche Technologien und Methoden zur Erzeugung der elektrischen Energie wie z.B. Sonnenenergie, Wind- und/oder Wasserkraft, etc. eingesetzt werden.

Schließlich kann bei entsprechendem Voranschreiten der Speichertechnologie ein Energiespeicher - der so genannte 2 201025211 ···« • * * • · » * * * · · * * • * • * »

Akkumulator - eines Elektrofahrzeugs auch als Mikroenergiespeicher genutzt und in ein elektrisches Netz integriert werden. Das heißt, es wird von einem Elektrofahrzeug nicht nur Energie verbraucht bzw. über eine so genannte Ladeeinrichtung aufgenommen, um den Akkumulator zu laden, sondern auch Energie gespeichert und beispielsweise über die Ladeeinrichtung in ein Energieversorgungsnetz zurückgespeist. So kann von Elektrofahrzeugen auch dazu beigetragen werden, die oftmals fluktuierenden Einspeisungen mit regenerativen Technologien (z.B. Windkraft, Photovoltaik, etc.) erzeugter Energie auszugleichen. In so genannten Vehicle-to-Grid-Szenarien sind bereits Energie-/Netz-dienstleistungen wie z.B. Nutzbarmachung des Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs in einer Ladeeinrichtung oder durch Blindleistungserbringung zur Spannungsregelung skizziert.

Aktuell werden insbesondere von der Automobilindustrie bereits so genannte „Hybridfahrzeuge" angeboten, welche neben einem Verbrennungskraftantrieb auch einen unterstützenden Elektroantrieb aufweisen. Die ersten reinen Elektrofahrzeuge, welche mit konventionellen Autos insbesondere in der Reichweite vergleichbar sind, werden bereits geplant und in den nächsten Jahren voraussichtlich in größerer Stückzahl produziert und vertrieben werden.

Aus den beschriebenen Gründen wird die Anzahl Elektrofahrzeugen im Straßenverkehr in naher Zukunft vermutlich stark ansteigen. Daher wird eine Vielzahl von Ladeeinrichtungen, so genannte Ladestationen, sowohl im öffentlichen Verkehrsraum (z.B. Parkhäuser, Parkplätze, etc.) als auch auf Privatgelände {z.B. Flottenparkplätze von Firmen, Parkhäuser von Einkaufszentren, Garagen, etc.) notwendig sein, um die Akkumulatoren dieser Elektrofahrzeuge bei Bedarf wieder aufzuladen oder als Energiespeicher zu nutzen. Das bedeutet allerdings, dass bei einsprechender Verbreitung von Elektrofahrzeugen auch eine für deren Betrieb notwendige, voraussichtlich große Anzahl von Ladestationen vorhanden sein wird. 201025211 • · · • · • · * ·· l*i«

Wenn ein Elektrofahrzeug mittels einer Ladestation an ein Energieversorgungsnetz zum Laden oder gegebenenfalls zum Entladen des Akkumulators angeschlossen wird, dann sind in einem liberalisierten Strommarkt üblicherweise zumindest zwei Verträge in Kraft: einerseits ein Vertrag mit einem Netzbetreiber über die Nutzung des Energieversorgungsnetzes (z.B. Leitungen, Netzknoten, etc.)/ an welches die jeweilige Ladestation angeschlossen ist, und andererseits ein Vertrag mit einem Energieversorger bzw. Anbieter elektrischer Energie (z.B. Kraftwerksbetreiber, Energiehändler, etc.) über den Bezug bzw. gegebenenfalls über eine Speicherung der elektrischen Energie. Dabei kann beispielsweise der Netzbetreiber durch die Lage der Ladestation vorgegeben und der Energieversorger üblicherweise nahezu frei wählbar sein, wobei die jeweilige Ladestation durch Wahl eines Energieversorgers einer so genannten Bilanzgruppe oder einem so genannten Bilanzkreis zugeordnet werden kann. Eine Bilanzgruppe oder ein Bilanzkreis ist ein Fachbegriff in der Energiewirtschaft. In einem liberalisierten Strommarkt werden Energieversorger und Energiekunden (z.B. Fahrzeughalter eines Elektrofahrzeugs, etc.) in Bilanzgruppen bzw. Bilanzkreisen zusammengefasst. Innerhalb einer Bilanzgruppe bzw. eines Bilanzkreises muss die von einem Energieversorger gelieferte Energie zu jedem Zeitpunkt mit der von seinen Kunden verbrauchten Energie zur Deckung gebracht werden. Für eine entsprechende Netzbetriebsführung sowie für ein entsprechendes Energiemanagement in einer Bilanzgruppe bzw. in einem Bilanzkreis haben Netzbetreiber sowie Energieversorger zentral realisierte Managementsysteme, in welchen Energieverbraucher für Netzmanagement, Energiemanagement und/oder Verrechnung entsprechend abgebildet und verwaltet werden. Bei einer großen Anzahl von Ladestationen, über welche nicht nur Energie entnommen, sondern auch zwischengespeichert und zurückgespeist werden kann, ergibt sich allerdings bei einem zentralen Managementsystem der Nachteil, dass jede einzelne Ladestation für einen aktive Einflussnahme im Managementsystem abgebildet und verwaltet werden muss. 4 4 * · · · * · * * 4 201025211

Dadurch muss das jeweilige zentrale Managementsystem des Metzbetreibers, des Energieversorgers, etc. wie z.B. ein Netzmanagementsystem, ein Bilanzgruppenmanagementsystem, etc. für die Verwaltung einer große Anzahl von Ladestationen, welche leistungsmäßig kleinen, aber flexible Einheiten darstellen, entsprechend leistungsstark ausgelegt werden, um Einrichtungen für Netzbetrieb und Energieversorgung (z.B. Kraftwerkeinsatzplanung, Automatic Generation Control, etc.) sinnvoll steuern zu können. Dadurch entsteht sowohl auf Seiten der Netzbetreiber als auch auf Seiten der Energieversorger ein erheblicher Mehraufwand wie z.B. durch zusätzlich Hardware, leistungsstärkere Hardware, rascher agierende Anwendungen, etc. bei der Ausgestaltung ihrer Managementsysteme.

Weiters muss bei Einsatz von zentralen Managementsystemen auf Seiten von Netzbetreibern bzw. auf Seiten von Energieversorgern zu jeder Ladestation für einen Einflussnahme über eine Kommunikationsverbindung mit den entsprechenden Managementsystemen ein Kontakt aufgebaut werden. Dies führt auch zu einem erheblichen Aufwand und Kosten bei den Kommunikationseinrichtungen wie z.B. Leitungen zu den Ladestationen, Fernwirkstrecken, etc.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch welches auf einfache und kostengünstige Weise und mit vergleichsweise geringem Aufwand, ein Management und eine Steuerung von Ladestationen für Elektrofahrzeuge dezentral in dem elektrischen Energieversorgungsnetz durchgeführt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt, durch ein Verfahren der eingangs angegebenen Art, wobei von einem Datenverdichtungssystem Daten über jeweils aktuelle Prozesszustände der jeweiligen Ladestationen bzw. der jeweiligen Akkumulatoren der angeschlossenen Fahrzeuge empfangen und gesammelt werden. 5 201025211

Mittels eines Verdichtungsmoduls des Datenverdichtungssystems werden dann diese Daten gemäß geeigneter Protokolle zu Dateneinheiten zusammengefügt. Die derart erzeugten Dateneinheiten werden dann an übergeordnete Verarbeitungssysteme, insbesondere Energiemanagementsysteme, Bilanzgruppenmanagementsysteme und/oder Netzbetreibersysteme weitergeleitet.

Der Hauptaspekt der Erfindung besteht darin, dass durch einen hierarchischen Aufbau des Verfahrens und durch Einführung des Datenverdichtungssystems ein große Anzahl, insbesondere mehr als zwanzig, Ladestationen bzw. daran angeschlossene Akkumulatoren von Elektrofahrzeugen, von welche mit den Ladestationen bei Laden und Entladen eine Einheit gebildet wird, in den zentralen Verarbeitungssystemen von Energieversorgern, Bilanzgruppen und/oder Netzbetreibern auf einfache und kostengünstige Weise gemanagt werden können. Durch eine Verdichtung der einzelnen Daten der Prozesszustände der jeweiligen, meist dezentral (z.B. in verschiedenen Parkhäusern, Garagen, auf verschiedenen Parkplätzen, etc.) angeordneten Ladestationen können die Ladestationen ohne größeren Aufwand geregelt werden bzw. in die Planung bei Netzbetreibern und/oder Energieversorgern einbezogen werden. Ein gegebenenfalls durch eine Vielzahl von Ladestationen auftretendes so genanntes Mengengerüstproblem bei Verarbeitungssystemen {z.B. größere, leistungsfähigere, teuerer Hardware, etc.) von Netzbetreibern und/oder Energieversorgern wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise entschärft.

Weiters weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass der Aufwand für Kommunikationsverbindungen zwischen Ladestationen und zentralen, übergeordneten Verarbeitungssystemen bei Energieversorgern und/oder Netzbetreibern einfach gehalten werden kann. So können beispielsweise die Ladestationen lokal an das dezentral untergebrachte {z.B. im jeweiligen Parkhaus, am jeweiligen Parkplatz, etc.) Datenverdichtungssystem über geeignete physikalische Verbindungen (z.B. Power Line Carrier, etc.) verbunden werden. Vom Daten- 6 201025211 t · φ · ·

Verdichtungssystem ist dann nur mehr eine Verbindung (z.B. Telefonverbindung, Fernwirkstrecke, etc.) zum jeweiligen, übergeordneten Verarbeitungssystem notwendig.

Es ist vorteilhaft, wenn zusätzlich geeignete Vorgaben als Gruppensignal für die Ladestationen von den übergeordneten Verarbeitungssystemen übermittelt werden. Dieses Gruppensignal wird dann mittels eines Aufteilungsmoduls des Datenverdichtungssystems in Sollvorgaben für die jeweiligen Ladestationen zerlegt und dann werden die Sollvorgaben an die entsprechenden Ladestationen übermittelt. Auf diese einfache Weise können z.B. ohne großen Aufwand bei den Kommunikationsverbindungen Vorgaben und Betriebswünsche von verschiedenen Energiemarktakteuren (z.B. Netzbetreiber, Energieversorger, Stromhändler, etc.) an die Ladestationen bestmöglich berücksichtigt und weitergeleitet werden.

Die Vorgaben und Betriebswünsche werden als Gruppensignal an das beispielsweise dezentral untergebrachte Datenverdichtungssystem, welches für eine Anzahl von Ladestationen zuständig ist, über eine Kommunikationsverbindung (z.B. Telefonverbindung, Fernwirkstrecke, etc.) übertragen. Durch das Datenverdichtungssystem werden dann aus diesen Vorgaben und Betriebswünschen, welche gegebenenfalls auch zu nicht vollständig realisierbaren Idealzuständen führen können, mittels des Aufteilungsmoduls bestmöglich in Sollvorgaben für die einzelnen Ladestationen umgesetzt. Die Sollvorgaben werden dann über eine geeignete physikalische Verbindung (z.B. Power Line Carrier) an die Ladestationen bzw. an die damit verbundenen Elektrofahrzeug bzw. deren Akkumulatoren übertragen.

Des Weiteren empfiehlt sich, wenn vom Verdichtungsmodul die Daten über die aktuellen Prozesszustände insbesondere mittels Summation, statistischer Summation zeitlicher Staffelung und/oder Priorisierung von Anforderungen beispielsweise der Netzbetreiber, Energieversorger, etc. zu Dateneinheiten zusammengefügt werden. Mit dem Verdichtungsmodul werden damit 7 201025211 mittels geeigneter und einfacher Verdichtungsmethoden- und -Protokollen die Daten über die jeweils aktuellen Prozesszustände derart zusammengefügt, dass für die jeweils übergeordneten Verarbeitungssysteme einfach zu verwertende Dateneinheiten gebildet werden. Als Verdichtungsmethoden können -z.B. in Abhängigkeit von den jeweils zu verdichtenden Daten -beispielsweise Summationen oder statistische Summation, bei welcher die einzelnen Daten vor der Summation entsprechend gewichtet werden verwendet werden. Durch z.B. die Verdichtungsmethode der zeitlichen Staffelung oder Priorisierung können auf einfache Weise Anforderungen und/oder Betriebswünsche berücksichtigt werden.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass vom Aufteilungsmodul das Gruppensignal insbesondere mittels so genanntem Linear Programming mit geeigneten Nebenbedingungen und/oder mit so genannter Bevorzugsungsziel-funktionen in die Sollvorgaben für die Ladestationen zerlegt werden. Bei der Deaggregation von Gruppensignalen durch das Aufteilungsmodul kann durch geeignete Aufteilungsmethoden wie z.B. Linear Programming mit geeigneten Nebenbedingungen und/oder Bevorzugungszielfunktionen im Konfliktfall auf einfache Weise eine optimale Aufteilung bzw. Umwandlung der Gruppensignal auf die Sollvorgaben für die Ladestationen berücksichtigt werden. Dadurch können zusätzlich gegebenenfalls durch widersprüchliche Vorgaben entstehende Konfliktfälle verhindert bzw. entschärft werden und Optimalzustände ermittelt werden, in welchen die Mehrzahl der Vorgaben berücksichtigt wird.

Es ist günstig, wenn mittels Verdichtung der Daten über aktuelle Prozesszustände der Ladestationen Dateneinheiten spezifisch für jeweils betroffene Bilanzgruppen bzw. Bilanzkreis sowie die zugehörigen übergeordneten Verarbeitungssysteme generiert werden. Damit können idealer Weise die Dateneinheiten auf die Notwendigkeiten der Verarbeitungssysteme der jeweiligen Bilanzgruppen bzw. -kreis abgestimmt werden. 8 8 • * • * 201025211

Es ist auch von Vorteil, wenn mittels Verdichtung der Daten über aktuelle Prozesszustände der Ladestationen spezifische Dateneinheiten erzeugt werden, in welchen die aktuellen Prozesszustände aller zu einem Netzknoten zugeordneten Ladestationen enthalten sind. Damit können Dateneinheiten ermittelt werden, die von einem Netzbetreiber auf einfache Weise zur Steuerung und Planung des Betriebes seines Netzes verwendet werden können. Vom Netzbetreiber kann auf diese Weise auch geprüft werden, ob bestimmte Vorgaben (z.B. maximal erlaubte Ladeleistung, Blindleistung, etc.} für den Netzbetrieb von einer Gruppe von Ladestationen eingehalten werden. Außerdem kann damit das erfindungsgemäße Verfahren auch in einer so genannten gemischten Verbraucherstruktur -d.h. von einem Netzknoten werden neben Ladestationen noch weitere Verbraucher (z.B. Haushalte, etc.) versorgt -angewendet werden.

Zweckmäßigerweise werden mit einer erzeugten Dateneinheit technische Merkmale der Dateneinheit, insbesondere aktuelle und/oder maximale Ladeleistung einer Summe von Ladestationen, Füllstand der Summe von Elektrofahrzeugen an den Ladestationen, etc., mitgesendet. Diese Merkmale können auf das jeweils übergeordnete Verarbeitungssystem spezifisch abgestimmt sein und dabei berücksichtigt werden, ob das übergeordnete Verarbeitungssystem ein Netzbetreibersystem, ein Energiemanagement- oder ein Bilanzgruppenmanagementsystem ist.

Vorteilhafter Weise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Daten über den aktuellen Prozesszustand einer Ladestation wie beispielsweise ein aktuelle Zustandsmeldung, ein Speicherinhalt des Elektrofahrzeugs, eine maximale Ladeleistung des Elektrofahrzeugs, eine maximale Blindleistung des Elektrofahrzeugs, ein aktueller Speicherfüllstand, eine aktuelle Ladeleistung, eine aktuelle Blindleistung und /oder Bilanzgruppenzugehörigkeit des Elektrofahrzeug ermittelt werden. Diese Daten werden dann mittels dem Verdichtungsmodul 9 201025211 zu entsprechenden Dateneinheiten zusammengefasst und den jeweiligen übergeordneten Verarbeitungssystemen wie z.B. Energiemanagementsysteme, Bilanzgruppenmanagementsysteme und/oder Netzbetreibersysteme zur Verfügung gestellt werden. Von Energieversorgern und/oder Netzbetreibern können die Dateneinheiten dann zur Steuerung, Regelung und Planung von Energieversorgung bzw. Netzbetrieb eingesetzt werden. So ist z.B. einem Energieversorger dadurch bekannt, welcher Speicherfüllstände von Elektrofahrzeugen gegebenenfalls für einen Ausgleich von Fluktuationen im Energienetz zur Verfügung stehen oder mit welchem Bedarf zum Laden von Elektrofahrzeugen zu rechnen ist.

Daher ist es auch vorteilhaft, wenn als Gruppensignal bzw. als Basis für die Sollvorgaben für die Ladestationen vom jeweils übergeordneten Verarbeitungssystem insbesondere eine vom einem Energieerzeugungsangebot abhängige Leistungsvorgabe für alle zu einer Bilanzgruppe gehörenden Elektrofahrzeuge und/oder eine momentan erlaubte maximal Ladeleistung und/oder gewünschte Blindleistung für alle zu einem Netzknotenpunkt gehörenden Ladestationen vorgegeben werden. Insbesondere von Netzbetreibern können damit Vorgaben oder Anforderungen als Gruppensignal definiert werden, durch welche z.B. Überlastzustände an Netzinfrastruktur (z.B. Leitungen, etc.) mit damit verbundenen Notabschaltungen verhindert werden.

Es ist auch günstig, wenn als Sollvorgaben für die jeweilige Ladestation insbesondere Signale zum Zu- und/oder Abschalten einer Ladestation, ein Leistungssollwert für die Ladestation und das Elektrofahrzeug in Lade- und/oder Entladerichtung, ein Blindleistungssollwert für die Ladestation und das Elektrofahrzeug in Lade- und/oder Entladerichtung, etc. an die jeweilige Ladestation übertragen werden. Durch die Sollvorgaben bzw. die speziellen Signale an die jeweiligen Ladestationen und die damit verbundenen Elektrofahrzeuge bzw. deren Akkumulatoren können Vorgaben von Energieversorgern z.B. betreffend eine ausgeglichene Leistungsbilanz in einer Bilanzgruppe oder Anforderungen von Netzbetreibern z.B. 201025211 • * # ·»·* i · ·»·· »· 4 · *4 4 > 4 »4t « I » » 4 10 4 4 4 * * 4 »*4 betreffend Netzinfrastruktur und -Sicherheit auf einfache Weise umgesetzt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figur erläutert. Dabei zeigt Figur 1 einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum dezentralen Energiemanagement für Ladestationen für Elektrofahrzeuge .

Ausführung der Erfindung

In der Figur 1 sind schematisch und beispielhaft mehrere Ladestationen LSI, LS2, LSn dargestellt, an welche Elektrofahrzeuge und/oder deren Akkumulatoren zum Laden bzw. auch zum Zurückspeisen von Energie angeschlossen werden können. Dabei wird von der jeweiligen Ladestation LSI, LS2, ..., LSn mit dem jeweils angeschlossenen Elektrofahrzeuge bzw. Akkumulator einen Einheit - ein so genanntes Aggregat -gebildet.

Die Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn können beispielsweise in größerer Zahl (z.B. mehr als zwanzig Ladestationen LSI, LS2, LSn) in Parkhäusern, auf Parkplätzen, Flottenparkplätzen von Firmen und/oder auf Parkflächen bei Einkaufszentren angebracht sein. Bei einer derartigen Anbringung sind die Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn eines Parkhauses, Parkplatzes, etc. üblicherweise einem bestimmten Netzknoten NK eines Energienetzbetreibers zugeordnet und werden von diesem versorgt. Es ist aber auch denkbar, dass Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn z.B. in einzelnen Privatgaragen, etc. untergebracht sind. Dann können die Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn auch von verschiedenen Netzknoten NK versorgt werden, wobei das auf das erfindungsgemäße Verfahren keine Auswirkung hat.

Die einzelnen Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn weisen eine Kommunikationsverbindung beispielsweise über Power Line 11 11 201025211 *♦ * *·** • · ·· · ·

Carrier zu einem Datenverdichtungssystem DVS auf. Derartige Datenverdichtungssysteme DVS sind beispielsweise dort angebracht, wo eine größere Anzahl an Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn z.B. unter einem bestimmten Netzknoten NK im Einsatz sind. So kann z.B. ein Datenverdichtungssystem DVS in einem Parkhaus, bei einem Parkplatz, einer Parkfläche eines Einkaufszentrums und/oder bei einem Elottenparkplatz einer Firma eingerichtet werden.

Das Datenverdichtungssystem DVS umfasst zumindest ein Verdichtungsmodul VM und ein Aufteilungsmodul AM und ist über eine KommunikationsVerbindung (z.B. Telefonverbindung, Fernwirkstrecke, etc.) mit übergeordneten Verarbeitungssystemen BG1, BGn, NM verbunden. Derartige übergeordnete Verarbeitungssysteme BG1, BGn, NM sind beispielsweise Energiemanagementsysteme, Bilanzgruppenmanagementsysteme BG1, ..., BGn von Energieversorgern und/oder Netzmanagementsysteme NM von Netzbetreibern.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem ersten Verfahrensschritt 1 von den Ladestationen LSI, LS2, LSn Daten über die jeweils aktuellen Prozesszustände der jeweiligen Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn bzw. der jeweiligen Aggregate Ladestation/Elektrofahrzeug LSI, LS2, ..., LSn z.B. über Power Line Carrier an das Datenverdichtungssysteme DVS weitergeleitet bzw. von diesem ermittelt. Diese Daten können beispielsweise Angaben zum aktuellen Zustand einer Ladestation LSI, LS2, ..., LSn umfassen. D.h. es wird festgestellt, ob eine Ladestation LSI, LS2, ..., LSn gerade belegt, frei, gestört, etc. ist. Weiters können die Daten über die aktuellen Prozesszustände Informationen über einen maximalen Speicherinhalt eines Elektrofahrzeugs, eine maximale und eine aktuelle Ladeleistung eines Elektrofahrzeugs, eine maximale und aktuelle Blindleistung eines Elektrofahrzeugs, einen aktuellen Speicherfüllstand eines Elektrofahrzeugs und/oder eine Bilanzgruppenzugehörigkeit eines Elektrofahrzeugs bzw. seines Inhabers (d.h. welcher Energieversorger vom Inhaber gewählt worden ist bzw. mit welchem Energieversorger der 12 201025211

Inhaber vertraglich verbunden ist} sowie eine Kundenfüllstandwunsch bis zu einem bestimmten Zeitpunkt beinhalten.

Diese Daten über die jeweils aktuellen Prozesszustände der 5 Ladestationen LSI, LS2, LSn werden dann in einem zweiten Verfahrensschritt 2 vom Verdichtungsmodul VM des Daten-verdichtungssystem DVS mittels geeigneter Protokolle und Methoden (z.B. einfache Summation, statistische Summation, etc.) entsprechend zu Dateneinheiten zusammengefügt. Dabei 10 können beispielsweise Dateneinheiten für jede betroffene Bilanzgruppe bzw. Bilanzkreis und für einen oder mehrere betroffene Netzbetreiber bzw. Netzknoten NK erstellt werden. Sind zum Datenverdichtungssystem DVS gehörenden Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn nur einem bestimmten Netzknoten NK zu-15 geordnet, so können z.B. spezifische Dateneinheiten generiert werden, in welchen die aktuellen Prozesszustände aller zu diesem Netzknoten NK gehörenden Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn enthalten sind. 20 In einem dritten Verfahrensschritt 3 werden dann die derart erzeugten Dateneinheiten an die jeweils entsprechenden, übergeordneten Verarbeitungssystem BG1, ..., BGn, NM weitergeleitet. Die Dateneinheiten werden dabei beispielsweise über eine Telekommunikationsverbindung (z.B. Fernwirkstrecke, 25 etc.) an die entsprechenden Bilanz- und/oder Energiemanagementsysteme BG1, ..., BGn der betroffenen Energie-versorger/-lieferanten bzw. an entsprechende Netzmanagementsysteme NM der jeweils betroffenen Netzbetreiber übertragen. Von diesen Verarbeitungssystemen BG1, ..., BGn, NM können dann 30 die Dateneinheiten zur Planung, Steuerung, Regelung, etc. der Energieversorgung bzw. des Netzbetriebs verwendet werden. Vom Datenverdichtungssystem DVS können die Dateneinheiten zusätzlich mit technischen Merkmalen wie z.B. maximale/ aktuelle Ladeleistung aller Aggregate LSI, LS2, ..., LSn, 35 Füllstand der Summe der Akkumulatoren der Elektrofahrzeuge, etc. ergänzt werden. 13 201025211

Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass in einem vierten Verfahrensschritt 4 von den übergeordneten Verarbeitungssystemen BG1, BGn, NM entsprechende Vorgaben und Anforderungen als Gruppensignale an ein Datenverdichtungssystem DVS gesendet werden. So kann beispielsweise von einem Bilanzgruppenmanagementsystem BG1, ..., BGn aus Sicht einer Bilanzgruppe als Gruppensignal eine vom Erzeugungsangebot abhängig Leistungsvorgabe für die Summe der Lade- bzw. Entladeleistung aller dieser Bilanzgruppe zugehörigen Elektrofahrzeuginhaber übermittelt werden. Aus Sicht des Netzbetriebes kann ein mögliches Gruppensignal z.B. Vorgaben für eine momentan maximal erlaubte Ladeleistung, für eine gewünschte Blindleistung, etc. für die gesamte Gruppe von Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn beinhalten, welche einem bestimmten Netzknoten NK zugeordnet sind.

Die Gruppensignale werden dann in einem fünften Verfahrensschritt 5 vom Aufteilungsmodul AM des Datenverdichtungssystems DVS entsprechend geeigneter Aufteilungsmethoden wie z.B. Linear Programming mit entsprechenden Nebenbedingungen und/oder mit Bevorzugungszielfunktionen im Konfliktfall in Sollvorgaben für die jeweiligen Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn zerlegt. Das Linear Programming oder die lineare Optimierung ist ein Verfahren aus dem Bereich der Unternehmensforschung, um bestimmte Prozesse oder Verfahren auf Basis von Bedingungen, Vorgaben, etc. zu optimieren.

Dabei wird eine lineare Zielfunktion über einer Menge - hier z.B. Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn, die durch lineare Gleichungen und Ungleichungen eingeschränkt ist, optimiert. D.h. es wird vom Aufteilungsmodul AM die bestmögliche bzw. optimale Umsetzung der Gruppensignal auf Sollvorgaben für die Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn ermittelt.

In einem sechsten Verfahrensschritt 6 werden dann die derart ermittelten Sollvorgaben über eine geeignete physikalische Verbindungen wie z.B. Power Line Carrier und unter Verwendung eines entsprechenden Protokolls (z.B. TCP/IP, etc.) an die einzelnen Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn und damit auch an 201025211 14 • · ι · · · « · * » • ·· · ·*·· «· « · « die Elektrofahrzeuge übertragen. Mittels der Sollvorgaben können dann z.B. einzelne Ladestationen LSI, LS2, LSn zu-und/oder abgeschaltet und/oder Leistungssollwerte sowie Blindleistungssollwerte für die Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn bzw. für die angeschlossenen Elektrofahrzeuge vorgegeben werden.

Vom Datenverdichtungssystem DVS wird damit eine Art Mittlerfunktionen zwischen dem Lade-/Entladeprozessen zwischen Ladestationen LSI, LS2, LSn und Elektrofahrzeugen und den zentralen Verarbeitungssystemen BG1, BGn, NM bei Energieversorgern und Netzbetreibern eingenommen. Das Datenverdichtungssystem DVS läuft damit als Mittler in einem so genannten Closed-Loop-Betrieb, von welchem in eine Zeitraster, welcher von den erforderlichen Reaktionszeiten in einem aktiven Netz- bzw. Bilanzgruppenmanagement abhängig ist, eine Erbringung von Energiedienstleistungen {z.B. Energieversorgung zum Laden von Elektrofahrzeugen, Nutzung von Speicherkapazitäten, etc.) vermittelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann für Planung, Steuerung und Management von Netzbetrieb und Energiemanagement eines Energieversorgers eingesetzt werden. Es kann aber auch nur für den Netzbetrieb oder für das Energiemanagement ausgerichtet sein, wobei bei einer Ausrichtung auf Energiemanagement auch Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn mehrerer Netzknoten NK gemeinsam verwaltet werden können. Betreffend der Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn kann das erfindungsgemäße Verfahren sowohl bei Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn des Niederspannungsbereichs als auch bei Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn mit größerer Leistung z.B. aus dem Mittelspannungsbereich angewendet werden. Weiters ist das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einer gemischten Verbraucherstruktur einsetzbar, d.h. von einem Netzknoten NK werden neben den Ladestationen LSI, LS2, ..., LSn auch andere Verbraucher bzw. Stromlasten versorgt.

Claims

201025211 15 i * · «··« Μ «· * 141 » » t 4 l * « « I Ψ · » t « • * · · · · M · Patentansprüche 1. Verfahren zum dezentralen Energiemanagement für Ladestationen (LSI, LS2, ..., LSn) für Elektrofahrzeuge, wobei von Elektrofahrzeugen über die Ladestationen (LSI, LS2, ..., LSn) Energie aus einem Energieversorgungsnetz entnommen und/oder an ein Energieversorgungsnetz abgegeben wird, und wobei beim Laden und/oder Entladen von einer Ladestation (LSI, LS2, ..., LSn) und einem Elektrofahrzeug eine Einheit gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Datenverdichtungssystem (DVS) Daten über jeweils aktuelle Prozesszustände der jeweiligen Ladestationen (LSI, LS2, LSn) empfangen und gesammelt werden (1), dass dann mittels eines Verdichtungsmoduls (VM) des Datenverdichtungssystems (DVS) diese Daten gemäß geeigneter Methoden zu Dateneinheiten zusammengefügt werden (2), und dass die derart erzeugten Dateneinheiten an übergeordnete Verarbeitungssysteme (BG1, ..., BGn, NM) , insbesondere entsprechende Bilanzgruppenmanagementsysteme und/oder Netzbetreibersysteme, weitergeleitet werden (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass geeignete Vorgaben als Gruppensignal für die Ladestationen (LSI, LS2, ..., LSn) von den übergeordneten Verarbeitungssystemen (BG1, ..., BGn, NM) übermittelt werden (4), dass mittels eines Aufteilungsmoduls (AM) des Datenverdichtungssystems (DVS) das Gruppensignal in Sollvorgaben für die jeweiligen Ladestationen (LSI, LS2, LSn) zerlegt wird (5), und dass dann die jeweiligen Sollvorgaben an die entsprechenden Ladestationen (LSI, LS2, ..., LSn) übermittelt werden (6) .
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass vom Verdichtungsmodul (VM) die Daten über die aktuellen Prozesszustände insbesondere mittels Summation, statistischer Summation zeitlicher Staffelung und/oder Priorisierung von Anforderungen zu 201025211 16 • Λ

φ · ·*« · * · * · · * · · • · Φ ι #* « Dateneinheiten als geeignete Methoden zusammengefügt werden (2).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vom Aufteilungsmodul (AM) das Gruppensignal insbesondere mittels so genanntem Linear Programming mit geeigneten Nebenbedingungen und/oder mit so genannte Bevorzugungszielfunktionen in die Sollvorgaben für die Ladestationen (LSI, LS2, LSn) zerlegt werden (5).
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Verdichtung der Daten über die aktuellen Prozesszustände spezifische Dateneinheiten für jeweils betroffenen Bilanzgruppen und die zugehörigen übergeordneten Verarbeitungssysteme (BG1, ..., BGn, NM) erzeugt werden.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Verdichtung der Daten über die aktuellen Prozesszustände spezifische Dateneinheiten erzeugt werden, in welche die aktuellen Prozesszustände aller zu einem Netzknoten (NK) zugeordneten Ladestationen (LSI, LS2, ..., LSn) enthalten sind.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer erzeugten Dateneinheit technische Merkmale der Dateneinheit, insbesondere aktuelle und/oder maximale Ladeleistung einer Summe von Ladestationen (LSI, LS2, ..., LSn) , Füllstand der Summe von Elektrofahrzeugen an den Ladestationen (LSI, LS2, LSn), etc., gesendet werden.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Daten über den aktuellen Prozesszustand einer Ladestation (LSI, LS2, LSn) insbesondere ein aktuelle Zustandsmeldung, ein 17 201025211 • * « · * * · * « » · ι • • · w * Speicherinhalt des Elektrofahrzeugs, eine maximale Ladeleistung des Elektrofahrzeugs, eine maximale Blindleistung des Elektrofahrzeugs, ein aktueller Speicherfüllstand, eine aktuelle Ladeleistung, eine aktuelle Blindleistung und /oder Bilanzgruppenzugehörigkeit des Elektrofahrzeug ermittelt werden.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gruppensignal vom jeweils übergeordneten Verarbeitungssystem (BG1, ..., BGn, NM) insbesondere eine vom einem Energieerzeugungsangebot abhängige Leistungsvorgabe für alle zu einer Bilanzgruppe gehörenden Elektrofahrzeuge und/oder eine momentan erlaubte maximal Ladeleistung und/oder gewünschte Blindleistung für alle zu einem Netzknotenpunkt gehörenden Ladestationen (LSI, LS2, ..., LSn) vorgegeben werden.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sollvorgaben für die jeweilige Ladestation (LSI, LS2, ..., LSn) insbesondere Signale zum Zu- und/oder Abschalten einer Ladestation, ein Leistungssollwert für die Ladestation (LSI, LS2, LSn) und das Elektrofahrzeug in Lade- und/oder Entladerichtung, ein Blindleistungssollwert für die Ladestation und das Elektrofahrzeug in Lade- und/oder Entladerichtung, etc. an die jeweilige Ladestation (LSI, LS2, ..., LSn) übertragen werden.