AT512133A1 - Verfahren zur regelung von energieströmen - Google Patents

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AT512133A1 ATA1682/2011A AT16822011A AT512133A1 AT 512133 A1 AT512133 A1 AT 512133A1 AT 16822011 A AT16822011 A AT 16822011A AT 512133 A1 AT512133 A1 AT 512133A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Energieströmen in einem Energieversorgungsnetz (1) mit mehreren mittels Leitungen (8) verbundenen hierarchisch angeordneten Einheiten (91, 92, 93, 94, 95), wobei der Mehrzahl der Einheiten (91, 92, 93, 94, 95) jeweils zumindest ein Regelelement (2) zugeordnet ist, wobei die Regelelemente (2) im Wesentlichen entsprechend der Leitungen (8) der zugeordneten Einheiten (91, 92, 93, 94, 95) gekoppelt und im Bereich der jeweils zugeordneten Einheit (91, 92, 93, 94, 95) angeordnet sind, wobei zwei miteinander gekoppelte Regelelemente (2) derart ausgebildet sind, dass zumindest ein Teil der Stellgröße (41) des hierarchisch übergeordneten Regelelementes (2) als Zielvorgabe (31) des hierarchisch untergeordneten Regelelementes (2) vorgegeben wird und die Regelung subsidiär erfolgt.

Description

33063/pt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Energieströmen in einem Energieversorgungsnetz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Derartige Energieversorgungsnetze haben in der Vergangenheit einige große Energieerzeuger aufgewiesen, deren Energie über Leitungen an die Verbraucher geliefert wurde. Moderne Energieversorgungsnetze haben demgegenüber eine heterogene Struktur sowohl auf der Seite der Energieerzeuger als auch auf der Seite der Verbraucher. Insbesondere gibt es eine Vielzahl kleiner Energieerzeuger, beispielsweise Windkraftanlagen, Solaranlagen, Fernwärmeanlagen oder Anlagen zur Nutzung anderer alternativer und regenerativer Energiequellen. Weiters steigt die Anzahl und Komplexität der Geräte in den Haushalten und der Industrie.
Die Regelung und Koordination dieser Vielzahl an Einheiten stellt eine große Herausforderung dar, für die eine Vielzahl an verschiedenen Lösungen vorgeschlagen wurden. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, dass diese Lösungen bei einem System mit einer Vielzahl und Heterogenität an Einheiten oftmals einzelne Einheiten nur ungenügend in das Gesamtsystem integrieren können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die bekannten Nachteile vermieden werden, das einfach implementiert und erweitert werden kann, eine gute Regelung mit einem geringen Ressourcenbedarf ermöglicht und das schnell und selbsttätig an unterschiedliche Rahmenbedingungen angepasst werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine effiziente Regelung des Energieversorgungsnetzes bereitgestellt werden kann, welche dezentral erfolgt und auf die Bedürfnisse der einzelnen Einheiten eingehen kann. Der erforderliche Datentransfer kann gering gehalten werden, da die Regelung soweit möglich an untergeordnete Hierarchieebenen delegiert wird. Durch die Regelung können Lastspitzen wirkungsvoll vermieden und eine gute Koordinierung unterschiedlicher Einheiten sichergestellt werden.
Handelt es sich bei dem Energieversorgungsnetz um ein elektrisches Energieversorgungsnetz, so stellt es ein Intelligentes Stromnetz dar, für das auch das Schlagwort „Smart Grid" gebräuchlich ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Energieversorgungsnetz-Regelungssystem zur Regelung von Energieströmen in einem Energieversorgungsnetz mit dem das eingangs beschriebene Verfahren besonders einfach umgesetzt werden kann.
Die Erfindung betrifft weiters ein Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines Computers und/oder eines Computernetzwerkes geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des eingangs beschriebenen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer und/oder einem Computernetzwerk läuft.
Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Ansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Energieversorgungsnetzes; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Regelelementes für das Energieversorgungsnetz.
Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Energieversorgungsnetz 1. Das Energieversorgungsnetz 1 weist eine heterogene Struktur an Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 auf. Dabei können die Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 Energieerzeuger, Verbraucher, Verteiler, Speicher od. dgl. sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Einheit 91, 92, 93, 94, 95 mehrere Funktionen übernehmen kann, beispielsweise als Speicher oder Erzeuger. So wird ein Akkumulator eines Elektroautos üblicherweise derart betrieben, dass er Energie aus dem
Energieversorgungsnetz 1 bezieht und somit als Verbraucher agiert. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Akkumulator als Speicher betrieben wird und bei Bedarf Energie in das Energieversorgungsnetz 1 zurückgeführt wird.
Weitere Ausführungen der Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 können Energieerzeuger, beispielsweise Atomkraftwerke, Windkraftanlagen oder Solaranlagen, oder Verteiler, beispielsweise Umspannwerke, Speicher, beispielsweise Akkumulatoren, Pumpspeicherkraftwerke oder Warmwasserspeicher, oder Verbraucher, beispielsweise Fabrikmaschinen, Haushaltsgeräte, Liftanlagen, sein. Die Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 können beispielsweise auch Fernwärmeeinrichtungen, Wärmepumpen oder Wasserboiler betreffen.
Gegenständliche Erfindung beschäftigt sich mit der Regelung von Energieströmen in derartigen Energieversorgungsnetzen 1, bei denen mehrere mittels Leitungen 8 verbundene Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 vorhanden sind, wobei die Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 hierarchisch angeordnet sind.
Das Energieversorgungsnetz 1 kann Netze zur Bereitstellung unterschiedlicher Energieträger betreffen, wobei auch mehrere unterschiedliche Energieträger vorgesehen sein können. Insbesondere können dabei auch Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 zur Energieumwandlung vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Pumpspeicherkraftwerk elektrische Energie in potenzielle Energie umwandeln und umgekehrt.
Das Energieversorgungsnetz kann ein Gasversorgungsnetz, ein Wärmeversorgungsnetz oder dergleichen sein. Eine bevorzugte Ausbildung des Energieversorgungsnetzes 1 betrifft ein elektrisches Energieversorgungsnetz.
Andere Ausbildungen des Energieversorgungsnetzes 1 betreffen Fernwärme, die Verteilung fossiler Energieträger, Erdwärme oder dergleichen.
Wird die hierarchische Struktur von unten nach oben betrachtet, so können Einheiten 91 der untersten Ebene beispielsweise die Geräte in einem Haushalt sein, insbesondere eine Waschmaschine, ein Kühlschrank, ein Herd, ein Geschirrspüler, eine Heizung, die nächsthöhere Einheit kann die Wohnungs-Verteileinheit 92 sein, welcher die Stockwerk-Verteileinheit 93 übergeordnet ist, der weiters die Haus- • * • 4* * 33063/pt
Verteileinheit 95 übergeordnet ist. In der hierarchischen Struktur können im Wesentlichen in jeder Ebene unmittelbar Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 vorgesehen sein, welche Energieerzeuger, Verbraucher, Verteiler, Speicher sind. Beispielsweise kann der Haus-Verteileinheit 95 neben mehreren Stockwerk-Verteileinheiten 93 eine weitere Einheit 94 unmittelbar untergeordnet sein, welche beispielsweise eine Schwimmbadheizung oder eine Solaranlage sein kann. Derartige hierarchische Strukturen sind in allen Bereichen der Energieversorgung gegeben, beispielsweise der Industrie oder dem öffentlichen Raum.
Die Anzahl der Hierarchieebenen ist nicht eingeschränkt und kann entsprechend dem jeweiligen Energieversorgungsnetz gewählt werden. Üblicherweise sind in dem Energieversorgungsnetz 1 eine Vielzahl der Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 Energieerzeuger, beispielsweise Atomkraftwerke, Wasserkraftwerke, Windkraftanlagen oder Solaranlagen.
In dem Energieversorgungsnetz 1 sind Energieerzeuger und Energieverbraucher zusammengeschlossen, wobei in einer Ebene sowohl Energieerzeuger als auch Energieverbraucher vorhanden sein können.
Der Mehrzahl der Einheiten 91,92, 93, 94, 95 ist jeweils zumindest ein Regelelement 2 zugeordnet, wobei die Regelelemente 2 im Wesentlichen entsprechend der Leitungen 8 der zugeordneten Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 gekoppelt und im Bereich der jeweils zugeordneten Einheit 91, 92, 93, 94, 95 angeordnet sind.
Zwei miteinander gekoppelte Regelelemente 2 sind derart ausgebildet, dass zumindest ein Teil der Stellgröße 41 des hierarchisch übergeordneten Regelelementes 2 als Zielvorgabe 31' des hierarchisch untergeordneten Regelelementes 2 vorgegeben wird und die Regelung subsidiär erfolgt.
Insbesondere kann die Mehrzahl der miteinander gekoppelten Regelelemente 2 in dieser Weise ausgebildet sein.
Eine subsidiäre Regelung ist eine Regelung, welche dezentral erfolgt und wobei die Regelung möglichst an hierarchisch untergeordnete Strukturen delegiert wird.
« · I 5* 33063/pt
Dabei werden Probleme unmittelbar bei den betroffenen Bereichen gelöst. Insbesondere kann mit der subsidiären Regelung der erforderliche Informationsfluss gering gehalten werden. Das Energieversorgungsnetz-Regelungssystem zerfällt in einzelne Subsysteme, welche eine geringere Komplexität aufweisen und einfacher mit einem geringen Aufwand gelöst werden können.
Bei einer subsidiären Regelung wird - hierarchisch gesehen - die erforderliche Regelungsintelligenz so tief wie möglich und so hoch wie notwendig angeordnet.
Durch diese Ausbildung der Regelelemente 2 ist es nicht erforderlich, dass der Energielieferant das Energieversorgungsnetz bis in die letzte Realisierungstiefe erfassen muss. Beispielsweise muss er nicht den einzelnen Geschirrspüler regeln, sondern regelt beispielsweise einfach über sein Preismodell, welches er in einer oberen Hierarchieebene einspielen kann.
Die Regelelemente 2 bilden ein Energieversorgungsnetz-Regelungssystem zur Regelung von Energieströmen in dem Energieversorgungsnetz 1 mit mehreren mittels Leitungen 8 verbundenen hierarchisch angeordneten Einheiten 91, 92, 93, 94, 95, wobei der Mehrzahl der Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 jeweils zumindest eines der Regelelemente 2 zugeordnet ist, wobei die Regelelemente 2 im Wesentlichen entsprechend der Leitungen 8 der zugeordneten Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 gekoppelt und im Bereich der jeweils zugeordneten Einheit 91, 92, 93, 94, 95 angeordnet sind. Zwei miteinander gekoppelte Regelelemente 2 sind derart ausgebildet, dass die Stellgröße 41 des hierarchisch übergeordneten Regelelementes 2 die Zielvorgabe 31 ’ des hierarchisch untergeordneten Regelelementes 2 umfasst und die Regelung subsidiär erfolgt.
Es kann eine effiziente Regelung des Energieversorgungsnetzes 1 bereitgestellt werden, welche dezentral erfolgt und auf die Bedürfnisse der einzelnen Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 eingehen kann. Der erforderliche Datentransfer kann gering gehalten werden, da die Regelung soweit möglich an nachfolgende Hierarchieebenen delegiert wird. Lastspitzen können wirkungsvoll vermieden und eine gute Koordinierung unterschiedlicher Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 sichergestellt werden.
33063/pt
Das Energieversorgungsnetz-Regelungssystem reagiert wie ein automatisierter Energiemarkt, wobei der Marktdruck das komplexe System im Wesentlichen ohne zentraler Intelligenz regelt.
Handelt es sich bei dem Energieversorgungsnetz 1 um ein elektrisches Energieversorgungsnetz, so stellt es ein Intelligentes Stromnetz dar, für das auch das Schlagwort „Smart Grid“ gebräuchlich ist.
Durch die heterogene Struktur der Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 verbunden mit einer Vielzahl an unterschiedlichen Einstellungsmöglichkeiten stellt die Koordinierung und Regelung des Energieversorgungsnetzes 1 eine große Herausforderung dar. Dabei ist zu beachten, dass unterschiedliche Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 eine unterschiedliche Dynamik und Verhaltenscharakteristik aufweisen. Durch kleine Solaranlagen, Wind-, Wasserkraft-, Biogasanlagen und dergleichen weist das Energieversorgungsnetz 1 eine große Anzahl unterschiedlicher Energieerzeuger auf.
Insbesondere Energieerzeuger, welche vom Wetter abhängig sind, weisen eine stochastische Energielieferung auf und können nur eingeschränkt geregelt werden.
Das vorliegende Verfahren und das Energieversorgungsnetz-Regelungssystem können einfach auf weitere Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 erweitert werden, wobei das bestehende Energieversorgungsnetz-Regelungssystem im Wesentlichen unverändert bleiben kann. Dabei können die Erweiterungen die Hinzufügung weiterer hierarchisch untergeordneter Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 an bereits eingebundene Regelungselemente 2 sein. Es können aber auch weitere Hierarchiestufen eingeführt werden und beispielsweise mehrere regionale Energieversorgungsnetz-Regelungssysteme zusammengeführt werden, wobei auch ein globales Energieversorgungsnetz-Regelungssystem geschaffen werden kann.
Das vorliegende Verfahren kann einfach schrittweise in ein bestehendes Energieversorgungsnetz 1 eingeführt werden, wobei der durchgehende Betrieb des Energieversorgungsnetzes 1 weitgehend sichergestellt werden kann.
Die Regelungselemente 2 können in jeder Hierarchieebene im Wesentlichen gleich aufgebaut sein, wobei vorgesehen sein kann, weitgehend gleichartige Regelungselemente 2 für die Mehrzahl der Regelungselemente 2 zu verwenden, ·· *«* »·# · y· #«« 33063/pt wodurch insbesondere die Entwicklungs- und Herstellungskosten gering gehalten werden können.
Als günstig hat sich herausgestellt, wenn bei zumindest einem, insbesondere der Mehrzahl, der Regelelemente 2 ein Machine-Learning-Modell verwendet wird. Zumindest eines, insbesondere die Mehrzahl, der Regelelemente 2 umfasst dabei ein Machine-Learning-Modell. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Regelelement 2 das Energieversorgungsnetz 1 in seinem Bereich gut abbilden kann, wobei eine analytische Darstellung nicht erforderlich ist und das erwünschte Verhalten des Regelelementes 2 antrainiert werden kann.
Machine-Learning-Modelle können beispielsweise künstliche neuronale Netze, Regression- oder Klassifikationsbäume, Support Vector Machines und/oder Look-Up-Tables und/oder Komitees von Machine-Learning-Modellen sein.
Das Machine-Learning-Modell kann adaptiv an das Energieversorgungsnetz 1 angepasst werden. Dadurch kann sowohl die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Regelung erhöht werden, als auch eine im Wesentlichen automatische Anpassung an sich verändernde Gegebenheiten erreicht werden.
Die Regelelemente 2 können sowohl bezüglich dem Verbraucherverhalten als auch bezüglich der Anbieterseite lernend und sich adaptiv anpassend ausgebildet sein. Dabei kann auch eine Prognose der Preisentwicklung erfolgen, beispielsweise dass bei Schönwetter Strom billiger angeboten wird, da die Solarzellen mehr Energie bereitstellen.
Durch die Verwendung von adaptiven Regelelementen 2 kann sichergestellt werden, dass eine Anpassung an unterschiedliche Zielvorgaben und Gegebenheiten, beispielsweise ein geändertes Konsumentenverhalten eine neue Gerätegeneration oder Umwelteinflüsse, schnell und einfach erfolgen kann und trotz dieser Veränderungen ein gutes Regelungsergebnis erzielt werden kann.
Die Adaption kann für neue Situationen auf Seite der Energieerzeuger,
Verbraucher, Verteiler oder Speicher sein. Insbesondere kann eine Anpassung an Verbrauchsmuster und/oder Erzeugermuster erfolgen. 8* 33063/pt
Es kann vorgesehen sein, dass dem Regelelement 2 antrainiert wird, welche Regelungsmöglichkeiten mit einzelnen Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 möglich sind. Beispielsweise kann ein Regelelement 2, an dem eine Solaranlage und eine Wärmepumpe eines Warmwasserspeichers angeschlossen sind, die Solarenergie zum Heizen des Warmwasserspeichers verwenden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Solarenergie in das Energieversorgungsnetz 1 eingespeist wird und der Warmwasserspeicher zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise in der Nacht wenn die Leistung der Solaranlage erheblich vermindert ist, mit Energie aus dem Energieversorgungsnetz 1 beheizt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Warmwasserspeicher in einem Toleranzbereich überhitzt wird und zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise am Abend wenn die Leistung der Solaranlage erheblich vermindert ist, mittels der Wärmepumpe Energie in das Energieversorgungsnetz 1 eingespeist wird. Dabei kann eine möglichst gleichmäßige Auslastung des Energieversorgungsnetzes 1 sichergestellt werden, insbesondere kann eine Überlastung des Energieversorgungsnetzes 1 vermieden werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Einheiten 91, 92,93, 94, 95 der zugeordneten Regelungseinheit 2 Informationen über die möglichen Anwendungsbereiche übermitteln.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines Regelelementes 2 schematisch dargestellt. Das Regelelement 2 kann in sämtlichen Hierarchiestufen verwendet werden und kann im Wesentlichen stets gleich aufgebaut sein.
Bei dem Verfahren kann dem Regelelement 2 eine Zielvorgabe 31 vorgegeben werden. Weiters werden von dem Regelelement 2 energieversorgungsnetzbezogene Eingangsparameter 33 bezogen, wonach von dem Regelelement 2 Modellparameter der aktuellen Energieversorgung ermittelt werden, und anschließend unter Berücksichtigung der Modellparameter und der Zielvorgabe 31 Stellgrößen 41 ermittelt werden. Für eine Einheit 91, 92, 93, 94 95, insbesondere einen Netzbetreiber, kann als Stellgröße 41 und/oder als Zielvorgabe 31 an hierarchisch untergeordnete Regelelemente 2 eine Preisvorgabe gewählt werden. Die Preisvorgabe kann als Parameter zur Zielvorgabe 31 an untere Hierarchieebenen verwendet werden.
* *·· 9* 33063/pt
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Preisvorgabe in Form eines dynamischen Preismodells erfolgt, wobei beispielsweise die Preise auf Basis der Verbrauchsprognosen dynamisch vorgegeben werden können, um die Verbrauchsmuster zu beeinflussen.
Neben der Stellgröße 41 wird vorzugsweise auch eine Bedarfsmeldung 43 ermittelt, welche dem hierarchisch übergeordneten Regelelement 2 übermittelt wird. Diese Bedarfsmeldung 43 kann die Dringlichkeit und Optionen des Bedarfs umfassen. Beispielsweise kann die benötigte Laufzeit und Fertigstellungszeit einer Einheit 91, 92, 93, 94, 95 in der Bedarfsmeldung 43 enthalten sein, woraus sich mögliche Beginnzeiten ergeben.
Dabei können zwei miteinander gekoppelte Regelelemente 2 derart ausgebildet sein, dass eine Bedarfsmeldung 43 des hierarchisch untergeordneten Regelelementes 2 an das hierarchisch übergeordnete Regelelement 2 übermittelt wird.
Preis beziehungsweise allgemeine Kosten können auch Parameter der Zielvorgabe 31 und/oder der Bedarfsmeldung 43 sein, welche für die Kommunikation zwischen den Hierarchieebenen zielführend verwendet werden können. Damit können sich die Energieflüsse in dem Energieversorgungsnetz 1 von selbst einpendeln.
Die energieversorgungsnetzbezogene Eingangsparameter 33 können eine Anforderung 34 umfassen, welche unmittelbar aus der Bedarfsmeldung 43 des hierarchisch untergeordneten Regelelementes 2 hervorgeht. Dabei werden die Bedarfsmeldungen 43 sämtlicher hierarchisch unmittelbar untergeordneten Regelelemente 2 zu der Anforderung 34 zusammengefasst. Weiters können Sensordaten der Situation des Energieversorgungsnetzes 1 enthalten sein. Die energieversorgungsnetzbezogene Eingangsparameter 33 können auch geplante Ausfälle infolge von Wartungsarbeiten od. dgl. umfassen.
Dabei wird aus den Bedarfsmeldungen 43 der hierarchisch untergeordneten Regelelementen 2 die Anforderung 34 als Bestandteil der energieversorgungsnetzbezogenen Eingangsparameter 33 gebildet. Die Anforderung 34 kann sich unmittelbar aus den Bedarfsmeldungen 43 der hierarchisch ·· · · * Μ * • ·*· I« I · ·«· • · * »·« i· ft • φ ft »··*» ft 4 33063/pt ·· ··· M« · ^ ftift untergeordneten Regelelemente 2 ergeben oder in dem hierarchisch übergeordneten Regelelement 2, welchem die Bedarfsmeldungen 43 übergeben werden, gebildet werden.
Dabei können die Modellparameter von einer Modelleinrichtung 51 des Regelelementes 2, und die Stellgrößen 41 von einer Ermittlungseinrichtung 52 des Regelelementes 2 ermittelt werden.
Das Regelungselement 2 kann eine Modelleinrichtung 51 und eine Ermittlungseinrichtung 52 umfassen, wobei die Modelleinrichtung 51 und die Ermittlungseinrichtung 52 als eigenständige mittels Schnittstellen gekoppelte Module ausgebildet sind.
Mit der Modelleinrichtung 51 kann die Situation des Energieversorgungsnetzes 1 identifiziert und/oder prognostiziert werden. Mit der Ermittelungseinrichtung 52 kann die bestmögliche Aktion und/oder Regelungsparameter bestimmt werden.
Durch das Vorsehen der Modelleinrichtung 51 und der Ermittlungseinrichtung 52 kann das Regelelement 2 in eigenständige Subsysteme untergliedert werden, welche eine einfachere Ausgestaltung des Regelelementes 2 ermöglichen. Dabei können die Modelleinrichtung 51 und die Ermittlungseinrichtung 52 im Wesentlichen unabhängig voneinander adaptiert und trainiert werden.
Durch geeignete Rückkopplungen können die Ergebnisse der Ermittlungseinrichtung 52 von der Modelleinrichtung 51 berücksichtigt werden.
Bei zumindest einem, insbesondere der Mehrzahl, der Regelelemente 2 können sowohl für die Modelleinrichtung 51 ein Machine-Learning-Modell als auch für die Ermittlungseinrichtung 52 ein Machine-Learning-Modell verwendet werden. Dabei kann das Machine-Learning-Modell der Modelleinrichtung 51 unterschiedlich zu dem Machine-Learning-Modell der Ermittlungseinrichtung 52 ausgebildet sein.
Die Modelleinrichtung 51 kann ein Machine-Learning-Modell für die Identifikation und/oder Prognose der Situation umfassen und die Ermittlungseinrichtung 52 kann ein Machine-Learning-Modell für die Bestimmung der Stellgrößen 41 umfassen.
Die Modelleinrichtung 51 kann zur Identifikation und Prognose der Situation dienen, » m · ψ * · «* · * ώ * V ··« · · · 33063/pt beispielsweise einem steigenden Bedarf, einer unmittelbaren Gefahr einer Überlast-Spitze oder dem Angebot von Billigstrom in den nächsten vier Stunden.
Die Ermittlungseinrichtung 52 kann dazu dienen, die eigentliche Aktion bestmöglich für die lokalen Gegebenheiten und Möglichkeiten zu regeln.
Insbesondere bei der Ermittlungseinrichtung 52 kann es sein, dass mehrere unterschiedliche Machine-Learning-Modelle vorgesehen sind, je nachdem in welchem Zustand sich das System gerade befindet beziehungsweise welche Strategie verfolgt wird, beispielsweise schnellstmögliches Aufheizen und/oder Kühlen eines Raumes, Energiesparen ohne Personen im Raum frieren zu lassen, Vermeidung von Temperaturschwankungen.
Weiters kann vorgesehen sein, dass mittels einer Beurteilungseinrichtung 53 eine Regelungsstrategievorgabe ermittelt wird und die Stellgrößen 41 von der Ermittlungseinrichtung 52 unter Berücksichtigung der Regelungsstrategievorgabe ermittelt werden.
Das Regelungselement 2 kann weiters eine Beurteilungseinrichtung 53 umfassen, wobei die Beurteilungseinrichtung 53 als eigenständiges mittels Schnittstellen gekoppeltes Modul ausgebildet ist.
Durch die Beurteilungseinrichtung 53 kann einfach und schnell die Regelungsstrategievorgabe an die jeweilige Situation der dem Regelungselement 2 zugeordneten Einheit 91,92, 93, 94, 95 angepasst werden. Insbesondere kann vermieden werden, dass aufgrund eines lokalen Problembereiches eine globale Strategieänderung erforderlich ist, welche auch Auswirkungen auf andere lokalen Bereiche hat und gegebenenfalls dort zu Problemen führen kann.
Die Stellgrößen können Zielvorgaben 31* für hierarchisch untergeordnete Regelelemente 2 und/oder Betriebsparameter 42 für die dem Regelelement 2 zugeordnete Einheit 91, 92, 93, 94, 95 umfassen.
Von dem Regelelement 2 können energieversorgungsnetzunabhängige Eingangsparameter 32 bezogen werden, welche bei der Ermittlung der Stellgrößen 41 berücksichtigt werden. Die Einbeziehung der energieversorgungsnetzunabhängigen Eingangsparameter 32 kann die Qualität der
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Regelung erheblich verbessern, wobei für das Energieversorgungsnetz 1 mittelbare Faktoren einfach berücksichtigt werden können.
Von der Modelleinrichtung 51 können weitere Modellparameter der zukünftigen Energieversorgung ermittelt werden und die weiteren Modellparameter können für die Ermittlung der Stellgrößen 41 verwendet werden.
Insbesondere können bei der Ermittlung der Modellparameter und/oder der weiteren Modellparameter energieversorgungsnetzunabhängige Eingangsparameter 32 berücksichtigt werden.
Die energieversorgungsnetzunabhängige Eingangsparameter 32 können beispielsweise Wetterdaten und/oder Kalenderdaten umfassen. Auf diese Weise kann die Nachfrageveränderung aufgrund eines Feiertages einfach und schnell berücksichtigt werden. Weiters kann aufgrund der Wetterdaten berücksichtigt werden, ob die Energienachfrage für Outdooraktivitäten oder für Indooraktivitäten erfolgen wird.
Weiters können die energieversorgungsnetzunabhängige Eingangsparameter 32 Daten über Veranstaltungen, beispielsweise Sportveranstaltungen, Messen oder Konzerte, umfassen, wodurch auch eine typische Energienachfrage aufgrund dieser Veranstaltungen berücksichtigt werden kann.
Anhand des Beispiels eines Geschirrspülers wird das Verfahren vertiefend erläutert, wobei für einen Fachmann ersichtlich ist, dass das Verfahren nicht auf einen Geschirrspüler beschränkt ist.
Der Regelungseinheit 2 des Geschirrspülers wird vom Benutzer eine Anforderung 34 vorgegeben, welche beispielsweise sein kann, dass bei dem Einschalten am Abend das Geschirr rechtzeitig vor dem Frühstück gewaschen sein soll. Mit dieser Anforderung kann die Bedarfsmeldung 43 an das übergeordnete Regelelement 2 abgegeben werden, aus dem sich auch der Handlungsspielraum ergibt.
Sofern die Auslastung des Energieversorgungsnetzes 1 gering ist, kann sofort mit dem Geschirrspülen begonnen werden.
Bei einem vergünstigten Nachtstrom kann auch vorgesehen sein, dass das 33063/pt
Geschirrspülen in dessen Tarifzeit erfolgen soll. Dabei kann aufgrund der Bedarfsmeldungen 43 der Regelelemente 2 der Energiebedarf während dieser Zeit ermittelt werden und auf zu erwartende Lastspitzen während einer Billigtarifzeit rechtzeitig reagieren. Ist beispielsweise zu erwarten, dass eine Vielzahl an Benutzern während der Billigtarifzeit eine Übertragung einer Sportveranstaltung im Fernsehen beobachten werden, kann das Geschirrspülen nach Ende der Übertragung der Sportveranstaltung begonnen werden.
Die Balancierung zwischen den Regelungsobjekten 2 erfolgt jeweils über das hierarchisch übergeordnete Regelungsobjekt 2.
Es kann auch vorgesehen sein, dass nur eine bestimmte Anzahl an Geschirrspülern in einem Haus gleichzeitig spülen, um eine günstige Lastverteilung sicherzustellen. Weiters kann beispielsweise auch der Gesamtgeräuschpegel gering gehalten werden, um die Lärmbelastung in den Nachtstunden gering zu halten.
Das Verfahren kann einfach mit einem Computerprogrammprodukt bereitgestellt werden, wobei das Computerprogrammprodukt direkt in den internen Speicher eines Computers und/oder eines Computernetzwerkes geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer und/oder einem Computernetzwerk läuft.
Beispielsweise kann die Software zumindest teilweise in Form von Embedded Software in einem oder mehreren Steuergeräten bereitgestellt werden.
Patentansprüche:

Claims (20)

  1. GIBLER & POTH Dl DR. FERDINAND GIBLER Dl DR. WOLFGANG POTH Austrian and European Patent and Trademark Attorneys PATENTANWÄLTE PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Regelung von Energieströmen in einem Energieversorgungsnetz (1) mit mehreren mittels Leitungen (8) verbundenen hierarchisch angeordneten Einheiten (91, 92, 93, 94, 95), wobei der Mehrzahl der Einheiten (91, 92, 93, 94, 95) jeweils zumindest ein Regelelement (2) zugeordnet ist, wobei die Regelelemente (2) im Wesentlichen entsprechend der Leitungen (8) der zugeordneten Einheiten (91, 92, 93, 94, 95) gekoppelt und im Bereich der jeweils zugeordneten Einheit (91, 92, 93, 94, 95) angeordnet sind, wobei zwei miteinander gekoppelte Regelelemente (2) derart ausgebildet sind, dass zumindest ein Teil der Stellgröße (41) des hierarchisch übergeordneten Regelelementes (2) als Zielvorgabe (31) des hierarchisch untergeordneten Regelelementes (2) vorgegeben wird und die Regelung subsidiär erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem, insbesondere der Mehrzahl, der Regelelemente (2) ein Machine-Learning-Modell verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Machine-Learning-Modell adaptiv an das Energieversorgungsnetz angepasst wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regeletement (2) eine Zielvorgabe (31) vorgegeben wird, dass von dem Regelelement (2) energieversorgungsnetzbezogene Eingangsparameter (33) bezogen werden, und von dem Regelelement (2) Modellparameter der aktuellen Energieversorgung ermittelt werden, und unter Berücksichtigung der Modellparameter und der Zielvorgabe (31) Stellgrößen (41) ermittelt werden. • « · ·* · «ft M t · * ft · $ ft • · · ft *ft · * V#··«« ft * 33063/pt ft · * · ft ft « · • ft ··· ··· · <|^ ··»
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellparameter von einer Modelleinrichtung (51) des Regelelementes (2) ermittelt werden, und dass die Stellgrößen (41) von einer Ermittlungseinrichtung (52) des Regelelementes (2) ermittelt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Beurteilungseinrichtung (53) eine Regelungsstrategievorgabe ermittelt wird und die Stellgrößen (41) von der Ermittlungseinrichtung (52) unter Berücksichtigung der Regelungsstrategievorgabe ermittelt werden.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem, insbesondere der Mehrzahl, der Regelelemente (2) sowohl für die Modelleinrichtung (51) ein Machine-Leaming-Modell verwendet wird als auch für die Ermittlungseinrichtung (52) ein Machine-Leaming-Modell verwendet wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgrößen Zielvorgaben (31) für hierarchisch untergeordnete Regelelemente (2) und/oder Betriebsparameter (42) für die dem Regelelement (2) zugeordnete Einheit (91,92, 93, 94, 95) umfassen.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von der Modelleinrichtung (51) weitere Modellparameter der zukünftigen Energieversorgung ermittelt werden und die weiteren Modellparameter für die Ermittlung der Stellgrößen (41) verwendet werden.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Stellgröße (41) eine Bedarfsmeldung (43) ermittelt wird und dass die Bedarfsmeldung (43) dem hierarchisch übergeordneten Regelelement (2) übermittelt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Bedarfsmeldungen (43) der hierarchisch untergeordneten Regelelementen (2) eine Anforderung (34) als Bestandteil der energieversorgungsnetzbezogenen Eingangsparameter (33) gebildet wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, » + ·* * 1tr 33063/pt dass von dem Regelelement (2) energieversorgungsnetzunabhängige Eingangsparameter (32) bezogen werden, und bei der Ermittlung der Stellgrößen (41) berücksichtigt werden.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellgröße 41 zumindest eines der Einheiten 91, 92, 93, 94, 95 eine Preisvorgabe gewählt wird.
  14. 14. Energieversorgungsnetz-Regelungssystem zur Regelung von Energieströmen in einem Energieversorgungsnetz (1) mit mehreren mittels Leitungen (8) verbundenen hierarchisch angeordneten Einheiten (91, 92, 93, 94, 95), wobei der Mehrzahl der Einheiten (91, 92, 93, 94, 95) jeweils zumindest ein Regelelement (2) zugeordnet ist, wobei die Regelelemente (2) im Wesentlichen entsprechend der Leitungen (8) der zugeordneten Einheiten (91, 92, 93, 94, 95) gekoppelt und im Bereich der jeweils zugeordneten Einheit (91, 92, 93, 94, 95) angeordnet sind, wobei zwei miteinander gekoppelte Regelelemente (2) derart ausgebildet sind, dass die Stellgröße (41) des hierarchisch übergeordneten Regelelementes (2) eine Zielvorgabe (31) des hierarchisch untergeordneten Regelelementes (2) umfasst und die Regelung subsidiär erfolgt.
  15. 15. Energieversorgungsnetz-Regelungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines, insbesondere die Mehrzahl, der Regelelemente (2) ein Machine-Learning-Modell umfasst.
  16. 16. Energieversorgungsnetz-Regelungssystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Regetungselement (2) eine Modelleinrichtung (51) und eine Ermittlungseinrichtung (52) umfasst und die Modelleinrichtung (51) und die Ermittlungseinrichtung (52) als eigenständige mittels Schnittstellen gekoppelte Modute ausgebildet sind.
  17. 17. Energieversorgungsnetz-Regelungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungselement (2) weiters eine Beurteilungseinrichtung (53) umfasst und die Beurteilungseinrichtung (53) als eigenständiges mittels Schnittstellen gekoppeltes Modul ausgebildet ist.
  18. 18. Energieversorgungsnetz-Regelungssystem nach einem der Ansprüche 14 1? * · « 33063/pt bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungsnetz (1) ein elektrisches Energieversorgungsnetz ist.
  19. 19. Energieversorgungsnetz-Regelungssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwei miteinander gekoppelte Regelelemente (2) weiters derart ausgebildet sind, dass eine Bedarfsmeldung (43) des hierarchisch untergeordneten Regelelementes (2) an das hierarchisch übergeordnete Regelelement (2) übermittelt wird.
  20. 20. Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines Computers und/oder eines Computernetzwerkes geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer und/oder einem Computernetzwerk läuft. Gibler & Poth Patentanwälte OG (Dr. F. Gibler oder Dr. W. Poth)
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