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Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Speichern von Netzparameterdaten durch eine Vielzahl von Netzparameterfassungseinheiten eines Stromversorgungsnetzwerkes.
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Ein Stromversorgungsnetz dient zur Versorgung einer Vielzahl von Nutzern mit elektrischem Strom. Beispielsweise wird in Europa die elektrische Energie mittels Dreiphasenwechselstrom mit einer Netzfrequenz von 50 Hz bei einer Netzspannung von dem Regelfall bis zu 400 KV im Verbundnetz übertragen. Das Stromnetz kann mehrere Spannungsebenen aufweisen, die über Umspannwerke miteinander verbunden sind. Bei einem Höchstspannungsnetz mit einem Spannungsbereich von beispielsweise 220–400 KV werden durch verschiedenen Kraftwerke, beispielsweise Wasserkraftwerke oder Kohlekraftwerke Energie bzw. Strom in das Stromversorgungsnetzwerk eingespeist. Über ein Hochspannungsnetz in einem Bereich von 50 KV bis 150 KV und ein Mittelspannungsnetz mit einem Spannungsbereich von 6 KV bis 30 KV wird die Spannung schließlich in ein Niederspannungsnetzwerk mit einer Spannung von beispielsweise 230 V eingespeist. Dieses Niederspannungsnetz bildet ein Ortsnetz an dem Nutzer bzw. Verbraucher über Netzanschlüsse angeschlossen sind, um Strom zu beziehen. Zunehmend werden durch Nutzer, die beispielsweise ein Windkraftanlage oder ein Solarkraftwerk betreiben, auch Energie in das Ortsnetz bzw. das Mittelspannungsnetz eingespeist. Neben dem Stromnetz zur Stromversorgung von einer Vielzahl von Nutzern existieren auch separate Stromnetze, wie beispielsweise das Stromnetz der Deutschen Bundesbahn, die ein 110 KV Netz betreibt.
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Zur Messung des Stromverbrauchs sowie zur Stabilisierung des Stromnetzwerkes und zum Schutz des Stromnetzwerkes vor Fehlfunktionen sind an Umspannwerken, Ortsnetzstationen sowie an den Netzanschlüssen der Verbraucher Netzparametererfassungseinheiten vorgesehen. Umspannwerke dienen zur Verbindung zweier unterschiedlicher Spannungsebenen des Stromnetzwerkes. Umspannwerke bestehen neben Leistungstransformatoren, aus Schaltanlagen und weiteren Einrichtungen zur Mess- und Regeltechnik. Anlagen, die Spannungen in die für die Endverbraucher bestimmte Niederspannung wandeln, werden als Transformatorenstationen, Umspannstationen oder auch als Ortsnetzstationen bezeichnet. Umspannwerke zur Versorgung elektrisch betriebener Bahnen werden auch als Unterwerke bezeichnet. Es sind bei herkömmlichen Stromnetzwerken an den Netzanschlüssen der Endverbraucher Stromzähler vorgesehen, die Stromverbrauchsdaten oder auch Stromeinspeisedaten des jeweiligen Nutzers liefern. Ferner können an den verschiedenen Umspannwerken Detektoren vorgesehen sein, die die dort vorhandene Phase, Frequenz oder Spannung zur Überwachung des Stromversorgungsnetzwerkes liefern. Bei den Stromzählern werden zunehmend auch sogenannte Smart-Metering-Stromzähler eingesetzt, die Stromverbrauchs- bzw. Stromeinspeisedaten liefern.
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Bei herkömmlichen Stromnetzwerken wird die große Menge an erzeugten Rohdaten, die durch die Vielzahl von Zählereinrichtungen bzw. Stromzählern der verschiedenen Nutzer geliefert werden, durch Datenkonzentrationseinrichtungen, die beispielsweise bei den Ortsnetzstationen vorgesehen sind, konzentriert bzw. gefiltert und über ein Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise ein GPRS-Mobilfunknetzwerk, an einen Kommunikationsserver einer zentralen Datenmanagementeinheit des Energieversorgungsunternehmens zur Abrechnung des Stromverbrauchs der verschiedenen Nutzer sowie an eine Systemnetzleitstelle zur Überwachung des Stromnetzwerkes übertragen. Aufgrund der Vielzahl von Zähleinrichtungen der verschiedenen Verbraucher sowie der übrigen Erfassungseinheiten zur Erfassung der Phase, der Frequenz und der Spannung in verschiedenen Ebenen des Stromversorgungsnetzwerkes wird ein derart hohes Datenvolumen generiert, dass das zentrale Datenmanagement und das Datenverarbeitungssystem der Netzleitstelle nicht in der Lage sind, diese Vielzahl von Rohdaten effizient zu speichern und zu verarbeiten. Daher werden bei herkömmlichen Stromnetzwerken die Erfassungseinheiten, insbesondere die Stromverbrauchserfassungseinheiten, in ihrem Betrieb gedrosselt. Beispielsweise liefern Smart-Metering-Einheiten lediglich jede Stunde oder einmal pro Tag Strommesswerte des jeweiligen Verbrauchers bzw. Spannungsüberwachungseinheiten liefern lediglich Messwerte, wenn ein vorgegebener Schwellenwert über- oder unterschritten wird.
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Dies hat zur Folge, dass die dem zentralen Datenmanagement des Netzbetreibers und der Netzleitstelle zur Verfügung stehende Datenbasis im Vergleich zu der möglichen Menge der durch die Erfassungseinheiten lieferbaren Daten relativ gering ist, so dass aufgrund der schmalen Datenbasis eine Datenanalyse relativ ungenau ist. Infolge der ungenauen Ergebnisse der Datenanalyse können daher auf Seiten des Netzbetreibers nur ungenaue Prognosen über das zukünftige Verhalten des Stromnetzwerkes gemacht werden. Dies hat wiederum zur Folge, dass Notmaßnahmen aufgrund eines kritischen Zustandes des Netzwerkes lediglich im letzten Moment bzw. zu spät eingeleitet werden können.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zum Speichern von Netzparameterdaten eines Stromversorgungsnetzes zu schaffen, das eine große Datenbasis für die Analyse des Netzwerkzustandes bereitstellt, die eine genauere Prognose des Verhaltens des Stromversorgungsnetzwerkes erlaubt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die Erfindung schafft ein System zum Speichern von Netzparameterdaten, die von Netzparametererfassungseinheiten des Stromversorgungsnetzwerkes bereitgestellt werden,
wobei die Netzparametererfassungseinheiten jeweils ein Kommunikationsmodul aufweisen, welches die Netzparameterdaten als Nutzdaten in Datenpaketen über ein Datennetzwerk an mindestens einen Server übertragen, welcher die Netzparameterdaten verteilt in dem Datennetzwerk speichert.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die Netzparametererfassungseinheiten jeweils mindestens einen Sensor oder Zähler zur Erfassung mindestens eines Netzwerkparameters des Stromversorgungsnetzwerkes auf.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weisen die Netzparametererfassungseinheiten jeweils
einen Mikroprozessor zur Vor-Datenverarbeitung der durch den jeweiligen Sensor oder Zähler erfassten Netzparameter und
einen lokalen Datenspeicher zum Speichern von lokal erfassten Netzparameterdaten oder zum redundanten Speichern sonstiger Netzparameterdaten, die durch andere Netzparametererfassungseinheiten erfasst werden, auf.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind die Netzparametererfassungseinheiten jeweils an einen Netzanschluss eines Nutzers vorgesehen und stellen als Netzparameterdaten Lastdaten des jeweiligen Nutzers bereit, welche Stromverbrauchsdaten und Stromeinspeisedaten des jeweiligen Nutzers umfassen.
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Bei einer möglichen Ausführungsform sind die Netzparametererfassungseinheiten jeweils an einem Umspannwerk, einer Ortsnetzstation oder an Netzanschlüssen vorgesehen und stellen als Netzparameterdaten eine dort vorhandene Phase, Frequenz oder Spannung des Stromversorgungsnetzwerkes bereit.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems kommunizieren die Netzparametererfassungseinheiten untereinander mittels eines Peer-to-Peer-Datenprotokolls über ein Peer-to-Peer-Netzwerk und tauschen darüber Netzparameterdaten aus.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems kommunizieren die Server untereinander mittels eines Peer-to-Peer-Datenprotokolls über ein Peer-to-Peer-Netzwerk und werten die verteilt in dem Datennetzwerk gespeicherten Netzparameterdaten dezentral aus.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems werden die von den Netzparametererfassungseinheiten bereitgestellten Netzparameterdaten sowie Konfigurationsdaten der Netzparametererfassungseinheiten redundant in den Peer-to-Peer-Datennetzwerken gespeichert.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems stehen bei Ausfall mindestens einer Netzparametererfassungseinheit oder eines Servers redundant gespeicherte Daten weiterhin zur Verfügung und können an eine andere Netzparametererfassungseinheit oder einen anderen Server zur Auswertung geliefert werden.
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Bei einer möglichen Ausführungsform ist das Datennetzwerk ein drahtgebundenes IP-basiertes Datennetzwerk.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform ist das Datennetzwerk ein drahtloses IP-basiertes Datennetzwerk.
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Bei einer möglichen Ausführungsform handelt es sich bei dem Datennetzwerk um ein öffentliches Netzwerk, insbesondere das Internet. Alternativ kann es sich bei dem Datennetzwerk um ein privates Netzwerk handeln, insbesondere ein VPN-Netzwerk oder ein Intranet.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems tauschen die Netzparametererfassungseinheiten des Peer-to-Peer-Netzwerks periodisch Nachrichten zur Erkennung von Ausfällen oder von in dem Peer-to-Peer-Netzwerk aufgetretenen Fehlern aus.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind die Server durch Last-Ausbalancierungsserver gebildet.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist zur Speicherung und Auswertung der Netzparameterdaten des Stromversorgungsnetzwerkes eine Cloud-Computing Infrastruktur vorgesehen.
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Die Erfindung schafft ferner eine Netzparametererfassungseinheit für ein Datenspeichersystem,
wobei die Netzparametererfassungseinheit ein Kommunikationsmodul aufweist, welches die durch die Netzparametererfassungseinheit erfassten Netzparameterdaten als Nutzdaten in Datenpaketen über ein Datennetzwerk an einen Server oder eine andere Netzparametererfassungseinheit zur dezentralen Speicherung in dem Datennetzwerk überträgt.
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Bei einer möglichen Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Netzparametererfassungseinheit jeweils einen Mikroprozessor zur Vor-Datenverarbeitung des durch den jeweiligen Sensor oder Zähler erfassten Netzparameters und einen lokalen Datenspeicher zum Speichern von lokal erfassten Netzparameterdaten oder zum redundaten Speichern sonstiger Netzparameterdaten, die durch andere Netzparametererfassungseinheiten geliefert werden, auf.
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Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum dezentralen Speichern von Netzparameterdaten eines Stromversorgungsnetzwerkes mit den folgenden Schritten:
Erfassen von Netzparameterdaten durch eine Vielzahl von Netzparametererfassungseinheiten des Stromversorgungsnetzwerkes; und
Übertragen der erfassten Netzparameterdaten als Nutzdaten in Datenpaketen über ein Datennetzwerk an mindestens einen Server; welcher die Netzparameterdaten verteilt in dem Datennetzwerk speichert.
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Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Speichern von Netzparameterdaten eines Stromversorgungsnetzwerkes unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild zur Darstellung des prinzipiellen Aufbaus eines erfindungsgemäßen Systems zum Speichern von Netzparameterdaten;
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2 ein Blockschaltbild zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Netzparametererfassungseinheit;
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3 ein einfaches Ablaufdiagramm zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum dezentralen Speichern von Netzparameterdaten eines Stromversorgungsnetzwerkes;
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4 ein Diagramm zur Darstellung einer bei dem erfindungsgemäßen System eingesetzten Cloud-Computing-Infrastruktur;
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5 ein Diagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Systems mit Peer-to-Peer-Netzwerken;
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6 ein Diagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Systems mit Peer-to-Peer-Netzwerken und einer Cloud-Computing-Infrastruktur.
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Wie man aus 1 erkennen, weist das erfindungsgemäße System 1 zum Speichern von Netzparameterdaten Netzparametererfassungseinheiten 2 auf. Diese Netzparametererfassungseinheiten 2 sind an ein Stromversorgungsnetzwerk 3 angeschlossen und liefern Netzparameterdaten. Die Netzparametererfassungseinheiten 2 verfügen jeweils über ein Kommunikationsmodul, welches die Netzparameterdaten als Nutzdaten in Datenpaketen über ein Datennetzwerk 4 an mindestens einen Server überträgt, welcher die Netzparameterdaten verteilt in dem Datennetzwerk speichert. Bei dem Server kann es sich beispielsweise um einen Lastausbalancierungsserver handeln. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist zur Speicherung und Auswertung der Netzparameterdaten des Stromversorgungsnetzwerkes 3 zusätzlich eine Cloud-Computing-Infrastruktur 5 vorgesehen. Die Netzparametererfassungseinheiten 2 können an Netzanschlüssen von Nutzern bzw. Stromverbrauchern vorgesehen sein. Weiterhin können die Netzparametererfassungseinheiten 2 auch an Umspannwerken und Ortsnetzstationen in verschiedenen Ebenen des Stromversorgungsnetzwerkes vorgesehen sein. Netzparametererfassungseinheiten 2, insbesondere die an Netzanschlüssen von Nutzern vorgesehen sind, können als Netzparameterdaten Lastdaten des jeweiligen Nutzers liefern, welche Stromverbrauchsdaten und Stromeinspeisedaten des jeweiligen Nutzers umfassen. Weiterhin können die Netzparametererfassungseinheiten 2 mehrere Parameter liefern, insbesondere ein Phase φ, eine Frequenz f oder eine Spannung U an der jeweiligen Stelle des Stromversorgungsnetzwerkes 3. Die Netzparametererfassungseinheiten 2 weisen jeweils mindestens einen Sensor oder einen Zähler zur Erfassung mindestens eines Netzwerkparameters des Stromversorgungsnetzwerkes 3 auf.
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2 ist ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Netzparametererfassungseinheit 2. Die in 2 dargestellte Netzparametererfassungseinheit 2 weist mindestens einen Sensor oder Zähler 2A zur Erfassung eines Netzparameters des Stromversorgungsnetzwerkes auf. Bei dem erfassten Netzparameter kann es sich beispielsweise um einen Strom bzw. Energieverbrauch eines Nutzers pro Zeit bzw. eine durch einen Nutzer pro Zeit eingespeiste Energie handeln. Weiterhin können die durch den Sensor bzw. Zähler 2A erfassten Netzparameter eine Phase φ, eine Frequenz f oder eine Spannung U des Stromversorgungsnetzwerkes 3 an dieser Stelle umfassen. Der Sensor 2A ist, wie in 2 dargestellt, mit einer Berechnungseinheit bzw. einem Mikroprozessor 2B verbunden, der eine Vor-Datenverarbeitung der durch den jeweiligen Sensor 2A erfassten Netzparameter durchführen kann. Der Mikroprozessor 2B hat Zugriff auf einen lokalen Datenspeicher 2C der Netzparametererfassungseinheit 2. Der lokale Datenspeicher 2C ist zum Speichern von lokal erfassten Netzparameterdaten, die durch den Sensor 2A erfasst werden, vorgesehen. Zusätzlich kann der lokale Datenspeicher 2C auch redundante Netzparameterdaten speichern, die von anderen Netzparametererfassungseinheiten erfasst werden. Die Netzparametererfassungseinheit 2 enthält ferner ein Kommunikationsmodul 2D zum Anschluss der Netzparametererfassungseinheit 2 an das Datennetzwerk 4. Das Kommunikationsmodul 2D kann ein Interface zu dem Netzwerk 4 bilden. Weiterhin kann es sich bei dem Kommunikationsmodul 2D auch um ein Funkmodul zum Aufbau einer drahtlosen Datenverbindung zu dem Netzwerk 4 handeln. Die erfindungsgemäße Netzparametererfassungseinheit 2 überträgt über das Kommunikationsmodul 2D die lokal erfassten Netzparameterdaten als Nutzdaten in Datenpaketen an das Datennetzwerk 4, welches die erhaltenen Datenpakete an einen Server weiterleitet, welcher die Netzparameterdaten verteilt, in dem Datennetzwerk 4 speichert. Bei dem Datennetzwerk 4 handelt es sich vorzugsweise um ein drahtgebundenes oder drahtloses IP-basiertes Datennetzwerk. Weiterhin kann die Netzparametererfassungseinheit 2 in umgekehrte Richtung von dem Datennetzwerk 4 über das Kommunikationsmodul 2D Netzparameterdaten in Datenpaketen erhalten und lokal in seinem Datenspeicher 2C ablegen. Auf diese Weise ist es möglich, Daten anderer Netzparametererfassungseinheiten redundant in den lokalen Datenspeichern anderer Netzparametererfassungseinheiten zu speichern. Die Netzparametererfassungseinheit 2 kann über das Kommunikationsmodul 2D die durch die Netzparametererfassungseinheit 2 erfassten Netzparameterdaten als Nutzdaten in Datenpaketen DP über das Datennetzwerk 4 an einen Server oder auch an andere Netzparametererfassungseinheiten 2 zur dezentralen Speicherung in dem Datennetzwerk übertragen. Bei Ausfall einer Netzparametererfassungseinheit 2 oder eines Servers stehen dann diese redundant gespeicherten Netzparameterdaten weiterhin zur Auswertung zur Verfügung. Bei einer möglichen Ausführungsform weist die Netzparametererfassungseinheit 2 zusätzliche Einheiten auf, insbesondere ein Stromversorgungsmodul zur lokalen Stromversorgung der Netzparametereinheit 2 und ein Nutzerinterface zur Eingabe und Ausgabe von Daten. Bei einer möglichen Ausführungsform ist der lokale Datenspeicher 2C austauschbar und wird durch eine Speicherkarte gebildet.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum dezentralen Speichern von Netzparameterdaten eines Stromversorgungsnetzwerkes.
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In dem Schritt S1 werden Netzparameterdaten durch eine Vielzahl von Netzparametererfassungseinheiten 2 des Stromversorgungsnetzwerkes 3 erfasst. Anschließend werden in einem Schritt S2 die erfassten Netzparameterdaten als Nutzdaten in Datenpaketen über das Datennetzwerk 4 an mindestens einen Server übertragen, welcher die Netzparameterdaten verteilt in dem Datennetzwerk 4 in einer Cloud-Computing-Infrastruktur 5 speichert.
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4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Cloud-Computing-Infrastruktur 5, wie sie bei dem erfindungsgemäßen System 1 verwendet werden kann. Mittels eines Softwaremoduls, welches beispielsweise über ein Peer-to-Peer-Protokoll für eine Backend-Infrastruktur, das heißt Server und Datenbanken, realisiert werden kann, ist es möglich, Server und Datenbanken jeweils miteinander zu vernetzen. Die Vernetzung kann, sofern sie über Webservice-Schnittstellen erfolgt, auch als Cloud-Computing bezeichnet werden. Durch die Verwendung eines Peer-to-Peer-Protokolls wird erreicht, dass zusätzliche redundante Datenhaltung, Sourcenoptimierung, insbesondere Load-Balancing, sowie eine automatisierte Instandhaltung gewährleistet sind. Bei einer möglichen Ausführungsform wird ein Zählerdatenmanagement für Smart Metering als Applikation auf der Cloud-Computing-Infrastruktur 5 implementiert, um Skalierungs- und Performancevorteile durch Virtualisierung einer solchen Backend-Infrastruktur zu erzielen. Wie man aus 4 erkennen kann, kann die Cloud-Computing-Infrastruktur 5 mehrere Backend-Server sowie Datenbanken mit einem Peer-to-Peer-Softwaremodul aufweisen, die miteinander in einem Peer-to-Peer-Netzwerk kommunizieren. Server und Datenbanken sind miteinander über ein Peer-to-Peer-Protokoll vernetzt. Bei Ausfall oder Überlastung von einzelnen Servern können weitere Server in dem Peer-to-Peer-Netzwerk hochgefahren werden. Dabei meldet sich der Ersatzserver bei dem Peer-to-Peer-Netzwerk an und stellt eine begrenzte Anzahl von Kommunikationslinks zu den anderen Peers her. Durch einen Ausbalancierungsmechanismus des Peer-to-Peer-Protokolls können Datenblöcke und Datenreplikate der Applikation bzw. der Applikationsmodule entsprechend umverteilt und auf diese Weise die Gesamtauslastung des Peer-to-Peer-Backends optimiert werden. Die verteilte Kommunikation zwischen den Knoten ermöglicht das Erkennen von Ausfällen einzelner Knoten. Das Protokoll realisiert dabei eine Stabilisierung des Netzes und kann Balancierungsmechanismen der verteilten Datenverwaltung anstoßen, wobei ein gegebener Redundanzfaktor gehalten werden kann. Bei Ausfall einzelner Komponenten sind die Daten bzw. Applikationsmodule weiterhin nutzbar, da sie mehrfach redundant im Netz verteilt sind. Die Applikationsgruppen, die die Redundanzen verwalten können, können gleichzeitig zum Caching benutzt werden, so dass auf diese Weise Antwortzeiten weiter verkürzt werden. Zur Entlastung einzelner Server bzw. Infrastrukturknoten können ferner Daten und Applikationsmodule auf weniger ausgelastete Knoten gespeichert werden und, insbesondere auf zusätzlich ins Netz aufgenommene Knoten verteilt werden. Hierdurch kann die Auslastung des Gesamtsystems optimiert werden. Bei Unterlastung kann das Gesamtsystem umgekehrt herunterskaliert werden, um Ressourcen freizugeben. Die verteilte Haltung von Betriebsdaten sowie beispielsweise Konfigurationsdaten erlaubt zudem eine Selbstkonfiguration von Ersatzknoten, die zusätzlich in das Netz eingebunden werden, insbesondere bei Störung oder Ausfall eines typengleichen Knotens.
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5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems mit mehreren Peer-to-Peer-Ebenen. Wie man aus 5 erkennen kann, sind die Netzparametererfassungseinheiten 2 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch digitale Zähler gebildet, die jeweils mit einem Peer-to-Peer-Softwaremodul versehen sind. Diese Netzparametererfassungseinheiten 2 sind untereinander mittels eines Peer-to-Peer-Datenprotokolls über ein Peer-to-Peer-Netzwerk verbunden und tauschen Netzparameterdaten über dieses Peer-to-Peer-Netzwerk aus.
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Weiterhin sind Server S untereinander mittels eines Peer-to-Peer-Datenprotokolls über ein Peer-to-Peer-Netzwerk, ein sogenanntes Super-Peer-Netzwerk, miteinander verbunden und kommunizieren über dieses Peer-to-Peer-Netzwerk, wobei die verteilt in dem Datennetzwerk gespeicherten Netzparameterdaten ausgewertet werden können.
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Bei einer möglichen Ausführungsform ist das Peer-to-Peer-Netzwerk aus Netzparametererfassungseinheiten 2 flach, das heißt jeder Zähler stellt einen Peer dar. Die in dem Super-Peer-Netzwerk miteinander verbundenen Server bzw. Rechner können als jeden Kommunikationsknoten die Performance und Skalierbarkeit positiv beeinflussen. Verfügt die jeweilige Netzparametererfassungseinheit 2, beispielsweise der digitale Zähler, über ausreichende Ressourcen, insbesondere Speicher, CPU und Bandbreite kann eine Peer-to-Peer-Software auf der jeweiligen Netzparametererfassungseinheit 2 implementiert werden. Sind die Ressourcen einer Netzparametererfassungseinheit 2 nicht ausreichend, kann das Peer-to-Peer-Netzwerk über die Super-Peers betrieben werden. Bei dieser Ausführungsform registrieren sich die Netzparametererfassungseinheiten 2 bzw. die digitalen Zähler gemäß dem Protokoll bei einem geeigneten Server S bzw. Super-Peer. Bei einer flachen Ausprägung des Peer-to-Netzwerkes wird jeder digitale Zähler bzw. jede Netzparametererfassungseinheit 2 mit einem Peer-to-Peer-Protokoll ausgestattet, wobei dies die Selbstorganisation gewährleistet. Dieses Protokoll kann aus einer Anmeldenachricht (join), einer Abmeldenachricht (leave), einer Ausfallbenachrichtigung (fail), einer Informationsspeichernachricht (put) sowie eine Informationsabfragenachricht (get) aufweisen. Mit dem Peer-to-Peer-Protokoll können die Netzparametererfassungseinheiten 2 Ausfälle im Netz erkennen. Bei einem Ausfall können entsprechende Mechanismen ausgeführt werden, wie beispielweise die Aktualisierung der Redundanzvorgaben. Die Netzparameterdaten, wie beispielsweise noch nicht abgefragte Stromverbrauchsmessungen, werden vorzugsweise redundant vorgehalten. Eine ausgewählte Gruppe, die sogenannte Replikationsgruppe, kann die Replikation der Daten, die von dem ausgefallenen Zähler bzw. der ausgefallenen Netzparametererfassungseinheit 2 vor dem Ausfall erhoben wurden, übernehmen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass Informationen im Netz auch bei Ausfall von Netzparametererfassungseinheiten 2 immer abrufbar sind. Wenn ein ausgefallener Peer- bzw. ausgefallene Netzparametererfassungseinheit 2 sich im Datennetz wieder anmeldet bzw. durch eine andere Netzparametererfassungseinheit 2' ersetzt wird, erhält der Peer alle Informationen, die an diesem Punkt bis zu dessen Ausfall erhoben wurden aus der Replikationsgruppe zurück. Sofern die Netzparametererfassungseinheit 2 über begrenzte Ressourcen verfügt, werden die Peer-to-Peer-Protokollnachrichten in dem in 5 dargestellten Super-Peer-Netz ausgetauscht, um Selbstorganisation und Ausfallsicherheit zu gewährleisten. Dabei meldet sich die Netzparametererfassungseinheit 2 bzw. der digitale Zähler an einem durch das Peer-to-Peer-Protokoll dynamisch bestimmten Super-Peer bzw. Server an und überträgt die von ihm erhobenen Netzparameterdaten an diesen Super-Peer. Ein Super-Peer bzw. Server S verwaltet somit die Daten bzw. Informationen mehrerer Netzparametererfassungseinheiten 2. Wenn eine Netzparametererfassungseinheit 2 ausfällt, sind die bis zum Ausfall erhobenen Daten bei dem jeweiligen Super-Peer abfragbar. Sofern ein Super-Peer bzw. ein Server S ausfällt, sind die entsprechenden Daten aller zugeordneten Netzparametererfassungseinheiten 2 dennoch in der Super-Peer-Replikationsgruppe abfragbar. Die durch den Einsatz von Peer-to-Peer-Mechanismen sind die Netzparameterdaten stets verfügbar.
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Die Netzparametererfassungseinheiten 2 können neben den Nutzdaten bzw. Netzparameterdaten auch ihre Konfigurationsdaten redundant im Netz ablegen. Wird beispielsweise ein Zähler durch einen typengleichen Zähler ausgetauscht, wird die zuvor in dem Datennetz gespeicherte Konfiguration des Vorgängers auf das neue Gerät bzw. den neuen Zähler in dessen lokalen Datenspeicher gespeichert. Der Ersatzzähler ist somit ohne manuelle Administration vollfunktionsfähig.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems wird in dem Peer-to-Peer-Datenprotokoll eine zusätzliche Nachricht (Stabilize) automatisch zur Erkennung von Ausfällen und Fehlern in dem Peer-to-Peer-Netz verwendet. Die Peers tauschen dabei diese Nachricht ”Stabilize” vorzugsweise periodisch aus. Diese Nachricht kann ferner mit zusätzlichen anwendungsspezifischen Informationen angereichert werden, um zusätzliche Dienstleistungen zu automatisieren. Beispielsweise können in der Stabilize-Nachricht zusätzliche Informationsdaten der sendenden Netzparametererfassungseinheit bzw. des sendenden Zählers vorgesehen sein. Auf diese Weise ist ein verteilter Soll-Ist-Vergleich von allen Zählereichdaten aller Zählerzustände verteilt und vollautomatisiert realisierbar, wobei Anomalien koordiniert an eine Datenmanagementapplikation übertragen werden können.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 1. Wie man aus 6 erkennen kann, sind mehrere Peer-to-Peer-Netzwerke von Netzparametererfassungseinheiten 2 mit einem überlagerten Super-Peer-Netz von Servern S verbunden. Diese können über Webservice Access Points mit einem Datennetzwerk, beispielsweise dem Internet, verbunden sein, das seinerseits über einen Webservice Access Point mit der Cloud-Computing-Infrastruktur 5 verbunden ist. Das Peer-to-Peer-Datennetz der Netzparametererfassungseinheiten 2-i wird als Nutzer des Zählerdatenmanagements in der Cloud über die Webservice-Schnittstellen der Cloud-Computing-Infrastruktur 5 angebunden werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Vorteile der eingesetzten Peer-to-Peer-Technologie durchgängig auf allen Infrastrukturknoten von den Zählern bis in die Backend-Knoten der Server S und Datenbanken zum Datenmanagement benutzt werden können. Beispielsweise können Managementaufgaben für ein Smart Metering optimal verteilt werden, nämlich von der Feldebene bis zum Backend fürs Datenmanagement, so dass eine optimale Verteilung über die vorhandenen Infrastrukturkapazitäten gewährleistet werden kann. Auslastungsspitzen, die beispielsweise bei einem Transfer von Zählerdaten zum Zählerdatenmanagement auftreten können, werden auf diese Weise vermieden, so dass das System effizient betrieben werden kann. Der durchgängige Einsatz von Peer-to-Peer-Mechanismen bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ermöglicht einen hohen Grad der Automatisierung der integrierten Smart Metering Lösungen. Die digitalen Zähler bzw. Netzparametererfassungseinheiten 2 melden sich dabei automatisch bei dem jeweiligen Peer-to-Peer-Netz an und speichern fortan ihre Daten, insbesondere ihre Netzparameterdaten und Konfigurationsdaten verteilt im Datennetzwerk ab. Durch Replikationsgruppen wird die redundante Datenhalterung realisiert und verwaltet, so dass die Daten auch dann abrufbar sind, wenn eine oder mehrere Netzparametererfassungseinheiten 2 ausfallen.
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Über die Webservices-Schnittstellen können die Dienste einer Datenmanagementapplikation aufgerufen werden, um Daten für das Datenmanagement in der Cloud abzulegen. Die automatisierte Cloud-Computing-Infrastruktur 5 ermöglicht über die Peer-to-Peer-Mechanismen redundant verteilte Datenhaltung und Applikationsverteilung, so dass eine Applikation auch dann verfügbar ist, wenn einige Server S überlastet sind oder sogar ausfallen. Die eingesetzten Peer-to-Peer-Mechanismen ermöglichen zudem eine horizontale Skalierung. Wird ein neuer Server im Netz hochgefahren, meldet er sich automatisch im Netz an und übernimmt einen durch das Protokoll bestimmten Teil der enthaltenen Daten und Funktionshaltung.
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In gleicher Weise kann eine Datenabfrage aus einer Datenmanagementapplikation erfolgen. Die Abfrage wird dabei über die Webservice-Schnittstelle in das Peer-to-Peer-Netz des jeweiligen Zählers bzw. der jeweiligen Netzparametererfassungseinheit 2 geleitet. Im Peer-to-Peer-Netz wird die verteilte Informationsauffindung vorgenommen. Anhand des Informationsbereitstellungspfades können auch Caching-Gruppen gebildet werden, so dass wiederkehrende Informationsabfragen mit einer gleichen Antwort effizient beantwortet werden können.
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Bei dem erfindungsgemäßen System 1, wie es beispielsweise in 6 dargestellt ist, wird der manuelle Verwaltungsaufwand für Serveradministration und Fehlerinstallation auf ein Minimum reduziert. Bei dem erfindungsgemäßen System 1 müssen Hardwarekomponenten lediglich angeschlossen werden, so dass Verfügbarkeit und Performance ein Niveau erreichen, der mit manuell administrierten Servern und Zählern nicht realisierbar wäre. Durch die mit dem Peer-to-Peer-Protokoll erzeugte Selbstorganisation wird eine Skalierbarkeit ohne zusätzlichen Aufwand realisiert. Bei den erfindungsgemäßen Netzparametererfassungseinheiten 2 kann es sich um fest installierte Netzparametererfassungseinheiten oder um mobile Geräte handeln.
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Durch die dezentrale Verteilung der Netzparameterdaten kann ein sehr hohes Volumen an Netzparameterdaten in dem Datennetzwerk gespeichert werden und steht zur Auswertung bzw. Analyse zur Verfügung. Beispielsweise kann eine Datenanalyse basierend auf einer großen Datenbasis durchgeführt werden und ist dementsprechend besonders genau. Aufgrund der genauen Datenanalyse lassen sich zuverlässige Prognosen über das zukünftige Verhalten des Stromnetzwerkes 3 ableiten und entsprechende Steuermaßnahmen durchführen. Die Auswertung der Netzparameterdaten kann dabei in Echtzeit erfolgen.
