DE102011078042A1 - Decentralized energy network and method of distributing energy in a decentralized energy network - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein dezentrales Energienetz sowie ein Verfahren zur Verteilung von Energie in einem dezentralen Energienetz. Zukünftig werden elektrische Energienetze vermehrt dezentral Energie durch eine Vielzahl Energieerzeugungseinheiten erzeugen. Dazu müssen sich die Netze sehr viel stärker als bisher durch Selbstorganisation strukturieren. Um die Robustheit solcher dezentraler Energienetze und eine geeignete Verteilung der Energie in solchen Netzen auf eine Vielzahl von Energieverbrauchseinheiten sicherzustellen, umfasst das erfindungsgemäße Energienetz entsprechende Agenten, wobei zumindest ein Agent jeder Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit in dem dezentralen Energienetz zugeordnet ist. Die Agenten sind dabei derart untereinander vernetzt, dass jeder Agent mit anderen Agenten im Energienetz kommunizieren kann. Jeder Wechsel der Leistungsabgabe oder Leistungsaufnahme setzt einen Handelsakt voraus, wodurch große Balancefehler vermieden werden. Zur Vermeidung oder zur Reduktion von Phasenasymmetrien ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verteilung der Energie in dem Energienetz basierend auf phasenspezifisch zwischen den Agenten ausgehandelten monetären Transaktionen erfolgt. Um diese Kopplung zwischen elektrischem und monetärem Akt praktikabel zu machen, können zwischen Erzeugern und Verbrauchern Stromabnahmeverträge verschiedenster Art geschlossen werden. Das Energienetz ist dabei derart ausgestaltet, dass die Verteilung der Energie im Netz phasenspezifisch zumindest teilweise basierend auf zwischen den Agenten ausgehandelten monetären Transaktionen erfolgt. Auf diese Weise wird eine geeignete Energieverteilung basierend auf Mechanismen des freien Marktes erreicht. Vorzugsweise beinhaltet das dezentrale Energienetz auch noch weitere Komponenten. Insbesondere ist eine Energie-Austausch-Einheit vorgesehen, über welche die Agenten im Betrieb des Energienetzes die monetären Transaktionen aushandeln.The invention relates to a decentralized energy network and a method for distributing energy in a decentralized energy network. In the future, electrical energy networks will increasingly generate energy in a decentralized manner through a large number of energy generation units. To do this, the networks must structure themselves much more strongly than before through self-organization. In order to ensure the robustness of such decentralized energy networks and a suitable distribution of the energy in such networks to a large number of energy consumption units, the energy network according to the invention comprises corresponding agents, with at least one agent being assigned to each energy consumption and / or energy generation unit in the decentralized energy network. The agents are networked with one another in such a way that each agent can communicate with other agents in the energy network. Every change in power output or power consumption requires a trade act, which avoids major balance errors. To avoid or reduce phase asymmetries, it is provided according to the invention that the energy is distributed in the energy network based on phase-specifically negotiated monetary transactions between the agents. In order to make this coupling between electrical and monetary acts practicable, various types of electricity purchase agreements can be concluded between producers and consumers. The energy network is designed in such a way that the energy is distributed in the network phase-specifically, at least in part based on monetary transactions negotiated between the agents. In this way a suitable energy distribution based on free market mechanisms is achieved. The decentralized energy network preferably also contains further components. In particular, an energy exchange unit is provided, via which the agents negotiate the monetary transactions when the energy network is in operation.
Description
Die Erfindung betrifft ein dreiphasiges, dezentrales Energienetz, insbesondere ein Niederspannungsnetz, zur Verteilung von elektrischer Energie und ein Verfahren zur Verteilung der elektrischen Energie in einem solchen Energienetz. The invention relates to a three-phase, decentralized energy network, in particular a low-voltage network, for the distribution of electrical energy and a method for distributing the electrical energy in such a power grid.
Die Erzeugung von Energie in elektrischen Energienetzen beruht heutzutage zunehmend auf einer Vielzahl von dezentralen Energieerzeugungseinheiten in der Form von Generatoranlagen kleiner und mittlerer Größe, wie z. B. Photovoltaik-Anlagen, Blockheizkraftwerke und andere dezentrale und erneuerbare Energieerzeugungsanlagen. Die Anzahl dieser Energieerzeugungseinheiten nimmt kontinuierlich zu, so dass ein Paradigmen-Wechsel in der Energieversorgung dahingehend stattfindet, dass die Energie von Energieerzeugungseinheiten atomistisch ohne Zwischenschaltung eines zentralen Energieversorgers auf Energieverbraucher in den Energienetzen verteilt wird. The generation of energy in electric power grids today is increasingly based on a plurality of decentralized power generation units in the form of small and medium size generator systems, such. As photovoltaic systems, combined heat and power plants and other decentralized and renewable energy generation plants. The number of these power generation units is continuously increasing, so that a paradigm shift in the energy supply takes place in such a way that the energy of power generation units is atomically distributed without the interposition of a central energy supplier to energy consumers in the energy networks.
Als Energieverbraucher sind z. B. Wärmepumpen, Kompressionskälteanlagen oder Ladegeräte für Elektrofahrzeuge an das Energienetz angeschlossen. Vor allem aus Kostengründen werden sowohl die Energieerzeugungseinheiten als auch die Energieverbraucher mit Leistungen von bis zu 3kW einphasig ausgebildet. Der Anschluss einphasiger Energieerzeugungseinheiten und Energieverbraucher an ein dreiphasiges Energienetz kann zu einer unsymmetrischen Belastung des Energienetzes führen. Je größer die Anzahl der einphasig angeschlossenen Energieerzeugungseinheiten und Energieverbraucher ist, desto stärker kann die Belastung in den Phasen des Energienetzes zunehmen. As energy consumers are z. As heat pumps, compression refrigerators or chargers for electric vehicles connected to the power grid. Especially for cost reasons, both the power generation units and the energy consumers are trained in single phase with powers of up to 3kW. The connection of single-phase power generation units and energy consumers to a three-phase power grid can lead to an unbalanced load on the power grid. The greater the number of single-phase connected power generation units and energy consumers, the stronger the load in the phases of the power grid can increase.
Aus der unterschiedlichen Belastung der Phasen, d.h. der Außenleiter des Energienetzes, können Fehler in an das Energienetz angeschlossenen elektrischen Komponenten auftreten. Hierzu zählen beispielsweise die Sättigung von Transformatoren, die Überlastung von Kabelverbindungen und die Abschaltung einzelner Komponenten durch eine Toleranzbandüberschreitung der Netzspannung. Um Phasenunsymmetrien zu vermeiden, wäre der koordinierte Anschluss von Energieerzeugungseinheiten und Energieverbrauchseinheiten hinsichtlich einer gleichen Verteilung der in die einzelnen Phasen eingespeisten und bezogenen Leistung erforderlich. From the different loading of the phases, i. the external conductor of the power grid, faults in electrical components connected to the power grid can occur. These include, for example, the saturation of transformers, the overloading of cable connections and the disconnection of individual components due to a tolerance range violation of the mains voltage. In order to avoid phase imbalances, the coordinated connection of power generation units and energy consumption units would be required for an equal distribution of the power fed into and related to the individual phases.
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, ein dezentrales Energienetz zu schaffen, welches den obigen Anforderungen gerecht wird und die Energie von mehreren Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten sinnvoll in Abhängigkeit von Energiebedarf und generierbarer Energie verteilt. The object of the invention is to provide a decentralized energy network which meets the above requirements and distributes the energy of several energy consumption and / or energy generation units in a meaningful way depending on the energy requirement and the energy that can be generated.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. This object is solved by the independent claims. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Energienetz umfasst eine Mehrzahl von Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten, welchen jeweils zumindest ein Agent zugeordnet ist, wobei die Agenten derart miteinander vernetzt sind, dass jeder Agent mit anderen Agenten im Energienetz kommunizieren kann. Jeder Wechsel der Leistungsabgabe oder Leistungsaufnahme setzt einen Handelsakt voraus, wodurch große Balancefehler vermieden werden. Um diese Kopplung zwischen elektrischem und monetärem Akt praktikabel zu machen, können zwischen Erzeugern und Verbrauchern Stromabnahmeverträge verschiedenster Art geschlossen werden. Das Energienetz ist dabei derart ausgestaltet, dass die Verteilung der elektrischen Energie im Energienetz zumindest teilweise basierend auf zwischen den Agenten ausgehandelten monetären Transaktionen erfolgt. The energy network according to the invention comprises a plurality of energy consumption and / or energy generation units, each associated with at least one agent, wherein the agents are networked with each other so that each agent can communicate with other agents in the power grid. Any change in power output or power consumption requires a commercial act, which avoids large balance errors. In order to make this coupling between the electric and the monetary act practicable, it is possible to conclude electricity purchase contracts of various kinds between producers and consumers. The energy network is designed in such a way that the distribution of the electrical energy in the energy network is at least partially based on monetary transactions negotiated between the agents.
Zur Vermeidung oder zur Reduktion von Phasenunsymmetrien ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verteilung der Energie in dem Energienetz basierend auf phasenspezifisch zwischen den Agenten ausgehandelten monetären Transaktionen erfolgt. Dies bedeutet, dass, resultierend aus einem Handelsakt, die von einer Komponente aus dem dreiphasigen Energienetz bezogene Energie oder in dieses eingespeiste Energie selektiv mit einem bestimmten Außenleiter des Energienetzes verbunden wird, um die Spannungen zwischen den einzelnen Phasen (Leitern) des Energienetzes in gewünschter Weise zu beeinflussen. Je mehr elektrische Komponenten in phasenspezifische Handelsakte eingebunden werden, desto stärker lassen sich die Phasenunsymmetrien reduzieren. In order to avoid or reduce phase imbalances, it is provided according to the invention that the distribution of the energy in the energy network takes place on the basis of phase-specific monetary transactions negotiated between the agents. This means that as a result of a commercial act, the energy or energy supplied by a component from the three-phase power network is selectively connected to a particular outer conductor of the power network to the voltages between the individual phases (conductors) of the energy network in the desired manner to influence. The more electrical components in phase-specific trade file be integrated, the more the phase imbalances can be reduced.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit eine phasenspezifische Verteilung der Energie basierend auf Marktmechanismen von Angebot und Nachfrage an Energie erreicht. Die monetären Transaktionen stellen hierbei insbesondere ausgehandelte Verträge zwischen einzelnen Agenten dar, mit denen der Verkauf bzw. Kauf von bestimmten Mengen an Energie festgelegt wird. Diese Verträge beinhalten somit auch den Preis, zu dem die Energie von einem Agenten verkauft und vom anderen Agenten gekauft wird. The method according to the invention thus achieves a phase-specific distribution of the energy based on market mechanisms of supply and demand for energy. The monetary transactions are in particular negotiated contracts between individual agents, with which the sale or purchase of certain amounts of energy is determined. These contracts also include the price at which the energy is sold by one agent and purchased by the other agent.
Gemäß der Erfindung wird somit die Energieerzeugung bzw. Energiebereitstellung selbstorganisierend dadurch geregelt, dass die Agenten die Funktionalität des phasenspezifischen Aushandelns von monetären Transaktionen beinhalten. Hierdurch wird auf einfache Weise eine dezentral geregelte, selbstorganisierende Verteilung der Energie bei gleichmäßiger Belastung der Phasen im Netz erreicht. Ein einer jeweiligen Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit zugeordneter Agent kann hierzu ein steuerbares Schaltmittel umfassen, das die Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit selektiv mit einer der Phasen des Energienetzes verbindet. According to the invention, the energy generation or energy provision is thus self-organizing regulated by the fact that the agents include the functionality of the phase-specific negotiation of monetary transactions. As a result, a decentralized, self-organizing distribution of energy is achieved in a simple manner with uniform loading of the phases in the network. An agent assigned to a respective energy consumption and / or energy generation unit may for this purpose comprise a controllable switching means which selectively connects the energy consumption and / or energy generation unit to one of the phases of the energy network.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann sich das Energienetz auch an andere Energienetze koppeln und Energie von anderen Energienetzen beziehen bzw. überschüssige Energie an andere Energienetze bereitstellen. In a particularly preferred embodiment, the power grid may also couple to other energy networks and draw energy from other energy networks or provide surplus energy to other energy networks.
Zur Durchführung der obigen monetären Transaktionen weist jeder Agent im Energienetz vorzugsweise eine Transaktionseinheit auf, welche automatisch Preise mit anderen Agenten für das Bereitstellen und/oder den Bezug von Energie aushandelt und entsprechende Verträge abschließt. Ein einer jeweiligen Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit zugeordneter Agent umfasst vorzugsweise auch eine Energiemess- und/oder Energiesteuereinheit zum phasenselektiven Messen und/oder Steuern der von der jeweiligen Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit verbrauchten und bereitgestellten Energie, um hierdurch zu bestimmen, ob bzw. wie viel Energie im Energienetz zum Verkauf angeboten werden kann bzw. durch Kauf erworben werden sollte. To carry out the above monetary transactions, each agent in the power grid preferably has a transaction unit which automatically negotiates prices with other agents for providing and / or purchasing energy and concludes corresponding contracts. An agent associated with a respective power and / or power generation unit preferably also includes an energy measurement and / or power control unit for selectively measuring and / or controlling the power consumed and provided by the respective power and / or power generation unit to thereby determine whether or not How much energy can be offered for sale in the energy network or whether it should be acquired through a purchase.
Jeder Agent umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Kommunikationsschnittstellen, insbesondere eine externe Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit anderen Agenten und/oder eine interne Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit der oder den Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten, denen der jeweilige Agent zugeordnet ist. Each agent preferably comprises one or more communication interfaces, in particular an external communication interface for communication with other agents and / or an internal communication interface for communication with the energy consumption and / or energy generation unit (s) to which the respective agent is assigned.
Um einen einfachen Zugriff eines Benutzers auf die Einstellungen des Agenten zu ermöglichen, kann jeder Agent eine oder mehrere Benutzerschnittstellen zum Zugriff und zur Einstellung von Parametern des jeweiligen Agenten umfassen. To allow a user easy access to the agent's settings, each agent may include one or more user interfaces for accessing and setting parameters of the respective agent.
Eine besonders einfache Überprüfung der Parameter eines Agenten wird dadurch ermöglicht, dass ein jeweiliger Agent automatisch Berichte über seinen Zustand generiert. Diese Berichte können dann beispielsweise über entsprechende Benutzerschnittstellen von einem Benutzer eingesehen werden. A particularly simple check of the parameters of an agent is made possible by the fact that a respective agent automatically generates reports about its state. These reports can then, for example, be viewed by a user via corresponding user interfaces.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Aushandeln der monetären Transaktionen durch eine zentrale Einheit geregelt. Es handelt sich hierbei um eine Energie-Austausch-Einheit, welche vorzugsweise derart ausgestaltet ist, dass sie Angebote und Anfragen der Agenten für Energie phasenspezifisch sammelt und basierend auf den Angeboten und Anfragen Käufe und Verkäufe von Energie phasenspezifisch zwischen den Agenten vermittelt. Auf diese Weise wird eine zentrale Handelsplattform nach Art einer Börse geschaffen, auf der die Energie im Energienetz als Handelsgut gehandelt wird. Somit wird auf einfache Weise durch Marktmechanismen eine geeignete Verteilung der Energie in dem Energienetz erreicht. In a particularly preferred embodiment of the invention, the negotiation of the monetary transactions is regulated by a central unit. It is an energy exchange unit, which is preferably configured to phase-collect offers and requests from the agents for energy and, based on the offers and requests, provides phase-specific purchases and sales of energy between the agents. In this way, a central trading platform is created in the manner of a stock exchange, on which the energy in the energy network is traded as commodity. Thus, a suitable distribution of the energy in the energy network is easily achieved by market mechanisms.
Um in dem Energienetz eine möglichst große Anzahl an Transaktionen zu einem bestimmten Zeitpunkt durchzuführen, ist die Energie-Austausch-Einheit in einer bevorzugten Ausführungsform derart ausgestaltet, dass sie einen Energiepreis phasenspezifisch berechnet, zu dem die größte Anzahl an monetären Transaktionen zwischen den Agenten stattfindet. Dieser Preis wird als Markt-Clearing-Preis bezeichnet, wobei dessen Berechnung in der detaillierten Beschreibung näher erläutert ist. Basierend auf diesen phasenspezifischen Energiepreisen vermittelt die Energie-Austausch-Einheit dann die Käufe und Verkäufe von Energie. In order to perform as large a number of transactions as possible at a particular time in the power grid, the energy exchange unit is, in a preferred embodiment, configured to phase-calculate an energy price at which the greatest number of monetary transactions occur between the agents. This price is called the market clearing price, the calculation of which is explained in more detail in the detailed description. Based on these phase-specific energy prices, the Energy Exchange Unit then mediates the purchases and sales of energy.
Ferner ist die Energie-Austausch-Einheit vorzugsweise derart ausgestaltet, dass auf diese Einheit durch die Agenten zugegriffen werden kann, um die durch die Energie-Austausch-Einheit vermittelten Transaktionen einzusehen. Um gegebenenfalls auch Transaktionen außerhalb des Netzes durchzuführen, ist die Energie-Austausch-Einheit in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung derart ausgestaltet, dass sie Energie-Austausch-Einheiten von anderen Energienetzen kontaktieren kann, um Energie den anderen Energienetzen bereitzustellen oder von diesen zu beziehen. Furthermore, the energy exchange unit is preferably configured such that this unit can be accessed by the agents to view the transactions mediated by the energy exchange unit. In order to carry out transactions outside the network, if appropriate, in a further embodiment of the invention, the energy exchange unit is designed such that it can contact energy exchange units of other energy networks in order to provide energy to or from the other energy networks.
Um Missbräuche bei der Durchführung der energetischen und monetären Transaktionen zu vermeiden, ist in einer bevorzugten Variante der Erfindung ferner eine Überwachungseinheit in dem Energienetz vorgesehen. Diese Einheit überwacht die Durchführung der monetären Transaktionen und die darauf basierende phasenselektive Bereitstellung und den darauf basierenden phasenselektiven Verbrauch von Energie durch die Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten. Die Überwachungseinheit hat hierbei die Berechtigung, bei Vorliegen vorbestimmter Kriterien Gegenmaßnahmen einzuleiten. Solche Kriterien sind insbesondere erkannte Missbrauchsfälle oder Notfallsituationen. Beispielsweise muss bei Energieknappheit sichergestellt werden, dass die noch zur Verfügung stehende Energie zunächst an öffentliche Einheiten, wie z. B. Krankenhäuser, verteilt wird, bevor sie anderen industriellen Anlagen bereitgestellt wird. In order to avoid abuses when carrying out the energy and monetary transactions, in a preferred variant of the invention a monitoring unit is also provided in the energy network. This unit monitors the execution of the monetary transactions and the phase-selective provision based thereon and the phase-selective consumption of energy based thereon by the energy consumption and / or energy generation units. The monitoring unit has the authorization to initiate countermeasures in the presence of predetermined criteria. Such criteria are, in particular, identified cases of abuse or emergency situations. For example, in the case of energy shortages, it must be ensured that the energy still available is first sent to public entities, such as As hospitals, is distributed before it is provided to other industrial facilities.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassen die von der Überwachungseinheit durchführbaren Gegenmaßnahmen die Verminderung und/oder Erhöhung der durch eine jeweilige Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit bereitgestellten und/oder verbrauchten Energie, insbesondere kann die Gegenmaßnahme auch die komplette Abschaltung einer jeweiligen Energieverbrauchs- bzw. Energieerzeugungseinheit umfassen. In a particularly preferred embodiment, the countermeasures that can be carried out by the monitoring unit include the reduction and / or increase of the energy provided and / or consumed by a respective energy-consuming and / or energy-generating unit; in particular, the countermeasure can also be the complete shut-down of a respective energy-generating unit include.
Die Gegenmaßnahme kann auch die Ausgabe eines entsprechenden Befehls zur Verminderung bzw. Erhöhung der durch eine jeweilige Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit bereitgestellten bzw. verbrauchten Energie und/oder die Ausgabe eines entsprechenden Befehls zum Phasenwechsel umfassen. The countermeasure may also include the issuance of a corresponding command to reduce or increase the power provided by a respective power and / or power generation unit and / or the output of a corresponding phase change command.
Ferner können die Agenten jeweils elektronische Siegel zur Vermeidung von Manipulationen der Agenten aufweisen, wobei die Überwachungseinheit in diesem Fall vorzugsweise die Berechtigung hat, die elektronischen Siegel der Agenten zu überprüfen. Darüber hinaus kann der Überwachungseinheit die Berechtigung gewährt sein, Anzeigen von vermuteten Missbräuchen entgegenzunehmen und Untersuchungen betreffend vermutete Missbräuche durchzuführen und/oder einzuleiten. Furthermore, the agents may each have electronic seals to prevent manipulation of the agents, in which case the monitoring unit preferably has the authorization to check the electronic seals of the agents. In addition, the Surveillance Unit may be granted the right to receive reports of suspected abuses and to investigate and / or initiate investigations into suspected abuses.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Energienetz ferner eine Verwaltungseinheit zur Verwaltung der zu dem Energienetz gehörenden Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten und deren Agenten vorgesehen. Die Verwaltungseinheit ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie Agenten im Energienetz registriert und/oder abmeldet. Auf diese Weise ist in der Verwaltungseinheit hinterlegt, wie viele und welche Energieverbrauchs- bzw. Energieerzeugungseinheiten an dem Energienetz beteiligt sind. Insbesondere ist die Verwaltungseinheit derart ausgestaltet, dass sie über eine Schnittstelle, insbesondere eine Webseite, Informationen über das Energienetz bereitstellt und die Registrierung und/oder das Abmelden von Agenten ermöglicht. In a further, particularly preferred embodiment of the invention, a management unit for managing the energy consumption and / or energy generation units belonging to the energy network and their agents is also provided in the energy network. The administrative unit is preferably configured such that it registers and / or logs off agents in the energy network. In this way, the administrative unit stores how many and which energy generating units are involved in the energy network. In particular, the administrative unit is configured such that it provides information about the energy network via an interface, in particular a website, and makes it possible to register and / or log off agents.
Vorzugsweise ist eine Aufgabe der Verwaltungseinheit die Überwachung des Energieverbrauchs und der Energieerzeugung der Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten, wobei beim Auftreten von Energieengpässen und/oder Ungleichgewichten in der Energieverteilung Gegenmaßnahmen durch die Verwaltungseinheit bestimmt werden und entsprechende Anweisungen und/oder Vorschläge an die Agenten durch die Verwaltungseinheit ausgegeben werden. Die Gegenmaßnahmen können insbesondere eine Entkopplung des Energienetzes von anderen Energienetzen und die Ausgabe von Anweisungen an die Agenten zur Erhöhung der Energieerzeugung und/oder Verminderung des Energieverbrauchs der zu den jeweiligen Agenten gehörigen Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten und/oder den Wechsel der Phase des Energienetzes umfassen. Die Verwaltungseinheit kann ferner gegebenenfalls Analysemittel zur Analyse der Energieverteilung in dem Energienetz umfassen, wobei basierend auf der Analyse beispielsweise entsprechende Statistiken zur späteren Auswertung generiert werden können. Preferably, an object of the management unit is the monitoring of the energy consumption and the energy production of the energy consumption and / or energy generation units, countermeasures being determined by the management unit in the event of energy bottlenecks and / or imbalances in the energy distribution and corresponding instructions and / or proposals to the agents the administrative unit is issued. In particular, countermeasures may include decoupling the power grid from other power networks and issuing instructions to the agents to increase power generation and / or reduce power consumption of the power and / or power generation units associated with the respective agents and / or change the phase of the power grid include. The administrative unit may further comprise, if appropriate, analysis means for analyzing the energy distribution in the energy network, wherein based on the analysis, for example, corresponding statistics for later evaluation can be generated.
Ferner können durch die Verwaltungseinheit Beratungsdienste und/oder Dienste zur Förderung der technischen Weiterentwicklung des Energienetzes angeboten werden. Die Beratungsdienste können beispielsweise darin bestehen, dass auf eine Webseite zugegriffen werden kann, auf der entsprechende Informationen zur Beratung der Energienetzteilnehmer abgerufen werden können. Ein Dienst zur Förderung der technischen Weiterentwicklung kann darin bestehen, dass über die Verwaltungseinheit Programme definiert werden, welche beispielsweise über monetäre Belohnungen die Teilnehmer im Netz dazu veranlassen, bessere Algorithmen (beispielsweise für ein schnelle Entkoppeln des Energienetzes) zu entwickeln und der Verwaltungseinheit bereitzustellen. Furthermore, the administrative unit may offer advisory services and / or services to promote the technical development of the energy network. For example, the advisory services may consist of accessing a web page where relevant information for advice to the energy network users can be obtained. A service for furthering technical development may consist in defining programs via the administrative unit which, for example via monetary rewards, cause the subscribers in the network to develop better algorithms (for example for rapid decoupling of the energy network) and to make them available to the administrative unit.
Die Verwaltungseinheit kann ebenso eine Schnittstelle zu anderen Energienetzen herstellen, d.h. die Verwaltungseinheit ist derart ausgestaltet, dass sie mit anderen Energienetzen, insbesondere mit Verwaltungseinheiten von anderen Energienetzen, kommunizieren kann. The management unit may also interface to other power networks, i. the management unit is designed such that it can communicate with other energy networks, in particular with administrative units of other energy networks.
Neben dem oben beschriebenen dezentralen Energienetz umfasst die Erfindung ferner ein Verfahren zur Verteilung von Energie in einem solchen Energienetz, wobei die Verteilung der Energie im Energienetz zumindest teilweise basierend auf phasenspezifisch zwischen den Agenten ausgehandelten monetären Transaktionen erfolgt. In addition to the decentralized energy network described above, the invention further comprises a method for distributing energy in such an energy network, wherein the distribution of energy in the Energy network based at least partially on phase-specific monetary transactions negotiated between the agents.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figur detailliert beschrieben. Embodiments of the invention are described below in detail with reference to the accompanying figure.
Es zeigt: It shows:
Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines dreiphasigen Energienetzes beschrieben, welches basierend auf den Prinzipien der Selbstorganisation und Dezentralisierung Energie verteilt. Hierzu umfasst das Energienetz eine Mehrzahl von einzelnen Agenten PEAs (PEA = Private Energy Agent), welche jeweils einer Energieerzeugungs- und/oder Energieverbrauchseinheit in dem Netz zugeordnet sind. Im Folgenden wird der Begriff des PEAs in der Regel auch als Synonym für die dazugehörige Energieerzeugungs- bzw. Energieverbrauchseinheit verwendet. Die Energieerzeugungseinheiten sind dabei beispielsweise Photovoltaik-Anlagen, Windturbinen, Sterling-Motoren, Batterien oder elektrochemische Speicher sowie sog. CHP-Anlagen (CHP = Combined Heat and Power). Die CHP-Anlagen können Energie z. B. basierend auf der Verbrennung von Diesel bzw. basierend auf der Verbrennung von Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffen in Brennstoffzellen generieren. Die Energieverbrauchseinheiten sind insbesondere private Haushalte, gewerbliche Verbraucher (wie Bürogebäude, öffentliche Bäder und dergleichen) sowie industrielle Verbraucher. Gegebenenfalls können die Energieverbrauchs- bzw. Energieerzeugungseinheiten kombinierte Einheiten sein, welche sowohl Energie verbrauchen als auch (überschüssige) erzeugte Energie in dem Netz bereitstellen können. Dies trifft insbesondere auf Energiespeicher, wie z. B. elektrochemische Speicher zu, kann aber auch Speicher wie Schwungräder und Kombinationen wie Elektrolyte-Wasserstoffspeicher-Rückverstromungseinheiten umfassen. Hereinafter, an embodiment of a three-phase power network will be described which distributes energy based on the principles of self-organization and decentralization. For this purpose, the energy network comprises a plurality of individual PEAs (PEA = private energy agents), which are each assigned to a power generation and / or energy consumption unit in the network. In the following, the term PEA is generally also used as a synonym for the associated power generation or energy consumption unit. The power generation units are for example photovoltaic systems, wind turbines, Sterling engines, batteries or electrochemical storage and so-called. CHP plants (CHP = Combined Heat and Power). The CHP plants can use energy z. B. based on the combustion of diesel or based on the combustion of hydrogen or hydrocarbons in fuel cells generate. The energy consumption units are in particular private households, industrial consumers (such as office buildings, public baths and the like) as well as industrial consumers. Optionally, the power generation units may be combined units that both consume energy and can provide (excess) generated energy in the network. This applies in particular to energy storage, such. As electrochemical storage, but may also include memory such as flywheels and combinations such as electrolytes hydrogen storage reconverting units.
Das dreiphasige Energienetz umfasst in einer dem Fachmann bekannten Weise drei Außenleiter (L1, L2, L3) sowie einen Neutralleiter (N) und einen Schutzleiter (PE). Bei dem Energienetz handelt es sich bevorzugt um ein Niederspannungsnetz, d.h. ein Energienetz, in dem die Spannung zwischen einem der Außenleiter und dem Neutralleiter beispielsweise 230 V beträgt. The three-phase power network comprises in a manner known to those skilled in three outer conductor (L1, L2, L3) and a neutral conductor (N) and a protective conductor (PE). The power grid is preferably a low voltage network, i. a power grid in which the voltage between one of the outer conductors and the neutral conductor is for example 230V.
Im Idealfall liegt in dem dreiphasigen Energienetz eine symmetrische Belastung der drei Außenleiter bzw. Phasen gegenüber dem Neutralleiter vor. Dies bedeutet, im Idealfall ist die zwischen einem jeweiligen Außenleiter und dem Neutralleiter N anliegende Spannung gleich groß. Eine ungleichmäßige Spannungsverteilung wird als Phasenasymmetrie bezeichnet, welche durch eine (stark) unterschiedliche Belastung der drei Phasen des Energienetzes gekennzeichnet ist. Mögliche, durch eine solche Phasenasymmetrie hervorgerufene Fehler sind beispielsweise die Sättigung von Verteilnetztransformatoren des Energienetzes, die Überlastung von Kabelverbindungen und die Abschaltung einzelner Komponenten durch eine Toleranzband-Überschreitung der zwischen einem der Außenleiter und dem Neutralleiter herrschenden Spannung. Ideally, in the three-phase power network, there is a symmetrical load on the three phase conductors or phases with respect to the neutral conductor. This means, in the ideal case, the voltage applied between a respective outer conductor and the neutral conductor N is the same. An uneven distribution of stress is called phase asymmetry, which is characterized by a (strongly) different loading of the three phases of the energy network. Possible errors caused by such a phase asymmetry are, for example, the saturation of distribution networks of the power grid, the overloading of cable connections and the disconnection of individual components due to a tolerance band violation of the voltage prevailing between one of the outer conductors and the neutral conductor.
Um eine solche Phasenasymmetrie nicht auftreten zu lassen oder eine existierende Phasenasymmetrie zu reduzieren, sind in den PEAs (oder alternativ in den diesen zugeordneten Energieverbrauchs- und/oder -erzeugungseinheiten) jeweils Vorrichtungen zur Steuerung der Belastung der Phasen des Energienetzes vorgesehen. Diese Vorrichtungen sind einerseits an das dreiphasige Energienetz und andererseits an die Energieverbrauchs- und/oder -erzeugungseinheiten (elektrische Komponenten) angeschlossen. Die Vorrichtung ist mit allen drei Außenleitern, dem Neutralleiter und dem Schutzleiter verbunden und verfügt über ein Schaltmittel, mit dem die elektrische Komponente in Abhängigkeit eines Steuersignals phasenselektiv Energie aus den drei Phasen des Energienetzes beziehen oder in diese einspeisen kann. In order to avoid such phase asymmetry or to reduce an existing phase asymmetry, devices for controlling the loading of the phases of the energy network are respectively provided in the PEAs (or alternatively in the energy consumption and / or production units assigned to them). These devices are connected on the one hand to the three-phase power grid and on the other hand to the energy consumption and / or generation units (electrical components). The device is connected to all three outer conductors, the neutral conductor and the protective conductor and has a switching means with which the electrical component can receive phase-selectively energy from the three phases of the energy network or feed into it in response to a control signal.
Ist die Energieverbrauchs- und/oder -erzeugungseinheit eine einphasige elektrische Komponente, so kann das Schaltmittel der Vorrichtung als steuerbares Schaltelement ausgebildet sein, welches die elektrische Komponente für die Energieentnahme oder -einspeisung mit einer der drei Phasen verbindet. Das Schaltmittel kann alternativ auch eine Umrichterschaltung umfassen. Beispielsweise werden zwei Umrichter über ihren Gleichspannungszwischenkreis, der einen Kondensator zur Glättung von Rippelströmen aufweist, miteinander gekoppelt. Die elektrische Komponente kann dann nicht nur eine einphasige Energieerzeugungs- und/oder Energieverbrauchseinheit, sondern auch eine dreiphasige Komponente sein. Mittels der zwei miteinander gekoppelten Umrichter kann eine variable, phasenspezifische Energieeinspeisung bzw. -entnahme erfolgen. Insbesondere ist es möglich aus einzelnen Phasen unterschiedliche Leistung zu beziehen oder in diese einzuspeisen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Phasenumschaltung ohne Abschaltung der elektrischen Komponente möglich ist. Über eine entsprechende Regelung kann darüber hinaus der cosφ des netzseitigen Umrichters vorgegeben werden. Somit ist auch eine Blindleistungskompensation möglich. If the energy consumption and / or generation unit is a single-phase electrical component, then the switching means of the device can be designed as a controllable switching element, which connects the electrical component for the energy extraction or feed with one of the three phases. The switching means may alternatively comprise a converter circuit. For example, two inverters are coupled to one another via their DC intermediate circuit, which has a capacitor for smoothing ripple currents. The electrical component may then be not only a single-phase power generation and / or power consumption unit but also a three-phase component. By means of the two inverters coupled together, a variable, phase-specific energy supply or removal can take place. In particular, it is possible to obtain different powers from individual phases or to feed them into them. Another advantage is that a phase change without shutdown of the electrical component is possible. In addition, the cosφ of the line-side converter can be specified via a corresponding control. Thus, a reactive power compensation is possible.
Das prinzipielle Vorgehen einer phasenselektiven Energieeinspeisung und/oder -energieentnahme ist wie folgt: Ist die elektrische Komponente eine Energieerzeugungseinheit, so erfolgt die Verbindung mit demjenigen Außenleiter, welcher die kleinste Spannung gegenüber dem Neutralleiter aufweist. Bezieht die elektrische Komponente Strom aus dem dreiphasigen Energienetz, so wird die elektrische Komponente mit demjenigen Außenleiter verbunden, welcher die größte Spannung gegenüber dem Neutralleiter des Energienetzes aufweist. Ob die elektrische Komponente mit dem Außenleiter mit der höchsten Spannung oder dem Außenleiter mit der niedrigsten Spannung verbunden werden muss, kann anhand der Detektion der Stromrichtung ermittelt werden. Die Strommessung dient insbesondere der Detektion, ob die Komponente ein Energieerzeuger oder ein Energieverbraucher ist. Diese Information wird für die Wahl der „richtigen“ Phase herangezogen. The basic procedure of a phase-selective energy supply and / or energy extraction is as follows: If the electrical component is an energy generating unit, the connection is made with that outer conductor, which has the smallest voltage relative to the neutral conductor. If the electrical component refers to electricity from the three-phase energy network, then the electrical component is connected to that outer conductor which has the greatest voltage with respect to the neutral conductor of the energy network. Whether the electrical component must be connected to the outer conductor with the highest voltage or the outer conductor with the lowest voltage can be determined by the detection of the current direction. The current measurement is used in particular to detect whether the component is a power generator or an energy consumer. This information is used to select the "right" phase.
Werden Energiespeicher, d.h. Komponenten die gleichzeitig Erzeuger und Verbraucher sein können, betrieben, kann der Phasenwechsel, im Fall der Kommunikationseinrichtung, von der übergeordneten Steuerung übertragen werden. Sollte diese nicht vorhanden sein, kann das Hystereseband entsprechend so um den Nullpunkt gelegt werden, das auch relativ geringe Lastanforderungen, an den Speicher, zu keinem Umschalten der Komponente führen. Im Fall von schnellen Anforderungswechseln kann der Umschalter ein Sperren der Phase vornehmen, d.h. werden z. B. innerhalb von 10s eine Umschalthäufigkeit > 10 detektiert, wird das Umschalten blockiert und erst wieder entsprechend der festgelegten maximalen Stromvorzeichenänderung pro Zeit freigegeben. When energy stores, i. Operated components that can be both producers and consumers, the phase change, in the case of the communication device, can be transmitted from the higher-level control. If this is not available, the hysteresis band can be placed around the zero point so that even relatively low load requirements, to the memory, do not lead to any switching of the component. In the case of fast request changes, the switch can inhibit the phase, i. be z. For example, if a switching frequency> 10 is detected within 10 seconds, the switching is blocked and only released again in accordance with the set maximum current sign change per time.
Durch die phasenselektive Energieeinspeisung und/oder -entnahme können Phasenasymmetrien vermieden werden. Bestehen bereits Phasenasymmetrien in dem dreiphasigen Energienetz, so können diese durch die (Steuer-)Vorrichtung verringert werden. Der Effekt ist umso größer, je größer die Anzahl der über eine jeweilige erfindungsgemäße Steuervorrichtung angeschlossenen Komponenten ist. The phase-selective energy supply and / or removal phase asymmetries can be avoided. If phase asymmetries already exist in the three-phase energy network, they can be reduced by the (control) device. The effect is greater, the greater the number of components connected via a respective control device according to the invention.
Ein Wechsel der Phase ist grundsätzlich während des Betriebs der elektrischen Komponente möglich. Es ist allerdings zweckmäßig, den Phasenwechsel in Abhängigkeit eines durch die Strommesseinrichtung detektierten Stroms vorzunehmen. Insbesondere sollte eine Umschaltung der Phase lediglich dann erfolgen, wenn der in das Energienetz eingespeiste oder aus dem Energienetz entnommene Strom unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt. Hierdurch kann ein lastarmes bzw. lastfreies Schalten ermöglicht werden. Ebenso ist es zweckmäßig, wenn in der Vorrichtung eine Hysteresekurve für die (Phasen-)Spannung hinterlegt ist. Die Hysterese wird für das Umschaltkriterium der Netzspannung gewählt, um ggf. eine Sperrung des Phasenwechsels für eine definierte Zeit nach dem Umschalten festzulegen. Hierdurch können – sofern die Phasenasymmetrie um das Umschaltkriterium herum pendelt – übermäßig häufige Phasenwechsel vermieden werden. A change of phase is basically possible during operation of the electrical component. However, it is expedient to carry out the phase change as a function of a current detected by the current measuring device. In particular, a switching of the phase should only take place if the current fed into the energy grid or taken from the power grid is below a predetermined threshold. As a result, a low-load or load-free switching can be made possible. It is also expedient if a hysteresis curve for the (phase) voltage is stored in the device. The hysteresis is selected for the switchover criterion of the mains voltage, in order to determine if necessary a blocking of the phase change for a defined time after the switchover. In this way - if the phase asymmetry around the switching criterion oscillates around - excessively frequent phase changes can be avoided.
Das in
Die Verteilung der Energie in dem Energienetz der
Im Folgenden werden die Aufgaben und die Funktionen der einzelnen Komponenten des Netzes der
Wie bereits erwähnt, handeln die PEAs entweder untereinander oder unter Zwischenschaltung der Energie-Austausch-Einheit LEX monetäre Transaktionen zur Bereitstellung bzw. Bezug von Energie aus. Die PEAs können dabei beliebigen Energieerzeugungs- bzw. Energieverbrauchseinheiten zugeordnet sein, wobei die PEAs z. B. in drei Klassen eingeteilt werden. Die erste Klasse betrifft Mikro-PEAs, welche Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten mit einer Verbrauchs- oder Generatorleistung von 5 kW und weniger zugeordnet sind. Die zweite Klasse betrifft Mini-PEAs, welche Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten mit einer Verbrauchs- oder Generatorleistung von 30 kW und weniger zugeordnet sind. Die dritte Klasse umfasst industrielle PEAs, welche Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten mit einer Verbrauchs- oder Generatorleistung von 30 kW und mehr zugeordnet sind. Die wichtigsten Funktionen eines jeweiligen PEAs können in insgesamt sieben Funktionsklassen eingeteilt werden, welche wie folgt lauten:
- – Messfunktionen,
- – Funktionen zur Steuerung des Energieflusses innerhalb der Phasen des Energienetzes,
- – Benutzerschnittstellen-Funktionen,
- – interne Kommunikation,
- – externe Kommunikation,
- – Berichtsfunktionen,
- – finanzielle Funktionen.
- - measuring functions,
- Functions for controlling the flow of energy within the phases of the energy network,
- - user interface functions,
- - internal communication,
- - external communication,
- - reporting features,
- - financial functions.
Es kann dabei gegebenenfalls nur ein Teil der Funktionen in einem PEA realisiert sein. Gemäß den Messfunktionen wird für jede Phase der zeitlich aufgelöste Fluss der Gesamtenergie und der Fluss der Energie für spezifische Lasten und Generatoren überwacht und gespeichert. Ferner werden statistische Funktionen implementiert, welche die durchschnittliche Energiekurve (Lastkurve, Energieerzeugungskurve) für einen „Durchschnittstag“ bzw. eine „Durchschnittswoche“ berechnen. Darüber hinaus werden durch die Messfunktionen Energiequalitätsfunktionen bereitgestellt, welche die Qualität der bereitgestellten Frequenz, Spannung, und dergleichen überwachen. It may possibly be realized only a part of the functions in a PEA. According to the measurement functions, the time-resolved flow of total energy and the flow of energy for specific loads and generators are monitored and stored for each phase. Furthermore, statistical functions are implemented which calculate the average energy curve (load curve, energy production curve) for an "average day" or an "average week". In addition, the measurement functions provide power quality functions that monitor the quality of the provided frequency, voltage, and the like.
Die Funktionen des PEAs zur Steuerung des Energieflusses ermöglichen, dass ein Benutzer des PEAs bestimmte vorgeschriebene Lastkurven, welche in dem PEA erfüllt sein sollen, parametrisieren kann. Darüber hinaus kann der Benutzer bestimmte Reaktionsmechanismen programmieren, welche festlegen, wie der PEA auf signifikante Abweichungen von einem vorbestimmten Energieverbrauchsverhalten reagieren soll. Falls der PEA eigene Energiegeneratoren (beispielsweise Windgeneratoren, Biomasse-Generatoren und dergleichen) umfasst, steuert der PEA phasenspezifisch die Balance zwischen interner und externer Energieerzeugung und Energieverbrauch. Darüber hinaus besitzt ein PEA unterschiedliche Energiereduktions- bzw. Energieabschaltszenarien, welche durch den PEA bei Bedarf durchgeführt werden und welche z. B. von der Administrationseinheit IA oder der Überwachungseinheit EP von außen angestoßen werden können. Gegebenenfalls können diese Szenarien individuell programmiert sein. The functions of the PEA to control the flow of energy allow a user of the PEA to parameterize certain prescribed load curves to be met in the PEA. In addition, the user may program certain reaction mechanisms that determine how the PEA should respond to significant deviations from a predetermined energy consumption behavior. If the PEA includes its own energy generators (eg, wind generators, biomass generators, and the like), the PEA will phase-balance the balance between internal and external power generation and power consumption. In addition, a PEA has different energy reduction scenarios, which are performed by the PEA when needed and which z. B. from the administration unit IA or the monitoring unit EP can be triggered from the outside. If necessary, these scenarios can be programmed individually.
Die Benutzerschnittstellen-Funktionen eines PEAs werden beispielsweise durch einen internen Webserver implementiert, der die Parametrisierung des PEAs mit Hilfe eines Computers, insbesondere eines handelsüblichen PCs, ermöglicht. Mit Hilfe der Benutzerschnittstellen-Funktionen wird ferner der Zugriff auf den PEA von außerhalb gesteuert. Insbesondere kann die Parametrisierung des PEAs an einen Serviceprovider delegiert werden, der die Verwaltung des PEAs als Dienst anbietet. Die Benutzerschnittstellen-Funktionen beinhalten ferner Alarmmechanismen, welche programmiert werden können, um einen Benutzer des PEAs darüber zu informieren, wenn signifikante Abweichungen von einem vorbestimmten Lastverhalten auftreten, welche beispielsweise zu sehr hohen Energiekosten aufgrund einer Abweichung von einem vorgegebenen Vertrag führen. Der Alarm kann akustisch, optisch, durch das Versenden einer SMS, Email oder auf beliebige andere Weise implementiert werden. The user interface functions of a PEA are implemented, for example, by an internal web server, which enables the parameterization of the PEAs with the aid of a computer, in particular a commercially available PC. The user interface functions also control access to the PEA from outside. In particular, the parameterization of the PEA can be delegated to a service provider who offers the management of the PEAs as a service. The user interface functions further include alarm mechanisms that may be programmed to inform a user of the PEA when significant deviations from a predetermined load behavior occur, resulting in, for example, very high energy costs due to a deviation from a given contract. The alarm can be implemented acoustically, visually, by sending an SMS, email or in any other way.
Basierend auf der Funktion der internen Kommunikation kommuniziert ein PEA mit internen Generatoren und Lasten sowie mit dem Schaltmittel zur Phasenselektion über eine standardisierte Schnittstelle, über die er beispielsweise Befehle zum Anschalten eines Generators ausgibt. Darüber hinaus kann der PEA mit sog. „intelligenten“ Lasten kommunizieren, um seine Leistung zu reduzieren. Beispielsweise kann eine solche intelligente Last ein Herd sein, der verhindert, dass ein Benutzer eine weitere Herdplatte einschaltet, wenn bereits eine Herdplatte aktiv ist. Intelligente Lasten können auch in der Form eines intelligenten Haushaltes, eines intelligenten Gebäudemanagements oder in der Form von intelligenten industriellen Anlagen kleiner und mittlerer Größe realisiert werden. Based on the internal communication function, a PEA communicates with internal generators and loads, as well as with the phase selection switching means via a standardized interface through which it issues, for example, commands to turn on a generator. In addition, the PEA can communicate with so-called "intelligent" loads to reduce its performance. For example, such an intelligent load may be a cooker that prevents a user from turning on another hob when a hot plate is already active. Intelligent loads can also take the form of a smart home, intelligent building management or in the form of intelligent industrial plants of small and medium size can be realized.
Basierend auf der Funktion der externen Kommunikation kommuniziert ein jeweiliger PEA mit der Energie-Austausch-Einheit LEX, um einen entsprechenden Vertrag zum phasenselektiven Kauf bzw. Verkauf von Energie zu schließen. Darüber hinaus kann die externe Kommunikation auch direkt zwischen einzelnen PEAs stattfinden. Ferner weist jeder PEA eine Kommunikationsschnittstelle zu der weiter unten beschriebenen Verwaltungseinheit IA auf, um beispielsweise eine Anweisung zur Reduzierung der Last zu empfangen. Jeder PEA kommuniziert auch mit der weiter unten noch näher beschriebenen Überwachungseinheit EP. Ferner werden über die Funktion der externen Kommunikation entsprechende Sicherheitsfunktionen realisiert. Based on the external communication function, a respective PEA communicates with the energy exchange unit LEX to conclude a corresponding contract for the phase-selective purchase or sale of energy. In addition, external communication can also take place directly between individual PEAs. Further, each PEA has a communication interface with the management unit IA described later, for example, to receive an instruction to reduce the load. Each PEA also communicates with the monitoring unit EP described in more detail below. Furthermore, corresponding safety functions are realized via the function of the external communication.
Gemäß den Berichtsfunktionen erzeugt ein PEA Berichte über die Erzeugung und den Verbrauch von Energie, Berichte über einzelne Ereignisse, Berichte über finanzielle Statistiken und Berichte, welche Vorschläge zur Optimierung des PEAs enthalten (z. B. Rekalibrierung der Lastkurve, flexible Handhabung des Aushandelns von Verträgen und dergleichen). According to the reporting functions, a PEA generates reports on the generation and consumption of energy, single event reports, financial statistics reports and reports containing proposals for optimizing the PEA (eg recalibration of the load curve, flexible handling of the negotiation of contracts) and the same).
Gemäß den finanziellen Funktionen verhandelt ein jeweiliger PEA mit anderen PEAs, um entsprechend benötigte Energie zu kaufen bzw. einen Überschuss an Energie zu verkaufen. Die Energie stellt somit ein Handelsgut dar, wobei dieses Gut vorzugsweise über die Energie-Austausch-Einheit LEX gehandelt wird. Eine weitere Funktion des PEAs ist die autonome Realisation von phasenspezifischen Energieverträgen unter Vermittlung der Energie-Austausch-Einheit LEX oder direkt mit anderen PEAs. Darüber hinaus umfasst ein PEA vorzugsweise Optimierungsalgorithmen, um die Kosten für den Einkauf von Energie zu reduzieren und die Einnahmen beim Verkauf von Energie zu maximieren. Ferner sind gegebenenfalls weitere Optimierungsmechanismen beim Aushandeln der Verträge vorgesehen. Die finanziellen Funktionen beinhalten ferner ein elektronisches Siegel, welche die für die monetären Handelsakte relevanten Daten sichern, so dass ein Benutzer sie nicht manipulieren kann. Darüber hinaus sind Sicherheitsfunktionen implementiert, um die Daten auf den PEAs zu schützen und deren Ausspähen zu verhindern. According to the financial functions, a respective PEA negotiates with other PEAs to buy the energy they need or to sell a surplus of energy. The energy thus represents a commodity, this good is preferably traded on the energy exchange unit LEX. Another function of the PEA is the autonomous realization of phase-specific energy contracts through the LEX energy exchange unit or directly with other PEAs. In addition, a PEA preferably includes optimization algorithms to reduce the cost of purchasing energy and to maximize revenue from the sale of energy. Furthermore, further optimization mechanisms may be envisaged when negotiating the contracts. The financial functions also include an electronic seal which safeguards the data relevant to the monetary trade file so that a user can not manipulate it. In addition, security features are implemented to protect the data on the PEAs and prevent their spying.
Wie oben erwähnt, soll durch einen PEA insbesondere die autonome Realisation von Energieverträgen erreicht werden. Das bedeutet, dass ein PEA in den meisten Fällen autonom handeln sollte. Unter bestimmten allgemeinen Regeln, die durch den Benutzer des PEAs vorgegeben sind, soll er in der Lage sein, Standardsituationen zum Aushandeln von monetären Transaktionen betreffend den Kauf und Verkauf von Energie durchzuführen. As mentioned above, the autonomous realization of energy contracts should be achieved through a PEA. This means that a PEA should act autonomously in most cases. Under certain general rules imposed by the user of the PEA, he should be able to perform standard situations for negotiating monetary transactions relating to the purchase and sale of energy.
Falls solche Standardsituationen unter bestimmten Bedingungen von vorgegebenen Profilen abweichen, wird der Benutzer darüber informiert und kann manuell einschreiten. Um neben den elementaren Funktionalitäten eines PEAs zu einem späteren Zeitpunkt auch noch weitere intelligente Funktionalitäten hinzuzufügen, sollte eine generische Plattform zur Implementierung des PEAs verwendet werden. If such standard situations deviate from given profiles under certain conditions, the user is informed and can intervene manually. In order to add further intelligent functionalities in addition to the elementary functionalities of a PEA at a later date, a generic platform for the implementation of the PEAs should be used.
Ein PEA kann analog zu einem DSL-Router realisiert werden, wobei vorzugsweise ein Open-Source-Betriebssystem zum Betrieb des PEAs, beispielsweise Linux, verwendet wird. Ein Standard-Benutzer verwendet dabei nur die Standard-Funktionalitäten des Routers. Benutzer mit mehr Erfahrung können basierend auf dem Open-Source-Betriebssystem weitere Funktionen implementieren und dynamisch anpassen. A PEA can be implemented analogously to a DSL router, wherein preferably an open-source operating system for operating the PEAs, for example Linux, is used. A standard user uses only the standard functionalities of the router. Users with more experience can implement and dynamically customize additional functions based on the open source operating system.
Zur Realisation eines Energienetzes gemäß der
Die Benutzerschnittstellen-Funktionalität des PEAs sollte ausreichend komplex sein, um Berichtsfunktionalitäten, Steuerungsfunktionalitäten und dergleichen zu gewährleisten. Deshalb ist ein großer Bildschirm obligatorisch. Da dies möglicherweise zu einem nicht mehr akzeptablen Preis für den PEA führt, sollte insbesondere auch die Möglichkeit bestehen, dass der PEA mit einem handelsüblichen PC verbunden werden kann. Der PEA sollte deshalb als Webserver implementiert sein. The user interface functionality of the PEA should be sufficiently complex to provide reporting functionality, control functionality, and the like. That's why a big screen is mandatory. As this may result in an unacceptable price for the PEA, in particular, there should be the possibility that the PEA can be connected to a standard PC. The PEA should therefore be implemented as a web server.
Nachfolgend werden die Funktionalitäten der Energie-Austausch-Einheit LEX beschrieben. Eine grundlegende Idee, auf der die Verwendung einer LEX beruht, besteht darin, dass jedem Handelsakt ein Akt des Energieverbrauchs bzw. der Energieerzeugung zugeordnet ist. Der PEA ist dabei ein Agent, der im Namen des entsprechenden Verbrauchers bzw. Generators handelt, dem der PEA zugeordnet ist. Neben lokalen Funktionen betreffend das Messen und das Steuern der lokalen Nachfrage und des lokalen Angebots an Energie sollte eine LEX auch außerhalb des, dem lokalen Energienetz zugeordneten Marktes agieren können, um Energie zu kaufen bzw. zu verkaufen. Die Hauptaufgabe der LEX besteht jedoch in dem Bereitstellen einer Plattform für den lokalen Markt der einzelnen PEAs des Energienetzes der
- – Sammeln von Angeboten und Anfragen für alle Phasen des Energienetzes,
- – Berechnung eines sog. Markt-Clearing-Preises,
- – Realisation von Verträgen,
- – Anzeige von Handelsaktivitäten auf einer Webseite,
- – Verhandeln mit anderen und größeren LEXs, um eine Über- bzw. Unterversorgung an Energie zu berücksichtigen,
- – Berichterstattung an Energieerzeuger und Energieverbraucher.
- - collecting offers and inquiries for all phases of the energy network,
- - calculation of a so-called market clearing price,
- - realization of contracts,
- - Display of trading activities on a website,
- - Negotiate with other and larger LEXs to address energy shortages or shortages,
- - Reporting to energy producers and consumers.
Es können dabei gegebenenfalls nur ein Teil der Funktionen in einer LEX realisiert sein. It may possibly be realized only a part of the functions in a LEX.
Zur Realisation der Funktionalität des Sammelns von Angeboten und Anfragen ist eine standardisierte Schnittstelle vorgesehen, über welche die PEAs die LEX kontaktieren. Sie können den aktuellen Markt-Clearing-Preis abfragen und Angebote betreffend den Kauf und Verkauf von Energie abgeben und den aktuellen Status von Handelsakten anfordern. To realize the functionality of collecting offers and requests, a standardized interface is provided via which the PEAs contact the LEX. You can query the current market clearing price and submit offers regarding the purchase and sale of energy and request the current status of trading records.
Gemäß der Funktionalität der Berechnung des Markt-Clearing-Preises wird durch die LEX derjenige Preis berechnet, der gemäß den Angeboten und Nachfragen an Energie zu der größten Anzahl an monetären Transaktionen zum Kauf bzw. Verkauf von Energie führt. Dieser Markt-Clearing-Preis wird dabei wie folgt ermittelt:
Es wird angenommen, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt t insgesamt Ni PEAs eine Gesamtmenge von ni Elektrizität (in kWh) zu einem Preis von pi kaufen würden. Natürlich würden diese PEAs auch die gleiche Menge an Energie/Elektrizität zu einem niedrigeren Preis kaufen. Deshalb würde bei einem vorgegebenen Preis pk eine Gesamtmenge an Elektrizität gekauft werden, welche wie folgt lautet: In accordance with the functionality of calculating the market clearing price, LEX calculates the price that leads to the largest number of monetary transactions to buy or sell energy, according to the offers and requests for energy. This market clearing price is determined as follows:
It is assumed that at a given time t, a total of N i PEAs would buy a total of n i of electricity (in kWh) at a price of p i . Of course, these PEAs would also buy the same amount of energy / electricity at a lower price. Therefore, for a given price p k, a total amount of electricity would be purchased, which reads as follows:
Hierbei wird über alle Preise summiert, welche größer als pk sind, d.h. die Preise sind wie folgt geordnet:
Umgekehrt gilt, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt t eine Anzahl Aj von PEAs eine Gesamtmenge von Elektrizität aj zu einem Preis pj oder höher verkaufen würden. Die Gesamtmenge an Energie, die schließlich zu einem Preis pk verkauft wird, lautet dann wie folgt: Conversely, that at a given time t j, a number A of PEAs a total quantity of electricity at a price a j p j or sell higher would. The total amount of energy that is eventually sold at a price p k is then as follows:
Aus diesen aggregierten Angeboten und Anfragen kann schließlich der Markt-Clearing-Preis pMCP berechnet werden, zu dem die größte Anzahl an Transaktionen durchgeführt wird. Geht man von einer kontinuierlichen Darstellung des Preises aus, ergibt sich dieser Markt-Clearing-Preis, wenn folgende Bedingung erfüllt ist: From these aggregated offers and inquiries, finally, the market clearing price p MCP can be calculated, at which the largest number of transactions is performed. Assuming a continuous presentation of the price, this market clearing price results if the following condition is met:
Die Berechnung dieses Markt-Clearing-Preises wird durch die LEX durchgeführt und basierend auf diesem Preis werden dann die monetären Transaktionen zwischen den einzelnen PEAs vermittelt. The calculation of this market clearing price is carried out by the LEX and based on this price the monetary transactions between the individual PEAs are then mediated.
Damit die LEX die entsprechenden monetären Transaktionen realisieren kann, beinhaltet die LEX selbst eine Broker-Funktion, d.h. jeder PEA kann auf die LEX direkt zugreifen, ohne dass ein weiterer Händler dazwischengeschaltet ist. Die LEX sollte somit Bankrechte haben und die entsprechenden Kaufverträge abschließen können sowie die Bankkonten der PEAs verwalten können. Gegebenenfalls kann eine LEX auch als interregionale Energie-Austausch-Einheit realisiert sein, um einen Energieaustausch zwischen einzelnen lokalen, in
Um Handelsaktivitäten für PEAs einsehbar zu machen, werden solche Aktivitäten auf einer Webseite wiedergegeben, welche von den einzelnen Verbrauchern bzw. Energieerzeugern besucht werden kann. Diese Seite kann somit eine Plattform sein, um neue Marktentwicklungen anzuregen, die Verbraucher zu informieren, und Trends und Schätzungen an die Verbraucher zu kommunizieren. In order to make trading activities visible to PEAs, such activities are reflected on a website that can be visited by individual consumers or energy producers. This site can thus be a platform to stimulate new market developments, inform consumers, and communicate trends and estimates to consumers.
Eine LEX kann ferner unter gewissen Umständen auch andere bzw. größere LEX kontaktieren, insbesondere wenn ein lokaler Bedarf bzw. ein lokaler Überschuss an Energie besteht. Die LEX kann dann den Energieüberschuss anderen LEXs anbieten bzw. Energie von anderen LEXs kaufen. Die LEX vermittelt somit Verträge zwischen entfernt auseinander liegenden Vertragspartnern. A LEX may also, under certain circumstances, contact other or larger LEXs, especially if there is a local demand or surplus of energy. The LEX can then offer the energy surplus of other LEXs or buy energy from other LEXs. The LEX thus mediates contracts between distant contracting parties.
Die oben erwähnte Berichts-Funktionalität der LEX ist besonders wichtig, da die PEAs sehr autonom arbeiten. Dies liegt daran, dass ein Benutzer häufig einen hohen Grad an Automatisierung für ein Gut wie Elektrizität wünscht. Basierend auf der Berichts-Funktionalität kann ein Benutzer dann überprüfen, welche Energiemengen von wem gekauft wurden und welche Preise dafür bezahlt wurden. The above-mentioned reporting functionality of LEX is especially important as the PEAs are very work autonomously. This is because a user often desires a high degree of automation for a commodity such as electricity. Based on the reporting functionality, a user can then check what amounts of energy were purchased by whom and what prices were paid for them.
Die LEX kann darüber hinaus eine Sicherheits-Funktionalität aufweisen. Diese Sicherheits-Funktionalität sollte den Sicherheitsanforderungen der PEAs entsprechen, da die LEX ein Kommunikationspartner der PEAs ist. The LEX can also have security functionality. This security functionality should comply with the security requirements of the PEAs, as the LEX is a communication partner of the PEAs.
Nachfolgend werden die Funktionalitäten der Überwachungseinheit in der Form der Elektrizitätspolizei EP erläutert. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein Unterschied von elektrischer Energie als Handelsgut zu anderen Gütern darin besteht, dass elektrische Energie nicht unterscheidbar ist. Der Verkäufer von Elektrizität kann die übertragene Elektrizitätsmenge nicht mit entsprechenden Kennzeichnungen versehen, welche eindeutig den Ursprung der Energie angeben. Es gibt somit keine zwischengeschaltete Instanz, welche die Übertragung eines Energiepakets nachverfolgen kann. Jeder Verkäufer stellt vielmehr die verkaufte Energiemenge, die er erzeugt hat, in einen gemeinsamen Pool und der Verbraucher entnimmt eine entsprechende Energiemenge aus dem Pool gemäß dem Zertifikat, mit dem er die Energiemenge gekauft hat. Es treten somit im Wesentlichen zwei verschiedene Arten von Betrugsmöglichkeiten auf:
- – Der Verkäufer verkauft Energie, welche er nicht in den Pool gestellt hat.
- – Der Verbraucher entnimmt Energie aus dem Pool, für welche er nicht bezahlt hat.
- - The seller sells energy that he has not put into the pool.
- - The consumer draws energy from the pool, for which he has not paid.
Es besteht somit die Notwendigkeit für eine Kontrollinstanz, welche berechtigt ist, die Rechtmäßigkeit von Handelsakten zu überprüfen, und welche ferner die Berechtigung hat, bei entsprechenden Betrugsfällen einzuschreiten. Diese Institution ist die in
- – Überwachung von Handelsakten,
- – Überprüfung der Erfüllung von Verträgen,
- – Durchführung von Messungen zur Nachverfolgung von Energieengpässen,
- – Zugriffsrecht auf die PEAs,
- – Überprüfung der Integrität des elektronischen Siegels eines PEAs,
- – Berechtigung, ein Abschalten bzw. eine Verminderung der Leistung eines Energieerzeugers oder eines Energieverbrauchers anzuweisen,
- – Berechtigung, ein Abschalten oder eine Leistungsverminderung eines Energieerzeugers oder Energieverbrauchers zu erzwingen,
- – Entgegennahme von Anzeigen bezüglich eines vermuteten Missbrauchs,
- – Durchführung von Untersuchungen betreffend vermuteten Missbrauch.
- - monitoring of trade files,
- - verification of the fulfillment of contracts,
- - carrying out measurements to track energy shortages,
- - right of access to the PEAs,
- - checking the integrity of the electronic seal of a PEA,
- - authorization to instruct a shutdown or reduction of the power of an energy producer or an energy consumer,
- - Authorization to force a shutdown or degradation of an energy producer or energy consumer,
- - receiving reports of suspected abuse,
- - conducting investigations concerning suspected abuse.
Es können dabei gegebenenfalls nur ein Teil der Funktionalitäten in einer EP realisiert sein. If necessary, only some of the functionalities in an EP can be realized.
Durch die Funktionalität der Überwachung der Handelsakte wird die Rechtmäßigkeit jedes Handelsakts sichergestellt. Dies erfolgt dadurch, dass jeder Handelsakt an die Überwachungseinheit gemeldet wird, wobei die Meldung die gehandelte Energiemenge und die Zeit der Herstellung bzw. des Verbrauchs umfasst. Die Überwachungseinheit fügt diesen Handelsakt in ein Gesamtzeitschema ein. Wenn der Zeitpunkt der Realisation des Handelsakts erreicht ist, führt die Überwachungseinheit Messungen sowohl der Energieerzeugung als auch des Energieverbrauchs durch, um zu überprüfen, ob der Handelsakt korrekt durchgeführt wurde. The functionality of the monitoring of the trade file ensures the legality of every trade act. This is done by reporting each trade act to the monitoring unit, the message comprising the amount of energy traded and the time of manufacture or consumption. The monitoring unit inserts this trading act into a total time schedule. When the time of realization of the trade cycle is reached, the monitoring unit performs measurements of both power generation and power consumption to verify that the trade act has been performed correctly.
Die Funktionalität der Durchführung von Messungen, um Energieengpässe zu verfolgen, dient dazu, solche Energieengpässe zu ermitteln, deren Ursache nicht auf Missbrauch beruht. Solche Energieengpässe können ihre Ursache beispielsweise in einer falschen Eichung von Messeinrichtungen, Verlusten auf den Leitungen und dergleichen haben. Genaue Messungen an verschiedenen Stellen, insbesondere an Energieanlagen zum Balancieren der Energie, sind die Basis zur genauen Überprüfung des Systems und der Detektion von technischen Problemen jeder Art. The functionality of performing measurements to track energy bottlenecks serves to identify such energy bottlenecks that are not caused by abuse. Such energy bottlenecks can be caused, for example, by incorrect calibration of measuring devices, losses on the lines and the like. Accurate measurements at various locations, especially at energy balancing facilities, are the basis for accurate system verification and detection of technical problems of all kinds.
Gemäß der Funktionalität des Zugriffs auf die PEAs hat die Überwachungseinheit das exklusive Recht, auf die PEAs mit oder ohne entsprechende Gerichtsbeschlüsse in Abhängigkeit von der jeweiligen Situation zuzugreifen. Zur Überwachung von Handelsakten gibt es einen Standardzugriff auf den jeweiligen PEA. Dieser Zugriff ist durch einen kryptographischen Mechanismus gesichert, so dass nur die Überwachungseinheit auf diese Daten zugreifen kann. In accordance with the functionality of access to the PEAs, the Surveillance Unit has the exclusive right to access the PEAs with or without appropriate court orders, depending on the situation. There is a standard access to the respective PEA for monitoring trade files. This access is secured by a cryptographic mechanism so that only the monitoring unit can access this data.
Gemäß der Funktionalität der Überprüfung des elektronischen Siegels eines PEAs wird es ermöglicht, dass die Überwachungseinheit auf den PEA zugreifen kann, um die Unversehrtheit dieses Siegels zu überprüfen. Das Siegel schützt hierbei den Datenbereich des PEAs, der handelsrelevante Informationen enthält. According to the electronic seal verification functionality of a PEA, it allows the monitoring unit to access the PEA to verify the integrity of that seal. The seal protects the data area of the PEA, which contains trade-relevant information.
Da die Überwachungseinheit eine Vielzahl von Messungen durchführt, kann sie Probleme bei der Bereitstellung bzw. bei der Nachfrage von elektrischer Energie schnell erkennen. Um Schäden zuvorzukommen, welche größere öffentliche Institutionen, wie Krankenhäuser, öffentliche Einrichtungen und dergleichen, betreffen, hat die Überwachungseinheit die Funktionalität, ein Abschalten oder eine Verminderung der Leistung von Energieverbrauchern bzw. Energieerzeugern anzuordnen. Hierbei implementieren die PEAs Mechanismen, wie auf solche Kommandos zu reagieren ist. Ein solches Kommando kann Zeitverzögerungen beinhalten, es kann an Bedingungen geknüpft sein und es kann priorisiert sein. Since the monitoring unit performs a variety of measurements, it can quickly identify problems in the provision or demand of electrical energy. To forestall damage, which larger public institutions, such as hospitals, public institutions and the like, the monitoring unit has the functionality of disabling or reducing the power of energy producers. In doing so, the PEAs implement mechanisms for responding to such commands. Such a command may involve time delays, it may be conditional and it may be prioritized.
In Notfällen, bei denen Schäden vermieden werden sollen, kann die Überwachungseinheit ferner einen nicht an eine Bedingung geknüpften Befehl ausgeben. Dieser Befehl umfasst unter anderem ein Heraufsetzen der Leistung oder ein differenziertes Heraufsetzen bzw. Herabsetzen der Leistung bzw. ein Abschalten der Leistung von einzelnen Verbrauchern bzw. Energieerzeugern. Beispielsweise kann das Abschalten von Fernsehern erzwungen werden, da ein schweres elektrisches Gerät einen Baum von Bahngleisen entfernen muss. In emergencies where damage is to be avoided, the monitoring unit may also issue a command not tied to a condition. Among other things, this command includes an increase in power or a differentiated increase or decrease in the power or a shutdown of the power of individual consumers or energy producers. For example, switching off televisions can be forced because a heavy electrical appliance must remove a tree from train tracks.
Gemäß einer weiteren Funktionalität dient die Überwachungseinheit auch zur Entgegennahme von Anzeigen betreffend vermuteter Betrügereien. In accordance with another functionality, the monitoring unit also serves to receive advertisements regarding suspected fraud.
Die Überwachungseinheit kann ferner bei vermuteten Betrugsfällen im Energienetz selbst dazu berechtigt sein, Untersuchungen durchzuführen. Die Untersuchungen können beispielsweise durch Webroboter eingeleitet werden. Die Verwaltungseinheit kann ferner auch nur zur Initialisierung von Untersuchungen dienen, wobei die Untersuchungen selbst durch menschliche Benutzer vorgenommen werden. The monitoring unit may also be entitled in suspected cases of fraud in the energy network itself to conduct investigations. The investigations can be initiated, for example, by weaving robots. The administrative unit can also serve only for the initialization of examinations, the examinations being carried out by human users themselves.
Bei der Implementierung der Überwachungseinheit sind verschiedene Sicherheitsaspekte zu beachten, um die Funktionalität einer polizeilichen Instanz zu realisieren. Diese Aspekte betreffen unter anderem die Nachweisbarkeit von Betrügereien, d.h. es müssen Mittel bereitgestellt werden, dass ein Agent im Netzwerk, der eine bestimmte Aktion ausgeführt hat, die Urheberschaft für diese Aktion nicht abstreiten kann. When implementing the monitoring unit, various safety aspects must be taken into account in order to implement the functionality of a police authority. These aspects include, among others, the traceability of frauds, i. funds must be provided that an agent on the network who has performed a particular action can not deny authorship of this action.
Nachfolgend werden die Funktionalitäten der in
Die Verwaltungseinheit IA stellt erfindungsgemäß eine Einheit dar, welche administrative Aufgaben für jede Insel aus PEAs übernimmt und die erforderlichen administrativen Strukturen implementiert. Insbesondere umfasst eine solche Verwaltungseinheit folgende Funktionen:
- – Registrieren und Abmeldung von PEAs bei der Verwaltungseinheit,
- – Verwalten einer Webseite mit Informationen über die Insel,
- – Durchführen des Entkoppelns der Insel,
- – Überwachen von Leistungsungleichgewichten,
- – Beratungsleistungen,
- – Analyse,
- – technische Entwicklung der Insel,
- – Kommunikation mit anderen Inseln.
- - registration and deregistration of PEAs at the administrative unit,
- - manage a website with information about the island,
- Performing the decoupling of the island,
- - monitoring performance imbalances,
- - consulting services,
- - analysis,
- - technical development of the island,
- - Communication with other islands.
Es können dabei gegebenenfalls nur ein Teil der Funktionen in einer IA realisiert sein. If necessary, only a part of the functions can be realized in an IA.
Gemäß der Funktionalität der Registrierung bzw. des Abmeldens kann sich ein neuer Verbraucher an einer Verwaltungseinheit registrieren. In einem vorgegebenen geographischen Bereich können gegebenenfalls mehrere Verwaltungseinheiten aktiv sein. Der Vorteil des Registrierens an einer Verwaltungseinheit besteht darin, dass im Falle eines weit entfernten Stromausfalls die individuelle, registrierte Einheit in einen größeren Zusammenhang eingebettet ist, so dass in geeigneter Weise der Betrieb der Einheit nach einem solchen Ereignis sichergestellt ist. Wettbewerb zwischen einzelnen Verwaltungseinheiten ist natürlich erwünscht und es besteht somit auch die Möglichkeit für die PEAs, sich bei einer Verwaltungseinheit abzumelden. According to the functionality of the registration or the deregistration, a new consumer can register to an administrative unit. If necessary, several administrative units may be active in a given geographical area. The advantage of registering at an administrative unit is that, in the event of a remote power failure, the individual, registered unit is embedded in a wider context so as to ensure the proper operation of the unit after such an event. Competition between individual administrative units is, of course, welcome, and thus there is also the possibility for the PEAs to log off at an administrative unit.
Über eine Webseite informiert die Verwaltungseinheit über die Anzahl und die Kapazitäten der Energieverbraucher bzw. Energieerzeuger, welche zu einer Insel gehören. Die Webseite ermöglicht auch den Zugriff auf den Registrierungsvorgang. Darüber hinaus werden Informationen über die für die Insel vorgegebenen Regeln gegeben, beispielsweise welche Aktionen durchgeführt werden, falls sich eine Insel entkoppelt, wie die Verwaltungseinheit mit der marktbasierten Energieverteilung umgeht und dergleichen. Via a website, the administrative unit informs about the number and capacities of energy consumers or energy producers that belong to an island. The website also provides access to the registration process. In addition, information about the rules given for the island is given, for example which actions are performed if an island decouples, how the administrative unit deals with the market-based energy distribution and the like.
Der Vorgang des Entkoppelns der Insel wird von der Verwaltungseinheit insbesondere dann initialisiert, wenn ein weit entfernter Stromausfall auftritt, der Einfluss auf die Energieversorgung der PEAs der Insel hat. The process of decoupling the island is initialized by the management unit, in particular, when a remote power failure occurs, which has an impact on the power supply of the PEAs of the island.
Zur Durchführung der Entkopplung der Insel hat die Verwaltungseinheit die Berechtigung, den Energieerzeugern und Energieverbrauchern Energiesteuerungen vorzugeben. Die Verwaltungseinheit beinhaltet eine Datenbank, in der Informationen bezüglich der Flexibilität der unterschiedlichen Energieerzeuger und Energieverbraucher enthalten sind. Diese Informationen können frühzeitig automatisch über eine Kommunikation zwischen der Verwaltungseinheit IA und den PEAs gesammelt werden. Falls beispielsweise die externe Energieversorgung einen Pegel von 30 % erreicht und dann plötzlich komplett ausfällt, weist die Verwaltungseinheit die Energieverbraucher an, ihren Energieverbrauch sofort entsprechend zu reduzieren. Dann bestimmt die Verwaltungseinheit die Energieerzeugungskapazitäten innerhalb der Insel und weist die Energieerzeuger an, die entsprechend notwendige Erzeugung von Energie zu übernehmen. Prinzipiell könnte ein solcher Ausfall einer externen Energieversorgung auch über den Markt gesteuert werden. Jedoch besteht dann die Gefahr, dass industrielle Anlagen bezüglich des Erwerbs von Energie mit Krankenhäusern konkurrieren. Deshalb ist es sinnvoll, die Mechanismen des freien Marktes auszubalancieren, was über die Verwaltungseinheit erreicht wird, welche nach allgemein anerkannten Aktionsplänen im Falle von Notfallsituationen arbeitet. In order to implement the decoupling of the island, the administrative unit has the authorization to specify energy controls for the energy producers and energy consumers. The administrative unit includes a database containing information regarding the flexibility of the different energy producers and energy consumers. This information can be collected early on automatically through communication between the IA administrative unit and the PEAs. If, for example, the external power supply reaches a level of 30% and then suddenly fails completely, the administrative unit instructs the energy consumers to immediately reduce their energy consumption accordingly. Then, the management unit determines the power generation capacities within the island and instructs the power producers to appropriately take the necessary generation of power. In principle, such a failure of an external energy supply could also be controlled via the market. However, then there is a risk that industrial plants compete with hospitals for the purchase of energy. Therefore, it makes sense to balance the mechanisms of the free market, which is achieved through the administrative unit, which operates according to generally accepted action plans in case of emergency situations.
Um die Spannung und die Frequenz im Energienetz stabil zu halten, sind in herkömmlichen Energienetzen üblicherweise Energieausgleichs-Anlagen vorhanden, welche schlechte Abschätzungen von Leitungsverlusten, die falsche Durchführung von Verträgen, falsche Messungen oder ähnliches kompensieren. Solche Ausgleichs-Anlagen führen immer zu zusätzlichen Verlusten. Um die Verwendung solcher Energieausgleichs-Anlagen möglichst zu reduzieren, verfolgt die Verwaltungseinheit phasenspezifisch ungleichmäßige Energieverteilungen, beispielsweise unter Zuhilfenahme der Überwachungseinheit EP, welche deren Ursachen identifiziert. Die Verwaltungseinheit schlägt dann – ebenfalls phasenspezifisch – entsprechende Maßnahmen zur Behebung des Problems vor. Die Verwaltungseinheit bietet ferner Beratungsdienste für die einzelnen PEAs bezüglich energiebezogener Produkte, Energiesparmöglichkeiten und dergleichen an. In order to keep the voltage and frequency stable in the power grid, energy balancers typically exist in conventional power networks that compensate for poor estimates of line losses, incorrect performance of contracts, incorrect measurements, or the like. Such balancing systems always lead to additional losses. In order to reduce the use of such energy equalization systems as possible, the management unit pursues phase-specific uneven energy distributions, for example with the aid of the monitoring unit EP, which identifies their causes. The administrative unit then proposes - also phase-specific - appropriate measures to remedy the problem. The administrative unit also provides advisory services to the individual PEAs regarding energy related products, energy savings and the like.
Die Verwaltungseinheit führt ferner Analysen basierend auf den Daten durch, welche bei dem Betrieb des Energienetzes gemessen werden. Hieraus werden Statistiken generiert, welche es ermöglichen, entsprechende Maßnahmen zu definieren, um die Energieversorgungssituation des Gesamtnetzes bzw. einzelner Energieerzeuger und Energieverbraucher zu verbessern. The management unit further performs analyzes based on the data measured in the operation of the power grid. From this statistics are generated, which make it possible to define appropriate measures to improve the energy supply situation of the whole network or individual energy producers and energy consumers.
Die Verwaltungseinheit kann ferner die technische Entwicklung des Energienetzes durch die Festlegung entsprechender Programme unterstützen. Dies kann natürlich auch nur basierend auf dem Mechanismus des freien Marktes durchgeführt werden. Der Fokus der technischen Entwicklung liegt jedoch auf Merkmalen, welche nur die Verwaltungseinheit betreffen, beispielsweise die Entwicklung von besseren Algorithmen, um das schnelle Entkoppeln des Energienetzes durchzuführen. The administrative unit may also support the technical development of the energy network by establishing appropriate programs. Of course, this can only be done based on the free market mechanism. The focus of the technical development, however, is on features which only concern the administrative unit, for example the development of better algorithms in order to carry out the rapid decoupling of the energy network.
Die Verwaltungseinheit ermöglicht ferner die Kommunikation mit anderen Energienetzen, wodurch entsprechende Mechanismen der Zusammenarbeit mit anderen Netzen implementiert werden können. The management unit also enables communication with other power networks, whereby corresponding mechanisms of cooperation with other networks can be implemented.
Die Sicherheitsanforderungen an die Verwaltungseinheit IA sind ähnlich zu den Sicherheitsanforderungen an die Überwachungseinheit EP, denn die Verwaltungseinheit stellt analog zur Überwachungseinheit eine öffentliche Instanz dar und besitzt bestimmte Ausführungsrechte. Es müssen somit gefährliche Aktionen, welche durch die Verwaltungseinheit möglicherweise durchführbar sind, verhindert werden, wie z. B., dass die Verwaltungseinheit fälschlicherweise eine industrielle Anlage von dem Energienetz trennt. Die Verwaltungseinheit kann ferner das Ziel von Angriffen von Hackern sein. Deshalb ist eine Zugangskontrolle in der Verwaltungseinheit eine wichtige Sicherheitsanforderung. The security requirements for the administrative unit IA are similar to the security requirements for the monitoring unit EP, since the administrative unit, like the monitoring unit, is a public authority and has certain execution rights. It must therefore be dangerous actions that may be feasible by the administrative unit can be prevented, such. For example, the administrative unit incorrectly separates an industrial facility from the power grid. The management unit may also be the target of attacks by hackers. Therefore, access control in the administrative unit is an important security requirement.
Durch die Koordination von Energieverbrauchseinheiten und Energieerzeugungseinheiten, die zur phasenspezifischen Leistungsaufnahme bzw. -einspeisung befähigt sind, können die durch Phasenasymmetrien verursachten Probleme in dem Energienetz selbstständig reduziert werden. Wie bereits erläutert, erfolgt eine Koordination durch einen Agenten-basierten und phasenspezifischen Handel. Durch den Handelsmechanismus kann eine Problemlösung über Marktpreise sichergestellt werden. Gleichzeitig erfolgt die Problemlösung zu volkswirtschaftlich optimierten Kosten, da technische Maßnahmen dort getroffen werden, wo sie ökonomisch sinnvoll sind. By coordinating power consumption units and power generation units that are capable of phase-specific power consumption, the problems caused by phase asymmetries in the power grid can be reduced independently. As already explained, coordination takes place through agent-based and phase-specific trading. The trade mechanism can ensure problem solving via market prices. At the same time, problem solving takes place at economically optimized costs, since technical measures are taken where they make economic sense.
Über eine zusätzliche Bereitstellung/Entnahme von Blindleistung kann die Netzspannung innerhalb eines Toleranzbands gehalten werden, wodurch eine bessere Netzauslastung gewährleistet wird. Der phasenspezifische Handel wird sowohl auf die Wirk- als auch Blindleistung angewendet. An additional supply / removal of reactive power allows the mains voltage to be kept within a tolerance band, which ensures better network utilization. Phase-specific trading is applied to both active and reactive power.
Dies wird anhand der nachfolgenden Beispiele illustriert. This will be illustrated by the following examples.
Beispiel 1 example 1
In einem Wohngebiet ist eine Vielzahl kleiner Photovoltaik-Anlagen einphasig an den Außenleiter L1 des dreiphasigen Energienetzes angeschlossen. In der Mittagszeit kommt es an sonnigen Tagen zu einer gleichzeitigen starken Leistungseinspeisung in den Außenleiter L1. In Folge dessen entsteht eine unsymmetrische Belastung eines Verteilnetztrafos des Energienetzes, welche zum Abschalten einzelner Photovoltaik-Wechselrichter durch die Spannungsüberhöhung an dem Außenleiter L1 führt. Unter Verwendung des erfindungsmäßigen Agentenbasierten Handelsmechanismus ist es möglich, die Einspeisung der Photovoltaik-Anlagen je nach Belastung der Phasen des Energienetzes, auf unterschiedliche Außenleiter L1, L2, L3 zu legen. Ebenso können mehrere Verbraucher an denjenigen Außenleiter angeschlossen werden, welcher die höchste Spannung aufweist. In a residential area, a large number of small photovoltaic systems are connected in a single phase to the outer conductor L1 of the three-phase energy network. At noon, on sunny days, there is a simultaneous strong power feed into the outer conductor L1. As a result, an unbalanced load of a distribution network transformer of the energy network, which leads to shutdown of individual photovoltaic inverters by the voltage overshoot on the outer conductor L1. Using the inventive agent-based trading mechanism, it is possible to put the feeding of the photovoltaic systems depending on the load of the phases of the power grid, on different outer conductors L1, L2, L3. Likewise, several consumers can be connected to those outer conductor, which has the highest voltage.
Beispiel 2 Example 2
In einem Wohngebiet ist eine Vielzahl kleiner Photovoltaik-Anlagen installiert, welche beispielhaft einphasig an den Außenleiter L1 angeschlossen sind. In Stunden mit starker Sonneneinstrahlung kommt es zu einer großen Leistungseinspeisung in diesen Außerleiter bzw. diese Phase. Andererseits sind elektrische Herde in den Wohnungen bzw. Häusern dreiphasig an das Energienetz angeschlossen und mit einer Leistungselektronik versehen, welche es erlaubt, aus dem Außenleiter L1 eine verstärkte oder vollständige Leistungsentnahme vorzunehmen. Bei Realisierung eines Agenten-basierten und phasenspezifischen Handels sinkt der Preis für Leistung aus der Phase L1 in den Stunden starker Sonneneinstrahlung. Die den jeweiligen Steuervorrichtungen bzw. den elektrischen Komponenten zugeordneten Agenten registrieren dies und richten ihr Kaufverhalten entsprechend aus. In a residential area, a plurality of small photovoltaic systems is installed, which are connected by way of example to the outer conductor L1 in a single phase. In hours of strong sunlight there is a large power feed into this outsider or this phase. On the other hand, electrical stoves in the apartments or houses are three-phase connected to the power grid and provided with a power electronics, which allows to make the outer conductor L1 an increased or complete power extraction. In the case of agent-based and phase-specific trading, the price of L1 phase power decreases during periods of high solar radiation. The agents assigned to the respective control devices or the electrical components register this and adjust their purchasing behavior accordingly.
Beispiel 3 Example 3
In einem Wohngebiet ist eine Vielzahl kleiner Photovoltaik-Anlagen einphasig an den Außenleiter L1 angeschlossen. In Stunden mit starker Sonneneinstrahlung kommt es zu einer starken Leistungseinspeisung in diese Phase. Wärmepumpen in den Wohnhäusern des Wohngebiets sind einphasig an das Energienetz angeschlossen und verfügen über eine Vorrichtung zur Steuerung der Belastung der Phasen des Energienetzes, welche die Auswahl der Phase ermöglicht. In einem agentenbasierten Energienetz mit phasenspezifischem Handel sinkt der Preis für die Leistung aus der Phase L1 in den Stunden starker Sonneneinstrahlung. Die Agenten der Wärmepumpen registrieren dies und richten ihr Kaufverhalten entsprechend aus. In a residential area, a large number of small photovoltaic systems are connected in a single phase to the outer conductor L1. In hours of strong sunlight, there is a strong power feed into this phase. Heat pumps in the residences of the residential area are single-phase connected to the power grid and have a device for controlling the loading of the phases of the power grid, which allows the selection of the phase. In an agent-based energy-based trading network, the price of the L1 phase power decreases in the hours of high solar radiation. The heat pump agents register this and adjust their buying behavior accordingly.
Beispiel 4 Example 4
Eine große Photovoltaik-Anlage ist aus unbekannten Gründen am Außenleiter L1 einphasig angeschlossen. Herkömmliche mit Überwachungsrelais ausgestatte Motoren für beispielsweise Pumpen würden in diesem Teilnetzstrang des Energienetzes bei entsprechend ausgeprägter Phasensymmetrie außerplanmäßig abgeschaltet. Beispielhaft soll sich in dem Teilnetzstrang auch ein Gewerbebetrieb mit Maschinen befinden, deren Elektromotoren zur phasenspezifischen Leistungsaufnahme fähig sind. Erfindungsgemäß sinkt der Preis für die Leistung aus der Phase L1 in den Stunden starker Sonneneinstrahlung. Die den Elektromotoren des Gewerbebetriebs zugeordneten Agenten registrieren dies und richten ihr Kaufverhalten entsprechend aus. For reasons unknown, a large photovoltaic system is connected to the outer conductor L1 in a single phase. Conventional equipped with monitoring relay motors for example pumps would be unplugged off in this subnetwork of the power network with correspondingly pronounced phase balance. By way of example, a commercial enterprise is to be located in the subnetwork with machines whose electric motors are capable of phase-specific power consumption. According to the invention, the price for the power from the phase L1 decreases in the hours of strong sunlight. The agents assigned to the electric motors of the business register this and adjust their purchasing behavior accordingly.
Beispiel 5 Example 5
Am Ende einer Stichleitung des Energienetzes sind Energieerzeugungseinheiten einphasig angeschlossen. Herkömmliche, mit Überwachungsrelais ausgestattete Motoren für beispielsweise Pumpen würden in diesem Teilnetzstrang bei entsprechend ausgeprägter Phasenasymmetrie außerplanmäßig abgeschaltet. In dem Teilnetzstrang befindet sich zusätzlich ein Gewerbebetrieb mit Maschinen, deren Elektromotoren zur phasenspezifischen Leistungsaufnahme fähig sind. Erfindungsgemäß sinkt der Preis für Leistung aus der Phase L1 in den Stunden starker Sonneneinstrahlung. Die den Elektromotoren der Maschinen des Gewerbebetriebs zugeordneten Agenten registrieren dies und richten ihr Kaufverhalten entsprechend aus. At the end of a stub of the power grid, power generation units are connected in a single phase. Conventional motors equipped with monitoring relays for pumps, for example, would be disconnected unscheduled in this subnetwork with correspondingly pronounced phase asymmetry. In the subnetwork is also a commercial enterprise with machines whose electric motors are capable of phase-specific power consumption. According to the invention, the price for power from the phase L1 decreases in the hours of strong solar radiation. The agents assigned to the electric motors of the business machines register this and adjust their purchasing behavior accordingly.
Beispiel 6 Example 6
Energieerzeugungseinheiten, wie z. B. Blockheizkraftwerke, speisen üblicherweise dreiphasig in das Energienetz ein. Beim Auftreten von Phasenasymmetrien wird durch die variable phasenspezifische Einspeisung ein Beitrag zur Netzsymmetrierung geleistet, wenn einerseits das Blockheizkraftwerk über eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung an das Energienetz angebunden ist und andererseits der beschriebene Handelsmechanismus zum Einsatz kommt. Power generation units, such. As combined heat and power plants, usually feed three-phase in the power grid. When phase asymmetries occur, the variable phase-specific feed makes a contribution to network symmetry when, on the one hand, the combined heat and power plant is connected to the energy grid via a control device according to the invention and, on the other hand, the described trading mechanism is used.
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20131126 |