DE102011089981A1 - Method for controlling demand of electrical power in supply network for cloud computer, involves varying computing power of computers connected to power source for supply network by control system based on supply situation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Nachfrage an elektrischer Energie in zumindest einem Versorgungsnetz mit mindestens einem Anbieter und mehreren Verbrauchern. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Rechnerwolke zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for controlling the demand for electrical energy in at least one supply network with at least one supplier and several consumers. Furthermore, the invention relates to a computer cloud for carrying out the method.
Strom lässt sich nicht in größerer Menge speichern. Daher müssen die Abgabe von elektrischer Energie durch die Anbieter und der Bezug von elektrischer Energie durch die Verbraucher in einem Versorgungsnetz in einem Gleichgewicht gehalten werden.Electricity can not be stored in larger quantities. Therefore, the delivery of electrical energy by the suppliers and the purchase of electrical energy by the consumers in a supply network must be kept in balance.
Eine Steuerung der Stromnachfrage der Verbraucher wird als „Demande Side Management” oder „Laststeuerung” bezeichnet. Es sind Verfahren bekannt, die bei Engpässen einzelne Verbraucher ferngesteuert für eine bestimmte Zeit an- oder abschalten. Diese Verfahren werden bei Geräten angewandt, bei denen befristete Abschaltungen zu keinen größeren Störungen führen. Beispielsweise kommt eine solche Laststeuerung seit vielen Jahren bei Kühltruhen in Supermärken zum Einsatz.Control of consumers' electricity demand is referred to as "Demande Side Management" or "Load Control". There are known methods that remotely turn on individual consumers in a bottleneck for a certain time in case of bottlenecks. These procedures are applied to devices where temporary shutdowns do not cause major disturbances. For example, such load control has been used for many years in freezer cabinets in supermarkets.
Bei diesen Verfahren müssen die Verbraucher mit Vorrichtungen ausgerüstet werden, die Signale zur Fernsteuerung empfangen können, um die Geräte ab- bzw. wieder anzuschalten. Dies verursacht erhebliche Kosten, da bei einer Vielzahl an Verbrauchern solche Vorrichtungen installiert werden müssen. Zudem sind insbesondere Ansteuerungen mittels Infrarot- oder Funkverbindungen mit einer hohen Fehlerquote behaftet, da äußere Einflüsse eine reibungslose Übertragung der Signale stören. So besteht die Gefahr, dass bei einem Teil der Verbraucher eine Ab- bzw. Wiederanschaltung nicht erfolgreich durchgeführt wird und somit erhebliche finanzielle Schäden auftreten.In these methods, consumers must be equipped with devices that can receive signals for remote control to turn the devices off and on again. This causes considerable costs, since a variety of consumers such devices must be installed. In addition, in particular controls by means of infrared or radio links with a high error rate are afflicted, since external influences interfere with a smooth transmission of the signals. For example, there is a risk that a part of the consumer will not be successfully disconnected or reconnected, which would result in considerable financial damage.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung der Nachfrage an elektrischer Energie in einem Versorgungsnetz anzugeben, bei dem der Energieverbrauch auf eine kostengünstige und zuverlässige Weise beeinflusst wird.The object of the invention is to provide a method for controlling the demand for electrical energy in a supply network, in which the energy consumption is influenced in a cost-effective and reliable manner.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung der Nachfrage an elektrischer Energie gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Rechnerwolke gemäß Anspruch 8. Vorzugsweise Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 7. Vorzugsweise Ausführungsformen der Rechnerwolke finden sich in den Ansprüchen 9 bis 13. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen.This object is achieved by a method for controlling the demand for electrical energy according to
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise ausgebildet zur Durchführung auf einer erfindungsgemäßen Rechnerwolke bzw. einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon. Die erfindungsgemäße Rechnerwolke ist vorzugsweise ausgebildet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon.The method according to the invention is preferably designed to be carried out on a computer cloud according to the invention or a preferred embodiment thereof. The computer cloud according to the invention is preferably designed for carrying out the method according to the invention or a preferred embodiment thereof.
Diese Aufgabe wird somit erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Steuersystem die Rechenleistung von Rechnern, die an ein Versorgungsnetz zur Stromversorgung angeschlossen sind und über ein Netzwerk miteinander verbunden sind, in Abhängigkeit der Versorgungslage variiert.This object is thus inventively achieved in that at least one control system, the computing power of computers that are connected to a supply network for power supply and are connected to each other via a network, varies depending on the supply situation.
Bei dem Versorgungsnetz handelt es sich vorzugsweise um ein Niederspannungsnetz. An das Versorgungsnetz können Einzelplatzrechner, beispielsweise Personal Computer, in Form von Desktops oder Laptops angeschlossen sein. Unter Rechnern im Sinne der Erfindung werden auch Workstations verstanden, die beispielsweise als Server dienen.The supply network is preferably a low-voltage network. Single-user computers, for example personal computers, in the form of desktops or laptops can be connected to the supply network. Computers within the meaning of the invention also include workstations which serve, for example, as servers.
Die Rechner sind über ein Netzwerk miteinander verbunden. Vorzugsweise wird über das Internet ein Rechnerverbund gebildet. Bei einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung sind die Rechner Teil einer Rechnerwolke. Ein solches System wird auch als „Cloud Computing” bezeichnet.The computers are connected to each other via a network. Preferably, a computer network is formed via the Internet. In a particularly advantageous variant of the invention, the computers are part of a computer cloud. Such a system is also referred to as "cloud computing".
Bei einer Rechnerwolke handelt es sich um eine abstrahierte IT-Infrastruktur, die beispielsweise Rechenkapazität oder Datenspeicher umfasst. Cloud Computing umfasst On-Demand-Infrastruktur, wie beispielsweise Rechner, Speicher oder Netze, und On-Demand-Software, wie beispielsweise Betriebssysteme, Anwendungen oder Management-Tools.A computer cloud is an abstracted IT infrastructure that includes, for example, computing capacity or data storage. Cloud computing includes on-demand infrastructure such as computers, storage or networks, and on-demand software such as operating systems, applications or management tools.
Erfindungsgemäß umfasst die Rechnerwolke ein Steuersystem, das die Rechenleistung zumindest eines Teils der Rechner in Abhängigkeit der Versorgungslage des Stromnetzes regelt.According to the invention, the computer cloud comprises a control system which regulates the computing power of at least part of the computers as a function of the supply situation of the power grid.
Bei dem Steuersystem kann es sich um ein oder mehrere Programme handeln, die als Cloud-Computing-Steuerung fungieren. Das Steuersystem ist dazu eingerichtet, die Rechenleistung der Rechner zu variieren. Als Maß für die Rechenleistung kann die CPU-Auslastung herangezogen werden. Diese wird prozentual angegeben und beschreibt einen Zustand eines oder mehrerer Hauptprozessoren eines Rechners.The control system may be one or more programs that act as a cloud computing controller. The control system is set up to vary the computing power of the computers. As a measure of the computing power, the CPU utilization can be used. This is given as a percentage and describes a state of one or more main processors of a computer.
Besteht im Versorgungsnetz ein Engpass bei der Stromversorgung, so verringert das Steuersystem die Rechenleistung zumindest eines Teils der Rechner. Dadurch sinkt der Stromverbrauch dieser Rechner, da Prozessoren moderner Rechner im Ruhezustand, gegenüber voller Auslastung, nur einen Bruchteil an elektrischer Energie benötigen.If there is a bottleneck in the power supply in the supply network, the control system reduces the computing power of at least some of the computers. This reduces the power consumption of these computers, because processors of modern computers in the Hibernate, compared to full capacity, only need a fraction of electrical energy.
Bei dem Verfahren erfolgt keine vollständige Ab- bzw. Anschaltung, sondern lediglich ein Herab- bzw. Heraufregeln der Rechenleistung. Zur Ansteuerung der Rechner sind keine zusätzlichen Vorrichtungen erforderlich, da die gesamte Kommunikation über das Netzwerk erfolgt, welches die Rechner miteinander verbindet. Zudem wird eine zuverlässige Funktionsweise der Steuerung gewährleistet, die nicht durch äußere Einflüsse gestört wird.In the method, there is no complete disconnection or connection, but only a down or up control of the computing power. To control the computer no additional devices are required because the entire communication is done over the network, which connects the computers together. In addition, a reliable operation of the control is ensured, which is not disturbed by external influences.
Bei einer besonders vorteilhaften Variante des Verfahrens erfasst das Steuersystem Daten zur Versorgungslage einzelner Regionen im Versorgungsnetz. Diese Daten können von einem Versorgungsnetzbetreiber bezogen werden. Dazu kann ein Versorgungsnetz-Informations-System (VIS) installiert werden. Dabei handelt es sich um ein oder mehrere Programme, welche die Daten zur Vorsorgungslage einzelner Regionen erfassen und an das Steuersystem übermitteln. Das Versorgungsnetz-Informations-System ist vorzugsweise Bestandteil der Rechnerwolke.In a particularly advantageous variant of the method, the control system records data on the supply situation of individual regions in the supply network. These data may be obtained from a utility operator. For this purpose, a supply network information system (VIS) can be installed. These are one or more programs that collect the data on the supply situation of individual regions and transmit them to the tax system. The utility network information system is preferably part of the computer cloud.
Das Steuersystem erfasst zudem die geografische Lage der Rechner über ein Netzwerkprotokoll. Sind die Rechner über das Internet als Netzwerk miteinander verbunden, wird dazu das Internet Protokoll verwendet.The control system also records the geographic location of the computers via a network protocol. If the computers are connected to each other via the Internet as a network, the Internet Protocol is used.
Durch die Verknüpfung von Daten zur Versorgungslage der einzelnen Regionen und Angaben zur geografischen Lage der Rechner, kann innerhalb der Rechnerwolke die Rechenleistung einzelner Rechner in Abhängigkeit der lokalen Versorgungslage angepasst werden. Dazu fährt das Steuersystem bei Rechnern in unterversorgten Regionen die Rechenleistung herunter. Bei Rechnern in überversorgten Regionen wird die Rechenleistung gesteigert.By linking data on the supply situation of the individual regions and information on the geographic location of the computers, the computing power of individual computers can be adjusted within the computer cloud depending on the local supply situation. To do this, the control system shuts down the computing power of computers in underserved regions. For computers in oversupplied regions, the computing power is increased.
Als besonders günstig erweist es sich, wenn das Steuersystem Stromtarife einer Börse erfasst. Diese Verbindung kann ebenfalls über das Internet als Netzwerk hergestellt werden. Als Börse eignet sich beispielsweise die „European Energy Exchange (EEX)” Börse.It proves to be particularly favorable if the tax system covers electricity tariffs of an exchange. This connection can also be made over the Internet as a network. For example, the "European Energy Exchange (EEX)" stock exchange is suitable as a stock exchange.
Das Steuersystem nutzt aktuelle Stromtarife als Parameter zur Ansteuerung der Rechner. Dadurch kann das Steuersystem auf Preisschwankungen reagieren. Sind die Stromtarife hoch, so regelt das Steuersystem die Rechenleistung herunter. Bei niedrigen Stromtarifen erhöht das Steuersystem die Rechenleistung. Dazu können im Steuersystem obere und untere Grenzwerte hinterlegt sein, bei deren Über- bzw. Unterschreitung eine Veränderung der Rechenleistung von Rechnern vollzogen wird.The control system uses current electricity tariffs as parameters for controlling the computers. This allows the tax system to react to price fluctuations. If the electricity tariffs are high, the control system reduces the computing power. At low power tariffs, the control system increases computing power. For this purpose, upper and lower limit values can be stored in the control system, in the case of exceeding or falling below a change in the computing power of computers is performed.
Bei einer günstigen Variante der Erfindung ist das Steuersystem dazu eingerichtet, Regelleistung an einer Börse anzubieten. Die Regelleistung gewährleistet die Versorgung der Stromkunden mit genau der benötigten elektrischen Leistung bei unvorhergesehenen Ereignissen im Stromnetz. Kommt es zu einem Versorgungsengpass senkt das Steuersystem den Stromverbrauch von Rechnern im Versorgungsnetz und stellt somit Regelleistung bereit. Die Regelleistung ist ein Teil der Ausgleichsleistungen, die im Rahmen der Bereitstellung von Energie zur Deckung von Verlusten und für den Ausgleich von Differenzen zwischen Ein- und Ausspeisung benötigt wird. Häufig wird auch der Begriff Regelenergie als Synonym für Regelleistung verwendet.In a favorable variant of the invention, the control system is set up to offer control power on a stock exchange. The control power ensures the supply of electricity customers with just the required electrical power in case of unforeseen events in the power grid. If there is a shortage of supply, the control system lowers the power consumption of computers in the supply network and thus provides control power. The balancing power is part of the compensation needed to provide energy to cover losses and to compensate for differences between feed-in and out-feed. Frequently, the term balancing energy is also used as a synonym for balancing power.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn das Steuersystem freie Rechenkapazitäten der Rechner ermittelt und den Rechnern entsprechend ihrer Kapazitäten Aufträge zuweist. Dazu ist das Steuersystem vorzugsweise mit einem Rechenserviceanbieter verbunden. Bei dem Rechenserviceanbieter handelt es sich um ein oder mehrere Programme die Rechenaufträge erfassen und an das Steuersystem weiterleiten.It proves to be advantageous if the control system determines free computing capacities of the computers and assigns jobs to the computers according to their capacities. For this purpose, the control system is preferably connected to a computing service provider. The computing service provider is one or more programs that collect and transfer calculations to the control system.
Vorzugsweise werden die Rechenaufträge von dem Rechenserviceanbieter priorisiert. Entsprechend dieser Einordnung nach Vorrangigkeit stellt das Steuersystem Rechenleistung bei Rechnern für die Aufträge zur Verfügung. Bei einer hohen Priorität weist das Steuersystem die Rechenaufträge auch bei hohen Stromtarifen den Rechnern zu. Sind Aufträge dagegen mit einer niedrigen Priorität versehen, so platziert das Steuersystem den Auftrag erst dann, wenn niedrige Stromtarife vorliegen.Preferably, the arithmetic jobs are prioritized by the computing service provider. According to this classification by priority, the control system provides computing power to computers for the orders. With a high priority, the control system assigns the jobs to the computers even at high electricity tariffs. On the other hand, if orders have a low priority, the tax system will not place the order until there are low electricity rates.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand von Zeichnungen.Further features and advantages of the invention will become apparent from the description of an embodiment, with reference to drawings.
Dabei zeigtIt shows
Bei dem Verfahren sind mehrere Rechner
Ein Steuersystem
Das Steuersystem
Das Steuersystem
Die Prozessoren der Rechner
Beim Ausführungsbeispiel gemäß
Die Rechnerwolke umfasst zudem einen Rechenleistungsanbieter
Das Verfahren bietet Besitzern von Personal Computern die Möglichkeit Teil einer Rechnerwolke zu werden. Die Rechnerwolke umfasst ein Steuersystem das dazu eingerichtet ist, die Rechenleistung dieser Personal Computer in Abhängigkeit der Energieversorgungssituation zu regeln. Dadurch werden Stromkosten gespart. Dazu müssen die Teilnehmer lediglich entsprechende Programme installieren, die entweder direkt als Steuersystem fungieren oder im Zusammenspiel mit weiteren Softwarekomponenten, beispielsweise auf einem Server ein Steuersystem bilden.The method offers owners of personal computers the opportunity to become part of a computer cloud. The computer cloud comprises a control system which is set up to regulate the computing power of these personal computers depending on the energy supply situation. This saves electricity costs. For this purpose, the participants only need to install appropriate programs that either act directly as a control system or, in conjunction with other software components, for example, form a control system on a server.
Aus einem Cluster gekoppelter Rechner wird eine virtuelle Computereinheit erzeugt, die innerhalb des Clusters Rechenaufträge an Rechner zuweisen kann, bei denen aufgrund ihrer geografischen Lage eine günstige Versorgungssituation mit elektrischer Energie vorliegt.From a cluster coupled computer, a virtual computer unit is generated, which can assign tasks within the cluster to computers, where due to their geographical location is a favorable supply situation with electrical energy.
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