DE102013218382A1 - Verfahren und System für ein Zuteilen von Energie - Google Patents

Abstract

Verfahren für ein Zuteilen von Energie an eine Vielzahl von Einheiten (4, 5, 6, 7), wobei jede Einheit (4, 5, 6, 7) so eingerichtet ist, dass sie Energie verbraucht, speichert und/oder einspeist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Zuweisen jeder Einheit (4, 5, 6, 7) zu einer Gruppe (2, 3) von Einheiten; Zuweisen einer Sammelknoteneinheit (8, 9) zu jeder Gruppe (2, 3) von Einheiten; Übertragen lokaler Stromkostenfunktionen (cd) der Einheiten (4, 5, 6, 7) und/oder von Stromverbrauchsprofilen der Einheiten (4, 5, 6, 7) für eine Auswahl von Einheiten (4, 5, 6, 7) in Bezug auf einen vorbestimmten Zeitschlitz an die zugewiesene Sammelknoteneinheit (8, 9); Erzeugen gesammelter Daten in der Sammelknoteneinheit (8, 9) in Abhängigkeit von den empfangenen lokalen Stromkostenfunktionen (cd) und/oder Stromverbrauchsprofilen; Übertragen der gesammelten Daten an eine zentrale Verarbeitungseinheit (10); Optimieren einer globalen Kostenfunktion in der zentralen Verarbeitungseinheit (10) für das Zuteilen von Strom an die Einheiten (4, 5, 6, 7) in Abhängigkeit von den gesammelten Daten.

Description

• Diese Offenbarung bezieht sich auf Verfahren und Systeme für ein Zuteilen von Energie an eine Vielzahl von Einheiten wie zum Beispiel elektrische Energie verbrauchende, speichernde oder bereitstellende Einheiten in einer Umgebung eines intelligenten Stromnetzes.
• Energieverbrauchende Einheiten wie zum Beispiel elektrische Geräte müssen in Abhängigkeit ihrer Nutzung, Energieeffizienz oder Betriebszyklen mit elektrischem Strom versorgt werden. Auf der einen Seite besteht für eine einzelne Einheit nicht ständig ein Bedarf an elektrischer Energie. Zum Beispiel hängt der Energiebedarf eines Elektrofahrzeugs von der vorgesehenen Nutzung und dem Ladezustand ab. Auf der anderen Seite können dezentrale elektrische Energieerzeugungsanlagen, insbesondere Stromerzeugungseinheiten auf der Grundlage erneuerbarer Energien, nicht ununterbrochen Strom bereitstellen. Vielmehr hängt die Energieerzeugung von externen Faktoren wie zum Beispiel der Sonnenstrahlung oder der nutzbaren Windenergie ab. Daher ist eine wirkungsvolle Verwaltung der Schwankungen in der Stromversorgung und der Schwankungen des Bedarfs in dem jeweiligen Stromnetz wünschenswert. Dieses Problem wird zunehmend dringender, wenn erneuerbare Energieressourcen in die Stromversorgungssysteme eingebunden werden.
• Im Allgemeinen kann eine Kostenfunktion definiert werden, welche die Verfügbarkeit dezentraler Energieressourcen und der Verbrauchsprofile von z. B. elektrischen Einheiten berücksichtigt, die mit Energie versorgt werden müssen. Mit dem Ziel die wirkungsvollste Nutzung der Energieverbraucher, Energieerzeuger und Speicherkapazitäten zu erhalten, müssen diese globalen Kostenfunktionen optimiert werden, was zu geeigneten Profilen für den Betrieb der Einheiten führt, die zu diesen komplexen Energieverteilungssystemen gehören. Der rechnerische Aufwand für das Optimieren der Kostenfunktion geht mit der Anzahl von Einheiten einher, die zu dem intelligenten Stromnetz gehören. Die Rechen- und Datenübertragungsressourcen, die erforderlich sind, um die Kostenfunktionen zu minimieren, wachsen mit der Komplexität, wenn zusätzliche Eigenschaften der beteiligten Einheiten berücksichtigt werden. Zum Beispiel können moderne Einheiten als elektrische Energiequellen, Energiespeicher und/oder Energiesenken, d. h. als elektrische Verbraucher funktionieren.
• Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein verbessertes Verfahren für das Zuteilen von Energie und ein verbessertes System für die Energiezuteilung bereitzustellen.
• Gemäß einer Ausführungsform eines ersten Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren für das Zuteilen von Energie an eine Vielzahl von Einheiten offenbart. Jede Einheit kann so eingerichtet werden, dass sie Energie verbraucht, speichert und/oder einspeist. Das Verfahren weist die Schritte auf:
• Zuweisen jeder Einheit zu einer Gruppe von Einheiten;
• Zuweisen einer Sammelknoteneinheit zu jeder Gruppe von Einheiten;
• Übertragen lokaler Stromkostenfunktionen der Einheiten und/oder von Stromverbrauchsprofilen der Einheiten für eine Auswahl von Einheiten in Bezug auf einen vorbestimmten Zeitschlitz an die zugewiesene Sammelknoteneinheit;
• Erzeugen gesammelter Daten in der Sammelknoteneinheit in Abhängigkeit von den empfangenen lokalen Stromkostenfunktionen und/oder den Stromverbrauchsprofilen;
• Übertragen der gesammelten Daten an eine zentrale Verarbeitungseinheit; und
• Optimieren einer globalen Kostenfunktion in der zentralen Verarbeitungseinheit für ein Zuteilen von Energie an die Einheiten in Abhängigkeit von den gesammelten Daten.
• Eine Ausführungsform eines anderen Aspekts der Erfindung stellt ein System für das Zuteilen von Energie bereit, das aufweist: eine Vielzahl von Einheiten, wobei jede Einheit so eingerichtet ist, dass sie Energie verbraucht, speichert und/oder einspeist, und jede Einheit einer Gruppe von Einheiten zugewiesen ist; eine jeweilige Sammelknoteneinheit, die jeder Gruppe von Einheiten zugewiesen ist; und eine zentrale Verarbeitungseinheit für ein Optimieren einer globalen Kostenfunktion für das Zuteilen von Energie an die Einheiten; wobei die Einheiten für einen Datenaustausch mindestens vorübergehend mit der zugeordneten Sammelknoteneinheit verbunden sind, und die Sammelknoteneinheit für einen Datenaustausch mindestens vorübergehend mit der zentralen Verarbeitungseinheit verbunden ist. Die Sammelknoteneinheit ist außerdem so eingerichtet, dass sie Daten sammelt, die sie von den Einheiten empfängt, und die gesammelten Daten an die zentrale Verarbeitungseinheit überträgt.
• Bei Ausführungsformen des Systems wird das System umgesetzt, um das oben angegebene Verfahren auszuführen.
• Bei den erwähnten Einheiten kann es sich zum Beispiel um elektrische Einheiten handeln. Die Einheiten können insbesondere aus der Gruppe sein, zu der Elektrofahrzeuge, Heizeinheiten, Pumpeinheiten, Klimatisierungseinheiten, Akkus, Schwungräder und Haushaltsgeräte gehören. Es sind weitere elektrische Einheiten denkbar, die als Energieverbraucher, Energiespeichereinheiten oder Energieerzeugungseinheiten funktionieren.
• Gemäß Ausführungsformen des Verfahrens und des Systems für das Zuteilen von Energie werden die Einheiten Gruppen zugewiesen. Eine Gruppe kann zum Beispiel durch den Standort der Einheiten gekennzeichnet sein. Eine Gruppe von Einheiten kann zum Beispiel in einem Gebäude untergebracht sein. Jeder Gruppe wird eine Sammelknoteneinheit zugewiesen. Die Sammelknoteneinheit kann zum Beispiel mit den zugewiesenen Einheiten Nachrichten über das Datenübertragungsnetzwerk austauschen. Die lokalen Energiekostenfunktionen oder die Energieverbrauchsprofile sind einheitenbezogene Daten, die an die Sammelknoteneinheit übertragen werden. Dies bedeutet, dass Informationen über den internen Zustand in Bezug auf die Einheiten in der Sammelknoteneinheit gesammelt werden und nicht sofort in der zentralen Verarbeitungseinheit zur Verfügung stehen. Vielmehr werden der zentralen Verarbeitungseinheit gesammelte Daten zur Verfügung gestellt, die sich auf die ganze Gruppe von Einheiten beziehen, die der Sammelknoteneinheit zugehörig ist.
• Die zentrale Verarbeitungseinheit kann dann auf der Grundlage der gesammelten Daten und optionaler Daten von dem Energieversorger, der die aktuellen Energiepreise und -kosten bereitstellt, eine optimierte Kostenfunktion berechnen. Dadurch können Optimierungsparameter ermittelt werden, die über die Sammelknoteneinheit(en) wieder zurück an die Einheiten verteilt werden. Aufeinanderfolgende Zeitschlitze bilden einen Zeithorizont, über den die Energie wirkungsvoll den Einheiten in dem System zugeteilt wird. Es kann als ein Vorteil des Verfahrens oder des Systems angesehen werden, dass durch den Einsatz von Sammelknoteneinheiten die Belastung durch Datenübertragungen in dem System verringert wird. Des Weiteren wird der rechnerische Aufwand zum Beispiel in computergestützten Modulen in der zentralen Verarbeitungseinheit, der Sammelknoteneinheit und/oder den elektrischen Energieeinheiten verringert. Das Verfahren stellt eine hierarchische und dezentrale Berechnung der optimierten Kostenfunktion bereit. Die Einheiten, die von den Benutzern verwaltet werden, bilden die niedrigste hierarchische Ebene oder die Blätter der Hierarchie. Jede Einheit kann über die zugewiesene Sammelknoteneinheit Optimierungsparameter empfangen, die von der höchsten hierarchischen Ebene, der zentralen Verarbeitungseinheit, erzeugt wurden. Auf der Grundlage dieser Daten kann jede Einheit eine lokale Kostenfunktion optimieren.
• Bei Ausführungsformen des Verfahrens weist das Verfahren den Schritt eines Erzeugens von Optimierungsdaten für jede Einheit in der zentralen Verarbeitungseinheit auf.
• Das Verfahren kann außerdem den Schritt eines Übertragens der Optimierungsdaten über die Sammelknoteneinheit an die Einheiten aufweisen.
• Bei Ausführungsformen des Verfahrens weist das Verfahren ein Optimieren der lokalen Stromkostenfunktionen in Abhängigkeit von den Optimierungsdaten in den Einheiten auf.
• Bei Ausführungsformen des Verfahrens weist das Verfahren den Schritt eines Optimierens der lokalen Stromkostenfunktionen für mindestens eine Einheit einer Gruppe in Abhängigkeit von den Optimierungsdaten für die mindestens eine Einheit in der zugewiesenen Sammelknoteneinheit auf.
• Das Verfahren kann auch das Behandeln des Falls ermöglichen, in dem elektrische Einheiten nicht mit Berechnungsfähigkeiten ausgestattet werden. In diesem Fall kann die zugewiesene Sammelknoteneinheit auf der Grundlage der Optimierungsdaten, die sie von der zentralen Verarbeitungseinheit erhalten hat, die Berechnungen ausführen, die zu einer optimierten lokalen Stromkostenfunktion führen.
• Bei Ausführungsformen des Verfahrens ist der Schritt des Optimierens der lokalen Stromkostenfunktion in den Einheiten unabhängig von der auf einen vorhergehenden Zeitschlitz bezogenen lokalen Stromkostenfunktion der Einheit und/oder des auf einen vorhergehenden Zeitschlitz bezogenen Stromverbrauchsprofils der Einheit. Stattdessen erhält die Einheit Optimierungsparameter, die von der Stamm- oder zentralen Verarbeitungseinheit berechnet wurden, und verwendet das aktuelle Stromverbrauchsprofil oder die aktuelle lokale Stromkostenfunktion für das Ausführen eines Optimierungsschritts.
• Bei Ausführungsformen weist das Verfahren für mindestens eine Einheit einer Gruppe den Schritt eines Bereitstellens einer lokalen Stromkostenfunktion der mindestens einen Einheit und/oder des Stromverbrauchsprofils der mindestens einen Einheit in Bezug auf den vorbestimmten Zeitschlitz an der zugewiesenen Sammelknoteneinheit auf. Wenn Einheiten nicht in der Lage sind, Berechnungen auszuführen oder nicht so programmiert werden können, dass sie eine Optimierungsprozedur umsetzen, können diese Berechnungen durch die zugewiesene Sammelknoteneinheit ausgeführt werden, zu der die Gruppeneinheit ohne Berechnungsfähigkeiten gehört.
• Bei Ausführungsformen des Verfahrens werden bestimmte Schritte iterativ ausgeführt, berechnet oder durchgeführt.
• Bei Ausführungsformen des Verfahrens werden zum Beispiel die Schritte:
• Übertragen lokaler Stromkostenfunktionen der Einheiten und/oder von Stromverbrauchsprofilen der Einheiten in Bezug auf einen vorbestimmten Zeitschlitz an die zugeordnete Sammelknoteneinheit;
• Erzeugen gesammelter Daten in Abhängigkeit von den empfangenen lokalen Stromkostenfunktionen und/oder den Stromverbrauchsprofilen;
• Übertragen der gesammelten Daten an die zentrale Verarbeitungseinheit;
• Optimieren der globalen Kostenfunktion für das Zuteilen von Strom an die Einheiten in Abhängigkeit von den gesammelten Daten;
• Erzeugen von Optimierungsdaten für jede Einheit in der zentralen Verarbeitungseinheit;
• Übertragen der Optimierungsdaten über die Sammelknoteneinheit an die Einheiten; und
• Optimieren der lokalen Stromkostenfunktionen in Abhängigkeit von den Optimierungsdaten iterativ ausgeführt, z. B. über eine Vielzahl von Optimierungszyklen. Infolgedessen kann das Stromverbrauchsprofil mit den geringsten Kosten in den Einheiten in einer dezentralen Weise über einen vorbestimmten Zeithorizont berechnet werden.
• Es ist denkbar, dass die Zuweisung einer Einheit zu einer bestimmten Gruppe geändert wird. Daher kann das Verfahren den Schritt eines Änderns der Zuweisung einer Einheit von einer ersten Gruppe zu einer zweiten Gruppe aufweisen. Ein Elektrofahrzeug kann sich zum Beispiel zum Standort einer anderen Sammelknoteneinheit bewegen und in die Gruppe aufgenommen werden, die der anderen Sammelknoteneinheit zugeordnet ist.
• Zum Optimieren kann das ein Minimieren der globalen Kostenfunktion für das Zuteilen von Strom an die Einheiten in Abhängigkeit von den gesammelten Daten gehören. Es können auch weitere Ziele für das Optimieren vorgesehen sein. Es kann zum Beispiel auch wünschenswert sein, das minimale Preis-Energie-Profil zu finden. Es kann ein Ziel sein, ein Mindestmaß der Stromkosten in einem Haushalt herauszufinden. Das Optimieren der globalen Kostenfunktion kann auch zu einem Annähern an eine Bezugskurve für die verbrauchte Energie führen, die von einem Ladedienstanbieter bereitgestellt werden kann. Außerdem können bestimmte Randbedingungen für das Netz vorgegeben werden, sodass eine wirkungsvolle Energiezuteilung die von dem Ladedienstanbieter gestellten Randbedingungen befolgen muss.
• Gemäß einer Ausführungsform eines weiteren Aspekts wird ein Computerprogrammprodukt für das Zuteilen von Energie an eine Vielzahl von Einheiten offenbart. Jede Einheit ist so eingerichtet, dass sie Energie verbrauchen, speichern und/oder einspeisen kann, und das Computerprogrammprodukt weist ein computerlesbares Speichermedium auf, das einen darauf gespeicherten computerlesbaren Programmcode besitzt, wobei der computerlesbare Programmcode einen computerlesbaren Programmcode aufweist, der so konfiguriert ist, dass er den Einheiten Energie zuteilen kann, wobei die Schritte umgesetzt werden:
• Zuweisen jeder Einheit zu einer Gruppe von Einheiten;
• Zuweisen einer Sammelknoteneinheit zu jeder Gruppe von Einheiten;
• Übertragen lokaler Stromkostenfunktionen der Einheiten und/oder von Stromverbrauchsprofilen der Einheiten für die Auswahl von Einheiten in Bezug auf einen vorbestimmten Zeitschlitz an die zugewiesene Sammelknoteneinheit;
• Erzeugen gesammelter Daten in der Sammelknoteneinheit in Abhängigkeit von den empfangenen lokalen Stromkostenfunktionen und/oder Stromverbrauchsprofilen;
• Übertragen der gesammelten Daten an eine zentrale Verarbeitungseinheit;
• Optimieren einer globalen Kostenfunktion in der zentralen Verarbeitungseinheit für das Zuteilen von Strom an die Einheiten in Abhängigkeit von den gesammelten Daten.
• Der Programmcode kann so konfiguriert werden, dass erweitere Aspekte oder Schritte des Verfahrens für das Zuteilen von Energie an die Einheiten umsetzen kann. Der Programmcode kann auf die Elemente verteilt werden, die das System bilden.
• Zu dem Computerprogrammprodukt kann zum Beispiel ein computerlesbarer Code für ein Umsetzen von Aspekten des Verfahrens für eine Leitweglenkung in einem oben dargestellten Netzwerk gehören.
• Bestimmte Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens für das Zuteilen von Energie und/oder des Systems für eine Energiezuteilung können einzelne oder kombinierte Merkmale, Verfahrensschritte oder Aspekte aufweisen, wie sie oben oder nachfolgend in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen erwähnt werden.
• Nachfolgend werden Ausführungsformen der Verfahren und Einheiten in Bezug auf das Zuteilen von Energieressourcen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems für eine Energiezuteilung, das umgesetzt werden kann, um eine Ausführungsform eines Verfahrens für das Zuteilen von Energie an Einheiten auszuführen;
• 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Systems für eine Energiezuteilung, das umgesetzt werden kann, um eine Ausführungsform eines Verfahrens für das Zuteilen von Energie an Einheiten auszuführen;
• 3 zeigt eine grafische Darstellung von Verfahrensschritten und Datenübertragungen, die in eine Ausführungsform eines Verfahrens für das Zuteilen von Energie eingebunden sind;
• 4 zeigt eine grafische Darstellung von Verfahrensschritten und Datenübertragungen, die in eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens für das Zuteilen von Energie eingebunden sind; und
• 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild für ein Computersystem, das geeignet ist, Ausführungsformen eines Verfahrens für das Zuteilen von Energie umzusetzen.
• Gleichen oder funktionell gleichen Elementen in den Zeichnungen wurden die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, falls dies nicht anders angegeben ist.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems für eine Energiezuteilung, das umgesetzt werden kann, um eine Ausführungsform eines Verfahrens für das Zuteilen von Energie an Einheiten des Systems auszuführen. Das System 1 weist eine Vielzahl von Einheiten 4, 5, 6, 7 wie zum Beispiel elektrische Einheiten auf, die elektrische Energie speichern, elektrische Energie verbrauchen oder elektrische Energie erzeugen können. In der Zeichnung der 1 ist jede Einheit 4, 5, 6, 7 einer Gruppe 2, 3 zugewiesen worden. Es werden zwei beispielhafte Gruppen 2, 3 gezeigt. Jede Einheit der Gruppen 2, 3 weist einen zugewiesenen Sammelknoten 8, 9 auf. Die Einheiten 4, 5, 6, 7 einer jeweiligen Gruppe 2, 3 sind für einen Datenaustausch mit der Sammelknoteneinheit 8, 9 verbunden, die der jeweiligen Gruppe 2, 3 zugewiesen ist. Es ist zum Beispiel denkbar, dass eine Einheit 4, 5, 6, 7 drahtlos mit der entsprechenden Sammelknoteneinheit 8, 9 verbunden werden kann und Daten mit ihr austauschen kann. Zu dem System 1 für das Zuteilen von Energie an die Einheiten 4, 5, 6, 7 gehört eine zentrale Verarbeitungseinheit 10, die für einen Datenaustausch mit den Sammelknoteneinheiten 8, 9 verbunden ist. Die zentrale Verarbeitungseinheit 10 kann auch als Stammeinheit bezeichnet werden. Zu den Einheiten 4, 5, 6, 7 gehört zum Beispiel eine Verarbeitungseinheit, die es ermöglicht, bestimmte Computerfunktionen oder Algorithmen auszuführen.
• Die Einheiten 4, 5, 6, 7 können auch Schnittstellen aufweisen, um zum Beispiel Eingabedaten von dem Benutzer der Einheit zu erhalten. Dies wird durch die gestrichelten Pfeile angezeigt, die von rechts auf die entsprechenden Einheiten 4, 5, 6, 7 weisen. Der Benutzer einer Einheit kann zum Beispiel eine Bedarfsvorhersage für die Nutzung der Einheit eingeben und dabei den voraussichtlichen Energieverbrauch der Einheit genau angeben. Jeder Einheit 4, 5, 6, 7 können lokale Kostenfunktionen zugewiesen werden. Die Einheiten 4, 5, 6, 7 werden zum Beispiel so ausgestattet, dass sie die von einem Benutzer eingegebenen Verbrauchsdaten in schematische Darstellungen umwandeln, die übertragen und in den Sammelknoteneinheiten 8, 9 weiter verarbeitet werden. Auf der anderen Seite kann das zentrale Verarbeitungsmodul 10 Daten empfangen, die sich auf Zielvorgaben für den Stromverbrauch, Randbedingungen des Netzes und andere Parameter beziehen, welche die Verfügbarkeit von Energie in dem System oder andere Randbedingungen beeinflussen.
• Die zentrale Verarbeitungseinheit 10, die als zentraler Server oder Computer umgesetzt werden kann, empfängt gesammelte Daten von den Sammelknoteneinheiten 8, 9. Auf der Grundlage der empfangenen Daten führt das zentrale Verarbeitungsmodul 10 einen Optimierungsschritt aus, der zu einem Optimieren der Parameter für die Einheiten 4, 5, 6, 7 führen kann. Das zentrale Verarbeitungsmodul 10 kann entscheiden, ob ein weiteres Optimieren in dem System 1 von Vorteil ist. Wenn dies der Fall ist, werden die Optimierungsparameter von dem zentralen Verarbeitungsmodul 10 an die Sammelknoteneinheiten 8, 9 gesendet, welche die Optimierungsparameter an die jeweiligen Einheiten 4, 5, 6, 7 verteilen. Auf der Grundlage der Optimierungsparameter und des aktuellen Stromverbrauchsprofils oder der aktuellen lokalen Kostenfunktion für jede Einheit führen die Einheiten 4, 5, 6, 7 einen zusätzlichen Optimierungsschritt aus. Daher wird das gesamte Optimieren des alle Einheiten aufweisenden Systems 1 in einer dezentralen Weise durchgeführt. Dies führt dazu, dass das System 1 das dezentrale Energieprofil ermittelt, das in Bezug auf die Zielvorgaben für den Stromverbrauch optimiert wird.
• Gemäß Ausführungsformen des Verfahrens und des Systems für das Zuteilen von Energie an die Einheiten wird ein Zeithorizont T angenommen, zu dem diskrete Zeitschlitze gehören. Eine Kostenfunktion c bezieht sich dann auf ein Stromverbrauchsprofil p ∈ R^T. Eine Kostenfunktion c kann von einem Versorgungsunternehmen genau angegeben werden, das die Kosten für Energie oder Strom über den Zeithorizont einstellt. Die globale Stromdomäne D ⊆ R^T besteht aus allen technisch machbaren Stromverbrauchsprofilen. Die Kostenfunktion kann gemäß dem gewünschten Optimierungsprozess definiert werden. Zum Beispiel kann c der vorhergesagte Preis für die Energie sein.
• Die Einheiten des Systems können mit d bezeichnet werden, während die Gesamtheit der Einheiten einen Pool V von Einheiten bildet. Daher gilt d ∈ V. Jeder Einheit können lokale Stromkosten c_d zugewiesen werden: c_d: V → R^T. Die lokalen Stromkosten für die Einheit d werden zum Beispiel von dem Benutzer der Einheit genau angegeben. Zu einer lokalen Stromdomäne D_d ⊆ R^T gehören alle technisch machbaren Stromverbrauchsprofile für die Einheit d:

  

  wobei die oberen Indizes (superscripts) u/l für die oberen und unteren Grenzen des verbrauchten Stroms (P) und der verbrauchten Energie (E) einer Einheit d stehen.
• Der Optimierungsprozess zielt jetzt darauf ab, ein verteilungsfähiges Stromverbrauchsprofil

  

  unter der Randbedingung:

  

  herauszufinden.
• Die Optimierungsaufgabe kann, wie oben gezeigt wird, jetzt von den Knoten oder den Einheiten hierarchisch gelöst oder dezentralisiert werden. Die lokale Stromkostenfunktion c_d wird zum Beispiel durch den Benutzer der Einheit und die lokale Stromdomäne D_d angegeben.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens und eines Systems für eine Energiezuteilung. Das System hat eine ähnliche Architektur, wie sie in 1 gezeigt wird. Es gibt drei Ebenen oder Hierarchien, die durch die römischen Ziffern I, II, III angezeigt werden. Auf der höchsten Ebene I ist die zentrale Verarbeitungseinheit 10 dargestellt. Die zentrale Verarbeitungseinheit 10 empfängt Parameter wie zum Beispiel eine Zielvorgabe für einen Stromverbrauch, Randbedingungen für ein Netz oder andere Randbedingungen über das gesammelte Stromverbrauchprofil. Das zentrale Verarbeitungsmodul oder Stammverarbeitungsmodul 10 erstellt Informationen und Daten für das ganze System. Die hierarchische Ebene II des Netzes weist die Sammelknoteneinheiten 11, 12 auf. Die dritte hierarchische Ebene III wird durch die aktuellen Einheiten 4, 6, 13, 14 gebildet.
• Das in 2 dargestellte System 1 weist zwei Gruppen 2, 3 von Einheiten 4, 6, 13, 14 auf. Der Benutzer 19 gibt zum Beispiel die lokalen Stromkostenfunktionen an und gibt sie in die Einheiten 4, 6 ein. Die Einheiten 4, 6 haben eine Berechnungsfähigkeit, d. h., sie werden mit einem Mikroprozessor oder anderen Berechnungseinheiten bereitgestellt. Zu den Einheiten 4, 6 gehört zum Beispiel eine Umwandlungseinheit 15, um die Eingabedaten des Benutzers 19 in ein geeignetes Format für eine weitere Verarbeitung in der Sammelknoteneinheit 11, 12 zu bringen. Die Einheiten 4, 6 weisen auch eine Berechnungseinheit 16 für das Ausführen von lokalen Optimierungsschritten auf.
• Das System 1 kann auch Einheiten aufweisen, die keine intelligenten Einheiten wie zum Beispiel die Umwandlungs- oder Berechnungseinheiten 15, 16 besitzen. Für diese Einheiten 13, 14 führt die zugehörige oder zugewiesene Sammelknoteneinheit 11, 12 während der Ausführung des Verfahrens für das Zuteilen von Energie die Optimierungsberechnung oder die Umwandlungsschritte durch. Die Sammelknoteneinheiten 11, 12 weisen eine Sammeleinheit 17 auf für das Verknüpfen der von den Einheiten 4, 6 empfangenen Daten und, wenn die Einheit 13, 14 kein Mittel zum Berechnen oder Umwandeln bereitstellt, der direkt von der Benutzereingabe 19 empfangenen Daten. Für das Zuteilen von Energie an die Einheiten 4, 6, 13, 14 wird der Optimierungsprozess wie oben angegeben in einer dezentralen Weise durchgeführt.
• Jede Einheit, die zu einer hierarchischen Ebene gehört, empfängt Optimierungsparameter von der Einheit der nächsthöheren Ebene. Die Einheiten 4, 13, 6, 14 empfangen zum Beispiel Optimierungsparameter von den Sammeleinheiten 11, 12. Die Sammeleinheiten 11, 12 empfangen die Gruppenoptimierungsdaten von der zentralen Verarbeitungseinheit 10. In den 3 und 4 werden die eingebundenen Prozess- oder Datenströme gezeigt, wenn das System 1 der 2 gemäß einem Verfahren für das Zuteilen von Energie betrieben wird.
• 3 bezieht sich auf den Daten- und Prozessstrom, wenn die Einheiten 4, 6 eingebunden sind, die selbst Mittel für die Berechnungsfähigkeit in Form von Umwandlungs- und Berechnungsmodulen 15, 16 aufweisen. 4 stellt einen Daten- oder Prozessstrom dar, wenn die Einheiten 13, 14 eingebunden sind, die selbst keine Berechnungseinheiten oder interne Berechnungsprozesse besitzen.
• Zuerst werden in 3 die hierarchischen Ebenen in Form der zentralen Verarbeitungseinheit 10 einer Sammelknoteneinheit 11 und den Einheiten 4, 21 gezeigt. Die zentrale Verarbeitungseinheit oder der Stammknoten 10 besitzt Informationen über die gesamte Gruppe von Einheiten. Daher führt die zentrale Verarbeitungseinheit 10 einen Optimierungsschritt aus und nutzt diese Informationen zum inneren Zustand über die Sammelknoteneinheit 11 gemeinsam mit allen Einheiten. Die Sammelknoteneinheit 11 verteilt den inneren Zustand von dem zentralen Verarbeitungsmodul oder der zentralen Verarbeitungseinheit 10 an die Einheiten 4, 21 der Gruppe, die der Sammelknoteneinheit 11 zugehörig ist.
• Obwohl dies nicht ausdrücklich in 3 gezeigt wird, überträgt das zentrale Verarbeitungsmodul oder die zentrale Verarbeitungseinheit 10 ähnliche Informationen über die Gruppe von Einheiten an andere Sammelknoteneinheiten, die in dem System vorhanden sein können. Auf der Grundlage der lokalen Stromkosten oder der Fähigkeiten der Einheit berechnet jede Einheit 4, 21 mithilfe der von dem zentralen Verarbeitungsmodul bereitgestellten Informationen zum inneren Zustand eine optimierte lokale Kostenfunktion, d. h., dass ein lokaler Optimierungsschritt ausgeführt wird, der das Stromverbrauchsprofil der jeweiligen Einheit 4, 21 und die empfangenen Optimierungsparameter einschließt. Das jeweilige Stromverbrauchsprofil wird dann an die Sammelknoteneinheit 11 als Information zum inneren Zustand übertragen. Als Nächstes sammelt die Sammelknoteneinheit 11 die Daten und überträgt die Informationen zum inneren Zustand der Gruppe von Einheiten, d. h. der Einheiten 4 und 21, an die zentrale Verarbeitungseinheit 10. Von der zentralen Verarbeitungseinheit 10 wird wieder ein globaler Optimierungsschritt durchgeführt. Falls es nach einer ersten Optimierung als notwendig erachtet wird, wird eine weitere Schleife oder ein weiterer Optimierungslauf durchgeführt.
• In 4 werden jetzt die Daten im Prozessstrom für ein Zuteilen von Energie gezeigt, wenn die Einheiten 13, 21 eingebunden sind, die selbst keine eigenen Berechnungsfähigkeiten besitzen. Das zentrale Verarbeitungsmodul oder die zentrale Verarbeitungseinheit 10 stellt dem Sammelknoten 11 wieder Informationen über die Gruppe von Einheiten bereit. Der Sammelknoten 11 verteilt optimierte Stromverbrauchsprofile an die Einheiten 13, 14. Da die Einheiten 13, 21 keine Berechnungs- oder Umwandlungsmodule besitzen, führt die Sammelknoteneinheit 11 die einheitsbezogenen Berechnungen für die Einheiten 13 und 22 durch. Ein Benutzer 19 kann optional Informationen über die Flexibilität der Einheit 13, 22 oder die lokalen Stromkosten direkt, wie in 2 gezeigt wird, in die Sammelknoteneinheit 11, 12 eingeben. Die Sammelknoteneinheit 11 führt eine Datensammlung durch und stellt der zentralen Verarbeitungseinheit 10 die Informationen zum inneren Zustand der Gruppe der Einheiten 13, 22 bereit. Es wird wieder eine globale Optimierung durchgeführt, und falls es als notwendig erachtet wird, wird der Prozess iterativ wiederholt.
• Aufgrund dessen wird mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens und der vorgeschlagenen Systeme für das Zuteilen von Energie das Stromverbrauchsprofil mit den geringsten Kosten wirkungsvoll ermittelt. Viele Berechnungsschritte werden parallel durch die Einheiten oder zugehörige Berechnungseinheiten in den Sammelknoteneinheiten durchgeführt. Eine Echtzeitumsetzung des Systems ist im Prinzip möglich. Dadurch, dass bestimmte Optimierungsschritte lokal in den Einheiten oder dem entsprechenden Sammelknoten durchgeführt werden, müssen der zentralen Verarbeitungseinheit keine verbrauchsbezogenen Informationen zugänglich gemacht werden. Dadurch wird eine Vertraulichkeit in Bezug auf die Gewohnheiten des Benutzers und des Verbrauchers beim Energieverbrauch sichergestellt. Im Gegensatz zu zentralisierten Systemen verringern die hierarchische Architektur und die Bereitstellung von Gruppen und Einheiten mit zugehörigen oder zugewiesenen Sammelknoteneinheiten die Gesamtanzahl von übertragenen Nachrichten. Durch das iterative Ausführen der Optimierungsschritte kann eine sehr wirkungsvolle Optimierung durchgeführt werden.
• Die beschriebenen Beispiele zeigen drei hierarchische Ebenen zwischen den Einheiten und der zentralen Stammeinheit. Es können mehr Ebenen vorgesehen sein, sodass eine Vielzahl von Sammelknoten in dem Pfad von den Einheiten zu der zentralen Stammeinheit vorhanden ist.
• Computergestützte Einheiten können eine geeignete Auslegung für das Umsetzen der hier beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufweisen. In dieser Hinsicht können die hier beschriebenen Verfahren so verstanden werden, dass sie weitgehend automatisiert und nicht interaktiv sind. Bei beispielhaften Ausführungsformen können die hier beschriebenen Verfahren entweder in einem interaktiven, einem teilweise interaktiven oder einem nichtinteraktiven System umgesetzt werden. Die hier beschriebenen Verfahren können als Software (z. B. Firmware), Hardware oder eine Kombination davon umgesetzt werden. Bei beispielhaften Ausführungsformen werden die hier beschriebenen Verfahren in Softwareform als ein ausführbares Programm oder Programmmodul umgesetzt, wobei Letztere durch geeignete digitale Verarbeitungseinheiten ausgeführt werden. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen können mindestens ein Schritt oder alle Schritte des oben in Bezug auf die 1 bis 4 dargestellten Verfahrens in Softwareform als ein ausführbares Programm oder Programmmodul umgesetzt werden, wobei Letztere durch geeignete digitale Verarbeitungseinheiten ausgeführt werden. Insbesondere können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden, indem digitale Universal-Computer wie zum Beispiel Personal Computer, Workstations usw. verwendet werden. Zum Beispiel können die zuvor erwähnte Sammelknoteneinheit und/oder die zentrale Verarbeitungseinheit als Computersystem umgesetzt werden.
• Zum Beispiel stellt das in 6 gezeigte System 100 eine computergestützte Einheit 101, z. B. einen Universal-Computer, schematisch dar. Wie in 9 gezeigt, gehört bei beispielhaften Ausführungsformen zu der Einheit 101 hinsichtlich der Hardware-Architektur ein Prozessor 105, ein Arbeitsspeicher 110, der mit einer Steuereinheit für den Arbeitsspeicher 1145 verbunden ist, und ein oder mehrere Eingangs- und/oder Ausgangseinheiten (E/A-Einheiten) 140, 145, 150, 155 (oder Peripherieeinheiten), die zum Datenaustausch über eine lokale Eingangs/Ausgangs-Steuereinheit 135 angeschlossen sind. Wie nach dem Stand der Technik bekannt ist, können zu der Eingangs/Ausgangs-Steuereinheit 135, ohne auf diese beschränkt zu sein, ein oder mehrere Busse oder andere leitungsgebundene oder drahtlose Verbindungen gehören. Die Eingangs/Ausgangs-Steuereinheit 135 kann zusätzliche Elemente wie zum Beispiel Steuereinheiten, Puffer (Cachespeicher), Treiber, Verstärker und Empfänger aufweisen, die der Einfachheit halber weggelassen wurden. Außerdem können zu der lokalen Schnittstelle Adressen-, Steuer- und/oder Datenverbindungen gehören, um einen geeigneten Datenaustausch unter den zuvor erwähnten Komponenten zu erlauben.
• Der Prozessor 105 ist eine Hardwareeinheit für das Ausführen von Software, insbesondere für diejenige, die im Speicher 110 abgelegt ist. Der Prozessor 105 kann jeder beliebige kundenspezifische oder handelsübliche Prozessor, eine Zentraleinheit (CPU), ein zusätzlicher Ko-Prozessor unter mehreren Prozessoren, die zum Computer 101 gehören, ein Mikroprozessor auf Halbleitergrundlage (in der Form eines Mikrochips oder einer Chip-Gruppe) oder allgemein jede Einheit zum Ausführen von Softwarebefehlen sein.
• Zu dem Arbeitsspeicher 110 kann ein beliebiges Speicherelement oder eine Kombination von flüchtigen Speicherelementen (z. B. ein Direktzugriffsspeicher) und nichtflüchtigen Speicherelementen gehören. Darüber hinaus kann der Arbeitsspeicher 110 elektronische, magnetische, optische und/oder andere Arten von Speichermedien enthalten. Es ist zu beachten, dass der Arbeitsspeicher 110 eine dezentrale Architektur aufweisen kann, in der zahlreiche Komponenten entfernt voneinander angeordnet sein können, aber für den Prozessor 105 zugänglich sind.
• Zu der Software im Arbeitsspeicher 110 können ein oder mehrere getrennte Programme gehören, von denen jedes eine geordnete Liste von ausführbaren Befehlen für das Umsetzen logischer Funktionen aufweist. Bei dem Beispiel der 6 gehören zur Software im Arbeitsspeicher 110 Verfahren, die hier gemäß der beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden, und ein geeignetes Betriebssystem (operating system, OS) 111. Das OS 111 steuert im Wesentlichen die Ausführung anderer Computerprogramme wie zum Beispiel die hier beschriebenen Verfahren (z. B. 4 und 5) und stellt eine Zeitplanung, eine Eingangs/Ausgangs-Steuerung, eine Datei- und Datenverwaltung, eine Speicherverwaltung und eine Datenübertragungssteuerung sowie dazu in Bezug stehende Dienste bereit. Die Schnittstelle 1 kann zum Beispiel in dem OS 111 verkörpert sein.
• Die hier beschriebenen Verfahren können in der Form eines Quellprogramms, eines ausführbaren Programms (Objektcode), eines Scripts oder einer beliebigen anderen Einheit vorliegen, die eine Gruppe von auszuführenden Befehlen aufweist. Wenn das Programm in einem Quellprogramm vorliegt, muss es, wie per se bekannt ist, mit einem Compiler, Assembler-Übersetzer oder Ähnlichem übersetzt werden, der gegebenenfalls im Arbeitsspeicher 110 enthalten sein kann, sodass es ordnungsgemäß in Verbindung mit dem OS 111 betrieben wird. Außerdem können die Verfahren in einer objektorientierten Programmiersprache, die verschiedene Klassen von Daten und Verfahren aufweist, oder einer prozeduralen Programmiersprache geschrieben sein, die Routinen, Unterroutinen und/oder Funktionen aufweist.
• Es ist möglich, eine herkömmliche Tastatur 150 und eine Maus 155 mit der Eingangs/Ausgangs-Steuereinheit 135 zu verbinden. Zu weiteren E/A-Einheiten 140 bis 155 können Sensoren (speziell im Fall von Netzwerkelementen) gehören, d. h. Hardwareeinheiten, die auf eine Änderung einer physikalischen Bedingung (der zu überwachenden physikalischen Daten) wie Temperatur oder Druck eine messbare Antwort erzeugen. Das von den Sensoren üblicherweise erzeugte analoge Signal wird durch einen Analog/Digital-Wandler digitalisiert und zur weiteren Verarbeitung an die Steuereinheiten 135 gesendet. Sensorknoten sind idealerweise sehr klein, verbrauchen wenig Energie, sind autonom und arbeiten ohne Bedienung.
• Außerdem können zu den E/A-Einheiten 140 bis 155 Einheiten gehören, welche sowohl mit den Eingängen als auch mit den Ausgängen Daten austauschen. Zu dem System 100 kann außerdem eine Steuereinheit für die Anzeige 125 gehören, mit der eine Anzeige 130 verbunden ist. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann zu dem System 100 außerdem eine Netzwerkschnittstelle oder ein Transceiver 160 gehören, um es mit einem Netzwerk 165 zu verbinden.
• Das Netzwerk 165 überträgt und empfängt Daten zwischen der Einheit 101 und externen Systemen. Das Netzwerk 165 wird möglicherweise in einer drahtlosen Form umgesetzt z. B. mithilfe von Drahtlosprotokollen und Technologien wie zum Beispiel WiFi, WiMax usw. Das Netzwerk 165 kann ein festes drahtloses Netzwerk, ein drahtloses lokales Netzwerk (local area network, LAN), ein drahtloses Fernnetzwerk (wide area network, WAN), ein persönliches Netzwerk (personal area network, PAN), ein virtuelles privates Netzwerk (virtual private network, VPN), ein Intranet oder ein anderes geeignetes Netzwerksystem sein und eine Ausrüstung für das Empfangen und Übertragen von Signalen enthalten.
• Das Netzwerk 165 kann auch ein IP-bezogenes Netzwerk sein für eine Datenübertragung über eine Breitbandverbindung zwischen der Einheit 101 und einem beliebigen externen Server, Client oder Ähnlichem. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann das Netzwerk 165 ein verwaltetes IP-Netzwerk sein, das von einem Dienstanbieter verwaltet wird. Daneben kann das Netzwerk 185 ein paketvermitteltes Netzwerk wie zum Beispiel ein LAN, WAN, Internetnetzwerk usw. sein.
• Wenn es sich bei der Einheit 101 um einen PC, eine Workstation, eine intelligente Einheit oder Ähnliches handelt, kann zu der Software im Arbeitsspeicher 110 außerdem ein Basis-Ein-Ausgabe-System (basic input output system, BIOS) gehören. Das BIOS ist im ROM gespeichert, sodass das BIOS ausgeführt werden kann, wenn der Computer 101 in Betrieb gesetzt wird.
• Wenn die Einheit 101 in Betrieb ist, wird der Prozessor 105 so konfiguriert, dass er die in dem Arbeitsspeicher 110 gespeicherte Software ausführt, um Daten zu und von dem Arbeitsspeicher 110 zu übertragen und um die Vorgänge des Computers 101 gemäß der Software allgemein zu steuern. Die hier beschriebenen Verfahren und das OS 111 werden als Ganzes oder in Teilen vom Prozessor 105 gelesen, üblicherweise im Prozessor 105 zwischengespeichert und danach ausgeführt. Wenn die hier beschriebenen Verfahren (z. B. unter Bezugnahme auf die 2, 4 und 5) als Software umgesetzt werden, können die Verfahren für ihre Verwendung durch ein beliebiges computergestütztes, oder in Verbindung mit einem beliebigen computergestützten, System oder Verfahren in einem beliebigen computerlesbaren Medium wie zum Beispiel im Datenspeicher 120 gespeichert werden.
• Wie der Fachmann versteht, können die Aspekte der vorliegenden Erfindung als System, Verfahren oder Computerprogrammprodukt ausgeführt werden. Dementsprechend können die Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form einer vollständigen Hardware-Ausführungsform, einer vollständigen Software-Ausführungsform (unter anderem Firmware, residente Software, Mikrocode, usw.) oder einer Ausführungsform annehmen, die Software und Hardware-Aspekte kombiniert. Außerdem können die Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das in einem oder mehreren computerlesbaren Medien enthalten ist, auf denen ein computerlesbarer Programmcode enthalten ist.
• Jede beliebige Kombination eines oder mehrerer computerlesbarer Medien kann verwendet werden. Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich um ein computerlesbares Signalmedium oder ein computerlesbares Speichermedium handeln. Ein computerlesbares Speichermedium kann zum Beispiel, ohne auf diese beschränkt zu sein, ein System, eine Vorrichtung oder eine Einheit zur elektronischen, magnetischen, optischen, elektromagnetischen, Infrarot- oder Halbleiterspeicherung sein oder jede geeignete Kombination davon. Zu den konkreteren Beispielen computerlesbarer Speichermedien gehören (in einer unvollständigen Liste) Folgende: eine elektrische Ein- oder Mehrdrahtverbindung, eine Festplatte, ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM oder Flash-Speicher), ein Lichtwellenleiter, ein tragbarer Compact-Disc-Speicher (CD-ROM), eine optische Speichereinheit, eine magnetische Speichereinheit oder jede geeignete Kombination davon. Im Zusammenhang mit diesem Dokument kann ein computerlesbares Speichermedium jedes verfügbare Medium sein, auf dem ein Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem System, einer Vorrichtung oder einer Einheit zur Befehlsausführung enthalten sein oder gespeichert werden kann.
• Ein computerlesbares Signalmedium kann ein übertragenes Datensignal mit einem darin beispielsweise im Basisband oder als Teil einer Trägerwelle eingebundenen computerlesbaren Programmcode enthalten. Ein solches übertragenes Signal kann eine von einer Vielfalt von Formen annehmen, unter anderem, ohne auf diese beschränkt zu sein, eine elektromagnetische oder optische Form oder jede geeignete Kombination davon. Ein computerlesbares Signalmedium kann jedes computerlesbare Medium sein, das kein computerlesbares Speichermedium ist und welches Programmdaten für eine Verwendung durch oder in Verbindung mit einem System, einer Vorrichtung oder einer Einheit zur Befehlsausführung austauschen, verbreiten oder übertragen kann. Ein Programmcode, der auf einem computerlesbaren Medium eingebunden ist, kann unter Verwendung eines geeigneten Mediums übertragen werden, unter anderem, ohne auf diese beschränkt zu sein, drahtlos oder leitungsgebunden, über Lichtwellenleiter, HF usw. oder jeder geeigneten Kombination davon.
• Der Computerprogrammcode zur Durchführung von Operationen für einige Aspekte der vorliegenden Erfindung kann in jeder beliebigen Kombination von Programmiersprachen geschrieben werden, unter anderem objektorientierte Programmiersprachen wie zum Beispiel Java, Smalltalk, C++ oder ähnlicher Programmiersprachen, und herkömmliche prozedurale Programmiersprachen wie zum Beispiel der Programmiersprache ”C” oder ähnliche Programmiersprachen. Der Programmcode kann vollständig auf der Einheit 101, teilweise darauf, teilweise auf einer Einheit 101 und einer weiteren ähnlichen oder nicht ähnlichen Einheit 101 ausgeführt werden.
• Aspekte der vorliegenden Erfindung werden oben unter Bezugnahme auf die Ablaufplandarstellungen und/oder die Blockschaubilder der Verfahren, Vorrichtungen (Systeme) und Computerprogrammprodukte gemäß einiger Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Ablaufplandarstellungen und/oder der Blockschaubilder durch einen oder mehrere Computerprogrammbefehle umgesetzt werden kann. Diese Computerprogrammbefehle können für einen Prozessor eines Universal-Computers, eines Spezial-Computers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt werden, um eine Maschine herzustellen, in der die vom Prozessor des Computers oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführten Befehle die Mittel zur Umsetzung der in dem Block oder den Blöcken des Ablaufplans und/oder des Blockschaubilds angegebenen Funktionen/Aktionen erzeugen.
• Die Computerprogrammbefehle können auch in einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder andere Einheiten geladen werden, um eine Reihe von Betriebsschritten zu erzeugen, die auf dem Computer, der anderen programmierbaren Vorrichtung oder den anderen Einheiten ausgeführt werden, um einen computergestützten Prozess zu erzeugen, durch den die Befehle, die im Computer oder in den anderen programmierbaren Vorrichtungen ausgeführt werden, die Verfahren für das Umsetzen der in dem Block oder den Blöcken des Ablaufplans und/oder Blockschaubilds angegebenen Funktionen/Aktionen bereitstellen.
• Die Ablaufpläne und Blockschaubilder in den Figuren veranschaulichen die Architektur, Leistungsmerkmale und den Betrieb möglicher Umsetzungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß zahlreicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in dem Ablaufplan oder den Blockschaubildern ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, das oder der ein oder mehrere ausführbare Befehle zur Umsetzung der angegebenen, logischen Funktion(en) aufweist. Es sollte auch beachtet werden, dass in einigen alternativen Umsetzungen, die in den Blöcken angegebenen Funktionen in einer anderen als der in den Figuren angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Zum Beispiel können zwei Blöcke, die nacheinander dargestellt sind, im Wesentlichen sogar gleichzeitig ausgeführt werden, oder manchmal können diese Blöcke, abhängig von den betroffenen Leistungsmerkmalen und einer Algorithmus-Optimierung, auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es muss auch erwähnt werden, dass jeder Block der Blockschaubilder und/oder der Ablaufplandarstellung und die Kombination von Blöcken in den Blockschaubildern und/oder der Ablaufplandarstellung durch spezielle hardwaregestützte Systeme umgesetzt werden kann, welche die angegebenen Funktionen und Aktionen oder Kombinationen von Spezialhardware- und Maschinenbefehlen ausführen.
• Die vorliegende Erfindung wurde zwar im Allgemeinen in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben, jedoch ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass zahlreiche Änderungen vorgenommen und äquivalente Elemente ersetzt werden können, ohne sich vom Umfang der Erfindung zu entfernen. Außerdem können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine besondere Situation an die Lehren der vorliegenden Erfindung anzupassen, ohne sich von ihrem Umfang zu entfernen. Daher ist die vorliegende Erfindung so zu verstehen, dass sie nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass zu der vorliegenden Erfindung alle Ausführungsformen gehören, die in den Umfang der angefügten Ansprüche fallen.
• Bezugszeichenliste

1

System für eine Energiezuteilung

2, 3

Gruppe von Einheiten

4 bis 7

Elektrische Einheit

8, 9

Sammelknoteneinheit

10

Zentrale Verarbeitungseinheit

11, 12

Sammelknoteneinheit

13, 14

Einheit ohne Verarbeitungsfähigkeit

15

Umwandlungseinheit

16

Berechnungseinheit

17

Sammeleinheit

18

Berechnungseinheit

19, 20

Eingabe

21

Einheit mit Verarbeitungsfähigkeit

22

Einheit ohne Verarbeitungsfähigkeit

100

System

101

Computereinheit

105

Prozessor

110

Arbeitsspeicher

111

Betriebssystem

115

Steuereinheit für den Arbeitsspeicher

120

Datenspeicher

125

Steuereinheit für die Anzeige

130

Anzeige

135

Steuereinheit

140 bis 155

E/A-Einheit

160

Transceiver

165

Datenübertragungsnetzwerk

Claims (15)

1. Verfahren für ein Zuteilen von Energie an eine Vielzahl von Einheiten (4, 5, 6, 7), wobei jede Einheit (4, 5, 6, 7) so eingerichtet ist, dass sie Energie verbraucht, speichert und/oder einspeist, wobei das Verfahren aufweist: Zuweisen jeder Einheit (4, 5, 6, 7) zu einer Gruppe (2, 3) von Einheiten; Zuweisen einer Sammelknoteneinheit (8, 9) zu jeder Gruppe (2, 3) von Einheiten; Übertragen lokaler Stromkostenfunktionen (c_d) der Einheiten (4, 5, 6, 7) und/oder von Stromverbrauchsprofilen der Einheiten (4, 5, 6, 7) für eine Auswahl von Einheiten (4, 5, 6, 7) in Bezug auf einen vorbestimmten Zeitschlitz an die zugewiesene Sammelknoteneinheit (8, 9); Erzeugen gesammelter Daten in der Sammelknoteneinheit (8, 9) in Abhängigkeit von den empfangenen lokalen Stromkostenfunktionen (c_d) und/oder Stromverbrauchsprofilen; Übertragen der gesammelten Daten an eine zentrale Verarbeitungseinheit (10); und Optimieren einer globalen Kostenfunktion in der zentralen Verarbeitungseinheit (10) für das Zuteilen von Strom an die Einheiten (4, 5, 6, 7) in Abhängigkeit von den gesammelten Daten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem aufweist: Erzeugen von Optimierungsdaten für jede Einheit (4, 5, 6, 7) in der zentralen Verarbeitungseinheit (10).
3. Verfahren nach Anspruch 2, das außerdem aufweist: Übertragen der Optimierungsdaten über die Sammelknoteneinheiten (8, 9) an die Einheiten (4, 5, 6, 7).
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, das außerdem aufweist: Optimieren der lokalen Stromkostenfunktionen (c_d) in Abhängigkeit von den Optimierungsdaten in den Einheiten (4, 5, 6, 7).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, das außerdem aufweist: Optimieren der lokalen Stromkostenfunktion (c_d) für mindestens eine Einheit (13, 14) einer Gruppe (2, 3) in Abhängigkeit von den Optimierungsdaten für die mindestens eine Einheit (4, 5, 6, 7) in der zugewiesenen Sammelknoteneinheit (11, 12).
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Schritt des Optimierens der lokalen Stromkostenfunktion in einer Einheit (4, 5, 6, 7) unabhängig ist von der lokalen Stromkostenfunktion (c_d) der Einheit (4, 5, 6, 7) und/oder des Stromverbrauchsprofils der Einheit (4, 5, 6, 7) jeweils bezogen auf einen vorhergehenden Zeitschlitz.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das außerdem für mindestens eine Einheit (13, 14) einer Gruppe (2, 3) aufweist: Bereitstellen in der zugewiesenen Sammelknoteneinheit (11, 12) der lokalen Stromkostenfunktion (c_d) der mindestens einen Einheit (4, 5, 6, 7) und/oder des Stromverbrauchsprofils der mindestens einen Einheit (4, 5, 6, 7) in Bezug auf den vorbestimmten Zeitschlitz.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das außerdem aufweist: Ändern einer Zuweisung einer Einheit (4, 5, 6, 7) von einer ersten Gruppe zu einer zweiten Gruppe.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Optimieren ein Minimieren einer globalen Kostenfunktion für das Zuteilen von Energie an die Einheiten (4, 5, 6, 7) in Abhängigkeit von den gesammelten Daten aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Sammeln ein Kombinieren der lokalen Stromkostenfunktionen (c_d) der Einheiten (4, 5, 6, 7) und/oder der Stromverbrauchsprofile der Einheiten (4, 5, 6, 7) für das Erhalten einer Gruppenkostenfunktion oder eines Gruppenstromverbrauchsprofils aufweist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schritte: Übertragen von lokalen Stromkostenfunktionen (c_d) der Einheiten (4, 5, 6, 7) und/oder der Stromverbrauchsprofile der Einheiten (4, 5, 6, 7) in Bezug auf einen vorbestimmten Zeitschlitz an die zugeordnete Sammelknoteneinheit (8, 9); Erzeugen gesammelter Daten in Abhängigkeit von den empfangenen lokalen Stromkostenfunktionen (c_d) und/oder den Stromverbrauchsprofilen; Übertragen der gesammelten Daten an die zentrale Verarbeitungseinheit (10); Optimieren der globalen Kostenfunktion für das Zuteilen von Energie an die Einheiten (4, 5, 6, 7) in Abhängigkeit von den gesammelten Daten; Erzeugen der Optimierungsdaten für jede Einheit (4, 5, 6, 7) in der zentralen Verarbeitungseinheit (10); Übertragen der Optimierungsdaten über die Sammelknoteneinheiten (8, 9) an die Einheiten (4, 5, 6, 7); und Optimieren der lokalen Stromkostenfunktionen (c_d) in Abhängigkeit von den Optimierungsdaten iterativ durchgeführt werden.
12. System (1) für das Zuteilen von Energie, das aufweist: eine Vielzahl von Einheiten (4, 5, 6, 7), wobei jede Einheit (4, 5, 6, 7) so eingerichtet ist, dass sie Energie verbraucht, speichert und/oder einspeist, und jede Einheit (4, 5, 6, 7) einer Gruppe (2, 3) von Einheiten zugewiesen ist; eine jeweilige Sammelknoteneinheit (8, 9), die jeder Gruppe (2, 3) von Einheiten (4, 5, 6, 7) zugewiesen ist; und eine zentrale Verarbeitungseinheit (10) für ein Optimieren einer globalen Kostenfunktion für das Zuteilen von Energie an die Einheiten (4, 5, 6, 7); wobei die Einheiten (4, 5, 6, 7) zum Austausch von Daten mindestens vorübergehend mit der zugeordneten zentralen Verarbeitungseinheit (8, 9) verbunden sind, und die Sammelknoteneinheit (8, 9) zum Austausch von Daten mindestens vorübergehend mit der zentralen Verarbeitungseinheit (10) verbunden ist, und wobei die Sammelknoteneinheit (8, 9) so eingerichtet ist, dass sie Daten sammelt, die sie von den Einheiten (4, 5, 6, 7) empfängt, und die gesammelten Daten an die zentrale Verarbeitungseinheit (10) überträgt.
13. System (1) nach Anspruch 1, wobei das System (1) so umgesetzt wird, dass es ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausführt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Einheiten mindestens aus der Gruppe sind, zu der Elektrofahrzeuge, Heizeinheiten, Pumpeinheiten, Klimatisierungseinheiten, Akkus, Schwungräder und Haushaltsgeräte gehören.
15. Computerprogrammprodukt für ein Zuteilen von Energie an eine Vielzahl von Einheiten (4, 5, 6, 7), wobei jede Einheit (4, 5, 6, 7) so eingerichtet ist, dass sie Energie verbraucht, speichert und/oder einspeist, wobei das Computerprogrammprodukt ein computerlesbares Speichermedium aufweist, das einen darin eingebundenen computerlesbaren Programmcode enthält, wobei der computerlesbare Programmcode einen computerlesbaren Programmcode aufweist, der so konfiguriert ist, dass er den Einheiten Energie zuteilt; wobei es die Schritte umsetzt: Zuweisen jeder Einheit (4, 5, 6, 7) zu einer Gruppe (2, 3) von Einheiten; Zuweisen einer Sammelknoteneinheit (8, 9) zu jeder Gruppe (2, 3) von Einheiten; Übertragen lokaler Stromkostenfunktionen (c_d) der Einheiten (4, 5, 6, 7) und/oder von Stromverbrauchsprofilen der Einheiten (4, 5, 6, 7) für eine Auswahl von Einheiten (4, 5, 6, 7) in Bezug auf einen vorbestimmten Zeitschlitz an die zugewiesene Sammelknoteneinheit (8, 9); Erzeugen gesammelter Daten in der Sammelknoteneinheit (8, 9) in Abhängigkeit von den empfangenen lokalen Stromkostenfunktionen (c_d) und/oder Stromverbrauchsprofilen; Übertragen der gesammelten Daten an eine zentrale Verarbeitungseinheit (10); Optimieren einer globalen Kostenfunktion in der zentralen Verarbeitungseinheit (10) für das Zuteilen von Strom an die Einheiten (4, 5, 6, 7) in Abhängigkeit von den gesammelten Daten.

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