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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse von Versorgungsnetzen innerhalb eines Versorgungsgebietes, insbesondere von Versorgungsnetzen, die Einheiten innerhalb eines Versorgungsgebietes mit Ressourcen, wie beispielsweise Strom, Wasser oder Gas, versorgen.
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Versorgungsnetzwerke versorgen unterschiedliche Objekte oder Einheiten innerhalb eines Versorgungsgebietes, beispielsweise eines urbanen Versorgungsgebietes, mit unterschiedlichen notwendigen Ressourcen. Versorgungsnetze bilden einen Teil der Infrastruktur eines Versorgungsgebietes, insbesondere eines städtischen bzw. urbanen Versorgungsgebietes. Beispielsweise versorgt ein Stromversorgungsnetzwerk die Verbraucher innerhalb des Versorgungsgebietes mit elektrischem Strom bzw. elektrischer Leistung. Weiterhin versorgt beispielsweise ein Gasversorgungsnetzwerk Verbraucher, beispielsweise Haushalte, mit Gas zum Betrieb von Heizung oder Herd. Weitere Beispiele für Versorgungsnetze sind Wasserversorgungsnetze, die Verbraucher mit Kühlwasser, Heizwasser oder Trinkwasser versorgen. Die Versorgungsnetze enthalten Versorgungsleitungen, welche die jeweilige Ressource, d.h. beispielsweise Wasser, Fernwärme, Fernkälte, Gas oder Strom, transportieren bzw. leiten. Weiterhin umfassen die Versorgungsnetze Einheiten zur Verteilung der Ressource über Versorgungsleitungen sowie zur Einspeisung und Abzweigung der jeweiligen Ressource. Verschiedene Versorgungsnetzeinheiten eines Versorgungsnetzes sind über Leitungen des jeweiligen Versorgungsnetzes miteinander verbunden bzw. verknüpft und stellen einen Knoten des Versorgungsnetzes dar. Die Planung und der Betrieb von Versorgungsnetzen wird zunehmend komplexer. Die Gründe hierfür sind einerseits der vermehrte Einsatz von alternativen Quellen zur Ressourcen-, insbesondere Energiegewinnung, und Ressourcenumwandlung, und andererseits der Übergang von zentralisierter Ressourcenerzeugung auf verteilte Ressourcenerzeugung innerhalb des Versorgungsnetzes. Weiterhin werden die in Versorgungsnetzen eingesetzten Komponenten technologisch zunehmend komplexer. Die Abhängigkeiten bzw. Beziehungen zwischen den unterschiedlichen Versorgungsnetzen innerhalb eines Versorgungsgebietes nehmen zu, da die Beeinträchtigung oder der partielle Ausfall eines Versorgungsnetzes z.T. starke Auswirkungen auf die Funktionalität und die Leistungsfähigkeit eines anderen Versorgungsnetzwerkes haben kann. Fällt beispielsweise das elektrische Stromversorgungsnetzwerk innerhalb eines Versorgungsgebietes, beispielsweise eines Stadtgebietes, aus, können elektrische Pumpen innerhalb des betroffenen Versorgungsgebietes nicht weiter mit elektrischem Strom versorgt werden, sodass das Wasserversorgungsnetzwerk innerhalb des Gebietes ebenfalls teilweise ausfällt oder zumindest dessen Leistungsfähigkeit zur Versorgung von Verbrauchern mit Wasser abnimmt. Wird dieses Wasser wiederum zum Kühlen von Komponenten weiterer Versorgungsnetzwerke verwendet, kann der Rückgang der Wasserversorgung wiederum weitere Versorgungsnetzwerke beeinträchtigen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse von Versorgungsnetzen innerhalb eines Versorgungsgebietes zu schaffen, das Abhängigkeiten zwischen Versorgungsnetzen aufzeigt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zur Analyse von Versorgungsnetzen innerhalb eines Versorgungsgebietes mit den Schritten:
Bereitstellen eines integrierten Datenmodells für das Versorgungsgebiet, das für jedes darin vorgesehene Versorgungsnetz einen Datenmodellsatz von Datenmodellen unterschiedlichen Datenmodelltyps umfasst; und
Auswerten von Ereignissen oder Situationen, die in verschiedenen Versorgungsnetzen oder übergreifend über verschiedene Versorgungsnetze des Versorgungsgebietes auftreten, zur Ermittlung von Abhängigkeiten zwischen den betroffenen Versorgungsnetzen auf Basis des integrierten Datenmodells, die entweder zur Formalisierung analytischer Muster herangezogen werden oder zur Erkennung anwendungsspezifischer Zustände des Versorgungsnetzes verwendet werden (Anwendung der analytischen Muster).
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nach Erhalt einer Auswertungsanfrage hierfür relevante Ereignisse oder Situationen auf Basis von geeigneten Datenmodellen der betroffenen Versorgungsnetze durch eine Auswerteeinheit ausgewertet.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die in den Versorgungsnetzen auftretenden Ereignisse oder Situationen durch Sensoren erfasst, die Ereignisdaten bzw. Laufzeitdaten liefern, welche in einem Datenspeicher zwischengespeichert werden.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liest die Auswerteeinheit nach Erhalt einer Auswerteanfrage Laufzeitdaten von für die Auswerteanfrage relevanten Ereignissen aus dem Datenspeicher aus und nimmt auf Basis von Datenmodellen der von den Ereignissen betroffenen Versorgungsnetze mit geeignetem Datenmodelltyp eine Auswertung der ausgelesenen Laufzeitdaten zur Ermittlung eines Auswerteergebnisses für die jeweilige Auswerteanfrage vor.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liest die Auswerteeinheit die Datenmodelle der betroffenen Versorgungsnetzwerke aus einem Datenspeicher aus, die das integrierte Datenmodell für das Versorgungsgebiet speichert.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der in dem integrierten Datenmodell enthaltene Datenmodellsatz eines Versorgungsnetzes mindestens ein graphenbasiertes topologisches Datenmodell, welches die Topologie des jeweiligen Versorgungsnetzes angibt.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der in dem integrierten Datenmodell enthaltene Datenmodellsatz eines Versorgungsnetzes mindestens ein geographisches räumliches Datenmodell, welches die räumliche Vernetzung und Ausdehnung des jeweiligen Versorgungsnetzes innerhalb des Versorgungsgebietes angibt.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der in dem integrierten Datenmodell enthaltene Datenmodellsatz eines Versorgungsnetzes mindestens ein Simulationsdatenmodell zur Simulation eines Verhaltens des jeweiligen Versorgungsnetzes.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das graphenbasierte topologische Datenmodell eines Versorgungsnetzes Knoten zur Wiedergabe von Versorgungsnetzeinheiten sowie Kanten zur Angabe von Versorgungsnetzleitungen des Versorgungsnetzes auf.
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Das graphenbasierte topologische Datenmodell ist vorzugsweise mit charakteristischen physikalisch relevanten Informationen bzw. Daten angereichert, insbesondere Leitungskapazität, Leitungswiderstand, Leitungswirkungsgrad und/oder Leitungsdurchmesser.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens korreliert die Auswerteeinheit nach Erhalt einer Auswerteanfrage Ereignisse, die in verschiedenen Versorgungsnetzen innerhalb des Versorgungsgebietes auftreten, miteinander zur Ermittlung von Beziehungen, einschließlich kausaler Abhängigkeiten, zwischen den Versorgungsnetzen auf Basis der Datenmodellsätze der betroffenen Versorgungsnetze, wobei die Beziehungen als Auswerteergebnisse ausgegeben werden.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens versorgen die Versorgungsnetze Einheiten innerhalb des Versorgungsgebietes mit Ressourcen, insbesondere mit Strom, Wasser, Fernwärme, Fernkälte oder Gas.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden statische und/oder dynamische Daten der Versorgungsnetze zur Ermittlung der Abhängigkeiten zwischen den Versorgungsnetzen innerhalb des Versorgungsgebietes ausgewertet.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ermittelte Abhängigkeiten zwischen den Versorgungsnetzen als Ergebnis einer Auswertung in einem analytischen Muster formalisiert und können danach zur musterspezifischen Auswertung von Laufzeitdaten verwendet werden.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die von der Auswerteeinheit berechneten Auswerteergebnisse über eine Nutzerschnittstelle an einen Nutzer ausgegeben.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die von der Auswerteeinheit berechneten Auswerteergebnisse über eine Datenschnittstelle an mindestens eine Steuereinheit eines Versorgungsnetzes übertragen, die in Abhängigkeit der übertragenen Auswerteergebnisse mindestens einen Aktor innerhalb des jeweiligen Versorgungsnetzes ansteuert.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Analyse der Versorgungsnetze während der Planung der Versorgungsnetze.
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Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Analyse der Versorgungsnetze während des laufenden Betriebs der Versorgungsnetze.
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Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Analyse von Versorgungsnetzen innerhalb eines Versorgungsgebietes mit den in Patentanspruch 15 angegebenen Merkmalen.
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Die Erfindung schafft demnach eine Vorrichtung zur Analyse von Versorgungsnetzen innerhalb eines Versorgungsgebietes mit:
einem Datenspeicher zur Bereitstellung eines integrierten Datenmodells für das Versorgungsgebiet,
wobei das integrierte Datenmodell für jedes in dem Versorgungsgebiet vorgesehene Versorgungsnetz einen Datenmodellsatz von Datenmodellen unterschiedlichen Datenmodelltyps aufweist, und mit
einer Auswerteeinheit, die Ereignisse, welche in verschiedenen Versorgungsnetzen des Versorgungsgebietes auftreten, zur Ermittlung von Abhängigkeiten zwischen den betroffenen Versorgungsnetzen auf Basis des integrierten Datenmodells auswertet.
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Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analyse von Versorgungsnetzen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analyse von Versorgungsnetzen innerhalb eines Versorgungsgebietes;
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2 ein einfaches Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Analyse von Versorgungsnetzen innerhalb eines Versorgungsgebietes;
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3 ein weiteres Blockschaltbild zur Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analyse von Versorgungsnetzen;
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4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analyse von Versorgungsnetzen.
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Wie man bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Analyse von Versorgungsnetzen innerhalb eines Versorgungsgebietes erkennen kann, weist die Vorrichtung 1 im Wesentlichen einen Datenspeicher 2 und eine Auswerteeinheit 3 auf. Der Datenspeicher 2 stellt ein integriertes Datenmodell für ein Versorgungsgebiet VG, beispielsweise ein urbanes städtisches Versorgungsgebiet, bereit. Dieses integrierte Datenmodell umfasst für jedes in dem Versorgungsgebiet VG vorgesehene Versorgungsnetz VN einen Datenmodellsatz von Datenmodellen unterschiedlichen Datenmodelltyps. Beispielsweise können in einem urbanen städtischen Versorgungsgebiet mehrere unterschiedliche Versorgungsnetze VN vorgesehen sein. Diese Versorgungsnetze VN umfassen beispielsweise ein Stromversorgungsnetz, ein Wasserversorgungsnetz oder ein Gasversorgungsnetz. Für jedes dieser verschiedenen Versorgungsnetze wird in dem integrierten Datenmodell, welches im Datenspeicher 2 abgespeichert ist, ein Datenmodellsatz von Datenmodellen unterschiedlichen Datenmodelltyps gespeichert. Der in dem integrierten Datenmodell enthaltene Datenmodellsatz eines Versorgungsnetzes, beispielsweise eines Stromversorgungsnetzes, eines Wasserversorgungsnetzes oder eines Gasversorgungsnetzes, umfasst vorzugsweise mindestens ein graphenbasiertes topologisches Datenmodell, welches die Topologie des jeweiligen Versorgungsnetzes VN angibt. Weiterhin umfasst der in dem integrierten Datenmodell enthaltene Datenmodellsatz eines Versorgungsnetzes vorzugsweise ferner mindestens ein geographisches räumliches Datenmodell, welches die räumliche Vernetzung und/oder Ausdehnung des jeweiligen Versorgungsnetzes innerhalb des Versorgungsgebietes angibt. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform umfasst der in dem integrierten Datenmodell enthaltene Datenmodellsatz eines Versorgungsnetzes ferner mindestens ein Simulationsdatenmodell zur Simulation eines Verhaltens des jeweiligen Versorgungsnetzes. Die verschiedenen Datenmodelle unterschiedlichen Datenmodelltyps werden für jedes Versorgungsnetzwerk VN innerhalb des Versorgungsgebietes VG in dem integrierten Datenmodell bereitgestellt. Dieses integrierte Datenmodell ist im Datenspeicher 2, wie in 1 dargestellt, abgelegt. Bei einer möglichen Ausführungsform ist das integrierte Datenmodell bzw. die darin enthaltenen Datenmodellsätze und deren Datenmodelle unterschiedlichen Datenmodelltyps über eine Konfigurationsschnittstelle konfigurierbar.
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Die Vorrichtung 1 weist die Auswerteeinheit 3 auf, bei der es sich um eine Datenverarbeitungseinheit mit einem oder mehreren Prozessoren handeln kann. Die Auswerteeinheit 3 wertet Ereignisse oder Situationen, welche in verschiedenen Versorgungsnetzen VN des Versorgungsgebietes VG auftreten, zur Ermittlung von Abhängigkeiten zwischen den betroffenen Versorgungsnetzen auf Basis des integrierten Datenmodells aus. Diese Abhängigkeiten werden vorzugsweise in Form analytischer Muster formalisiert. Solche Abhängigkeiten zwischen den Versorgungsnetzen VN sind beispielsweise relevant bei einer ganzheitlichen Optimierung der unterschiedlichen Versorgungsnetze VN zu deren Effizienzsteigerung, zur Verbesserung und Anpassung der Netzinfrastruktur, zur versorgungsnetzübergreifenden Überwachung und Diagnose einschließlich der Behebung fehlerhafter Netzzustände. Weiterhin können solche Abhängigkeiten einer ganzheitlichen Betrachtung von Verbrauchsdaten zur Verbesserung des Netzbetriebes dienen.
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Die ermittelten analytischen Muster können zur Laufzeit in Anwendungsfällen angewendet werden. Diese Anwendungsfälle sind beispielsweise die Ableitung einer Netzbetriebsstrategie auf Basis aktueller Verbrauchsdaten, die Fehlererkennung, Fehlervermeidung und Fehlerbehebung von Fehlern in Versorgungsnetzen VN oder die marktbasierte Bereitstellung von Ressourcen, insbesondere die Einspeisung von Elektrizität oder Fernwärme. Weitere Anwendungsfälle sind die Früherkennung von Versorgungsnetzmanipulationen, die Entwicklung von Gebäude-Benchmarks und die Optimierung von Verbrauch und Erzeugung von Ressourcen während des laufenden Betriebes.
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Bei einer möglichen Ausführungsform wertet die Auswerteeinheit 3 nach Erhalt einer Auswerteanfrage (Query) AA hierfür relevante Ereignisse oder Situationen auf Basis von geeigneten Datenmodellen der betroffenen Versorgungsnetze VN aus. Bei einer möglichen Ausführungsform wird die Auswerteanfrage AA durch einen Nutzer über eine Nutzerschnittstelle eingegeben. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Auswerteanfrage AA durch eine in einem Versorgungsnetzwerk VN vorgesehene Komponente, insbesondere Steuereinheit, automatisch generiert und an die Auswerteeinheit 3 der Vorrichtung 1 über ein Datennetz übertragen. Die in den Versorgungsnetzen VN auftretenden Ereignisse werden bei einer möglichen Ausführungsform durch Sensoren erfasst, die Ereignisdaten bzw. Laufzeitdaten liefern, die in einem Datenspeicher zwischengespeichert werden. Alternativ können die Ereignisse auch über eine Nutzerschnittstelle von einem Nutzer eingegeben werden, der Ereignisse in Versorgungsnetzen VN beobachtet. Bei einer möglichen Ausführungsform liest die Auswerteeinheit 3 der Vorrichtung nach Erhalt der Auswerteanfrage AA Ereignisdaten bzw. Laufzeitdaten von für die Auswerteanfrage AA relevanten Ereignissen oder Situationen aus dem Datenspeicher aus und nimmt auf Basis von Datenmodellen der von den Ereignissen betroffenen Versorgungsnetze, die den geeigneten Datenmodelltyp aufweisen, eine Auswertung der aus dem Datenspeicher ausgelesenen Ereignisdaten zur Berechnung bzw. Ermittlung von Auswerteergebnissen AE für die jeweilige Auswerteanfrage AA vor. Die Datenmodelle der betroffenen Versorgungsnetzwerke VN werden dabei durch die Auswerteeinheit 3 aus der Datenspeicher 2 ausgelesen, in der das integrierte Datenmodell für das jeweilige Versorgungsgebiet VG abgespeichert ist. Das integrierte Datenmodell umfasst für jedes Versorgungsnetz VN einen Datenmodellsatz von Datenmodellen unterschiedlichen Datenmodelltyps, wobei der Datenmodellsatz bei einer möglichen Ausführungsform mindestens ein graphenbasiertes topologisches Datenmodell, ein geographisches räumliches Datenmodell sowie mindestens ein Simulationsdatenmodell beinhaltet. Bei einer möglichen Ausführungsform korreliert die Auswerteeinheit 3 der Vorrichtung 1 nach Erhalt einer Auswerteanfrage AA Ereignisse, die in verschiedenen Versorgungsnetzen VN innerhalb des Versorgungsgebietes auftreten, miteinander zur Ermittlung von Beziehungen zwischen den Versorgungsnetzen auf Basis der ausgelesenen Datenmodellsätze der betroffenen Versorgungsnetze. Die ermittelten Beziehungen umfassen insbesondere kausale Abhängigkeiten zwischen den verschiedenen Versorgungsnetzen VN. Die von der Auswerteeinheit 3 ermittelten Beziehungen werden bei einer möglichen Ausführungsform als Auswerteergebnisse AE über eine Nutzerschnittstelle an einen Nutzer oder über eine Datenschnittstelle über eine Steuereinheit eines Versorgungsnetzes übertragen bzw. ausgegeben oder in einem analytischen Muster formalisiert und zur Auswertung von Laufzeitdaten zur Anwendung gebracht. Bei einer möglichen Ausführungsform werden statische und/oder dynamische Daten der verschiedenen Versorgungsnetze VN zur Ermittlung der Abhängigkeiten zwischen den Versorgungsnetzen innerhalb des Versorgungsgebietes VG durch die Auswerteeinheit 3 der Vorrichtung 1 ausgewertet. Die Analyse der Versorgungsnetze bzw. die Analyse der Ereignisse erfolgt bei einer möglichen Ausführungsform in einer Planungsphase zur Planung eines Versorgungsnetzes VN innerhalb des Versorgungsgebietes VG. Bei einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Analyse der Versorgungsnetze bzw. der Ereignisse während des laufenden Betriebes der Versorgungsnetze innerhalb des Versorgungsgebietes.
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2 zeigt ein einfaches Ablaufdiagramm zur Darstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Analyse von Versorgungsnetzen VN innerhalb eines Versorgungsgebietes.
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In einem ersten Schritt S1 wird ein integriertes Datenmodell für das Versorgungsgebiet VG bereitgestellt. Das integrierte Datenmodell umfasst dabei für jedes in dem Versorgungsgebiet vorgesehene Versorgungsnetz ein Datenmodellsatz von Datenmodellen unterschiedlichen Datenmodelltyps.
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In einem weiteren Schritt S2 werden Ereignisse oder Situationen, die in verschiedenen Versorgungsnetzen des Versorgungsgebietes auftreten, zur Ermittlung von Abhängigkeiten zwischen den betroffenen Versorgungsnetzen auf Basis des bereitgestellten integrierten Datenmodells ausgewertet. Bei einer möglichen Ausführungsform werden die in den Versorgungsnetzen auftretenden Ereignisse durch Sensoren erfasst, welche Ereignisdaten oder Laufzeitdaten liefern, welche in einem Datenspeicher zwischengespeichert werden. Nach Erhalt einer Auswerteanfrage AA werden dann anschließend Ereignisdaten von für die jeweilige Auswerteanfrage relevanten Ereignissen aus dem Datenspeicher ausgelesen und auf Basis von Datenmodellen der von den Ereignissen betroffenen Versorgungsnetze VN mit geeignetem Datenmodelltyp ausgewertet. Die unterschiedlichen Datenmodelltypen umfassen beispielsweise graphenbasierte topologische Datenmodelle, geographische räumliche Datenmodelle sowie numerische Simulationsdatenmodelle der Versorgungsnetze VN.
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Die Auswertung der Ereignisse im Schritt S2 erfolgt bei einer möglichen Ausführungsform in einer Planungsphase eines Versorgungsnetzes. In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Analyse der Versorgungsnetze während des laufenden Betriebs der Versorgungsnetze. Bei einer möglichen Ausführungsform werden im Schritt S2 Ereignisse, die in verschiedenen Versorgungsnetzen VN innerhalb des Versorgungsgebietes VG auftreten, zur Ermittlung von Relationen bzw. Beziehungen zwischen den verschiedenen Versorgungsnetzen auf Basis der Datenmodellsätze der betroffenen Versorgungsnetze miteinander korreliert. Die Beziehungen umfassen insbesondere kausale Abhängigkeiten oder Abhängigkeitskaskaden, die als Auswerteergebnisse AE ausgegeben werden können. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anschließend die Auswerteergebnisse AE über eine Nutzerschnittstelle an einen Nutzer ausgegeben. Alternativ können die Auswerteergebnisse AE auch über eine Datenschnittstelle an mindestens eine Steuereinheit eines Versorgungsnetzes VN übertragen werden, wobei die Steuereinheit in Abhängigkeit der erhaltenen Auswerteergebnisse mindestens einen Aktor innerhalb des jeweiligen Versorgungsnetzes VN ansteuert. Alternativ können die Auswerteergebnisse AE auch in einem analytischen Muster formalisiert und später bei der Auswertung von Laufzeitdaten zur Anwendung gebracht werden.
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3 zeigt ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ausführungsform, bei der mindestens ein Aktor eines Versorgungsnetzes VN in Abhängigkeit der Auswerteergebnisse AE angesteuert werden kann. Wie in 3 dargestellt, erhält die Auswerteeinheit 3 über eine Nutzerschnittstelle 4 eine Auswerteanfrage AA von einem Nutzer N. Die Nutzer können beispielsweise Mitarbeiter des Versorgungsnetzwerkbetreibers oder eines Planungsbüros sein. Der Auswerteeinheit 4 wird über eine interne Datenschnittstelle ein integriertes Datenmodell für das jeweilige Versorgungsgebiet VG bereitgestellt. Die Auswerteeinheit 4 wertet Ereignisse, welche in verschiedenen Versorgungsnetzen VN des Versorgungsgebietes VG auftreten, zur Ermittlung von Relationen bzw. Abhängigkeiten zwischen den betroffenen Versorgungsnetzen auf Basis des bereitgestellten integrierten Datenmodells aus. Hierzu werden beispielsweise Ereignisse bzw. Ereignisdaten miteinander durch die Auswerteeinheit 3 korreliert, um Abhängigkeiten bzw. Relationen zwischen verschiedenen Versorgungsnetzen zu erkennen. Die ermittelten Abhängigkeiten können bei einer möglichen Ausführungsform über die Nutzerschnittstelle 4 als Auswerteergebnis AE ausgegeben werden.
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Wie in 3 dargestellt, wertet die Auswerteeinheit 3 bei einer möglichen Ausführungsform Ereignisdaten bzw. Laufzeitdaten aus einem dafür vorgesehenen Datenspeicher 5 aus. Der Datenspeicher 5 dient zur Zwischenspeicherung von Ereignisdaten bzw. Laufzeitdaten LD, welche bei einer möglichen Ausführungsform von Sensoren 6-1, 6-2, 6-n geliefert werden, die in denselben oder unterschiedlichen Versorgungsnetzen VN vorgesehen sind. Wie in 3 dargestellt, kann die Auswerteeinheit 3 die Auswerteergebnisse AE bei einer möglichen Ausführungsform über eine Datenschnittstelle 7 an eine oder mehrere Steuereinheiten 8 ausgeben, die in Abhängigkeit von den Auswerteergebnissen AE Steuersignale CRTL generiert, um beispielsweise Aktoren 9-1, 9-2, 9-n innerhalb derselben oder verschiedener Versorgungsnetzwerke anzusteuern.
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4 zeigt schematisch mehrere Versorgungsnetzwerke VN zur Verdeutlichung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei dem in 4 dargestellten Beispiel befinden sich in einem Versorgungsgebiet VG drei verschiedene Versorgungsnetze, nämlich ein erstes Versorgungsnetz VN1 zur Versorgung des Gebietes mit Elektrizität, ein zweites Versorgungsnetz VN2 zur Versorgung des Gebietes mit Naturgas und ein drittes Versorgungsnetz VN3 zur Versorgung des Gebietes mit Wärme. Die drei Versorgungsnetze VN1, VN2, VN3 befinden sich in demselben Versorgungsgebiet VG, beispielsweise einem urbanen Versorgungsgebiet. Verschiedene Einheiten der Versorgungsnetze VN werden in einem Multigraphen dargestellt, der die Topologie der verschiedenen Versorgungsnetze wiedergibt. Verschiedenartige Einheiten der Versorgungsnetze, wie beispielsweise Gebäude, Stationen, Messeinheiten oder sonstige Objekte werden dabei als Knoten dargestellt, während Verbindungsleitungen zwischen diesen Einheiten als Kanten des Graphen dargestellt sind. Beispielsweise kann bei einem elektrischen Versorgungsnetzwerk jeder Knoten einen von drei Typen von Netzwerkeinheiten darstellen, nämlich einen Stromverbraucher, beispielsweise ein Gebäude, einen Stromerzeuger, beispielsweise ein Kraftwerk, oder einen sogenannten Prosumer, der sowohl Strom erzeugt als auch Strom verbraucht, beispielsweise ein Haushalt mit Verbrauchern, der über eine Photovoltaikanlage verfügt. Einige Netzeinheiten bzw. Knoten können zu einem einzigen Versorgungsnetzwerk VN gehören, während andere der Netzeinheiten bzw. Knoten gleichzeitig zu verschiedenen Versorgungsnetzen gehören, beispielsweise ein Energieumwandlungssystem. Diese Knoten stellen hybride Knoten dar. Beispielsweise kann eine Einheit Naturgas verbrauchen und gleichzeitig Elektrizität oder Wärme erzeugen. Die Hybridknoten stellen somit Verknüpfungspunkte zwischen den unterschiedlichen Versorgungsnetzwerken VN dar. In 4 ist beispielsweise ein CHP-Knoten dargestellt (CHP: Combined Heat and Power Plant), der einerseits durch ein Gasversorgungsnetz VN2 mit Naturgas versorgt wird, Strom in das Elektrizitätsversorgungsnetzwerk VN1 einspeist und gleichzeitig Wärme für das Wärmeversorgungsnetz VN3 liefert. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können im Datenspeicher zusätzlich technische Parameter für verschiedene Netzwerkobjekte der verschiedenen Versorgungsnetzwerke VN abgespeichert sein. Diese technischen Parameter umfassen beispielsweise die Leitungslängen der Versorgungsleitungen oder Charakteristiken der verschiedenen Substationen innerhalb des Versorgungsnetzwerkes. Bei einer möglichen Ausführungsform werden diese technischen Parameter als Attribute gespeichert. In jedem von dem in 4 dargestellten Multigraphen-Datenmodell können beispielsweise in einem geographischen Informationssystem GIS Abstandsdaten bzw. Raumdaten für jede Netzwerkkomponente abgelegt sein. Diese spatialen bzw. Raumdaten umfassen beispielsweise die Koordinaten von Netzwerkeinheiten oder die Längen von Verbindungen bzw. Leitungen.
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Für jedes Versorgungsnetz VN ist vorzugsweise ein Datenmodellsatz mit Datenmodellen unterschiedlichen Datentyps vorgesehen. Datenmodelle können mit unterschiedlichen Paradigmen ausgedrückt werden, beispielsweise graphische Datenmodelle, semantische Datenmodelle oder numerische Datenmodelle. Jedes Datenmodell deckt dabei bestimmte Aspekte hinsichtlich eines oder verschiedener Versorgungsnetzwerke ab. Beispielsweise decken spatiale Datenmodelle, wie beispielsweise GIS, bestimmte geographische Aspekte der Versorgungsnetze ab, nämlich die Koordinaten der Netzwerkobjekte sowie geometrische Details verschiedener Netzwerkeinheiten. Demgegenüber decken graphische Datenmodelle die topologische Struktur des Verteilungsnetzwerkes ab. Weiterhin erlauben numerische Simulationsmodelle, das Verhalten eines Versorgungsnetzes zu beschreiben, beispielsweise infolge eines Ereignisses. Weiterhin können zur Auswertung statistische Datenmodelle herangezogen werden. Für unterschiedliche Auswerteanfragen AA eignen sich unterschiedliche Datenmodelltypen. Beispielsweise zum Auffinden eines kürzesten Pfades zwischen zwei Netzwerkobjekten ist es einfacher, graphenbasierte Datenmodelle auszuwerten als spatiale oder relationale Datenmodelle. Umgekehrt, um beispielsweise ein Objekt in der Nähe eines anderen Objektes, beispielsweise eines Gebäudes, zu lokalisieren bzw. aufzufinden, eignen sich eher spatiale Datenmodelle. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise verschiedene Kombinationen dieser Datenmodellparadigmen miteinander kombiniert, um für die jeweilige Auswerteanfrage AA in möglichst kurzer Rechenzeit geeignete Auswerteergebnisse AE zu berechnen. Beispielsweise ist es möglich, durch Kombination eines graphenbasierten Datenmodells sowie Messdaten von Messsensoren Korrelationen bzw. kausale Abhängigkeiten innerhalb eines Versorgungsnetzwerkes VN und zwischen unterschiedlichen Versorgungsnetzwerken zu detektieren. Mithilfe des graphischen Datenmodells ist es möglich, zu detektieren bzw. zu ermitteln, welche Objekte in den Versorgungsnetzen miteinander physisch verbunden sind und daher Abhängigkeiten in ihrer Funktionsweise aufweisen können. In ähnlicher Weise können spatiale oder graphische Datenmodelle zur Planung von Netzwerkerweiterungen herangezogen werden. Weiterhin ist es möglich, die Verletzbarkeit bzw. Anfälligkeit eines Versorgungsnetzwerkes gegenüber bestimmten Ereignissen zu analysieren und die Konsequenzen von Netzwerkausfällen zu ermitteln. Veränderungen in den Versorgungsnetzen VN können in geänderten graphischen und spatialen Datenmodellen abgebildet werden, indem man beispielsweise zusätzliche Objekte bzw. Netzwerkeinheiten in das Datenmodell einfügt. Weiterhin ist es möglich, statische und/oder dynamische Daten der verschiedenen Versorgungsnetze VN zur Ermittlung der Abhängigkeit zwischen den Versorgungsnetzen VN innerhalb des Versorgungsgebietes VG auszuwerten. Graphische Daten umfassen beispielsweise Daten hinsichtlich der geographischen Topologie, Hauptkonfigurationen von Versorgungsnetzen, beispielsweise Gebäudetypen oder Durchmesser von Versorgungsleitungen. Dynamische Daten umfassen beispielsweise Belastungsprofile oder sonstige numerische Ereignisdaten, die von Sensoren geliefert werden. Mithilfe des erfindungsgemäßen Analyseverfahrens ist es möglich, unterschiedliche Kategorien von Fehlern bzw. Fehlerursachen zu ermitteln. Ein auftretender Fehler oder Ausfall in zwei verschiedenen Versorgungsnetzen kann auf einer gemeinsamen Fehlerursache beruhen oder durch Kaskadierung bzw. eine kausale Abhängigkeit zwischen den beiden Versorgungsnetzen entstehen. Bei einer Naturkatastrophe, beispielsweise bei einem Erdbeben, sind Versorgungsnetzwerke VN innerhalb desselben Versorgungsgebietes VG gleichzeitig unabhängig von Verknüpfungen zwischen den Versorgungsnetzwerken betroffen. Umgekehrt kann bei verknüpften Versorgungsnetzwerken die Störung innerhalb eines Versorgungsnetzwerkes VN eine Kettenreaktion weiterer Störungen bzw. Ausfälle in anderen verknüpften abhängigen Versorgungsnetznetzwerken VN hervorrufen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, derartige Kausalitätsketten aufzufinden und bei der Planung und dem Betrieb der Versorgungsnetze VN zu berücksichtigen. Hierdurch können Schwachstellen und Engpässe innerhalb von Versorgungsnetzwerken VN erkannt und vermieden werden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben einen Gesamtüberblick über alle Versorgungsnetzwerke und können Auswerteanfragen AA hinsichtlich geographischer, topologischer und historischer Aspekte der Versorgungsnetzwerke beantworten. Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung die gezielte Wartung von Versorgungsnetzen zur Vermeidung von Versorgungsstörungen gefördert werden. So kann beispielsweise ermittelt werden, welche Netzwerkeinheiten des Versorgungsnetzes für die Funktionsweise dieses Versorgungsnetzwerkes für die Funktionsweise weiterer Versorgungsnetze besonders wichtig bzw. kritisch sind, sodass diese Netzwerkeinheiten besonders gut gewartet bzw. zeitnah repariert werden. Weiterhin erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung Vorhersageanalysen von Netzwerkbedingungen, insbesondere wie sich Funktionsstörungen in einem Versorgungsnetzwerk und anderen Versorgungsnetzwerken auswirken. Weiterhin erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung, in vielen Fällen verschiedene Versorgungsnetzwerke in besonders effizienter Weise möglichst ausfallsicher zu betreiben.
