DE102016110716A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Entladeleistung für eine Speichereinheit - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Entladeleistung für eine Speichereinheit Download PDF

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Mathias Bünemann
Matthias Gröne
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur adaptiven Steuerung einer Entladeleistung Pbat(t) einer einem System (1) zugeordneten Speichereinheit (7), mit dem Ziel, eine von einem Energieversorgungsnetz (2) über einen Netzanschlusspunkt (15) des Systems (1) innerhalb eines Mittelungsintervalls ΔtMI bezogene elektrische Energie ΔENAP auf einen Zielwert EZiel zu begrenzen. Dabei weist das Mittelungsintervall ΔtMI gemäß ΔtMI = tEnd – tAnf einen Anfangszeitpunkt tAnf, einen Endzeitpunkt tEnd und eine Mehrzahl von innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI angeordneten Zeitpunkten ti mit (i = 1...n) gemäß tAnf ≤ ti ≤ tEnd auf. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Messen einer vom Energieversorgungsnetz (2) über den Netzanschlusspunkt (15) zu der Mehrzahl von Zeitpunkten ti (i = 1...n) bezogenen elektrischen Leistung PNAP(ti), – Bestimmung einer innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI über den Netzanschlusspunkt (15) zur aktuellen Zeit t bereits bezogenen elektrischen Energie ΔENAP(t) aus den Werten der zu den Zeitpunkten ti vom Energieversorgungsnetz (2) bezogenen elektrischen Leistung PNAP(ti) bereits erfolgter Messungen innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI, – Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit (7) während des Mittelungsintervalls ΔtMI in Abhängigkeit: – der Bestimmung der in dem Mittelungsintervall ΔtMI über den Netzanschlusspunkt (15) zur aktuellen Zeit t bereits bezogenen elektrischen Energie ΔENAP(t), – der in dem Mittelungsintervall ΔtMI liegenden aktuellen Zeit t, und – des Zielwertes EZiel für die vom Energieversorgungsnetz (2) bezogene elektrische Energie für das Mittelungsintervall ΔtMI. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Entladeleistung einer einem System zugeordneten Speichereinheit mit dem Ziel, einen Leistungsbezug des Systems aus einem öffentlichen Energieversorgungsnetz zu begrenzen. Insbesondere soll innerhalb eines Abrechnungszeitraums eine während eines Mittelungsintervalls von dem System bezogene Leistung auf einen vorgegebenen Zielwert EZiel begrenzt werden. Unter einem System ist hier ein System mit zumindest einem elektrischen Verbraucher, beispielsweise ein Haushalt, ein Gebäude oder ein Betrieb zu verstehen, das zur Versorgung des zumindest einen Verbrauchers über einen Netzanschlusspunkt mit dem öffentlichen Energieversorgungsnetz verbunden ist. Die Anmeldung offenbart weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • STAND DER TECHNIK
  • Systeme mit elektrischen Verbrauchern, beispielsweise Haushalte, zahlen ihre in einem Abrechnungszeitraum angefallenen Energiekosten an das jeweilige Energieversorgungsunternehmen. Die Energiekosten werden in regelmäßigen Zeitabständen, beispielsweise monatlich, abgerechnet. Die Rechnungen der Energiekosten sind üblicherweise gestaffelt und weisen einen Grundbetrag – z. B. zur Nutzung des vom Energieversorgungsunternehmen bereitgestellten Energieversorgungsnetzes – und einen Verbrauchsanteil auf, der der während des Abrechnungszeitraums insgesamt verbrauchten Energie zugeordnet ist. Oftmals weisen die Rechnungen auch einen weiteren Kostenanteil auf, der eine innerhalb des Abrechnungszeitraums maximal bezogene Leistung des Systems charakterisiert. Hierzu wird der Abrechnungszeitraumes in Mittelungsintervalle von z. B. jeweils 15 min aufgeteilt, während derer die durchschnittliche Leistung des Systems bestimmt wird. Das Maximum aller durchschnittlichen Leistungen eines Abrechnungszeitraums definiert dabei die Höhe dieses Rechnungsanteils und daher auch den insgesamt ausgewiesenen Rechnungsbetrag. Um die Energiekosten zu minimieren, sollten daher große Schwankungen der durchschnittlichen Leistung der Mittelungsintervalle und hohe Maxima innerhalb eines Abrechnungszeitraums vermieden werden. Insbesondere sollen die über den Netzanschlusspunkt geflossenen durchschnittlichen Leistungen der einzelnen Mittelungsintervalle unterhalb vordefinierter Zielwerte PZiel für die Leistung – oder gleichbedeutend – die während der Mittelungsintervalle jeweils bezogenen Energien unterhalb vordefinierter Zielwerte EZiel für die Energie liegen.
  • Ein System mit elektrischen Verbrauchern kann die über den Netzanschlusspunkt bezogene Leistung durch Verwendung eines lokalen Energiespeichers, z. B. einer Batterie – beeinflussen. In Zeiten, in denen die Verbraucher des Systems gerade übermäßig elektrische Leistung benötigen, wird diese – zumindest teilweise – von dem lokalen Energiespeicher bereitgestellt. Entsprechend wird der Energiespeicher in Zeiten mit nur geringem Leistungsbedarf der Verbraucher über das Energieversorgungsnetz geladen.
  • Bei Verwendung eines Energiespeichers bzw. einer Speichereinheit mit dem Ziel, die während eines Mittelungsintervalls bezogene elektrische Energie zu begrenzen, wird bisher ein Schwellwert für die Speichereinheit, der einen Übergang zwischen einem Laden und einem Entladen der Speichereinheit charakterisiert, manuell vorgegeben. So wird bei einer über den Netzanschlusspunkt fließenden elektrischen Leistung unterhalb des Schwellwertes die Speichereinheit geladen, während bei einer Leistung oberhalb des Schwellwertes die Speichereinheit entladen wird, um den Leistungsbezug aus dem Energieversorgungsnetz zu reduzieren. Bei einer manuellen Vorgabe des Schwellwertes können zwar historische Daten der über den Netzanschlusspunkt bezogenen Leistung genutzt werden, dennoch handelt es sich um einen – oder mehrere – fest vorgegebene Werte, die sich während des Abrechnungszeitraums nicht mehr ändern. Zudem kann aus den historischen Daten lediglich geschätzt werden, welche Schwellwerte für den künftigen Abrechnungszeitraum geeignet wären. Liegen beispielsweise die geschätzten Schwellwerte zu niedrig, so ist die Speichereinheit häufig leer. Wenn nun signifikante Lastspitzen auftauchen, können diese durch die Speichereinheit nicht gedeckt werden. Um dies zu verhindern kann eine Speichereinheit mit hoher mit hoher Speicherkapazität verwendet werden, was jedoch kostenaufwendig ist. Liegen die geschätzten Schwellwerte hingegen zu hoch, so werden auftretende Lastspitzen nur unzureichend durch die Speichereinheit gedeckt, weil diese nicht entladen wird. Zusätzlich ist ein manuelles Festlegen der Schwellwerte potentiell fehlerbehaftet. Es ist daher ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Entladeleistung einer Speichereinheit wünschenswert, um die während eines Mittelungsintervalls über den Netzanschlusspunkt bezogene elektrische Energie auf einen vorgegeben Zielwert EZiel zu begrenzen. Das Verfahren sollte insbesondere für eine hinsichtlich der Speicherkapazität gering ausgelegte Speichereinheit geeignet sein, und diese vielmehr effizient steuern.
  • Aus der DE 10 2011 114 344 A1 ist ein Verfahren zum Lastausgleich eines Netzes mit einer Vielzahl von elektronischen Verbrauchern bekannt, bei dem den Verbrauchern jeweils Nutzintervalle mit einer abhängig von dem jeweiligen Verbraucher vorgegebenen Intervalldauer zugeordnet werden. Innerhalb der Nutzintervalle wird die Leistung jeweils so gesteuert, dass dem Verbraucher einerseits über das Nutzintervall gemittelt eine der vom Verbraucher vorgegebenen durchschnittlichen Leistung entsprechende Leistung zugeführt wird und andererseits innerhalb jedes Nutzintervalls die Gesamtlast der Verbraucher einer im Netz zur Verfügung stehenden Gesamtleistung innerhalb vorgegebener Toleranzen entspricht.
  • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur adaptiven Steuerung einer Entladeleistung Pbat(t) einer einem System zugeordneten Speichereinheit aufzuzeigen, mit dem Ziel, eine über einen Netzanschlusspunkt des Systems bezogene Energie während eines Mittelungsintervalls ΔtMI auf einen Zielwert EZiel zu begrenzen. Dabei soll das Verfahren mit einer hinsichtlich ihrer Kapazität möglichst gering ausgelegten Speichereinheit operieren, die während des Verfahrens jedoch möglichst effektiv betrieben wird. Das Verfahren soll mit möglichst geringem Aufwand an erforderlichen Sensoren betrieben werden können. Gleichfalls liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und einen Wechselrichter mit einer entsprechenden Vorrichtung aufzuzeigen.
  • LÖSUNG
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 11 sind auf bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens gerichtet. Der Patentanspruch 12 zielt auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, während die Patentansprüche 13 bis 16 auf vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtungen gerichtet sind. Der Patentanspruch 17 zielt auf einen Wechselrichter mit einer entsprechenden Vorrichtung.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur adaptiven Steuerung einer Entladeleistung Pbat(t) einer einem System zugeordneten Speichereinheit verfolgt das Ziel, eine von einem Energieversorgungsnetz über einen Netzanschlusspunkt des Systems innerhalb eines Mittelungsintervalls ΔtMI bezogene elektrische Energie ΔENAP auf einen Zielwert EZiel zu begrenzen. Dabei weist das Mittelungsintervall ΔtMI gemäß ΔtMI = tEnd – tAnf einen Anfangszeitpunkt tAnf, einen Endzeitpunkt tEnd und eine Mehrzahl von innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI angeordneten Zeitpunkten ti mit (i = 1...n) gemäß tAnf ≤ ti ≤ tEnd auf und ist zeitlich innerhalb eines dem System zugeordneten Abrechnungszeitraumes angeordnet. Das Verfahren weist die Schritte auf:
    • – Messen einer vom Energieversorgungsnetz über den Netzanschlusspunkt zu der Mehrzahl von Zeitpunkten ti (i = 1...n) bezogenen elektrischen Leistung PNAP(ti),
    • – Bestimmung einer innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI über den Netzanschlusspunkt zur aktuellen Zeit t bereits bezogenen elektrischen Energie ΔENAP(t)aus den Werten der zu den Zeitpunkten ti vom Energieversorgungsnetz bezogenen elektrischen Leistung PNAP(t) bereits erfolgter Messungen innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI, und
    • – Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit während des Mittelungsintervalls ΔtMI in Abhängigkeit: – der Bestimmung der in dem Mittelungsintervall ΔtMI über den Netzanschlusspunkt zur aktuellen Zeit t bereits bezogenen elektrischen Energie ΔENAP(t), – der in dem Mittelungsintervall ΔtMI liegenden aktuellen Zeit t, und – des Zielwertes EZiel für die vom Energieversorgungsnetz zu beziehenden elektrische Energie für das Mittelungsintervall ΔtMI.
  • Unter dem anmeldungsgemäßen System ist ein System mit zumindest einem elektrischen Verbraucher, insbesondere jedoch mit einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern zu verstehen, das zur Versorgung seiner Verbraucher elektrische Leistung über den Netzanschlusspunkt aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz bezieht. Ein derartiges System kann einen Haushalt, ein Gebäude oder eine mehrere Gebäude aufweisende Einheit, z. B. einen Betrieb, umfassen. Die Entladeleistung der Speichereinheit Pbat(t) beschreibt diejenige Leistung, mit der die dem System zugeordnete Speichereinheit entladen wird. So definiert kennzeichnet eine positive Entladeleistung Pbat(t) > 0 einen Entladevorgang der Speichereinheit, während eine negative Entladeleistung Pbat(t) < 0 einen Ladevorgang der Speichereinheit beschreibt. Die Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit ist stets eine negative Ladeleistung P'bat(t), d. h. es gilt Pbat(t) = –P'bat(t). Ein Abrechnungszeitraum ist ein für die Erstellung einer Energiekostenrechnung des Systems relevanter Zeitraum. Der Abrechnungszeitraum wird üblicherweise durch einen Betreiber des Energieversorgungsnetzes (EVN) vorgegeben. Er kann insbesondere einen Tag, eine Woche, einen Monat oder ein Jahr umfassen. Auch das Mittelungsintervall wird üblicherweise durch den Betreiber des EVN vorgegeben. Die Zeitdauer des Mittelungsintervalls ΔtMI ist kleiner oder gleich dem Abrechnungszeitraum und umfasst üblicherweise Zeitdauern im Bereich einiger Minuten, z. B. 15 min, 30 min, 1 h oder mehrerer Stunden.
  • Erfindungsgemäß wird die während eines Mittelungsintervalls ΔtMI über den Netzanschlusspunkt des Systems bezogene elektrische Leistung PNAP(t) zu konkreten Zeitpunkten ti gemessen. Dabei umfasst die von dem System bezogene elektrische Leistung PNAP(t) nicht nur die von dem Energieversorgungsnetz in Richtung des Systems fließende Leistung, sondern auch die von dem System in Richtung des Energieversorgungsnetzes fließende Leistung. Während im ersten Fall die vom System bezogene Leistung PNAP(t) positiv ist (PNAP(t) > 0), wird diese im zweiten Fall negativ gewertet (PNAP(t) < 0). Aus den bereits gemessenen Werten der vom Energieversorgungsnetz bezogenen elektrischen Leistung PNAP(ti) und den den Messwerten zugeordneten Zeitpunkten ti lässt sich die innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI bis zur aktuellen Zeit t ≥ ti über den Netzanschlusspunkt bereits bezogene elektrische Energie ΔENAP(t) bestimmen. Anschließend wird die innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI bereits bezogene elektrische Energie ΔENAP(t) mit dem Zielwert EZiel verglichen, der eine insgesamt verfügbare Energie für das Mittelungsintervall ΔtMI kennzeichnet. Die noch verfügbare Energie während des Mittelungsintervalls ΔtMI wird unter Annahme einer zukünftig während des Mittelungsintervalls ΔtMI konstant bezogenen Leistung auf die verbleibende Zeitdauer des Mittelungsintervalls ΔtMI aufgeteilt. Hieraus wird eine Änderung der Entladeleistung ΔPbat(t) der Speichereinheit und – unter Kenntnis der zuletzt eingestellten Entladeleistung Pbat(ti) – eine neu einzustellende Entladeleistung Pbat(ti+1) = Pbat(ti) + ΔPbat(t) berechnet. Entsprechend wird die Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit des Systems angepasst. Konkret wird dann, wenn Hinweise darauf existieren, dass die über den Netzanschlusspunkt während des gesamten Mittelungsintervalls ΔtMI fließende Energie ΔENAP den angestrebten Zielwert EZiel überschreitet, die Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit erhöht. Auf diese Weise wird einer tendenziellen Überschreitung des Zielwertes EZiel schon während des Verlaufs des Mittelungsintervalls ΔtMI, sowohl in einem frühen als auch im weiteren Verlauf des Mittelungsintervalls ΔtMI begegnet. In ähnlicher Weise wird dann, wenn Hinweise darauf existieren, dass die über den Netzanschlusspunkt während des gesamten Mittelungsintervalls ΔtMI fließende Energie ΔENAP den angestrebten Zielwert EZiel unterschreitet, die Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit verringert. Eine Verringerung der Entladeleistung auf negative Werte Pbat(t) < 0 bewirkt ein Laden der Speichereinheit.
  • Die über den Netzanschlusspunkt zur aktuellen Zeit t innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI bereits bezogene Energie ΔENAP(t) ergibt sich aus dem Zeitintegral der entsprechenden Leistung PNAP(t) gemäß
    Figure DE102016110716A1_0002
  • Unter Berücksichtigung des Zielwertes EZiel lässt sich hieraus ein Leistungsreferenzwert Pref,NAP(t) gemäß
    Figure DE102016110716A1_0003
    bestimmen. Der Leistungsreferenzwert Pref,NAP(t) entspricht einem zukünftig innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI über den Netzanschlusspunkt maximal erlaubten Leistungsbezug. Er wird während des Verlaufs des Mittelungsintervalls ΔtMI mehrmals, insbesondere regelmäßig aktualisiert und dient so als ständiger Referenzwert für die aktuell und zukünftig bezogene Leistung PNAP(t). Ein neu bestimmter Leistungsreferenzwert Pref,NAP(ti) wird mit dem zuletzt bestimmten Leistungsreferenzwert Pref,NAP(ti+1) verglichen. Aus der Änderung des Leistungsdifferenzwertes wird gemäß ΔPbat(ti+1) = Pref,NAP(ti) – Pref,NAP(ti+1) (Gl. 3) die Änderung der Entladeleistung ΔPbat(ti+1) der Speichereinheit und unter Kenntnis der zuletzt vorliegenden Entladeleistung Pbat(ti) der Speichereinheit eine neu einzustellende Entladeleistung Pbat(ti+1) der Speichereinheit gemäß Pbat(ti+1) = Pbat(ti) + ΔPbat(ti+1) (Gl. 4) bestimmen.
  • Das Zeitintegral der über den Netzanschlusspunkt fließenden Leistung wird aus den zur Zeit t bereits erfolgten Messungen der Leistung PNAP(ti) und den zugeordneten Zeitpunkten ti nach bekannten Verfahren bestimmt. Dies kann beispielsweise in Form einer treppenartigen Summation gemäß ΔENAP(t) = Σti≤tPNAP(ti)(ti – ti-1) + PNAP(ti)(t – ti) (Gl. 5) erfolgen. Gleichfalls sind auch andere bekannte Verfahren der numerischen Berechnung eines Integrals aus bekannten Stützstellen verwendbar, wie beispielsweise eine Summation trapezförmiger Flächenelemente.
  • Obwohl die Leistungsverbräuche der einzelnen Verbraucher des Systems durch entsprechende Leistungssensoren explizit am Verbraucher gemessen werden können, ist ihre Kenntnis bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zwingend erforderlich. Es ist lediglich die Kenntnis der über den Netzanschluss in das System fließenden Leistung PNAP(t) mit einem entsprechenden Leistungssensor zu detektieren. Ein derartiger Leistungssensor ist jedoch ohnehin erforderlich, da zur Rechnungserstellung über diesen die vom Energieversorgungsnetz bezogene Leistung bestimmt wird. Da die über den Netzanschlusspunkt bezogene Leistung PNAP(ti) schon im Verlauf des Mittelungsintervalls ΔtMI kontrolliert und mit dem Energiereferenzwert verglichen wird, wird eine tendenzielle Überschreitung des Zielwertes EZiel schon frühzeitig erkannt und dieser kann daher auch schon frühzeitig mit einer Erhöhung der Entladeleistung Pbat(ti) der Speichereinheit begegnet werden. Da somit noch vergleichsweise viel Zeit zum Ablauf des Mittelungsintervalls ΔtMI verbleibt, kann einer Überschreitung mit einer vergleichsweise geringen Entladeleistungen Pbat(t) der Speichereinheit begegnet werden. Eine in einem kurzen Zeitraum über den Netzanschlusspunkt bezogener Leistungs-Peak PNAP(t) kann in einem längeren Zeitraum während des Mittelungsintervalls ΔtMI über eine nur geringfügig erhöhte Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit kompensiert werden. In ähnlicher Weise kann in Zeiträumen innerhalb des Mittelungsintervalls, in denen die über den Netzanschlusspunkt bezogene Leistung dauerhaft unter der Zielleistung PZiel bleibt, ein Energievorrat in der Speichereinheit aufgebaut werden. Mit Hilfe des aufgebauten Energievorrates kann dann ein kurzzeitig höherer Verbrauch des Systems toleriert werden. Zusätzlich ziehen zeitliche Schwankungen der über den Netzanschlusspunkt fließenden Leistung, die sich gegenseitig zumindest teilweise kompensieren, nicht zwingend eine stark schwankende Änderung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit nach sich. Vielmehr kann eine frühzeitig erkannte Leistungsschwankung am Netzanschlusspunkt durch nachfolgende Leistungsschwankungen zumindest teilweise kompensiert werden. Die Kompensation fließt in die Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) mit ein, weswegen starke Schwankungen der Entladeleistung Pbat(t), die bei einer zeitgleichen Kompensation ansonsten erforderlich wären, signifikant reduziert werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Lebensdauer der Speichereinheit aus. In Summe kann die Speichereinheit hinsichtlich ihrer Kapazität vergleichsweise gering ausgelegt werden.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Abrechnungszeitraum lediglich ein Mittelungsintervall ΔtMI umfasst. Dieses kann lediglich einen Teil des Abrechnungszeitraums oder aber den gesamten Abrechnungszeitraum abdecken. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Abrechnungszeitraum jedoch weitere Mittelungsintervalle ΔtMI. Insbesondere ist der gesamte Abrechnungszeitraum vollständig in eine Vielzahl von aneinander angrenzenden Mittelungsintervallen ΔtMI aufgeteilt. Die Mittelungsintervalle ΔtMI können eine gleiche Zeitdauer oder aber unterschiedliche Zeitdauern aufweisen. Jedes der weiteren Mittelungsintervalle ΔtMI weist gemäß ΔtMI = tEnd – tAnf einen Anfangszeitpunkt tAnf, einen Endzeitpunkt tEnd, eine Mehrzahl von innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI angeordneten Zeitpunkten ti (i = 1...n) gemäß tAnf ≤ ti ≤ tEnd und einen individuell zugeordneten Zielwert EZiel für die von dem Energieversorgungsnetz (EVN) über den Netzanschlusspunkt des Systems innerhalb des jeweiligen Mittelungsintervalls ΔtMI bezogene elektrische Energie ΔENAP auf. Dabei wird für jedes weitere Mittelungsintervall ΔtMI das erfindungsgemäße Verfahren zur adaptiven Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der dem System zugeordneten Speichereinheit wiederholt. Auf diese Weise wird in jedem der Mittelungsintervalle ΔtMI des Abrechnungszeitraums wiederholt das Ziel verfolgt, die von dem Energieversorgungsnetz über den Netzanschlusspunkt des Systems innerhalb eines Mittelungsintervalls ΔtMI bezogene elektrische Energie ΔENAP auf einen dem jeweiligen Mittelungsintervall ΔtMI zugeordneten Zielwert EZiel zu begrenzen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens weist das System eine lokale Energieerzeugungsanlage, insbesondere eine Photovoltaik(PV)-Anlage und/oder eine Windenergie(WE)-Anlage auf. Durch eine seitens der lokalen Energieerzeugungsanlage produzierte Leistung PEEA(t) lässt sich die über den Netzanschlusspunkt bezogene Leistung PNAP(t) weiter reduzieren. Alternativ dazu kann die von der lokalen Energieerzeugungsanlage produzierte Leistung PEEA(t) auch zur Reduktion der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit genutzt werden. In jedem Fall kann die lokal produzierte Leistung PEEA(t) bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) berücksichtigt werden. Gleichfalls können bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Prognosedaten berücksichtigt werden, mit denen eine zukünftig erzeugte elektrische Leistung PEEA(t) der lokalen Energieerzeugungsanlage abgeschätzt werden kann. Auf diese Weise kann über einen begrenzten Zeitraum während eines Mittelungsintervalls ΔtMI eine deutlich höhere Entladeleistung Pbat(t) bereitgestellt werden, als dies ohne entsprechende Prognosedaten aufgrund äußerer Rahmenbedingungen, z. B. dem aktuellen Ladezustand (State-of-Charge = SOC) der Speichereinheit erlaubt bzw. geboten wäre. Unter Berücksichtigung der Prognosedaten ist hinreichend sicher, dass eine aktuell der Speichereinheit entnommene Energie dieser in naher Zukunft wieder zugeführt werden kann, wodurch eine Tiefentladung der Speichereinheit vermieden werden kann. Durch die Berücksichtigung der Prognosedaten ergibt sich insgesamt ein größerer Freiheitsgrad bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t). Daher kann das Ziel, nämlich die von dem Energieversorgungsnetz über den Netzanschlusspunkt des Systems innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI bezogene elektrische Energie ΔENAP auf den entsprechenden Zielwert EZiel zu begrenzen, noch effektiver verfolgt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist das System zumindest einen Verbraucher mit einem dem zumindest einen Verbraucher zugeordneten Leistungsprofil auf. Dabei erlaubt das Leistungsprofil eine Prognose über den zukünftigen Verbrauch elektrischer Leistung Pv(t) des dem Leistungsprofil zugeordneten Verbrauchers in dem Mittelungsintervall ΔtMI. Vorteilhafterweise wird das Leistungsprofil bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit berücksichtigt. Dabei kann das Leistungsprofil eine Prognose über den Leistungsverbrauch lediglich eines dem Leistungsprofil zugeordneten Verbrauchers erlauben. Gleichfalls kann das Leistungsprofil auch einer Gruppe von mehreren Verbrauchern zugeordnet sein und lediglich eine Prognose über den Leistungsverbrauch der gesamten Gruppe, nicht aber jedes einzelnen Verbrauchers der Gruppe aufweisen. Unter Berücksichtigung des Leistungsprofils ergeben sich ähnliche Vorteile, wie die bereits im Zusammenhang mit den Prognosedaten zur zukünftigen Leistungserzeugung der lokalen Energieerzeugungsanlage genannten. Insbesondere müssen äußere Rahmenbedingungen der Speichereinheit, z. B. der SOC, weniger stark beachtet werden, wenn über das Leistungsprofil in naher Zukunft ein Verbrauch des zumindest einen Verbrauchers prognostiziert wird. Daher wird auch in diesem Fall ein größerer Freiheitsgrad bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) generiert.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist das System eine Verbrauchersteuerung auf, die ausgelegt ist, den Leistungsfluss zu zumindest einem der Verbraucher des Systems zu variieren und/oder zumindest einen der Verbraucher zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Dabei wird bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit die Variation des Leistungsflusses zu dem zumindest einen Verbraucher, und/oder die Aktivierung bzw. Deaktivierung des zumindest einen Verbrauchers berücksichtigt. Beispielsweise kann der Leistungsfluss zu einem bestimmten Verbraucher gezielt gedrosselt werden, oder ein niedrig priorisierter Verbraucher gezielt abgeschaltet werden. In jedem dieser Fälle wird während des Mittelungsintervalls ΔtMI die über den Netzanschlusspunkt bezogene Leistung PNAP(t) nicht nur über die Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit beeinflusst, sondern zusätzlich auch über eine aktive Steuerung zumindest eines einzelnen dem System zugeordneten Verbrauchers.
  • Eine weitere Variante des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit zumindest eine Rahmenbedingung der jeweiligen Speichereinheit berücksichtigt wird. Als Rahmenbedingung kann insbesondere ein aktueller State-of-Charge (SOC), ein aktueller State-of-Health (SOH), eine maximal erlaubte Ladeleistung und/oder eine maximal erlaubte Entladeleistung der Speichereinheit genutzt werden. Über eine Berücksichtigung des aktuellen SOC wird beispielsweise eine die Speichereinheit potentiell schädigende Tiefentladung verhindert. Indem die maximal erlaubten Werte von Ladeleistung und/oder Entladeleistung berücksichtigt werden, wird das Eintreten von Effekten, die die Speichereinheit in irreversibler Art und Weise schädigen, verhindert.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der Abrechnungszeitraum mehrere Tarifzeiträume, beispielsweise einen Hochtarif(HT)-Zeitraum und einen Niedrigtarif(NT)-Zeitraum, auf. Optional kann der Abrechnungszeitraum noch weitere Tarifzeiträume, beispielsweise einen Off-Peak-Zeitraum, umfassen. Dabei ist der Zielwert EZiel eines einem bestimmten Tarifzeitraum zugeordneten Mittelungsintervalls ΔtMI unabhängig und insbesondere verschieden von dem Zielwert EZiel eines einem anderen Tarifzeitraum zugeordneten Mittelungsintervalls ΔtMI. Konkret kann der Zielwert EZiel eines NT-Tarifzeitraums über dem Zielwert EZiel eines HT-Tarifzeitraums liegen. Durch eine Einführung verschiedener Zielwerte für die Mittelungsintervalle ΔtMI der einzelnen Tarifzeiträume kann die über den Netzanschlusspunkt bezogene Leistung PNAP(t) in den einzelnen Tarifzeiträumen unabhängig voneinander begrenzt werden und/oder zumindest teilweise von einem HT-Zeitraum in einen NT-Zeitraum verschoben werden. Auf diese Weise lassen sich die Energiekosten des Systems innerhalb des Abrechnungszeitraums minimieren.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine Aktualisierung zumindest eines Zielwertes EZiel im Verlauf des Abrechnungszeitraums, wobei bei der Aktualisierung ein Maximalwert der tatsächlich vom Energieversorgungsnetz über den Netzanschlusspunkt bezogenen Energie ΔENAP bereits vergangener Mittelungsintervalle ΔtMI in dem aktuellen Abrechnungszeitraum berücksichtigt wird. Konkret wird ein anfänglich vorgegebener Zielwert EZiel für ein zukünftiges Mittelungsintervall dann aktualisiert, insbesondere heraufgesetzt, wenn ein gleich hoher Zielwert EZiel in einem vergangenen Mittelungsintervalls ΔtMI bereits einmal überschritten wurde. In diesem Fall ist es nicht sinnvoll, den anfänglich geplanten Zielwert EZiel für das zukünftige Mittelungsintervall ΔtMI beizubehalten. Vielmehr bestimmt in diesem Fall der Maximalwert der tatsächlich vom Energieversorgungsnetz bezogenen Energie ΔENAP bereits vergangener Mittelungsintervalle ΔtMI des aktuellen Abrechnungszeitraums – oder gegebenenfalls eines Tarifzeitraums – den Peak-relevanten Anteil der Energiekosten des aktuellen Abrechnungszeitraums. Der anfänglich vorgegebene Zielwert EZiel kann dabei direkt auf diesen Maximalwert oder aber – falls von vornherein mehrere Zielwerte EZiel in gestaffelter Form vorgegeben sind – auf den jeweils nächst höheren Zielwert EZiel heraufgesetzt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine Generierung des Zielwertes EZiel für ein zukünftiges Mittelungsintervall ΔtMI abhängig von einem Zielwert EZiel eines als Referenz dienenden Mittelungsintervalls ΔtMI des aktuellen oder eines vorangegangenen Abrechnungszeitraums. Dabei kann das als Referenz dienende Mittelungsintervall ΔtMI beispielsweise einem zeitgleichen Mittelungsintervall ΔtMI eines vorangegangenen Tages, einer vorangegangenen Woche, oder eines vorangegangenen Jahres entsprechen. Alternativ kann auch ein unmittelbar vorangegangenes Mittelungsintervall ΔtMI als Referenz des zukünftigen Mittelungsintervalls ΔtMI dienen. Die Generierung des Zielwertes EZiel kann über ein Produkt aus dem Zielwert EZiel des als Referenz dienenden Mittelungsintervalls ΔtMI mit einem Skalarfaktor, insbesondere einem Skalarfaktor < 1 erfolgen.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit stufenartig bzw. intervallartig. Das bedeutet, dass Intervalle für den Leistungsreferenzwert Pref,NAP(t) definiert werden, innerhalb derer keine Änderung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit erfolgt. Vielmehr erfolgt eine Änderung der Entladeleistung Pbat(t) erst dann, wenn der aktuell berechnete Leistungsreferenzwert Pref,NAP(t) in ein anderes Intervall als der zuvor berechnete fällt.
  • In einer weiteren Variante des Verfahrens weist das Mittelungsintervall ΔtMI = tEnd – tAnf zumindest fünfzehn Zeitpunkte ti (i = 1...15) mit tAnf ≤ ti ≤ tEnd, optional zumindest 900 Zeitpunkte ti (i = 1...900) mit tAnf ≤ ti ≤ tEnd, auf. Vorteilhafterweise haben unmittelbar benachbarte Zeitpunkte ti, ti+1 einen Zeitabstand von maximal einer Minute, optional von maximal einer bis einigen Sekunden. Die Anzahl der Zeitpunkte ti und/oder deren zeitlicher Abstand kann abhängig von der Frequenz erwarteter Lastschwankungen gewählt werden. Die Zeitpunkte ti können innerhalb des Mittelungsintervall äquidistant verteilt sein. Generell gilt, je enger unmittelbar benachbarte Zeitpunkte ti, ti+1 nebeneinander liegen, desto genauer wird die Bestimmung der in dem Mittelungsintervall ΔtMI bereits bezogenen Energie ΔENAP(t).
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Begrenzung einer von einem Energieversorgungsnetz über einen Netzanschlusspunkt eines Systems innerhalb eines Mittelungsintervalls ΔtMI bezogenen elektrischen Energie ΔENAP auf einen Zielwert EZiel umfasst:
    • – eine Speichereinheit mit einem Energiespeicher und einem mit dem Energiespeicher verbundenen bidirektional betreibbaren DC/AC-Wandler,
    • – eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit, die mit der Speichereinheit, insbesondere mit dem der Speichereinheit zugeordneten bidirektional betreibbaren DC/AC-Wandler verbunden ist,
    • – eine mit der Steuerungseinheit verbundene Mess- und Auswerteeinheit, an die ein Leistungssensor zur Erfassung einer von einem Energieversorgungsnetz über den Netzanschlusspunkt des Systems zur Zeit ti fließenden elektrischen Leistung PNAP(ti) angeschlossen ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteeinheit ausgelegt ist, in Verbindung mit der Steuerungseinheit die Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu steuern.
  • Bei dem Energiespeicher kann es sich insbesondere um eine oder mehrere wiederaufladbare Batterien handeln. Alternativ oder kumulativ können jedoch auch andere Energiespeicher, wie z. B. Kondensatoren, Superkondensatoren, Schwungräder oder Druckluftspeicher zum Einsatz kommen. Die Steuerungseinheit wie auch die Mess- und Auswerteeinheit können jeweils als separate Einheiten vorliegen. Alternativ können sie jedoch auch einzeln oder gemeinsam Bestandteil einer weiteren Steuerung sein. Bei der weiteren Steuerung kann es sich insbesondere um eine Steuerung des DC/AC-Wandlers oder eines der Speichereinheit zugeordneten Batterie-Wechselrichters handeln. Sowohl die Steuerungseinheit, als auch die Mess- und Auswerteeinheit kann eine Mehrzahl an Prozessoren umfassen. Dabei kann die Mehrzahl an Prozessoren jeweils in einem Gerät vereint, oder auf unterschiedliche Geräte verteilt vorliegen. Zum Beispiel kann ein erster Teil von Prozessoren der Mess- und Auswerteeinheit innerhalb eines Batterie-Managementsystems einer Batterie als Energiespeicher und ein anderer Teil von Prozessoren innerhalb einer Steuerung des DC/AC-Wandlers vorliegen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Verfahrensschritte
    • – Messen einer vom Energieversorgungsnetz über den Netzanschlusspunkt zu der Mehrzahl von Zeitpunkten ti (i = 1...n) bezogenen elektrischen Leistung PNAP(ti), und
    • – Bestimmung einer innerhalb des Mittelungsintervalls ☐ΔtMI über den Netzanschlusspunkt zur aktuellen Zeit t bereits bezogenen elektrischen Energie ΔENAP(t) aus den Werten der zu den Zeitpunkten ti vom Energieversorgungsnetz bezogenen elektrischen Leistung PNAP(ti) bereits erfolgter Messungen innerhalb des Mittelungsintervalls ☐ΔtMI durch einen saldierenden Energiezähler als Leistungssensor ausgeführt werden. Dabei bildet der saldierende Energiezähler anhand der aktuell fließenden Leistung gleichzeitig das Zeitintegral der Leistung in Form der seit einer Bezugszeit – beispielsweise der Anfangszeit des Mittelungsintervalls ΔtMI – bereits bezogenen Energie ΔENAP(t). In diesem Fall ist die Mess- und Auswerteeinheit gesplittet, da ein Teil der Auswertung bereits im saldierenden Energiezähler als Leistungssensor selbst erfolgt, der dann auf Abfrage hin entsprechende Energiewerte übermittelt. Insgesamt ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung weist eine lokale Energieerzeugungsanlage, insbesondere eine Photovoltaik(PV)-Anlage oder eine Windenergie(WE)-Anlage, und eine mit der Mess- und Auswerteeinheit verbundene Empfangseinheit zum Empfang von Prognosedaten auf. Dabei ist die Mess- und Auswerteeinheit ausgelegt, mit den Prognosedaten eine innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI zukünftig erzeugte elektrische Leistung PEEA(t) der lokalen Energieerzeugungsanlage zu bestimmen, und in Verbindung mit der Steuerungseinheit die Bestimmung der zukünftig von der lokalen Energieerzeugungsanlage erzeugten elektrischen Leistung PEEA(t) bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit zu berücksichtigen.
  • Eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst weiterhin eine mit zumindest einem dem System zugeordneten Verbraucher verbundene Verbrauchersteuerung. Dabei ist die Verbrauchssteuerung ausgelegt, den Leistungsfluss zu dem zumindest einen Verbraucher zu variieren und/oder den zumindest einen Verbraucher zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Weiterhin ist die Mess- und Auswerteeinheit ausgelegt, in Verbindung mit der Steuerungseinheit die Variation des Leistungsflusses zu dem zumindest einen Verbraucher, und/oder die Aktivierung bzw. Deaktivierung des zumindest einen Verbrauchers bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit zu berücksichtigen. Die Vorrichtung ist daher in der Lage, die über den Netzanschlusspunkt während des Mittelungsintervalls ΔtMI bezogene Leistung PNAP(t) nicht nur über die Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit, sondern auch über eine Drosselung und/oder ein An- bzw. Abschalten einzelner Verbraucher des Systems zu beeinflussen. Vorteilhafterweise weisen die Verbraucher dabei eine Priorisierung hinsichtlich der Reihenfolge ihrer Abschaltung auf. In analoger Weise kann auch eine zu der Verbrauchssteuerung ähnliche Erzeugersteuerung vorgesehen sein, die die von der Energieerzeugungsanlage erzeugte elektrische Leistung PEEA(t) gezielt variiert. Auch die gezielte Variation der erzeugten elektrischen Leistung PEEA(t) kann bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit berücksichtigt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung hat die Mess- und Auswerteeinheit Zugriff auf ein Leistungsprofil von zumindest einem dem System zugeordneten Verbraucher. Unter einem Leistungsprofil ist insbesondere ein zeitabhängiger Leistungsfluss zu dem mindestens einen Verbraucher oder einer Gruppe mehrerer Verbraucher zu verstehen. Dabei kann das Leistungsprofil der Mess- und Auswerteeinheit von dem jeweiligen Verbraucher per drahtloser oder drahtgebundener Datenübertragung übermittelt werden. Gleichfalls kann das Leistungsprofil auch von einem Betreiber des Systems der Mess- und Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt werden. Alternativ kann die Mess- und Auswerteeinheit selbst in Verbindung mit geeigneten Leistungssensoren, die jeweils einem Verbraucher zugeordnet sind, zeitaufgelöste Leistungsmessungen an den einzelnen Verbrauchern durchführen, diese analysieren um daraus entsprechende Leistungsprofile der jeweiligen Verbraucher zu ermitteln, und diese für einen späteren Zugriff abzuspeichern. Erfindungsgemäß weist nun das Leistungsprofil einen Leistungsverbrauch des zumindest einen Verbrauchers während eines dem aktuellen Mittelungsintervall ΔtMI zugeordneten Referenzintervalls auf. Das Referenzintervall kann dabei eine gleiche Uhrzeit, einen gleichen Wochentag, und oder eine gleiche Jahreszeit wie das aktuelle Mittelungsintervall ΔtMI aufweisen. Dabei ist die Mess- und Auswerteeinheit ausgelegt, auf Basis des Leistungsprofils eine Verbrauchsprognose über den zukünftigen Verbrauch des zumindest einen Verbrauchers – optional aller Verbraucher des Systems – innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI zu erstellen. Gleichfalls ist die Mess- und Auswerteeinheit ausgelegt, in Verbindung mit der Steuerungseinheit die Verbrauchsprognose bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit zu berücksichtigen. Aufgrund der Verbrauchsprognose ergibt sich ein größerer Freiheitsgrad in der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t), da beispielsweise unter Kenntnis einer prognostizierten Leistungsreduktion einzelner Verbraucher die Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit zumindest über eine gewisse Zeitdauer hin größer gewählt werden kann, als dies ohne Kenntnis der prognostizierten Leistungsreduktion der Fall wäre.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Speichereinheit mehrere Energiespeicher auf. Zusätzlich weist die Speichereinheit mehrere bidirektional betreibbare DC/AC-Wandler und/oder mehrere bidirektional betreibbare DC/DC-Wandler (7.3) auf. Dabei sind die Energiespeicher jeweils mit einem separaten der bidirektional betreibbaren DC/AC-Wandler verbunden und/oder jeweils über einen der bidirektional betreibbaren DC/DC-Wandler mit dem DC/AC-Wandler als gemeinsam genutzten DC/AC-Wandler verbunden. Weiterhin ist die Steuerungseinheit ausgelegt, die Entladeleistungen der einzelnen DC/AC-Wandler und/oder der einzelnen DC/DC-Wandler verschieden voneinander, i. e. mit unterschiedlichen Entladeleistungen – derart zu steuern, dass sich in Summe die Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit ergibt. Die Speichereinheit kann somit mehrere Energiespeicher unterschiedlicher Art und mit unterschiedlichen Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise ist ein erster Energiespeicher für eine rasche Variation der Entladeleistung ausgelegt, während ein zweiter Energiespeicher für eine lediglich geringe Variation der Entladeleistung ausgelegt ist, jedoch eine hohe Speicherkapazität aufweist. Durch die genannte Aufteilung lassen sich die jeweiligen Vorteile der einzelnen Arten der Energiespeicher geschickt miteinander kombinieren.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere der dargestellten relativen Anordnung und Wirkverbindung mehrerer Bauteile – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
  • Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs ”mindestens” bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
  • Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
  • 1 zeigt ein System mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 2 skizziert das Verfahren am Beispiel eines exemplarischen angenommenen Leistungsverlaufs über den Netzanschlusspunkt
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zu dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • 4 zeigt ein Simulationsergebnis zur Zeitabhängigkeit verschiedener Leistungen eines Systems unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Einzelnen sind hier der Leistungsverbrauch Pv(t), die über den Netzanschlusspunkt entnommene Leistung PNAP(t) und die Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit dargestellt.
  • FIGURENBESCHREIBUNG
  • In 1 ist ein System 1 mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Bei dem System 1 handelt es sich um einen Haushalt oder ein Gebäude mit mehreren elektrischen Verbrauchern 8 bis 10. Die elektrischen Verbraucher 8 bis 10 sind über einen Phasenleiter L1 und den Neutralleiter N mit einem öffentlichen Energieversorgungsnetz 2 verbunden. Die Grenze des Systems 1 ist schematisch durch eine gestrichelte Linie markiert. An der Systemgrenze ist ein Netzanschlusspunkt 15 angeordnet, über den das System 1 zur elektrischen Versorgung der Verbraucher 8 bis 10 mit dem Energieversorgungsnetz 2 verbunden ist. Das System 1 weist weiterhin eine mit dem Phasenleiter L1 und dem Neutralleiter N verbundene Speichereinheit 7 auf, die einen Energiespeicher 7.2 – hier in Form einer wiederaufladbaren Batterie – und einen DC/AC-Wandler 7.1 umfasst. Der DC/AC-Wandler 7.1 ist bidirektional betreibbar und somit zum Laden, wie auch zum Entladen des Energiespeichers 7.1 ausgelegt. Die Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit 7 dient hauptsächlich zur Versorgung der dem System 1 zugeordneten Verbraucher 8 bis 10, überschüssige Entladeleistung kann jedoch prinzipiell auch in das Energieversorgungsnetz 2 eingespeist werden. Das System 1 weist weiterhin eine lokale Energieerzeugungsanlage 5 – hier in Form eine Photovoltaik(PV)-Anlage mit einem PV-Generator 5.2 und einem PV-Wechselrichter 5.1 – auf. Alternativ und/oder kumulativ zu der PV-Anlage kann das System 1 auch andere lokale Energieerzeugungsanlagen, z. B. Wind-Energie-Anlagen oder Brennstoffzellen-Anlagen, aufweisen. Mit der von der lokalen Energieerzeugungsanlage 5 erzeugten Leistung PEEA(t) können ebenfalls die systemeigenen Verbraucher 8 bis 10 versorgt werden, während ein Überschuss an erzeugter Leistung PEEA(t) in das Energieversorgungsnetz 2 eingespeist werden kann.
  • Eine über den Netzanschlusspunkt 15 fließende elektrische Leistung PNAP(t) wird über einen Leistungssensor 3 detektiert. Dabei ist der Leistungssensor 3 vorteilhafterweise ausgelegt, die über den Netzanschlusspunkt 15 fließende Leistung PNAP(t) bidirektional – das heißt sowohl eine in Richtung des Systems 1 als auch eine aus dem System 1 in Richtung des Energieversorgungsnetzes 2 fließende Leistung – zu detektieren. Für Systeme 1, bei denen eine Einspeisung von Leistung in das Energieversorgungsnetz 2 z. B. aufgrund einer Leistungskapazität der Speichereinheit 7 und/oder der Energieerzeugungsanlage 5 unwahrscheinlich erscheint, kann optional jedoch auch ein unidirektional ausgelegter Leistungssensor 3 verwendet werden. Die zu bestimmten Zeitpunkten ti detektierte Leistung PNAPti wird vorteilhafterweise mit einem Zeitstempel zur Markierung des Zeitpunktes ti ihrer Detektion versehen und an eine Mess- und Auswerteeinheit 12 weitergeleitet. Zu diesem Zweck weist die Mess- und Auswerteeinheit 12 eine Kommunikations- und Steuerverbindung – hier dargestellt durch eine gestrichelte Linie – zu dem Leistungssensor 3 auf. Die Mess- und Auswerteeinheit 12 wertet die zu diskreten Zeitpunkten ti detektierten Messwerte der über den Netzanschlusspunkt 15 fließenden Leistungen PNAP(ti) gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aus. Insbesondere berechnet die Mess- und Auswerteeinheit 12 eine während eines aktuellen Mittelungsintervalls ΔtMI bis zur aktuellen Zeit t schon über den Netzanschlusspunkt 15 in Richtung des Systems 1 geflossene elektrische Energie ΔENAP(t). Unter Berücksichtigung des Zielwertes EZiel für die während des aktuelle Mittelungsintervall ΔtMI vom Energieversorgungsnetz 2 insgesamt zu beziehende Energie wird unter Berücksichtigung von Gleichung Gl. 2 ein Leistungsreferenzwert Pref,NAP(t) berechnet, der den zukünftig innerhalb des Mittelungsintervalls maximal erlaubten Leistungsbezug über den Netzanschlusspunkt 15 beschreibt. Sofern die tatsächlich über den Netzanschlusspunkt 15 fließende Leistung PNAP(t) den Leistungsreferenzwert Pref,NAP(t) in der zur Verfügung stehenden Zeit des Mittelungsintervalls ΔtMI – zumindest im zeitlichen Mittel – nicht überschreitet, ist gewährleistet, dass zum Ende tEnd des Mittelungsintervalls ΔtMI der Zielwert EZiel eingehalten wird. Unter Berücksichtigung des zuletzt berechneten Leistungsreferenzwertes Pref,NAP(t) steuert die Mess- und Auswerteeinheit 12 in Verbindung mit einer Steuerungseinheit 11 danach die Entladeleistung Pbat(t) der Energiespeichereinheit 7. Vorteilhafterweise wird dabei jeweils vor dem Einstellen einer neuen Entladeleistung Pbat(t) überprüft, ob die neu einzustellende Entladeleistung Pbat(t) innerhalb vorgegebener Toleranzwerte der Speichereinheit 7 liegt. Falls beispielsweise die einzustellende Entladeleistung Pbat(t) außerhalb der vorgegebenen Toleranzwerte einer maximal erlaubten Entladeleistung bzw. Ladeleistung liegt, so wird die einzustellende Entladeleistung Pbat(t) auf den nach den Toleranzangaben maximal erlaubten Wert korrigiert. In diesem Fall wird der korrigierte Wert der Entladeleistung Pbat(t) an der Speichereinheit 7 eingestellt, um eine Beschädigung und/oder eine Tiefentladung der Speichereinheit 7 zu verhindern. Die Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) ist in 1 schematisch durch Kommunikations- und Steuerungsverbindungen in Form von gestrichelt skizzierten Linien zwischen der Mess- und Auswerteeinheit 12, der Steuerungseinheit 11 und der Energiespeichereinheit 7 dargestellt. Der Leistungsreferenzwert Pref,NAP(t) wird nun innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI mehrmals, insbesondere in kurzen regelmäßigen Zeitabständen aktualisiert. Auf diese Weise wird eine während des Mittelungsintervalls ΔtMI bereits bezogene Energie ΔENAP(t) stets neu abgefragt und wird so bei der aktuellen und zukünftigen Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit berücksichtigt. Die Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) wird somit während des Mittelungsintervalls ΔtMI regelmäßig aktualisiert. Hierdurch wird eine Erreichung des Ziels, die von dem Energieversorgungsnetz 2 über den Netzanschlusspunkt 15 innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI bezogene elektrische Energie ΔENAP auf den vorgegebenen Zielwert EZiel zu begrenzen, relativ zu dem herkömmlichen Verfahren mit einem fest vorgegebenen Schwellwert, der den Übergang zwischen Laden und Entladen der Speichereinheit 7 charakterisiert, signifikant verbessert.
  • Die Mess- und Auswerteeinheit 12 ist zu Kontrollzwecken mit einem der Speichereinheit 7 zugeordneten Leistungssensor 21 verbunden, der ausgelegt ist, die tatsächlich ausgegebene Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit 7 zu detektieren. Weiterhin ist sie zur Detektion einer aktuell von der Energieerzeugungsanlage 5 erzeugten elektrischen Leistung PEEA(t) mit einem Leistungssensor 20 der lokalen Energieerzeugungsanlage 5 verbunden, um diese bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) zu berücksichtigen. So kann beispielsweise eine insgesamt innerhalb des Systems 1 bereitzustellende elektrische Leistung auf die Entladeleistung Pbat(t) der Energiespeichereinheit 7 und die von der Energieerzeugungsanlage 5 erzeugte Leistung PEEA(t) aufgeteilt werden. Diese müsste ansonsten – d. h. ohne eine im System 1 vorhandene lokale Energieerzeugungsanlage 5 – allein durch die Energiespeichereinheit 7 bereitgestellt werden. Weiterhin ist die Mess- und Auswerteeinheit 12 mit einer Empfangseinheit 14 zum Empfang von Prognosedaten 30 verbunden. Die Prognosedaten 30 erlauben eine Prognose über die zukünftig innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI von der lokalen Energieerzeugungsanlage 5 erzeugte Leistung PEEA(t). Gleichfalls hat die Mess- und Auswerteeinheit 12 Zugriff auf ein Leistungsprofil 31 zumindest eines Verbrauchers 8 bis 10. Dies ist über die gestrichelt dargestellte Linie zwischen dem Leistungsprofil 31 und der Mess- und Auswerteeinheit 12 dargestellt. Die Prognose der zukünftig erzeugten elektrischen Leistung PEEA(t) der Energieerzeugungsanlage und die Kenntnis des Leistungsprofils 31 des zumindest einen Verbrauchers 8 bis 10 ermöglicht einen größeren Freiheitsgrad bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Energiespeichereinheit 7 als dies ohne Prognose der Fall wäre.
  • Mit der Steuerungseinheit 11 ist weiterhin eine Verbrauchersteuerung 13 verbunden. Die Verbrauchersteuerung 13 ist ausgelegt, die Verbraucher 8 bis 10 in ihrem Leistungsbezug zu steuern, insbesondere einen Leistungsbezug von zumindest einem der Verbraucher 8 bis 10 zu drosseln und/oder den zumindest einen Verbraucher 8 bis 10 an- bzw. abzuschalten. Die aktuell von jedem der Verbraucher 8 bis 10 verbrauchte Leistung wird über entsprechende Leistungssensoren 22 bis 24, die zur Weiterleitung entsprechender Messwerte wiederum mit der Mess- und Auswerteeinheit 12 verbunden sind, zu Kontrollzwecken gemessen. Auf diese Weise ist die Mess- und Auswerteeinheit 12 – in Verbindung mit der Steuerungseinheit 11 und der Verbrauchersteuerung 13 – in der Lage, einen Leistungsverbrauch innerhalb des Systems 1 durch Drosselung und/oder Ab- bzw. Anschalten einzelner Verbraucher 8 bis 10 aktiv zu beeinflussen. Neben der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit 7 ergibt sich so eine zusätzliche Option zur Beeinflussung der über den Netzanschlusspunkt 15 vom System 1 bezogenen Leistung PNAP(t). Die zusätzliche Option der Beeinflussung wird daher bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) durch die Mess- und Auswerteeinheit 12 berücksichtigt.
  • Beispielhaft ist in 1 lediglich eine einphasige Energieversorgung des Systems 1 und der dem System 1 zugeordneten Verbraucher 8 bis 10 über den Phasenleiter L1 und den Neutralleiter N des Energieversorgungsnetzes 2 dargestellt. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, dass eine Leistungsversorgung des Systems 1 mehrphasig – insbesondere dreiphasig – erfolgt. In diesem Fall ist anstatt der dem Phasenleiter L1 zugeordneten Leistung PNAP(t) eine insgesamt über alle Phasen fließende Leistung als über den Netzanschlusspunkt 15 fließende elektrische Leistung PNAP(t) zu berücksichtigen. Entsprechend ist an dem Netzanschlusspunkt 15 ein Leistungssensor 3 für jede Phase vorzusehen. Alternativ dazu kann auch ein einzelner Leistungssensor 3 verwendet werden, der ausgelegt ist, die insgesamt über alle Phasen fließende Leistung PNAP(t) zu detektieren.
  • 2 illustriert das Verfahren schematisch am Beispiel eines angenommenen Zeitverlaufs 32 der über den Netzanschlusspunkt 15 fließenden Leistung PNAP(t) während eines Mittelungsintervalls ΔtMI. Das Mittelungsintervall ΔtMI mit dem Anfangszeitpunkt tAnf und dem Endzeitpunkt tEnd ist durch die dargestellte aktuelle Zeit t in zwei Zeitbereiche, einen bereits abgelaufenen Zeitbereich der Breite t-tAnf und einen noch folgenden Zeitbereich der Breite tEnd-t aufgeteilt. In dem bereits abgelaufenen Zeitbereich t-tAnf ist der Zeitverlauf 32 der über den Netzanschlusspunkt 15 des Systems 1 fließenden elektrischen Leistung prinzipiell bekannt – z. B. über bereits erfolgte Messungen der entsprechenden Leistung PNAP(t) zu den Zeitpunkten ti. In dem abgelaufenen Bereich ist der Zeitverlauf 32 der Leistung PNAP(t)t) daher in Form einer durchgezogenen Linie dargestellt. In dem noch folgenden Zeitbereich tEnd–t ist die über den Netzanschlusspunkt 15 fließende Leistung PNAP(t) nicht bekannt. Der Zeitverlauf 32 kann in diesem Bereich allenfalls unter Berücksichtigung eines Leistungsprofils 31 und/oder von Prognosedaten 31 abgeschätzt werden und ist daher in diesem Bereich in Form einer gestrichelt gezeichneten Linie dargestellt. Das Mittelungsintervall ΔtMI weist exemplarisch 8 Zeitpunkte ti mit (i = 1...8) auf, an denen die über den Netzanschlusspunkt (15) fließende Leistung PNAP(t) gemessen wird. Zur aktuellen Zeit t sind bereits fünf Messungen der Leistung PNAP(ti) (mit i = 1...5) erfolgt. Diese sind schematisch durch Kreuze auf dem Zeitverlauf der Leistung PNAP(t) markiert. Exemplarisch ist ebenfalls der zweite Messpunkt PNAP(t2) zum Zeitpunkt t2 als solcher gekennzeichnet. Weiterhin ist der Quotient aus dem Zielwert EZiel und der Zeitdauer ΔtMI des Mittelungsintervalls ΔtMI in Form einer strich-punktierten Linie dargestellt.
  • Zur aktuellen Zeit t wird unter Berücksichtigung der bis dahin gemessenen Werte der über den Netzanschlusspunkt 15 fließenden Leistung PNAP(ti) die bis zur Zeit t bereits bezogene Energie ΔENAP(t) berechnet. Die zur Zeit t bereits bezogene Energie ΔENAP(t) ergibt sich aus einer numerischen Integration der bereits erfolgten Messwerte PNAP(ti) und entspricht der aufsummierten Fläche der in 2 schematisch dargestellten und grau hinterlegten Rechtecke. Aus der zur Zeit t bereits bezogenen Energie ΔENAP(t) und dem Zielwert EZiel wird unter Berücksichtigung von Gleichung Gl. 2 der Leistungsreferenzwert Pref,NAP(t) berechnet. Aus dem Leistungsreferenzwert Pref,NAP(t) wird unter Berücksichtigung von Gleichung Gl. 3 schließlich die zukünftig in dem Mittelungsintervall ΔtMI-zumindest im zeitlichen Mittel innerhalb der noch verfügbaren Zeit tEnd-t-minimal einzustellende Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit 7 bestimmt.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm am Beispiel einer Ausführungsform des erfinderischen Verfahrens. In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens werden zu oder vor Beginn eines neuen Mittelungsintervalls ΔtMI Initialparameter des Mittelungsintervalls ermittelt bzw. vorgegeben, falls diese der Mess- und Auswerteeinheit 12 nicht ohnehin schon bekannt sind. Als Initialparameter dienen beispielsweise der dem Mittelungsintervall ΔtMI zugeordnete Zielwert EZiel, der Anfangszeitpunkt tAnt, der Endzeitpunkt tEnd, und die zu Beginn des Mittelungsintervalls ΔtMI eingestellte Entladeleistung Pbat(tAnf = t1) des Speichereinheit 7. Entsprechend eines Summenverbrauchs aller aktiven Verbraucher 8 bis 10 des Systems 1 und der aktuell eingestellten Entladeleistung Pbatt1 der Speichereinheit 7 stellt sich im Schritt S2 am Netzanschlusspunkt 15 ein Leistungsfluss PNAPt1 ein, wenn dieser dort nicht ohnehin schon vorliegt. In einem Schritt S3 wird die über den Netzanschlusspunkt 15 fließende Leistung PNAP(t1) über den Leistungssensor 3 bestimmt und der Mess- und Auswerteeinheit 12 übergeben. In einem Schritt S4 berechnet die Mess- und Auswerteeinheit 12 aus den vorliegenden Werten eine Änderung der Entladeleistung ΔPbat(t) und hierüber einen neu einzustellenden Wert der Entladeleistung Pbatt2 der Speichereinheit 7 gemäß Pbatt2 = Pbatt1 + ΔPbat(t1). In einem Schritt S5 wird überprüft, ob der neu einzustellende Wert Pbatt2 innerhalb vorgegebener Toleranzwerte der Speichereinheit liegt und eine Einstellung des neu einzustellenden Wertes ohne Schädigungsgefahr für die Speichereinheit 7 erlaubt ist. Beispielsweise wird überprüft ob der einzustellende Wert eine maximal erlaubte Entladeleistung und/oder Ladeleistung der Speichereinheit überschreitet. Gleichfalls wird überprüft, ob unter Berücksichtigung des neu einzustellenden Wertes Pbatt2 in unmittelbarer Zukunft die Gefahr einer Tiefentladung der Speichereinheit 7 droht. Gleichfalls wird geprüft, ob der neu einzustellende Wert der Entladeleistung Pbatt2 in anderer Weise mit dem aktuellen Ladezustand SOC der Speichereinheit 7 kollidiert, beispielsweise weil diese bereits nahezu vollgeladen ist. Falls der neu einzustellende Wert eine Einstellung nicht erlaubt, wird er in einem Schritt S7 auf einen erlaubten Wert korrigiert. Beispielsweise wird hier ein zu hoher Wert der Entladeleistung Pbat(ti) auf die maximal erlaubte Entladeleistung begrenzt, bevor der korrigierte Wert in einem Schritt S7 in Verbindung mit der Steuereinheit 11 an der Speichereinheit 7 eingestellt wird. Ist der neu einzustellende Wert Pbatt2 innerhalb der erlaubten Toleranzwerte, so springt das Verfahren vom Schritt S5 direkt zum Schritt S7. In einem Schritt S8 wird nun abgefragt, ob das aktuelle Mittelungsintervall ΔtMI abgelaufen ist. Sofern das Mittelungsintervall ΔtMI noch nicht abgelaufen ist t < tEnd, springt das Verfahren zurück zum Schritt S2, bei dem sich nun auf Basis der neu eingestellten Entladeleistung Pbatt2 der Speichereinheit 7 und eines gegebenenfalls geänderten Verbrauchs aller aktiven Verbraucher 8 bis 10 des Systems 1 eine neue über den Netzanschlusspunkt 15 fließende Leistung PNAPt2 einstellt. Dabei ist die Einstellung der über den Netzanschlusspunkt 15 fließenden Leistung PNAPt2 gemäß Schritt S2 eine Selbstjustierung, die unmittelbar mit Einstellung einer neu einzustellenden Entladeleistung Pbatt(t) gemäß Schritt S7 und/oder einer Änderung der von den Verbrauchern 8 bis 10 des Systems 1 verbrauchten Leistung erfolgt. Die über den Netzanschlusspunkt 15 fließende Leistung PNAPt2 wird wiederum in dem Schritt S3 – nun aber zu einem späteren Zeitpunkt t2 – gemessen. Es folgt im Schritt S4 wieder eine Berechnung der neuen Entladeleistung Pbatt3, die nach Überprüfung und gegebenenfalls Korrektur in den Schritten S5 und S6 in dem Schritt S7 in Verbindung mit der Steuerungseinheit 11 an der Speichereinheit 7 eingestellt wird. Im Schritt S8 wird erneut abgefragt, ob das aktuelle Mittelungsintervall ΔtMI abgelaufen ist. Diese Schleife wird für das aktuelle Mittelungsintervall ΔtMI für nachfolgende Zeitpunkte ti solange wiederholt, bis das Mittelungsintervall ΔtMI abgelaufen ist (t > tEnd). In diesem Fall wird das Verfahren beendet oder aber mit einem neuen Mittelungsintervall ΔtMI wieder ab Schritt 51 begonnen. Bei Verwendung eines saldierenden Energiezählers als Leistungssensor 3 erfolgen die Verfahrensschritte S3 und S4 innerhalb des saldierenden Energiezählers.
  • 4 zeigt Simulationsergebnisse bei der Anwendung einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form von zeitabhängigen Leistungsverläufen unterschiedlicher Leistungen innerhalb eines Mittelungsintervalls ΔtMI von 30 min. Hierbei wurden jeweils Messwerte mit einer Abtastrate von 1/min erzeugt. Dargestellt sind im Einzelnen die Zeitverläufe folgender Leistungen:
    Einer insgesamt innerhalb des Systems 1 von den Verbrauchern 8 bis 10 verbrauchten Leistung Pv(t) mi Pv(t) = ΣkPv,k(t) (Gl. 6)
  • Eine an dem Netzanschlusspunkt 15 gemessene Leistung PNAP(t), eine sich aus dem Zielwert EZiel und der Zeitdauer ΔtMI des Mittelungsintervalls ΔtMI ergebende durchschnittliche Leistung der Form EZiel/ΔtMI, und eine ab dem Anfangszeitpunkt tAnf des Mittelungsintervalls, hier: tAnf = 0 min, gemäß
    Figure DE102016110716A1_0004
    gemittelte über den Netzanschlusspunkt 15 geflossene Leistung
    Figure DE102016110716A1_0005
    Dabei wurde die Simulation wurde unter Annahme einer maximalen Batterieentladeleistung von 250 Watt durchgeführt, die nicht in der Lage ist, die gesamte von den Verbrauchern 8 bis 10 des Systems 1 verbrauchte Leistung Pv(t) unter Berücksichtigung der maximal erlaubten über den Netzanschlusspunkt 15 fließenden Leistung EZiel/ΔtMI zeitgleich zu decken. Vielmehr ist die maximal erlaubte Entladeleistung der Speichereinheit 7 zu gering, weswegen zu gewissen Zeiten die tatsächlich über den Netzanschlusspunkt 15 fließende Leistung PNAP(t) die durchschnittlich erlaubte Leistung EZiel/ΔtMI – zumindest kurzzeitig – deutlich überschreitet. Dennoch führt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens trotz des gering angesetzten Wertes der maximal erlaubten Entladeleistung der Speichereinheit 7 bis zum Ende des Mittelungsintervalls ΔtMI dazu, dass die über den Netzanschlusspunkt 15 seit Beginn des Mittelungsintervalls ΔtMI gemittelte Leistung
    Figure DE102016110716A1_0006
    die durch den Zielwert EZiel vorgegebene durchschnittliche Leistung EZiel/ΔtMI nicht überschritten wird. BEZUGSZEICHENLISTE
    1 System
    2 Energieversorgungsnetz
    3 Leistungssensor
    5 Energieerzeugungsanlage (EEA)
    5.1 Photovoltaik(PV)-Wechselrichter
    5.2 Photovoltak(PV)-Generator
    7 Speichereinheit
    7.1 DC/AC-Wandler
    7.2 Batterie
    8 Verbraucher
    9 Verbraucher
    10 Verbraucher
    11 Steuerungseinheit
    12 Mess- und Auswerteeinheit
    13 Verbrauchersteuerung
    14 Empfangseinheit
    15 Netzanschlusspunkt (NAP)
    20 Leistungssensor
    21 Leistungssensor
    22 Leistungssensor
    23 Leistungssensor
    24 Leistungssensor
    30 Prognosedaten
    31 Leistungsprofil
    32 Zeitverlauf
    S1–S8 Verfahrensschritt
    ΔENAP (über den Netzanschlusspunkt bezogene) Energie
    PNAP(ti) (über den Netzanschlusspunkt bezogene) Leistung
    tAnf Anfangszeitpunkt
    tEnd Endzeitpunkt
    ti Zeitpunkt
    ΔtMI Mittelungsintervall
    PZiel, EZiel Zielwert
    Pbat[t] Entladeleistung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011114344 A1 [0005]

Claims (11)

  1. Verfahren zur adaptiven Steuerung einer Entladeleistung Pbat[t] einer einem System (1) zugeordneten Speichereinheit (7), mit dem Ziel, eine von einem Energieversorgungsnetz (2) über einen Netzanschlusspunkt (15) des Systems (1) innerhalb eines Mittelungsintervalls ΔtMI bezogene elektrische Energie ΔENAP auf einen Zielwert EZiel zu begrenzen, wobei das Mittelungsintervall ΔtMI gemäß ΔtMI = tEnd – tAnf einen Anfangszeitpunkt tAnf, einen Endzeitpunkt tEnd und eine Mehrzahl von innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI angeordneten Zeitpunkten ti mit (i = 1...n) gemäß tAnf ≤ ti ≤ tEnd aufweist und zeitlich innerhalb eines dem System (1) zugeordneten Abrechnungszeitraumes angeordnet ist, mit den Schritten, – Messen einer vom Energieversorgungsnetz (2) über den Netzanschlusspunkt (15) zu der Mehrzahl von Zeitpunkten ti (i = 1...n) bezogenen elektrischen Leistung PNAP(ti), – Bestimmung einer innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI über den Netzanschlusspunkt (15) zur aktuellen Zeit t bereits bezogenen elektrischen Energie ΔENAP(t) aus den Werten der zu den Zeitpunkten ti vom Energieversorgungsnetz (2) bezogenen elektrischen Leistung PNAP(ti) bereits erfolgter Messungen innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI, – Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit (7) während des Mittelungsintervalls ΔtMI in Abhängigkeit: – der Bestimmung der in dem Mittelungsintervall ΔtMI über den Netzanschlusspunkt (15) zur aktuellen Zeit t bereits bezogenen elektrischen Energie ΔENAP(t), – der in dem Mittelungsintervall ΔtMI liegenden aktuellen Zeit t, und – des Zielwertes EZiel für die vom Energieversorgungsnetz (2) zu beziehenden elektrische Energie für das Mittelungsintervall ΔtMI
  2. Verfahren nach Anspruch 1, – wobei der Abrechnungszeitraum weitere Mittelungsintervalle ΔtMI umfasst, – wobei jedes der weiteren Mittelungsintervalle ΔtMI gemäß ΔtMI = tEnd – tAnf einen Anfangszeitpunkt tAnf, einen Endzeitpunkt tEnd, eine Mehrzahl von innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI angeordneten Zeitpunkten ti (i = 1...n) gemäß tAnf ≤ ti ≤ tEnd und einen individuell zugeordneten Zielwert EZiel für die von dem Energieversorgungsnetz (2) über den Netzanschlusspunkt (15) des Systems (1) innerhalb des jeweiligen Mittelungsintervalls ΔtMI bezogene elektrische Energie ΔENAP aufweist, und – wobei für jedes weitere Mittelungsintervall ΔtMI das Verfahren nach Anspruch 1 wiederholt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System (1) eine lokale Energieerzeugungsanlage (5), insbesondere eine Photovoltaik(PV)-Anlage und/oder eine Windenergie(WE)-Anlage aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit (7) Prognosedaten (30) berücksichtigt werden, über die eine zukünftig erzeugte elektrische Leistung PEEA(t) der lokalen Energieerzeugungsanlage (5) abgeschätzt werden kann.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System (1) zumindest einen Verbraucher (8 bis 10) mit einem dem zumindest einen Verbraucher (8 bis 10) zugeordneten Leistungsprofil (31) aufweist, wobei das Leistungsprofil (31) eine Prognose über den zukünftigen Verbrauch elektrischer Leistung des zumindest einen Verbrauchers (8 bis 10) in dem Mittelungsintervall ΔtMI erlaubt dadurch gekennzeichnet, dass bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit (7) das dem zumindest einen Verbraucher (8 bis 10) zugeordnete Leistungsprofil (31) berücksichtigt wird,.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das System (1) eine Verbrauchersteuerung (13) aufweist, die ausgelegt ist, den Leistungsfluss zu zumindest einem der Verbraucher (8 bis 10) des Systems (1) zu variieren und/oder zumindest einen der Verbraucher (8 bis 10) zu aktivieren bzw. zu deaktivieren, und wobei bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit (7) die Variation des Leistungsflusses zu dem zumindest einen Verbraucher (8 bis 10), und/oder die Aktivierung bzw. Deaktivierung des zumindest einen Verbrauchers (8 bis 10) berücksichtigt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abrechnungszeitraum mehrere Tarifzeiträume, beispielsweise einen Hochtarif(HT)-Zeitraum und einen Niedrigtarif(NT)-Zeitraum, aufweist, wobei der Zielwert EZiel eines einem Tarifzeitraum zugeordneten Mittelungsintervalls ΔtMI verschieden von dem Zielwert EZiel eines einem anderen Tarifzeitraum zugeordneten Mittelungsintervalls ΔtMI ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Aktualisierung zumindest eines Zielwertes EZiel im Verlauf des Abrechnungszeitraums erfolgt, wobei – bei der Aktualisierung ein Maximalwert der tatsächlich vom Energieversorgungsnetz (2) über den Netzanschlusspunkt (15) bezogenen Energie ΔENAP bereits vergangener Mittelungsintervalle ΔtMI in dem aktuellen Abrechnungszeitraum berücksichtigt wird.
  8. Vorrichtung zur Begrenzung einer von einem Energieversorgungsnetz (2) über einen Netzanschlusspunkt (15) eines Systems (1) innerhalb eines Mittelungsintervalls ΔtMI bezogenen elektrischen Energie ΔENAP auf einen Zielwert EZiel, umfassend: – eine Speichereinheit (7) mit einem Energiespeicher (7.2) und einem mit dem Energiespeicher (7.2) verbundenen bidirektional betreibbaren DC/AC-Wandler (7.1), – eine Steuerungseinheit (11) zur Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit (7), die mit dem der Speichereinheit (7) zugeordneten bidirektional betreibbaren DC/AC-Wandler (7.1) verbunden ist, – eine mit der Steuerungseinheit (11) verbundene Mess- und Auswerteeinheit (12), an die ein Leistungssensor (3) zur Erfassung einer von einem Energieversorgungsnetz (2) über den Netzanschlusspunkt (15) des Systems (1) zur Zeit ti fließenden elektrischen Leistung PNAP(ti) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Mess- und Auswerteeinheit (12) ausgelegt ist, in Verbindung mit der Steuerungseinheit (11) die Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit (7) innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zu steuern.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin aufweisend: – eine lokale Energieerzeugungsanlage (5), insbesondere eine Photovoltaik(PV)-Anlage oder eine Windenergie(WE)-Anlage, und – eine mit der Mess- und Auswerteeinheit (12) verbundene Empfangseinheit (14) zum Empfang von Prognosedaten (30), – wobei die Mess- und Auswerteeinheit (12) ausgelegt ist, mit den Prognosedaten (30) eine innerhalb des Mittelungsintervalls ΔtMI zukünftig erzeugte elektrische Leistung PEEA(t) der lokalen Energieerzeugungsanlage (5) zu bestimmen, und – wobei die Mess- und Auswerteeinheit (12) ausgelegt ist, in Verbindung mit der Steuerungseinheit (11) die Bestimmung der zukünftig von der lokalen Energieerzeugungsanlage (5) erzeugte elektrische Leistung PEEA(t) bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit (7) zu berücksichtigen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin aufweisend: – eine mit zumindest einem dem System (1) zugeordneten Verbraucher (8 bis 10) verbundene Verbrauchersteuerung (13), – wobei die Verbrauchersteuerung (13) ausgelegt ist, den Leistungsfluss zu dem zumindest einen Verbraucher (8 bis 10) zu variieren und/oder den zumindest einen Verbraucher (8 bis 10) zu aktivieren beziehungsweise zu deaktivieren, und – wobei die Mess- und Auswerteeinheit (12) ausgelegt ist, in Verbindung mit der Steuerungseinheit (11) die Variation des Leistungsflusses zu dem zumindest einen Verbraucher (8 bis 10), und/oder die Aktivierung beziehungsweise Deaktivierung des zumindest einen Verbrauchers (8 bis 10) bei der Steuerung der Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit (7) zu berücksichtigen.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei – die Speichereinheit (7) mehrere Energiespeicher (7.2) und mehrere bidirektional betreibbare DC/AC-Wandler (7.1) und/oder mehrere bidirektional betreibbare DC/DC-Wandler (7.3) aufweist, und – wobei die Energiespeicher (7.2) jeweils mit einem separaten der bidirektional betreibbaren DC/AC-Wandler (7.1) verbunden sind und/oder jeweils über einen der bidirektional betreibbaren DC/DC-Wandler (7.3) mit dem DC/AC-Wandler (7.1) als gemeinsam genutzten DC/AC-Wandler (7.1) verbunden sind, und – wobei die Steuerungseinheit (11) ausgelegt ist, die Entladeleistungen der einzelnen DC/AC-Wandler (7.1) und/oder der einzelnen DC/DC-Wandler (7.3) verschieden voneinander derart zu steuern, dass sich in Summe die Entladeleistung Pbat(t) der Speichereinheit (7) ergibt.
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