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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage oder mehrerer in einem Windpark zusammengeschlossener Windenergieanlagen, sowie ein zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete Steuerungseinrichtung und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
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Windenergieanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen in der Regel einen Rotor mit mehreren - in der Regel drei - Rotorblättern. Der Rotor ist drehbar an einer Gondel angeordnet, wobei die Gondel wiederum drehbar auf einem Turm angeordnet ist. Der Rotor treibt ggf. über eine Rotorwelle und ein Getriebe einen Generator an. Eine durch Wind induzierte Rotationsbewegung des Rotors kann so in elektrische Energie gewandelt werden, die dann über Umrichter und/oder Transformatoren - je nach Bauart des Generators auch wenigstens teilweise direkt - in ein elektrisches Netz eingespeist werden kann.
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Aufgrund des stetig wachsenden Anteils an regenerativ erzeugter, elektrischer Leistung in den öffentlichen Verteil- und Übertragungsnetzen sollen Windenergieanlage zunehmend auch für die Funktionstüchtigkeit der Energieversorgung notwendige Aufgaben übernehmen und bspw. sog. Systemdienstleistungen zur Frequenzhaltung, zur Spannungshaltung oder sonstigen Netzbetriebsführung bereitstellen.
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Gleichzeitig stellen die Netze, in die eine Windenergieanlage oder eine Gruppe von Windenergieanlagen die erzeugte Energie unmittelbar einspeist, einen möglichen Flaschenhals für die Energieeinspeisung dar, die sich aus dem Schutz der dort verwendeten Komponenten, wie bspw. Transformatoren, etc. ergibt. Ob und in welchem Umfang Windenergieanlagen für Systemdienstleistungen tatsächlich zur Verfügung stehen, hängt u. a. mit den zur Verfügung stehenden, freien Übertragungskapazität desjenigen Netzes, in welches eine Windenergieanlage ihre Leistung einspeist, zusammen. Diese freie Übertragungskapazität ändert sich jedoch ständig mit der tatsächlich in das Netz eingespeisten Leistung, wobei die freie Übertragungskapazität insbesondere in Starkwindphasen mit entsprechend hoher Leistungseinspeisung durchaus auch auf null absinken kann. Da aus dem Stand der Technik aber keine Möglichkeit bekannt ist, variable Leistungseinspeisung als Systemdienstleistung auch bei schwankender freier Übertragungskapazität in einem lokalen Netz zur Verfügung zu stellen, werden Windenergieanlagen im Stand der Technik regelmäßig nicht zur Erbringung von Systemdienstleistungen verwendet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Steuerungseinrichtung und ein Computerprogrammprodukt zu schaffen, mit denen Windenergieanlagen zur Erbringung von Systemdienstleistungen genutzt werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch, eine Steuerungseinrichtung gemäß dem Anspruch 12 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß dem Anspruch 13. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage oder mehrerer in einem Windpark zusammengeschlossener Windenergieanlagen mit einer an ein Datenfernübertragungsnetz angebundenen Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Leistungseinspeisung der Windenergieanlage(n), wobei die Steuerungseinrichtung zum Empfang von Steuerungssignalen wenigstens zweier übergeordneter Steuerungen mit unterschiedlicher Priorität ausgebildet ist, mit den Schritten:
- - Empfang eines Steuerungssignals von einer der übergeordneten Steuerungen;
- - Prüfen, von welcher übergeordneten Steuerung das Steuerungssignal stammt;
- - Wenn die Steuerungseinrichtung für diejenige übergeordnete Steuerung reserviert ist, von der das Steuerungssignals stammt: Umsetzen des Steuerungssignals;
- - Wenn die Steuerungseinrichtung für eine andere übergeordnete Steuerung reserviert ist:
- Prüfen, ob das Steuerungssignal von einer übergeordneten Steuerung mit höherer Priorität als die Priorität der übergeordneten Steuerung, für welche die Steuerungseinrichtung reserviert ist, stammt:
- - Wenn ja: Umsetzen des Steuerungssignals;
- - Wenn nein: Ablehnen des Steuerungssignals.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Leistungseinspeisung einer Windenergieanlage oder mehrerer in einem Windpark zusammengeschlossener Windenergieanlagen, wobei die Steuerungseinrichtung zum Empfang von Steuerungssignalen wenigstens zweier übergeordneter Steuerungen mit unterschiedlicher Priorität über ein Datenfernübertragungsnetz ausgebildet ist, wobei die Steuerungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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Auch betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt umfassend Programmteile, welche, wenn geladen in einem Computer, vorzugsweise eine Steuerungseinrichtung einer Windenergieanlage oder eines Windparks, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt sind.
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Es ist bekannt, das die Leistungseinspeisung und andere Funktionen einer Windenergieanlage oder von Windparks durch externe und an die jeweilige Steuerungseinrichtung der Windenergieanlage oder des Windparks gesendete Steuerungssignale gesteuert werden kann, wobei dieses Steuerungssignal regelmäßig von einer einzelnen übergeordneten Steuerung kommen. Die Erfindung hat erkannt, dass zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen durch Windenergieanlagen das Umsetzen von Steuerungssignalen verschiedener übergeordneter Steuerungen vorteilhaft ist. Damit dabei eine ausreichende Sicherheit in der Verfügbarkeit von Windenergieanlagen für Systemdienstleistungen erreicht und gleichzeitig das Netz, an welchem die Windenergieanlage(n) angeschlossen ist oder sind, vor Überlast geschützt werden kann, sind erfindungsgemäß zwei Maßnahmen vorgesehen.
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Im Folgenden wird aus Gründen der Übersichtlichkeit und zum besseren Verständnis der Erfindung regelmäßig auf ein Ausführungsbeispiel mit zwei übergeordneten Steuerungen Bezug genommen, wobei die eine übergeordnete Steuerung dem Betreiber des Netzes, in welche die Windenergieanlage oder der Windpark unmittelbar Leistung einspeist, zugeordnet ist, während die andere übergeordnete Steuerung einem Systemdienstleister, der zur Gewährleistung der Netzstabilität in Übertragungsnetzen bei Bedarf Systemdienstleistungen abruft, zugeordnet ist. Die netzbetreiberzugeordnete Steuerung genießt dabei eine höhere Priorität als die dem Systemdienstleister zugeordnete Steuerung. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, dass die übergeordneten Steuerungen anders zugeordnet und/oder mehr als zwei übergeordnete Steuerungen vorgesehen sind, wobei zumindest eine der Steuerungen eine höhere Priorität hat als eine andere der übergeordneten Steuerungen. Es können aber selbstverständlich noch weitere übergeordnete Steuerungen, bspw. eines Direktvermarkters elektrischer Energie, vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäß kann die Steuerungseinrichtung zu vorgegebenen oder sich aus der Betriebsführung oder empfangenen Steuerungssignalen ergebenden flexiblen Zeitpunkten für eine bestimmte übergeordnete Steuerung reserviert sein, deren Steuerungssignale primär umgesetzt werden sollen. Insbesondere kann in einem in der Steuerungseinrichtung hinterlegten Fahrplan festgelegt sein, von welcher übergeordneten Steuerung Steuerungssignale primär umgesetzt werden. Der Fahrplan kann dabei von der Steuerungseinrichtung selbst, einer der übergeordneten Steuerungen oder einer weiteren gesonderten Einheit erstellt und an die Steuerungseinrichtung und/oder ggf. die übergeordneten Steuerungen übermittelt werden. In dem Fahrplan kann auf Basis von Prognosen grundsätzlich festgelegt sein, zu welchen Zeitpunkten eine Windenergieanlage bzw. ein Windpark bei Bedarf für eine bestimmte übergeordnete Steuerung, bspw. für Systemdienstleistungen grundsätzlich bereitsteht. Die Prognosen können bspw. Wetterprognosen, insbesondere Windprognosen, aber auch auf Erfahrungswerten beruhende Verbrauchsprognosen sein, auf deren Basis u. a. die Belastung des Netzes, in welches die Windenergieanlage bzw. der Windpark einspeist, prognostiziert werden kann. Für Zeiten, in denen eine hohe Netzauslastung zu erwarten ist, kann im Fahrplan dann bspw. festgelegt werden, dass grundsätzlich nur Steuerungssignale der dem Netzbetreiber zugeordneten übergeordneten Steuerung umgesetzt werden, die regelmäßig dem Schutz des Netzes dienen. Die anderen übergeordneten Steuerungen können anhand des Fahrplans erkennen, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt eine bestimmte Windenergieanlage oder ein Windpark für sie, bspw. zur Erbringung von Systemdienstleistungen, nicht zur Verfügung steht. In diesem Fall muss bspw. ein Systemdienstleister eine evtl. erforderliche Systemdienstleistung von einer anderen Erzeugereinheit abrufen.
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Die Steuerungseinrichtung der Windenergieanlage oder des Windparks ist grundsätzlich dazu ausgebildet, nur diejenigen Steuerungssignale tatsächlich in die Steuerung der Windenergieanlage oder des Windparks umzusetzen, die von derjenigen übergeordneten Steuerung stammen, für welche die Steuerungseinrichtung - bspw. gemäß Fahrplan - reserviert ist.
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Für den Fall, dass die zum Zeitpunkt des Empfangs eines Steuerungssignals keine Reservierung vorliegt, kann die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet sein, das empfangene Steuerungssignal dennoch umzusetzen. Dadurch kann eine Windenergieanlage bzw. ein Windpark auch dann bspw. zur Erbringung von Systemdienstleistungen genutzt werden, wenn sie bzw. er dafür nicht explizit reserviert ist. Gleichzeitig bleibt sichergestellt, dass bei einer Reservierung der Steuerungseinrichtung für eine bestimmte übergeordnete Steuerung die Steuerungssignale anderer übergeordneter Steuerungen grundsätzlich nicht umgesetzt werden.
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Es ist bevorzugt, wenn im Falle der Umsetzung eines Steuerungssignals einer übergeordneten Steuerung, wenn keine Reservierung der Steuerungseinrichtung besteht, die Steuerungseinrichtung für einen vorgegebenen Zeitraum und/oder bis zur nächsten ordnungsgemäßen Reservierung - bspw. gemäß Fahrplan - für diejenige übergeordnete Steuerung reserviert wird, von der das Steuerungssignal stammt. In dem die Steuerungseinrichtung bei Umsetzung eines Steuerungssignals einer bestimmten übergeordneten Steuerung für eben diese Steuerung reserviert wird, wird sichergestellt, dass auch nachfolgende Steuerungssignale eben dieser übergeordneten Steuerung umgesetzt werden und insbesondere Steuerungssignale anderer übergeordneter Steuerungen, die ggf. entgegenstehende Regelungsziele verfolgen, grundsätzlich unberücksichtigt bleiben. Die Reservierung für eben diese übergeordnete Steuerung kann zeitlich begrenzt sein, bspw. auf einen vorgegebenen Zeitraum. Vorteilhaft ist es aber, wenn eine solche Reservierung maximal bis zu demjenigen Zeitpunkt gültig ist, zu dem bspw. gemäß Fahrplan eine Reservierung für eine bestimmte übergeordnete Steuerung besteht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein evtl. vorgegebener Fahrplan grundsätzlich eingehalten wird.
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Von dem Grundsatz, dass Steuerungssignale einer übergeordneten Steuerung nur dann umgesetzt werden, wenn die Steuerungseinrichtung für diese Steuerung reserviert ist oder keine Reservierung besteht, kann erfindungsgemäß dann abgewichen werden, wenn ein Steuerungssignal von einer übergeordneten Steuerung empfangen wird, deren Priorität höher ist als die Priorität der übergeordneten Steuerung, für welche die Steuerungseinrichtung momentan reserviert ist. Stammt ein Steuerungssignal von einer übergeordneten Steuerung mit entsprechend höherer Priorität, kann das Steuerungssignal trotz anderslautender Reservierung umgesetzt werden. Dadurch kann bspw. sichergestellt werden, dass ein Netzbetreiber zum Schutz seines Netzes die Leistungseinspeisung einer Windenergieanlage bzw. eines Windparks reduzieren oder vollständig abschalten kann, selbst wenn die Windenergieanlage bzw. dem Windpark eigentlich einem Systemdienstleister zur Erbringung von Systemdienstleistungen zur Verfügung stehen sollte.
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Um zu verhindern, dass Steuerungssignale von übergeordneten Steuerungen mit höherer Priorität unmittelbar umgesetzt werden, kann vorgesehen sein, dass von der Steuerungseinrichtung eine Bestätigung von derjenigen übergeordneten Steuerung mit der höheren Priorität eingeholt wird, dass deren Steuerungssignal tatsächlich umgesetzt werden muss. Dadurch kann sichergestellt werden, dass nur solche Steuerungssignale von einer übergeordneten Steuerung entgegen der eigentlichen Reservierung umgesetzt wird, die - bspw. für die Sicherheit des Netzes - unmittelbar erforderlich sind und zu denen keine Alternative besteht, mit der Abweichungen von den Reservierung bzw. von einem Fahrplan gering gehalten werden können.
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Wird ein Steuersignal einer übergeordneten Steuerung aufgrund ihrer Priorität entgegen der Reservierung bspw. gemäß Fahrplan umgesetzt, ist es bevorzugt, wenn die Steuerungseinrichtung für einen vorgegebenen Zeitraum und/oder bis zur ordnungsgemäßen nächsten Reservierung - bspw. gemäß Fahrplan - für die übergeordnete Steuerung mit der höheren Priorität reserviert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass - sofern eine übergeordnete Steuerung mit höherer Priorität weitere Steuerungssignale an die Steuerungseinrichtung sendet - diese unmittelbar und insbesondere ohne ansonsten ggf. erforderliche Bestätigung umgesetzt werden können und die von der Steuerung mit höherer Priorität verfolgten Regelungsziele durch Steuerungssignale derjenigen übergeordneten Steuerung, für welche die Steuerungseinrichtung reserviert ist, nicht konterkariert werden können. Wird der Zeitraum bis zur nächsten Reservierung begrenzt, kann bspw. die grundsätzliche Einhaltung eines Fahrplans sichergestellt werden. Werden danach weiterhin Steuerungssignale einer übergeordneten Steuerung mit höherer Priorität als die Priorität derjenigen Steuerung, für welche die Steuerungseinrichtung dann reserviert ist, empfangen, kann die Reservierung wie beschrieben dann erneut auf die übergeordnete Steuerung mit höherer Priorität umgestellt werden.
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Es ist bevorzugt, wenn im Falle der Umsetzung des Steuerungssignals einer übergeordneten Steuerung mit höherer Priorität, diejenige Steuerung, für die die Steuerungseinrichtung reserviert ist, benachrichtigt wird, dass die Steuerungseinrichtung trotz Reservierung momentan nicht mehr verfügbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann bei Empfang eines Steuerungssignals einer übergeordneten Steuerung mit einer niedrigeren Priorität als die Priorität derjenigen übergeordneten Steuerung, für die die Steuerungseinrichtung reserviert ist, die übergeordnete Steuerung mit der niedrigeren Priorität informiert werden, dass die Steuerungseinrichtung momentan nicht verfügbar ist. Dadurch kann bspw. sichergestellt werden, dass die übergeordneten Steuerungen neben der Information aus einem Fahrplan, für welche übergeordnete Steuerung eine Steuerungseinrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt reserviert ist, unmittelbar über des Reservierungszustands und insbesondere evtl. Abweichungen von eben diesem Fahrplan informiert werden. Diese Information kann unmittelbar von den übergeordneten Steuerungen berücksichtigt werden.
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Es ist bevorzugt, wenn der Fahrplan in Form einer Blockchain, welche vorzugsweise in der Steuerungseinrichtung und wenigstens einer, vorzugsweise aller übergeordneten Steuerungseinrichtungen gespeichert ist, vorliegt. Über die Verwendung einer Blockchain kann sichergestellt werden, dass der Fahrplan bei jeder Einheit, bei der die Blockchain hinterlegt ist, identisch und manipulationssicher ist. Gleichzeitig lässt sich der Fahrplan bzw. die Blockchain problemlos fortschreiben, wenn Reservierungen für einen neuen Prognosezeitraum ermittelt werden. Der Fahrplan umfasst bspw. den Zeitraum für eine bestimmte Reservierung sowie eine eindeutige Identifizierung derjenigen übergeordneten Steuerung, für welche die Reservierung gilt. Es kann ausreichend sein, wenn lediglich die Startzeit einer Reservierung im Fahrplan hinterlegt ist, wobei sich der Zeitraum der Reservierung aus der Startzeit der nachfolgenden Reservierung ergibt. Im Fahrplan können auch solche Zeiten, in denen die Windenergieanlage bzw. der Windpark bspw. aus Wartungsgründen stillgesetzt ist und somit keine Leistung einspeisen kann, hinterlegt sein.
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Die Blockchain kann neben dem eigentlichen Fahrplan für die Reservierungen einer Steuerungseinrichtung noch weitere Informationen im Sinne von Smart Contracts enthalten, durch die vertragliche Vereinbarungen für den Fall abgebildet werden, dass eine Steuerungseinrichtung entgegen der ursprünglichen Reservierung nicht für diejenige übergeordnete Steuerung, für die sie eigentlich reserviert ist, zur Verfügung steht. In einem solchen Smart Contract können bspw. Sondervergütungen oder Vertragsstrafen abgebildet sein, die dann automatisiert abgerechnet werden können. Ein Smart Contract kann bspw. eine Befehlskette umfassen, wonach die relevanten Messdaten und Steuerbefehle des Zeitintervalls zusammen mit den Vertragsdaten mit einem geheimen Schlüssel signiert und/oder an eine im Smart Contract hinterlegte Adresse verschickt werden.
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Da insbesondere bei einem als Blockchain hinterlegten Fahrplan, aber auch bei anderen Ausgestaltungen, eine kurzfristige Änderung des Fahrplans, weil die Steuerungseinrichtung entgegen der ursprünglichen Reservierung für eine übergeordnete Steuerung mit höherer Priorität als die ursprüngliche Steuerung reserviert werden muss, nicht oder nur schwer möglich ist, ist bevorzugt, wenn eine spontane, aus der Betriebssicherheit begründete Abweichung vom Fahrplan notwendig wird, diese nach einem vordefinierten Regelwerk behandelt und in der Steuerungseinheit gesondert vom Fahrplan, bspw. durch Nutzung eines Semaphors, umgesetzt wird. Dadurch kann eine momentane „Neu-Reservierung“ abgebildet werden, ohne den ursprünglichen Fahrplan ändern zu müssen. Das vordefinierte Regelwerk kann bspw. als Smart Contract in der Blockchain hinterlegt sein.
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Wie bereits dargelegt, ist eine übergeordnete Steuerung bevorzugt dem Netzbetreiber des Netzes, in welches die Leistungseinspeisung der Windenergieanlage bzw. des Windparks erfolgt, eine andere übergeordnete Steuerung einem Systemdienstleister zugeordnet. Die dem Netzbetreiber zugeordnete Steuerung weist vorzugsweise eine höhere Priorität als die dem Systemdienstleister zugeordnete Steuerung auf.
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Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung sowie des erfindungsgemäßen Computerprogrammproduktes wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
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Die Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft weiter beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Zusammenschlusses von mehreren Netzen mit Leistungseinspeisung von einer Windenergieanlage und einem Windpark; und
- 2: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist schematisch ein Übertragungsnetz 1 dargestellt, an dem mehrere lokale Verteilnetze 2 angeschlossen sind. Konventionelle Kraftwerke 3, von denen exemplarisch eines dargestellt ist, sind zur Leistungseinspeisung mit dem Übertragungsnetz 1 verbunden. Über das Übertragungsnetz 1 gelangt die von den konventionellen Kraftwerken 3 erzeugte Energie zu den einzelnen Verteilnetzen 2.
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Weiterhin ist an einem Verteilnetz 2 eine einzelne Windenergieanlage 4 zur Leistungseinspeisung angebunden, während an einem anderen Verteilnetz 2 ein Windpark 5 umfassend mehrere Windenergieanlagen 4' über ein windparkinternes Netz 6 zur Leistungseinspeisung angeschlossen ist. Die einzelne Windenergieanlage 4 weist eine Steuerungseinheit 7 auf, die mit einem Datenfernübertragungsnetz, bspw. dem Internet verbunden ist und die zur Steuerung der Leistungseinspeisung der einzelnen Windenergieanlage 4 ausgebildet ist. Der Windpark 5 weist eine vergleichbare Steuerungseinheit 7 auf, die bspw. in den Parkmaster am Übergabepunkt zwischen windparkinternem Netz 6 und Verteilnetz 2 integriert ist. Die Steuerungseinheit 7 des Windparks 5 ist ebenfalls mit einem Datenfernübertragungsnetz. Darüber hinaus ist sie über ein windparkinternes Datennetzwerk 8 mit den einzelnen Windenergieanlagen 4' des Windparks 5 verbunden, um diese individuell steuern zu können.
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Zumindest für diejenigen Verteilnetze 2, in die eine Leistungseinspeisung durch eine Windenergieanlage 4 oder einen Windpark 5 erfolgt, ist eine übergeordnete Steuerung 9 vorgesehen, die über geeignete, über das Datenfernübertragungsnetz an die Steuerungseinheit 7 der Windenergieanlage 4 bzw. dem Windpark 5 übermittelte Steuerungssignale die Leistungseinspeisung der Windenergieanlage 4 bzw. des Windparks 5 beeinflussen kann. Bspw. kann die Leistungseinspeisung reduziert oder vollständig abgeschaltet werden, wenn das jeweilige Verteilnetz 2 voll ausgelastet oder sogar bereits überlastet ist, um die einzelnen Komponenten des Verteilnetzes 2, wie bspw. Transformatoren (nicht dargestellt), vor Beschädigung durch zu große und/oder zu lang andauernde Überlast zu schützen.
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Darüber hinaus ist noch eine übergeordnete Steuerung 10 eines Systemdienstleisters vorgesehen, der im Auftrag des Übertragungsnetzbetreibers die Frequenz- und Spannungshaltung im Übertragungsnetz 1 unterstützt. Um diese Aufgaben zu erfüllen ist die übergeordnete Steuerung 10 über ein Datenfernübertragungsnetz mit den einzelnen Energieerzeugungseinheiten, wie den konventionellen Kraftwerken 3, der einzelnen Windenergieanlage 4 und dem Windpark 5, bzw. mit deren jeweiliger Steuerungseinrichtung 7, verbunden, um deren Leistungseinspeisung über geeignete Steuerungssignale derart zu beeinflussen, dass bspw. die Frequenz und/oder die Spannung im Übertragungsnetz 1 definierten Sollwerten entspricht.
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Wie unmittelbar aus 1 ersichtlich, können die Steuerungseinrichtungen 7 grundsätzlich sowohl von der jeweils übergeordneten Steuerung 9 des jeweiligen Netzbetreibers als auch von der übergeordneten Steuerung 10 des Systemdienstleisters Steuerungssignale empfangen. Das erfindungsgemäße Verfahren, wie eine Steuerungseinrichtung 7 empfangene Steuerungssignalen einer der ihr übergeordneten Steuerungen 9, 10 verarbeitet, wird anhand von 2 erläutert.
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In einem ersten Schritt 100 wird von der Steuerungseinrichtung ein Steuerungssignal von einer der ihr übergeordneten Steuerungen 9, 10 empfangen, wobei das Steuerungssignal Identifikationsmerkmale umfasst, die es einer der übergeordneten Steuerungen 9, 10 eindeutig zuordnen lassen.
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Anschließend wird in Schritt 101 überprüft, von welcher übergeordneten Steuerung 9, 10 das Steuerungssignal stammt und ob es sich bei der so ermittelten Steuerung 9, 10 um diejenige handelt, für welche die Steuerungsvorrichtung 7 zum Zeitpunkt des Empfangs des Steuerungssignals reserviert war. Dazu wird auf den Speicher 11, der Teil der Steuerungsvorrichtung 7 ist, zurückgegriffen.
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In dem Speicher 11 sind ein Fahrplan betreffend die Reservierung der Steuerungseinheit 7, ein Semaphor über eine mögliche Abweichung vom hinterlegten Fahrplan sowie eine Priorisierung der Steuerungen 9, 10 hinterlegt.
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Der Fahrplan, der in Form einer Blockchain sowohl im Speicher 11 als auch bei den übergeordneten Steuerungen 9, 10 abgelegt ist, enthält eine in die Zukunft gerichtete Aufstellung von Zeitintervallen mit der jeweiligen Angabe, für welche der Steuerungseinheiten 9, 10 die Steuerungseinrichtung 7 reserviert ist. Der Fahrplan wird in regelmäßigen Abständen von der jeweiligen übergeordneten Steuerung 9 des Netzbetreibers auf Basis von Wetter- und Verbrauchsprognosen erstellt bzw. fortgeschrieben und über das Datenfernübertragungsnetz an die jeweils untergeordnete Steuerungseinrichtung 7 sowie die übergeordnete Steuerung 10 des Systemdienstleisters übermittelt. Durch die Speicherung des Fahrplans in Form einer Blockchain ist Manipulationssicherheit gegeben.
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Der Fahrplan kann die folgende Form aufweisen:
| Start | Ende | Reserviert für ... | Regelung bei Abweichung |
| 11:00 | 11:15 | Netzbetreiber | - keine - |
| 11:15 | 11:30 | Netzbetreiber | - keine - |
| 11:30 | 11:45 | - frei - | - keine - |
| 11:45 | 12:00 | Systemdienstleister | Vertragsstrafe |
| 12:00 | 12:15 | Wartung | - keine - |
| 12:15 | 12:30 | Systemdienstleister | Vertragsstrafe |
| ... | ... | ... | ... |
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Neben der Start- und Endzeit eines jeden Zeitraums, die selbstverständlich auch ein Datum umfassen kann und vorzugsweise Universal-Time-Code (UTC)-konform ist, ist für jeden Zeitraum festgelegt, für welche übergeordnete Steuerung 9, 10 - nämlich entweder die des Netzbetreibers oder die des Systemdienstleisters - die Steuerungseinrichtung 7 reserviert ist. Ebenfalls in den Fahrplan eingetragen sind Wartungen. In den entsprechenden Zeiträumen steht die Windenergieanlage 4 bzw. der Windpark 5 keinem der übergeordneten Steuerungen 9, 10 zur Verfügung und speist regelmäßig auch keine Leistung in das jeweilige Verteilnetz 2 ein.
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In der Blockchain sind weiterhin Regelungen bei Abweichungen vom Fahrplan hinterlegt, die im Sinne eines Smart Contracts vertragliche Regelungen abbilden und unmittelbar von der Steuerungseinrichtung 7 auf Basis der in dem Speicher 11 bzw. dem Fahrplan hinterlegten Regelungen ausgeführt werden können.
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Wie nachfolgend noch erläutert, können vom Fahrplan abweichende Reservierungen auftreten. Da der Fahrplan selbst aufgrund seiner Speicherung als Blockchain nicht veränderbar ist, wird eine Reservierungsabweichung in einem Reservierungssemaphor im Speicher 11 hinterlegt. Ist keine Abweichung erforderlich, wird der Reservierungssemaphor logisch null gesetzt und die Reservierung aus dem Fahrplan berücksichtigt; bei einer Abweichung wird der Reservierungssemaphor auf diejenige übergeordnete Instanz gesetzt, für welche die Steuerungseinrichtung 7 abweichend vom Fahrplan reserviert sein soll, wobei es dann auf den Fahrplan nicht mehr ankommt.
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Schlussendlich ist im Speicher 11 noch jeweils die Priorität der übergeordneten Steuerungen 9, 10 hinterlegt, anhand derer die nachfolgend beschriebene Prüfung der Priorität erfolgen kann. Alternativ zur Hinterlegung der Prioritäten im Speicher 11 ist es auch möglich, dass die von der Steuerungseinrichtung 7 empfangenen Steuerungssignal Angaben zur Priorität der aussendenden übergeordneten Steuerung 9, 10 enthalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel genießt die übergeordnete Steuerung 9 des Netzbetreibers eine höhere Priorität als die Steuerung 10 des Systemdienstleisters.
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Wird in Schritt 101 festgestellt, dass das zuvor in Schritt 100 empfangene Steuerungssignal von derjenigen übergeordneten Steuerung 9, 10 stammt, für die gemäß dem im Speicher 11 hinterlegten Fahrplan und des zusätzlichen Reservierungssemaphors die Steuerungseinrichtung 7 gerade reserviert ist, erfolgt in Schritt 102 unmittelbar die Umsetzung des empfangenen Steuerungssignals durch die Steuerungseinrichtung 7. Das Steuerungssignal kann bspw. die Leistungseinspeisung der Windenergieanlage 4 oder des Windparks 5 verändern, um das Netz 1, 2 hinsichtlich Spannung und Frequenz zu stützen.
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Ist dies nicht der Fall, wird in Schritt 103 geprüft, ob gemäß Fahrplan und Reservierungssemaphor momentan überhaupt eine Reservierung vorliegt. Liegt keine Reservierung vor, wird in Schritt 104 die Steuerungseinrichtung 7 für diejenige übergeordnete Steuerung 9, 10 reserviert, von der das Steuerungssignal kommt. Diese Reservierung wird in dem Reservierungssemaphor abgespeichert und solange aufrecht erhalten, bis gemäß Fahrplan eine neue Reservierung vorliegt. Wird bei dem oben exemplarisch gezeigten Fahrplan, wie beschrieben, die Steuerungseinrichtung 7 zum Zeitpunkt 11:40 für die übergeordnete Steuerung 9 des Netzbetreibers reserviert, weil zu diesem Zeitpunkt ein Steuerungssignal eben dieser Steuerung 9 empfangen wurde, wird die Reservierung bis 11:45 aufrecht erhalten. Für diesen Zeitpunkt liegt nämlich eine neue Reservierung vor, sodass der Reservierungssemaphor auf logisch null gesetzt wird, womit der Fahrplan wieder regulär gilt.
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Wird in Schritt 103 festgestellt, dass eine Reservierung für die Steuerungseinrichtung 7 besteht - die dann zwingend für eine übergeordnete Steuerung 9, 10 ist, von der das Steuerungssignal nicht stammt - wird in Schritt 105 überprüft, ob das empfangene Steuerungssignal von einer übergeordneten Steuerung 9, 10 gesendet wurde, deren im Speicher 11 hinterlegte Priorität höher ist als diejenige, für welche die Steuerungseinrichtung 7 momentan reserviert ist.
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Ergibt diese Prüfung eine niedrigere Priorität, kann das empfangene Steuerungssignal nicht umgesetzt werden. Es erfolgt daraufhin in Schritt 106 eine entsprechende Mitteilung an die übergeordnete Steuerung 10, von der das Steuerungssignal stammt. Gleichzeitig kann ein Abgleich mit dem Fahrplan im Speicher 11 erfolgen. Wird festgestellt, dass die Steuerungseinrichtung 7 beim Empfang eines Steuerungssignals eigentlich für die das Steuerungssignal ausendende Steuerungseinheit 10 reserviert war, kann dadurch die Ausführung der im Fahrplan als Smart Contract hinterlegte Regelung für Abweichungen vom Fahrplan als gesondertem Prozess ausgelöst werden (Schritt 107). Unabhängig davon endet das Verfahren in diesem Fall nach Durchlaufen des Schritts 106 (Schritt 108) und wird bei Empfang eines weiteren Steuerungssignals neu bei Schritt 100 gestartet.
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Wird in Schritt 105 festgestellt, dass das Steuerungssignal von einer übergeordneten Steuerung 9 mit höherer Priorität als die Priorität der Steuerung 10, für welche die Steuerungseinrichtung 7 reserviert ist, gesendet wurde, wird in Schritt 109 zunächst eine Nachfrage an die das Steuerungssignal aussendende übergeordnete Steuerung 9 gerichtet, ob das Steuerungssignal trotz bestehender anderslautender Reservierung zwingend umgesetzt werden muss. Die übergeordnete Steuerung 9 kann daraufhin überprüfen, ob ihr noch andere, ggf. günstigere Möglichkeiten zur Erreichung des von ihr verfolgten Regelungsziels zur Verfügung stehen.
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Nach Erhalt einer Rückantwort von der fraglichen übergeordneten Steuerung 9 (Schritt 110), wird diese geprüft (Schritt 111). Wird festgestellt, dass eine Umsetzung des Steuerungssignals nicht erforderlich ist, endet das Verfahren in Schritt 108 und wird bei Empfang eines weiteren Steuerungssignals (Schritt 100) wieder neu ausgeführt. Das Beenden des Verfahrens, ohne dass das empfangene Steuerungssignal umgesetzt wird, entspricht dem Verwerfen bzw. Ablehnen des Steuerungssignals.
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Muss das Steuerungssignal umgesetzt werden, erfolgt eine Mitteilung an diejenige übergeordnete Steuerung 10, für welche die Steuerungseinrichtung 7 originär reserviert war, dass die Steuerungseinrichtung 7 für eben diese übergeordnete Steuerung 10 zumindest bis zur nächsten gültigen Reservierung nicht mehr zur Verfügung steht. Anschließend wird in Schritt 104, wie oben beschrieben, die Reservierung auf die übergeordnete Steuerung 9 mit der höheren Priorität gesetzt, sodass nachfolgende Steuerungssignale von dieser Steuerung 9 unmittelbar umgesetzt werden können (Schritte 100, 101, 102). Durch diese Änderung der Reservierung kann die Ausführung der im Fahrplan als Smart Contract hinterlegte Regelung für Abweichungen vom Fahrplan als gesondertem Prozess ausgelöst werden (Schritt 107). Anschließend wird das Steuerungssignal umgesetzt (Schritt 102).
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Durch das beschriebene und von der Steuerungseinrichtung 7 der Windenergieanlage 4 oder des Windparks 5 kann sichergestellt werden, dass sicherheitskritische Steuerungssignale der übergeordneten Steuerung 9 des Netzbetreibers auch dann umgesetzt werden, wenn die Steuerungseinrichtung 7 für eine andere übergeordnete Steuerung 10 reserviert ist.
