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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen, mit welchen über u. a. eine Netztopologieinformation mitunter resultierende Oberschwingungen und Zwischenharmonischen (beides im Folgenden auch zusammengefasst unter dem Begriff Oberwellen) bestimmt und reduziert werden.
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Hintergrund der Erfindung
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In Stromnetzen kann es je nach Betriebszustand von von diesem umfassten Bauelementen, wie z. B. Windenergieanlagen, Synchrongeneratoren und -motoren, Asynchrongeneratoren und -motoren, doppelt gespeisten Asynchrongeneratoren und -motoren, per Umrichter angeschlossene Generatoren und Motoren und Elektroenergiequellen (z.B. Photovoltaikanlagen), Transformatoren, gekoppelten Strukturen, HGÜs (Hochspannungsgleichstromübertragungen), und/oder Verbrauchern (z. B. Lasten), Blindleistungskompensationsanlagen, Oberwellenfilteranlagen, Kabeln und/oder Freileitungen zum Entstehen unterschiedlicher Oberwellenpegel kommen. In gewissen Situationen sind diese zu hoch, da beispielsweise eine Einspeisefrequenz, z. B. von einer Windenergieanlage, durch Netz- oder Reglerresonanzen verstärkt bzw. nicht gedämpft wird. Diese Situationen treten oftmals bei Übergangszuständen, z. B. beim Netzaufbau (bestimmte Zuschaltreihenfolge aller Netzbetriebsmittel) eines Windparks auf.
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Dabei können einzelne Bauelemente oder Netzwerke von Bauelementen des Stromnetzes gemäß einem Schwingungssystem nahe der Resonanzfrequenz angeregt werden, so dass mitunter bei geringer Dämpfung große Amplituden auftreten können. Dies ist häufig unerwünscht, und kann zu einer Resonanzkatastrophe führen. Unter einer Resonanzkatastrophe wird im Sinne des vorliegenden Gegenstands verstanden, dass in der Folge einer aufgetretenen Resonanzkatastrophe ein Bauelement oder mehrere Bauelemente des Stromnetzes mitunter irreversibel beschädigt werden.
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Es wäre wünschenswert, eine Lösung bereitstellen zu können, die insbesondere eine Beschädigung einzelner Bauelemente, die von Oberwellen verursacht werden können, vermeidet.
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Allgemeine Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen
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Vor dem Hintergrund des dargestellten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe, die beschriebenen Probleme zumindest teilweise zu verringern oder zu vermeiden, das heißt insbesondere eine kostengünstige Möglichkeit bereitzustellen, um in einem Stromnetz mitunter zu erwartende oder aufgetretene Oberwellen zu vermeiden bzw. zu reduzieren.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren beschrieben, durchgeführt von einer oder mehreren Vorrichtungen, das Verfahren umfassend:
- - Erfassen von einer Netztopologieinformation indikativ für eine Funktion eines Stromnetzes bei einer vorbestimmten Nennfrequenz, wobei die Nennfrequenz zumindest teilweise durch eine Wirk- und/oder Blindleistungsaufnahme und/oder eine Wirk- und/oder Blindleistungsabgabe und/oder eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment und/oder einen Modulationswinkel und/oder einen Phasenwinkel von einem Bauelement oder mehreren Bauelemente, die von dem Stromnetz umfasst sind, beeinflusst wird;
- - Bestimmen von einer Oberwelleninformation indikativ für eine oder mehrere Oberwellenpegel von dem einen oder den mehreren Bauelementen des Stromnetzes oder von einem oder mehreren Netzknoten, wobei die Oberwelleninformation zumindest teilweise basierend auf der Netztopologieinformation bestimmt wird;
- - Bestimmen einer Auswerteinformation indikativ für ein Auftreten von einer oder mehreren Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen in dem Stromnetz, wobei die Auswerteinformation zumindest teilweise basierend auf der bestimmten Oberwelleninformation bestimmt wird; und
- - Ausgeben der bestimmten Auswerteinformation.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung beschrieben, welche dazu eingerichtet ist oder entsprechende Mittel umfasst, ein Verfahren nach dem ersten Aspekt durchzuführen und/oder zu steuern. Vorrichtungen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt sind oder umfassen insbesondere eine oder mehrere Vorrichtungen gemäß dem zweiten Aspekt. Beispielsweise ist die Vorrichtung ein Server, oder eine Server Cloud (mehrere Server, die zusammen ein Verfahren nach dem ersten Aspekt durchführen und/oder steuern).
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Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird auch eine alternative Vorrichtung beschrieben, umfassend zumindest einen Prozessor und zumindest einen Speicher mit Computerprogrammcode, wobei der zumindest eine Speicher und der Computerprogrammcode dazu eingerichtet sind, mit dem zumindest einen Prozessor zumindest ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen und/oder zu steuern. Unter einem Prozessor soll zum Beispiel eine Kontrolleinheit, ein Mikroprozessor, eine Mikrokontrolleinheit wie ein Mikrocontroller, ein digitaler Signalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische Integrierte Schaltung (ASIC) oder ein Field Programmable Gate Arrays (FPGA) verstanden werden.
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Zum Beispiel umfasst eine beispielhafte Vorrichtung ferner Mittel zum Speichern von Informationen wie einen Programmspeicher und/oder einen Hauptspeicher. Zum Beispiel umfasst eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung ferner jeweils Mittel zum Empfangen und/oder Senden von Informationen über ein Netzwerk wie eine Netzwerkschnittstelle. Zum Beispiel sind beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtungen über ein oder mehrere Netzwerke miteinander verbunden und/oder verbindbar.
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Eine beispielhafte Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt ist oder umfasst etwa eine Datenverarbeitungsanlage, die softwaremäßig und/oder hardwaremäßig eingerichtet ist, um die jeweiligen Schritte eines beispielhaften Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt ausführen zu können. Beispiele für eine Datenverarbeitungsanlage sind ein Computer, ein Desktop-Computer, ein Server, ein Thinclient und/oder ein tragbarer Computer (Mobilgerät), wie etwa ein Laptop-Computer, ein Tablet-Computer, ein Wearable, ein persönlicher digitaler Assistent oder ein Smartphone.
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Einzelne Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt (beispielsweise das Erfassen von einer Netztopologieinformation) können hierbei mit einer Sensorvorrichtung (z. B. Messeinrichtung), welche auch mindestens ein Sensorelement aufweist, durchgeführt werden. Ebenso können einzelne Verfahrensschritte (beispielsweise das Bestimmen von einer Oberwelleninformation und/oder das Bestimmen von einer Auswerteinformation), welche beispielswiese nicht unbedingt mit der Sensoreinrichtung durchgeführt werden müssen, von einer weiteren Vorrichtung vorgenommen werden, welche insbesondere über ein Kommunikationssystem mit der Vorrichtung, welche mindestens ein Sensorelement aufweist, in Verbindung steht.
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Weitere Vorrichtungen können vorgesehen sein, beispielswiese ein Server und/oder beispielsweise ein Teil bzw. eine Komponente einer sogenannten Computer Cloud, welche Datenverarbeitungsressourcen dynamisch für verschiedene Nutzer in einem Kommunikationssystem bereitstellt. Unter einer Computer Cloud wird insbesondere eine Datenverarbeitungs-Infrastruktur gemäß der Definition des „National Institute for Standards and Technology“ (NIST) für den englischen Begriff „Cloud Computing“ verstanden.
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Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird auch ein Computerprogramm beschrieben, das Programmanweisungen umfasst, die einen Prozessor zur Ausführung und/oder Steuerung eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt veranlassen, wenn das Computerprogramm auf dem Prozessor läuft. Ein beispielhaftes Programm gemäß der Erfindung kann in oder auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein, welches eines oder mehrere Programme enthält.
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Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird auch ein computerlesbares Speichermedium beschrieben, welches ein Computerprogramm gemäß dem zweiten Aspekt enthält. Ein computerlesbares Speichermedium kann z.B. als magnetisches, elektrisches, elektro-magnetisches, optisches und/oder andersartiges Speichermedium ausgebildet sein. Ein solches computerlesbares Speichermedium ist vorzugsweise gegenständlich (also „berührbar“), zum Beispiel ist es als Datenträgervorrichtung ausgebildet. Eine solche Datenträgervorrichtung ist beispielsweise tragbar oder in einer Vorrichtung fest installiert. Beispiele für eine solche Datenträgervorrichtung sind flüchtige oder nicht-flüchtige Speicher mit wahlfreiem-Zugriff (RAM) wie z.B. NOR-Flash-Speicher oder mit sequentiellen-Zugriff wie NAND-Flash-Speicher und/oder Speicher mit Nur-Lese-Zugriff (ROM) oder Schreib-Lese-Zugriff. Computerlesbar soll zum Beispiel so verstanden werden, dass das Speichermedium von einem Computer bzw. einer Datenverarbeitungsanlage (aus)gelesen und/oder beschrieben werden kann, beispielsweise von einem Prozessor.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird auch ein System beschrieben, umfassend mehrere Vorrichtungen, insbesondere mehrere Server, welche zusammen ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt durchführen.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist mindestens eine der Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens ein mobiles Gerät. Insbesondere kann eine Kommunikation über ein Kommunikationssystem zwischen einem mobilen Gerät, beispielsweise einem Smartphone, Laptop, Tablet, Wearable oder einer Kamera, und mindestens einer weiteren Vorrichtung vorgenommen werden. Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt eine Kommunikationsschnittstelle. Beispielsweise ist die Kommunikationsschnittstelle für eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation eingerichtet. Beispielsweise ist die Kommunikationsschnittstelle eine Netzwerkschnittstelle. Die Kommunikationsschnittstelle ist bevorzugt dazu eingerichtet mit einem Kommunikationssystem zu kommunizieren. Beispiele für ein Kommunikationssystem sind ein lokales Netzwerk (LAN), ein großräumiges Netzwerk (WAN), ein drahtloses Netzwerk (beispielsweise gemäß dem IEEE-802.11-Standard, dem Bluetooth (LE)-Standard und/oder dem NFC-Standard), ein drahtgebundenes Netzwerk, ein Mobilfunknetzwerk, ein Telefonnetzwerk und/oder das Internet. Ein Kommunikationssystem kann die Kommunikation mit einem externen Computer umfassen, beispielsweise über eine Internetverbindung.
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Im Folgenden werden weitere Merkmale und Ausführungsbeispiele gemäß allen beispielhaften Aspekten des vorliegenden Gegenstands beschrieben:
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Unter dem Begriff Oberwellen werden im Sinne des vorliegenden Gegenstands auftretende bzw. resultierende Oberschwingungen und Zwischenharmonischen im Stromnetz verstanden.
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Stromnetze können in ihrer Struktur verschiedenartig aufgebaut sein. Dabei können einzelne Teile eines Stromnetzes verschiedene Strukturen, die beispielsweise durch Schaltzustände und/oder Betriebszustände von dem einen Bauelement oder den mehreren Bauelementen des Stromnetzes definiert sind, aufweisen. Dies wird auch mit Netztopologie bezeichnet. Die von dem Stromnetz ausgebildete Struktur, umfassend beispielsweise eine oder mehrere Bauelemente (z. B. Stromerzeugungsanlagen, wie etwa eine Windenergieanlage, Verbraucher, Speicher, oder dergleichen, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen) und deren Zusammenschaltung (z. B. Anordnung in Reihe oder parallel) kann im Sinne des vorliegenden Gegenstands von der Netztopologieinformation repräsentiert sein. Im Folgenden sind Beispiele für gängige Netztopologien, in denen zumindest ein Teil des Stromnetzes angeordnet (z. B. geschaltet) werden kann, aufgeführt:
- i) Strahlennetz:
- Das Stromnetz wird für den Fall einer Netztopologie in Form eines Strahlennetzes beispielsweise von einer zentralen Speisestelle (z. B. eine Stromerzeugungsanlage wie etwa eine Windenergieanlage) aus versorgt.
- Einzelne Leitungen, auch als Stichleitung bezeichnet, erstrecken sich strahlenförmig zu einem oder mehreren Verbrauchern (z. B. Lasten, Speicher,
- oder dergleichen, um nur einige nicht limitierende Beispiele zu nennen). Die einzelnen Leitungen können beispielsweise in Abhängigkeit einer gegebenen Energieflussrichtung betrieben werden.
- ii) Ringnetz:
- Ringnetze, kurz auch als Ringe bezeichnet, sind im Sinne des vorliegenden Gegenstands Strukturen des Stromnetzes, bei denen die Versorgung von einzelnen Verbrauchern in Form einer Ringleitung erfolgt. Dabei können an der Ringleitung eine oder mehrere Stromerzeugungsanlagen elektrisch angebunden sein. Beispielsweise kann eine Last als Verbraucher von „zwei Seiten“ über den Ring versorgt werden. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise bei einem technischen Defekt der Ring um die Fehlerstelle, die den technischen Defekt verursacht, herum geöffnet werden kann, so dass die Verbraucher abseits der Fehlerstelle weiter versorgt werden können. Das Freischalten eines Netzabschnittes des von dem Stromnetz umfassten Rings kann mitunter das Betätigen von einem oder mehreren Schaltschritten (z. B. an dafür ausgebildeten Schaltstellen) bedingen. Für den Anwendungsfall von Onshore- bzw. Offshore-Windenergieanlagen können diese beispielsweise an einem Ringnetz, z. B. über eine entsprechende Umspannanlage elektrisch angebunden sein. Bei einem technischen Defekt an dem Ring kann beispielsweise eine derartige Schaltung erfolgen, dass Windenergieanlagen weiterhin z. B. Strom einspeisen können.
- iii) Maschennetz:
- Maschennetze verfügen üblicherweise über mehrere Stromerzeugungsanlagen, die an mehreren Punkten einspeisen. Die Verbraucher eines Maschennetzes verteilen sich in einem Netz, das über mehrere Knoten und Zweige verfügt. Diese mehreren Knoten und Zweige eines Maschennetzes können wiederrum in einem Ringnetz angeordnet sein, so dass ein Ringnetz beispielsweise die übergeordnete Struktur eines Maschennetzes ausbildet. Ferner können mehrere solcher Maschennetze miteinander verbunden sein. Diese werden auch als Verbundnetze bezeichnet, die im Regelfall eine derartige räumliche Kombination mehrerer Maschennetze sind.
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Ein Stromnetz kann beispielsweise mehrere Spannungsebenen umfassen, z. B. ein Höchstspannungsnetz (z. B. 380/220 kV), ein Hochspannungsnetz (z. B. 110 kV), ein Mittelspannungsnetz (z. B. 35 kV) und ein Niederspannungsnetz (z. B. 230/400 V). Zwischen den Spannungsebenen erfolgt eine Umspannung, z. B. mittels geeigneter Transformatoren. So erfolgt beispielsweise eine Umspannung zwischen dem Höchst- und Hochspannungsnetz, dem Hoch- und dem Mittelspannungsnetz, sowie dem Mittel- und Niederspannungsnetz. Sämtliche von einem derartigen Stromnetz umfassten Spannungsebenen können einen Teil der Netztopologie im Sinne des vorliegenden Gegenstands darstellen und von einer entsprechenden Information repräsentiert sein.
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Ein Oberwellenpegel im Sinne des vorliegenden Gegenstands (z. B. in einem Wechselstromnetz) ist ein sinusförmiger Anteil einer periodischen Schwingung, ungleich der Nennfrequenz des Stromnetzes (z. B. ungleich 50 Hz bei einer entsprechenden Nennfrequenz des Stromnetzes). Die Oberwelleninformation kann beispielsweise eine oder mehrere solcher Oberwellen, die z. B. jeweils für das eine oder die mehreren Bauelemente des Stromnetzes bestimmt wurden, umfassen.
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Dreiphasensysteme (z. B. ein 400 V Stromnetz) weisen z. B. regelmäßig nur bestimmte Oberschwingungsmerkmale mit ungeraden Oberschwingungen auf. Wie sich Oberwellenströme in einem Stromversorgungssystem (z. B. Stromnetz) verbreiten und welche Spannungs- und Stromverzerrungen die Folge sind, hängt von den Eigenschaften der Oberwellenerzeuger (z. B. Generatoren, Umrichter und Lasten) sowie den Eigenschaften aller passiven Bauelemente ab, die an das entsprechende Stromnetz angeschlossen sind bzw. von diesem umfasst sind. Beispielsweise haben spannungsabhängige Impedanzen (Sättigungseffekt bei Transformatoren und Generatoren) den Effekt, dass Oberwellenströme entstehen können, z. B. durch eine Magnetisierung bei zu hoher Spannung bzw. zu hohem Strom. Auch kann der herrschende Oberwellenpegel an einem oder mehreren Bauelementen des Stromnetzes auch von einer Phasenverschiebung zwischen den unterschiedlichen Strömen gleicher Frequenz beeinflusst werden.
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Die Netztopologieinformation wird beispielsweise erfasst, indem die jeweiligen Schaltzustände der einen oder der mehreren Bauelemente des Stromnetzes und/oder die Ersatzschaltbilder aller relevanten Bauelemente erfasst werden. Beispielsweise kann erfasst werden, ob ein Schalter des Stromnetzes eingeschaltet oder ausgeschaltet ist (z. B. Schaltzustand ein oder aus). Ferner können ein Betriebszustand oder mehrere Betriebszustände von einem Bauelement oder mehreren Bauelementen des Stromnetzes, wie z. B. Generator(en), und/oder Last(en) erfasst werden. Hierbei können beispielsweise ein Arbeitspunkt, eine Temperatur, eine Drehzahl, welche Verbindung zu einem Knoten des Stromnetzes besteht, oder eine Kombination hiervon, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen, erfasst werden. Das Erfassen kann beispielsweise basierend auf von den jeweiligen Bauelementen des Stromnetzes übertragenen Schaltzustandsinformationen erfolgen, die beispielsweise an eine zentrale Stelle (z. B. eine Netzleitstelle) übermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine derartige Schaltzustandsinformation der jeweiligen von dem Stromnetz umfassten einen oder mehreren Bauelementen nachgeführt sein, wobei beispielsweise der entsprechende (d. h. aktuelle) Schaltzustand des jeweiligen Bauelements der einen oder mehreren Bauelemente händisch erfasst wird. Dies kann beispielsweise von einem Mitarbeiter durchgeführt werden, wobei beispielsweise die entsprechende Schaltzustandsinformation zentral (z. B. in der Netzleitstelle) hinterlegt wird. Z. B. kann in einem (Daten-) Speicher (z. B. umfassend eine Datenbank) eine jeweilige Schaltzustandsinformation der einen oder mehreren von dem Stromnetz umfassten Bauelemente hinterlegt sein. Eine Schaltzustandsinformation kann beispielsweise mögliche Schaltzustände und/oder Betriebspunkte des Stromnetzes (wie z. B. Wirk-, Blindleistung, Drehmoment, Drehzahl, Modulationswinkel, Stufenschalterposition, oder dergleichen, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen) der Bauelemente des Stromnetzes (wie z. B. Generatoren, Lasten, Umrichter, Transformatoren, sowie Blindleistungskompensationen, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen) umfassen bzw. repräsentieren.
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Ferner kann die Netztopologieinformation beispielsweise eine oder mehrere Strukturen umfassen, wobei die einen oder mehreren Bauelemente des Stromnetzes Teil oder Kombination der oben angeführten Strukturen (Strahlennetz, Ringnetz, sowie Maschennetz) sein können. Die Netztopologieinformation kann beispielsweise repräsentieren, dass sich das Stromnetz aus einer Kombination von mehreren der oben angeführten Strukturen zusammensetzt, wobei die einen oder die mehreren Bauelemente des Stromnetzes zumindest von einer dieser Strukturen umfasst sind.
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Die Anordnung des einen oder der mehreren Bauelemente des Stromnetzes bildet dabei zumindest in einem oder mehreren Teilen des Stromnetzes eine Struktur aus. Die Gesamtanordnung stellt entsprechend eine Netztopologie des Stromnetzes dar. Das Erfassen von der Netztopologieinformation wird beispielsweise von einer Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt durchgeführt. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise eine Netzleitstelle oder ist von einer entsprechenden Netzleitstelle umfasst (z. B. ein Server). Das Erfassen der Netztopologieinformation kann beispielsweise mittels einer oder mehreren Sensoren, die beispielsweise mit einer derartigen Vorrichtung verbunden sind oder von dieser umfasst sind, durchgeführt werden, wobei mittels des einen oder der mehreren Sensoren ein Betriebszustand und/oder eine Struktur zumindest von einem oder mehreren Teilen des Stromnetzes erfassbar (z. B. messbar) ist.
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Das Bestimmen der Oberwelleninformation kann beispielsweise derart erfolgen, dass für jedes der von dem Stromnetz umfassten Bauelemente für den Betriebszustand des Stromnetzes (der beispielsweise durch eine oder mehrere Strukturen und den Schaltzustand von den einen oder den mehreren Bauelementen bestimmt ist) der entsprechende Oberwellenpegel (z. B. Amplitude und Frequenz der Oberwelle(n)) bestimmt (z. B. ermittelt) wird. Alternativ oder zusätzlich kann bestimmt werden, ob einer oder mehrere Oberwellenpegel vorliegen oder nicht. Die bestimmte Oberwelleninformation kann entsprechend für jedes der einen oder mehreren Bauelemente entsprechende Informationen nach vorstehend angeführter Art repräsentieren.
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Eine Resonanz (im Nachfolgenden auch mit Resonanzsituation bezeichnet) liegt beispielsweise vor, wenn eines oder mehrere Bauelemente des Stromnetzes eine derartige Anregung erfahren, dass große Amplituden an dem entsprechenden Bauelement anliegen. Diese können beispielsweise auftreten, wenn nur eine geringe Dämpfung der Anregung (z. B. von einer einspeisenden Windenergieanlage) erfolgt. Eine derartige Resonanzsituation ist unerwünscht, da dies im Extremfall zu einer Resonanzkatastrophe führen kann, bei der die einen oder mehreren entsprechenden Bauelemente des Stromnetzes mitunter irreversibel beschädigt werden können.
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Für den Fall, dass eine vorliegende Verstärkung einer Oberwelle von Strom oder Spannung im Stromnetz einen Wert größer oder gleich 1 der Nennspannung bzw. des Nennstromes hat, wird im Sinne des vorliegenden Gegenstands von einer Resonanzkatastrophe ausgegangen. Die Resonanzkatastrophe kann zur Zerstörung einer technischen Einrichtung (z. B. das eine oder die mehreren von dem Stromnetz umfassten Bauelemente) durch übermäßige Oberwellenamplituden im Resonanzfall führen. Bei einer periodisch wiederkehrenden Anregung, deren Frequenz mit einer Resonanzfrequenz übereinstimmt, wird immer mehr Energie auf das Stromnetz bzw. einzelne Bauelemente der einen oder mehreren Bauelemente des Stromnetzes übertragen und dort aufgenommen. Die Schwingungsenergie wird durch Energie aus einem schwingendem System über Wärme und/oder ohmsche Anteile, wie etwa bei dem Stromnetz, verursacht. Dies kann beispielsweise durch Verbraucher bzw. ohmsche Impedanzanteile an einem oder mehreren Bauelementen des Stromnetzes hervorgerufen werden. Falls der Energieeintrag die Verlustleistung überschreitet, wird die Schwingungsamplitude immer größer, bis die Belastungsgrenze überschritten ist.
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Die bestimmte Auswerteinformation wird anschließend ausgegeben bzw. deren Ausgabe wird veranlasst. Die bestimmte Auswerteinformation kann beispielsweise an eine der einen oder mehreren Vorrichtungen ausgegeben werden, oder an eine weitere Vorrichtung. Ferner kann die bestimmte Auswerteinformation an eine Vorrichtung ausgegeben werden, die die bestimmte Auswerteinformation an eine der einen oder mehreren Vorrichtungen überträgt.
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In einer beispielhaften Ausgestaltung nach allen Aspekten umfasst das Verfahren ferner:
- - Bestimmen einer Steuerungsinformation indikativ für ein Verändern eines Schaltzustands und/oder einer Betriebsweise des Stromnetzes und/oder des einen oder der mehreren Bauelemente des Stromnetzes, wobei die Steuerungsinformation derart bestimmt ist, dass die eine oder die mehreren basierend auf der Auswerteinformation bestimmten Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen vermieden oder aufgelöst werden; und
- - Ausgeben der bestimmten Steuerungsinformation.
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Das Bestimmen der Steuerungsinformation kann ferner indikativ für ein Verändern eines Betriebszustands von dem einen Bauelement oder den mehreren Bauelementen des Stromnetzes sein.
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Das Verändern des Schaltzustands umfasst beispielsweise das Zu- und/oder Abschalten von einem oder mehreren Bauelementen des Stromnetzes. Insbesondere umfasst das Verändern des Schaltzustands des Stromnetzes ein Verändern von einem oder mehreren Teilen der Struktur des Stromnetzes. Beispielsweise können von der Struktur des Stromnetzes umfasste Strahlen-, Ring-, und/oder Maschennetze verändert (z. B. ein Schließen oder Öffnen von Ringen) werden. Zum Verändern des Schaltzustands des Stromnetzes kann bzw. können beispielsweise ein Schaltschritt oder mehrere Schaltschritte notwendig sein.
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Für den Fall, dass mehrere Schaltschritte zum Verändern des Schaltzustands erforderlich sind, könnte es im Rahmen der Abarbeitung dieser mehreren Schaltschritte dazu kommen, dass ein ausgeführter Schaltschritt zu einem Betriebszustand des Stromnetzes führt, indem beispielsweise eine Resonanz auftritt. Um dies zu vermeiden, kann die Steuerungsinformation, die beispielsweise eine oder mehrere Schaltschritte für das Verändern des Schaltzustands des Stromnetzes umfasst, derart bestimmt werden, dass eine derartige Resonanz für das eine oder die mehreren Bauelemente des Stromnetzes vermieden wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem vor dem Durchführen des entsprechenden Schaltschritts ermittelt wird, ob eine Resonanz für den nach dem durchgeführten Schaltschritt eingenommenen Betriebszustand des Stromnetzes vorliegt oder nicht.
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Anschließend wird die bestimmte Steuerungsinformation ausgegeben, oder deren Ausgabe wird veranlasst. Die Steuerungsinformation kann beispielsweise analog zu der bestimmten Auswerteinformation ausgegeben werden bzw. deren Ausgabe kann entsprechend in analoger Art und Weise veranlasst werden. Die Ausgabe der Steuerungsinformation kann sich beispielsweise an einen Betriebsführer (z. B. von einer Netzleitstelle) richten, so dass beispielsweise die von der Steuerungsinformation umfassten einen oder mehreren Schaltschritte dem Betriebsführer vorgeschlagen werden können.
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Treten beispielsweise während des Betriebs des Stromnetzes zu hohe Pegel (Amplituden) auf, so kann mit Hilfe einer gemessenen Pegelfrequenz automatisch auf Basis des gegenständlichen Verfahrens nach dem ersten Aspekt eine Optimierung der Netztopologie durchgeführt werden, so dass eine Verstimmung, Verschiebung, und/oder Reduzierung dieser Resonanz durchgeführt oder dem Betriebsführer vorgeschlagen wird.
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In einer beispielhaften Ausgestaltung nach allen Aspekten ist zumindest teilweise basierend auf der Steuerungsinformation eine Veränderung des Schaltzustands von dem Stromnetz herbeiführbar.
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Zusätzlich ist beispielsweise ferner zumindest teilweise basierend auf der Steuerungsinformation eine Veränderung des Betriebszustands von einem oder mehreren Bauelementen von dem Stromnetz herbeiführbar.
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In einer beispielhaften Ausgestaltung nach allen Aspekten umfasst das Verfahren ferner:
- - Durchführen von einem oder mehreren Schaltungsschritten zum Herstellen des gemäß der Steuerungsinformation bestimmten und veränderten Schaltzustands des Stromnetzes.
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Ferner kann das Durchführen von dem einen oder den mehreren Schaltungsschritten zum Herstellen des gemäß der Steuerungsinformation bestimmten und veränderten Betriebszustands von dem einen Bauelement oder den mehreren Bauelementen des Stromnetzes erfolgen.
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Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten sieht vor, dass die Steuerungsinformation einen oder mehrere Steuerungsparameter umfasst, wobei ein Steuerungsparameter indikativ für eine Schalthandlung für ein Bauelement des von dem Stromnetz umfassten einen Bauelementes oder der von dem Stromnetz umfassten mehreren Bauelemente ist.
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Die Veränderung der Netztopologie ist beispielsweise im Wesentlichen automatisiert, z. B. durch ein Übermitteln eines Steuerparameters an ein Bauelement oder mehrere Bauelemente des Stromnetzes, die fernsteuerbar sind. Zumindest teilweise basierend auf dem übermittelten Steuerparameter kann das entsprechend ausgebildete Bauelement bzw. die entsprechend ausgebildete Bauelemente gesteuert werden, z. B. von einem mit dem entsprechenden Bauelement verbundenen Aktor, der eine Aktion (z. B. An- oder Abschalten eines Schalters, Steuern eines Transformators (Trafo)) gemäß des Steuerparameters durchführt. Alternativ oder zusätzlich ist zumindest teilweise basierend auf der Steuerungsinformation eine Veränderung der Netztopologie händisch herbeiführbar. Beispielsweise können die von der Steuerungsinformation umfassten Schaltschritte händisch (z. B. vor Ort) an den jeweiligen gemäß dem korrespondierenden Schaltschritt bestimmten Bauelement durchgeführt werden.
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Die Veränderung der Netztopologie verursacht in der Folge beispielsweise eine Verstimmung, Verschiebung und/oder Reduzierung von einer oder mehreren mitunter aufgetretenen Resonanzsituationen bzw. vermeidet durch eine Verstimmung, Verschiebung und/oder Reduzierung das Auftreten von derartigen Resonanzsituationen.
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Eine weitere beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten sieht vor, dass die Steuerungsinformation derart bestimmt ist, dass basierend auf einer von der Steuerungsinformation umfassten Schaltreihenfolge, Zwischenzustände berücksichtigt sind, um während des Schaltens eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen zu umgehen.
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Nach einem jeden gemäß der Schaltreihenfolge durchgeführten Schaltschritt tritt eine Veränderung der Netztopologie ein. Auch bei dieser nach einem durchgeführten Schaltschritt geänderten Netztopologie kann eine Resonanz bzw. eine Oberwellenpegelerhöhung eintreten bzw. vorliegen. Zumeist ist es möglich, beispielsweise ein Freischalten eines Bauelements des Stromnetzes durch mehrere verschiedene Schaltschritte herbeizuführen. Entsprechend wird beispielsweise berücksichtigt, ob in diesen Zwischenzuständen eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen für ein Bauelement oder mehrere Bauelemente des Stromnetzes auftreten können. Die Steuerungsinformation wird entsprechend derart bestimmt, dass mitunter zu erwartende Resonanzen vermieden werden, indem eine Schaltreihenfolge von der Steuerungsinformation umfasst ist, bei der eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen im Stromnetz nicht auftreten.
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Beispielsweise kann in einem Speicher entsprechend zu möglichen Schaltzuständen und/oder Betriebszuständen des Stromnetzes jeweils eine Resonanzinformation hinterlegt, oder entsprechend verknüpft sein. Unter einer Resonanzinformation im Sinne des vorliegenden Gegenstands wird eine Strom- und/oder Spannungsamplitude eines relevanten Netzknotens in Abhängigkeit der Frequenz verstanden.
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Entsprechend kann eine Resonanzinformation beispielsweise eine Strom- und/oder Spannungsamplitude eines relevanten Netzknotens in Abhängigkeit der Frequenz repräsentieren. Vor dem Durchführen eines Schaltschrittes, und/oder vor dem endgültigen Bestimmen der Steuerungsinformation kann beispielsweise eine Abfrage der Datenbank erfolgen und analysiert werden, ob in einem gemäß einem Schaltschritt herbeigeführten Zwischenzustand eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen zu erwarten sind oder nicht. Ansonsten kann eine andere Schaltreihenfolge bzw. es können andere (d. h. abweichende von den ersten Schaltschritten) Schaltschritte von der Steuerungsinformation umfasst sein, so dass die Steuerungsinformation entsprechend bestimmt wird.
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In einer beispielhaften Ausgestaltung nach allen Aspekten erfolgt das Bestimmen von der Oberwelleninformation zumindest teilweise basierend auf einer oder mehreren Oberwellenberechnungen und/oder auf einer oder mehreren Oberwellenmessungen.
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Eine Oberwellenmessung kann beispielsweise mit einem Netzanalysator durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Bestimmen von der Oberwelleninformation beispielsweise berechnet werden. Hierbei werden beispielsweise basierend auf dem (bekannten) Betriebszustand des Stromnetzes und der Anordnung der von dem Stromnetz umfassten Bauelemente zueinander mögliche Oberwellenfrequenzen ermittelt.
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Beispielsweise kann eine skriptbasierte und/oder automatisierte Auswertung aller Strukturen (Topologien) des Stromnetzes erfolgen. Da mit steigender Knotenzahl des Stromnetzes die Zahl der möglichen Resonanzverläufe exponentiell ansteigen kann, können iterativ für alle möglichen Topologien deren Resonanzverläufe ermittelt werden.
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Generell gilt, je mehr „Netz“, also von dem Stromnetz umfasste Bauelemente an einem Knoten elektrisch angebunden sind, desto niederfrequenter sind auftretende Resonanzen, da mehr Speicher durch ihre „Trägheit“ Oberwellen reduzieren bzw. dämpfen. Entsprechend kann die Steuerungsinformation derart bestimmt werden, dass möglichst viel „Netz“ nach dem Herbeiführen der Veränderung der Netztopologie an einem oder mehreren Knoten elektrisch angebunden sind. Hierbei handelt es sich beispielsweise um diejenigen der einen oder mehreren Knoten, die am nächsten an einem freizuschaltenden Bauelement (z. B. eine zuzuschaltende Windenergieanlage, um nur ein nicht-limitierendes Beispiel zu nennen), des Stromnetzes liegen.
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Basierend auf der bestimmten Oberwelleninformation und/oder Resonanzinformation kann beispielsweise ein Betriebsführer bzw. eine Netzbetriebsführung (z. B. einer Netzleitstelle des Stromnetzes) mit Hilfe dieser Daten gefährliche Betriebszustände umgehen. Dabei kann z. B. mittels eines neuronalen Netzes, Fuzzy Regler, Particle Swarm-Ansätzen, Traveling Sales Man Ansätzen, Monte Carlo oder dergleichen um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen, eine optimale Netztopologieänderung (z. B. mit dem Optimierungsziel einer Pegelreduzierung bei minimaler Einspeisereduzierung oder minimalem Lastabwurf oder Aufrechterhaltung kritischer Einspeiser oder Lasten, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen) oder eine Netztoplologieentwicklung (z. B. eine definierte Schaltreihenfolge zur Vermeidung von mitunter auftretenden Resonanzen) vorgeschlagen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Stromnetz mindestens einen Regler zur Veränderung der Netztopologie aus der folgenden Gruppe umfassen:
- - PI-Regler;
- - I-Regler;
- - Zustandsregler;
- - Zustandsbeobachter;
- - Fuzzy Regler;
- - Monte Carlo Regler;
- - Regler umfassend ein neuronales Netz; und
- - Regler basierend auf metaheuristischen Optimierungsalgorithmen (z.B. Partikelschwarm).
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Beispielsweise können neuronale Netze eingerichtet sein, um vorzugsweise sämtliche Varianten von Netztopologien und/oder Einspeiseszenarien von On- und/oder Offshore-Windenergiesystemen entsprechend anzulernen. Ein neuronales Netz kann derart konfiguriert und insbesondere angelernt sein, dass eine Regelungsabweichung beispielsweise von einem Blindleistungsregler (z.B. der Blindleistung am Netzanschlussknoten) detektiert wird und das neuronale Netz hierauf geeignet reagiert, wobei die Grenzen (insbesondere Strom, Spannung) von mindestens einer Windkraftanlage berücksichtigt werden, so dass eine entsprechende Veränderung der Netztopologie des Stromnetzes herbeiführbar ist.
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Beispielsweise kann zumindest teilweise basierend auf der Steuerungsinformation eine Veränderung des Stromnetzes mittels des mindestens einen Reglers erfolgen.
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Zusätzlich oder alternativ kann im Betrieb für einen Betriebsführer über einen Optimierungsalgorithmus (z. B. Monte Carlo, neuronales Netzwerk, das mit Berechnungsergebnissen trainiert wurde, Maximalwertregelung, oder dergleichen, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen) mit (z. B. online) Berechnungen (z. B. mittels einer Server Cloud), oder durch „trial and error“ im realen Stromnetz, eine Netztopologie mit reduzierten Oberwellenpegeln ermittelt werden.
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Eine weitere beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten sieht vor, dass das Erfassen der Netztopologieinformation diejenigen Bauelemente des Stromnetzes umfasst, die in elektrischer Nähe zu der geplanten Veränderung angeordnet sind.
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Insbesondere kann das Erfassen der Netztopologie in elektrischer Nähe zu einer geplanten Freischaltung und/oder Zuschaltung von einem von dem Stromnetz umfassten Bauelement erfolgen. Beispielsweise kann geplant sein, eine weitere Windenergieanlage an das Stromnetz anzuschließen. Das Erfassen der Netztopologie kann beispielsweise bis zu 10, 20, 30, 40 oder 50 aufeinanderfolgende Knoten ausgehend von der Stelle (z. B. ein Knoten des Stromnetzes) des Stromnetzes, die verändert werden soll (z. B. freizuschaltendes Bauelement und/oder zuzuschaltende Windenergieanlage, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen) umfassen.
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Entsprechend ist die erfasste Netztopologieinformation auf eine elektrische Nähe (z. B. im Bereich von 10 bis 50 aufeinanderfolgende Knoten des Stromnetzes) limitiert. Dies ist in der Regel ausreichend für die Betrachtung desjenigen Teils des Stromnetzes, der am wahrscheinlichsten von einer möglichen Resonanz betroffen sein kann, da bei weiter entfernten Knoten bzw. über weiter entfernte Knoten verbundene und von dem Stromnetz umfasste Bauelemente eine mögliche Resonanz so stark gedämpft wird, das diese regelmäßig nicht mehr signifikant ist.
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Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten sieht vor, dass das Durchführen des Verfahrens präventiv vor einer geplanten Veränderung des Schaltzustands von dem Stromnetz durchgeführt wird.
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Zusätzlich kann das Verfahren beispielsweise präventiv vor einer geplanten Veränderung des Betriebszustands von dem einen Bauelement oder den mehreren Bauelementen des Stromnetzes durchgeführt werden.
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In einer beispielhaften Ausgestaltung nach allen Aspekten wird das Durchführen des Verfahrens basierend auf einem aktuellen Schaltzustand des Stromnetzes (und optional des Betriebszustands von einem oder mehreren Bauelementen des Stromnetzes) durchgeführt.
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Ferner kann das Durchführen des Verfahrens nach allen Aspekten beispielsweise basierend auf einem aktuellen Betriebszustand von dem einen Bauelement oder den mehreren Bauelementen des Stromnetzes durchgeführt werden.
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Es kann beispielsweise präventiv vor einer geplanten Veränderung des Schaltzustands und/oder des Betriebszustands von dem einen Bauelement oder den mehreren Bauelementen des Stromnetzes ermittelt werden, ob die geplante Veränderung eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen hervorrufen kann, oder ob dies beispielsweise vermeidbar ist. Ob die geplante Veränderung eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen hervorruft, kann beispielsweise nach oben angeführter Oberwellenberechnung und/oder Oberwellenmessung ermittelt werden.
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Ferner kann der Fall auftreten, dass im laufenden Betrieb eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen auftreten, beispielsweise da für eine geplante Veränderung z. B. nicht ermittelt wurde, ob eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen auftreten können. Entsprechend kann das gegenständliche Verfahren beispielsweise stetig durchgeführt werden, so dass eine Überwachungsmöglichkeit des Stromnetzes realisiert ist, und eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen zum einen schnell erkannt und zum anderen dann entsprechend durch eine Veränderung des Stromnetzes wieder aufgelöst werden können. Derart können insbesondere große Beschädigungen, die durch eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen im Stromnetz auftreten können, wirksam vermieden bzw. reduziert werden.
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In einer beispielhaften Ausgestaltung nach allen Aspekten repräsentiert eine Schalthandlung bzw. eine Veränderung für ein Bauelement des Stromnetzes zumindest eine der folgenden Schalthandlungen bzw. Veränderungen i) bis xiii):
- i) Schließen oder Öffnen von einem oder von mehreren Ringen;
- ii) Koppeln oder Trennen von einem oder von mehreren Sammelschienen;
- iii) Versorgung von Lasten über einen oder mehrere Reservenetzzugänge;
- iv) Ändern von einer oder von mehreren Trafoübersetzungen;
- v) Abschalten oder Anschalten von einem oder von mehreren Filtern;
- vi) Abschalten oder Anschalten von einer oder von mehreren Kompensationen;
- vii) Verändern eines Drehmoments von einem Bauelement oder mehreren Bauelementen des Stromnetzes;
- viii) Verändern eines Arbeitspunktes bestehend aus Drehzahl und/oder Drehmoment und/oder Wirkleistung und/oder Blindleistung von einem Bauelement oder mehreren Bauelementen des Stromnetzes;
- ix) Verändern der Drehzahl von einem Bauelement oder mehreren Bauelementen des Stromnetzes;
- x) Abschalten oder Anschalten von bereits miteinander verbundenen Bauelementen;
- xi) Verändern einer Wirkleistungsaufnahme oder -abgabe von einem Bauelement oder mehreren Bauelementen des Stromnetzes;
- xii) Verändern einer Blindleistungsaufnahme oder -abgabe von einem Bauelement oder mehreren Bauelementen des Stromnetzes; und
- xiii) Verändern eines Modulationswinkels und/oder Phasenwinkels eines Umrichters.
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Das eine oder die mehreren Bauelemente - auch als Netzkomponenten bezeichnet - können insbesondere eines oder mehrere der im folgenden aufgeführten und von dem Stromnetz umfassten Bauelemente sein:
- - Schalter;
- - Schaltanlage;
- - Überspannungsableiter;
- - Überstromableiter;
- - Freileitung;
- - Prüfleitung;
- - Transformatoren;
- - Kabel; und
- - Hochspannungsgleichstromübertragungen.
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Eine oder mehrere Schalthandlungen i) bis xiii) können zu einer Verstimmung, Verschiebung und/oder Reduzierung von Resonanzen im Stromnetz führen, da diese eine Veränderung der Netztopologie bewirken bzw. herbeiführen.
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Über eine Sammelschiene erfolgt, beispielsweise in Umspannwerken, ein Anschluss von Leitungen und Trafos. In Hochspannungsanlagen existieren Felder, die in der Regel aus einer Anzahl von Sammelschienentrennern (entsprechend der Anzahl paralleler Sammelschienen), einem Strom- und Spannungswandler oder Kombiwandler, einem Leistungsschalter und/oder einem Leitungstrenner (auch als Abgangstrenner genannt) zusammen ausgebildet sind. Mit Hilfe mehrfach vorhandener Sammelschienentrenner kann ein Abgang auf verschiedene Sammelschienen gelegt werden. Je nach Schaltzustand wird die Netztopologie entsprechend verändert.
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Filter, z. B. Netzfilter für die Netzspannung können beispielsweise passive Filter ohne aktive Elemente, wie z. B. Transistoren sein.
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Eine Kompensation ist beispielsweise eine Blindleistungskompensation (auch Blindstromkompensation genannt), die in Wechselspannungsnetzen eine unerwünschte Verschiebungsblindleistung und damit verbundenen Blindstrom von elektrischen Verbrauchern (z. B: Lasten, Speicher oder dergleichen) reduziert. Die Blindleistungskompensation erfolgt beispielsweise durch einen Ausgleich induktiver oder kapazitiver Blindleistung mittels kapazitiver oder induktiver Verbraucher.
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Ferner ist eine Blindleistungskompensation mittels parallel geschalteter Kompensationsfilter wie Kondensatoren möglich, dies jedoch nur bei einer Frequenz, die der Frequenz der Grundschwingung (z. B. die Netzfrequenz in Höhe von 50 Hz) gleicht.
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Eine weitere beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten sieht vor, dass das Bestimmen der Oberwelleninformation ein Bestimmen von Spannungen, Strömen, und/oder von Frequenzen an einem oder mehreren Knoten des Stromnetzes umfasst.
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Basierend auf den bestimmten Spannungen, Strömen, sowie Frequenzen an einem oder mehreren Knoten des Stromnetzes kann beispielsweise ferner die Oberwelleninformation bestimmt (z. B. berechnet) werden.
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In einer beispielhaften Ausgestaltung nach allen Aspekten umfasst das Bestimmen der Oberwelleninformation zumindest die von dem Stromnetz umfassten induktiven und/oder kapazitiven Bauelemente.
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Insbesondere die induktiven und/oder kapazitiven Bauelemente beeinflussen Oberwellen bzw. rufen Oberwellen hervor, so dass eine mögliche Resonanz insbesondere basierend auf den von der Netztopologie umfassten induktiven und/oder kapazitiven Bauelementen bestimmt werden kann.
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Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten sieht vor, dass in einer Datenbank mögliche Schaltzustände des Stromnetzes und/oder Betriebspunkte (wie z. B. Wirk-, Blindleistung, Drehmoment, Drehzahl, Modulationswinkel, Stufenschalterposition, oder dergleichen, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen) der Bauelemente des Stromnetzes (wie z. B. Generatoren, Lasten, Umrichter, Transformatoren, sowie Blindleistungskompensationen, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen) gespeichert sind, wobei mit jedem gespeicherten Schaltzustand und/oder Betriebspunkt eine Resonanzinformation verknüpft (oder umfasst) ist, wobei die Resonanzinformation indikativ zumindest dafür ist, ob in dem Schaltzustand und/oder dem Betriebspunkt eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen vorliegen oder nicht.
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Die möglichen Schaltzustände und/oder Betriebspunkte (in dieser Beschreibung auch mit Betriebszuständen bezeichnet) des Stromnetzes können beispielsweise von zumindest einer Schaltzustandsinformation repräsentiert sein.
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Ferner können beispielsweise in der Datenbank mögliche Betriebszustände von dem einen Bauelement oder den mehreren Bauelementen des Stromnetzes gespeichert sein, wobei mit jedem gespeicherten Betriebszustand eine Resonanzinformation verknüpft (oder umfasst) ist, wobei die Resonanzinformation indikativ zumindest dafür ist, ob in dem Betriebszustand eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen vorliegen oder nicht. Die möglichen Betriebszustände von dem einen Bauelement oder den mehreren Bauelementen des Stromnetzes können beispielsweise von einer Betriebszustandsinformation umfasst bzw. repräsentiert sein.
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Die Datenbank ist beispielsweise eine sogenannte „look-up table“, wobei in der Datenbank hinterlegte Informationen beispielsweise mittels einer Abfrage von Daten ermittelt werden können.
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Die Resonanzinformation kann beispielsweise eine binäre Resonanzinformation sein. Alternativ kann die Resonanzinformation eine nicht-binäre Resonanzinformation sein, z. B. von einem Wahrscheinlichkeitswert, einem Frequenzverlauf oder dergleichen repräsentiert sein, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen.
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Die Datenbank ist beispielsweise von den einen oder mehreren Vorrichtungen, die das gegenständliche Verfahren durchführen, umfasst oder mit diesen verbindbar. Nach einem Durchlauf des gegenständlichen Verfahrens basierend auf der erfassten Netztopologieinformation kann das Ergebnis, insbesondere ob eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen beispielsweise ein Bauelement oder mehrere Bauelemente des Stromnetzes gefährden können, in der Datenbank gespeichert werden. Für den Fall, dass z. B. eine geplante Veränderung des Schaltzustandes, und optional des Betriebszustands von einem oder mehreren Bauelementen des Stromnetzes durchgeführt bzw. herbeigeführt werden soll, kann der nach einem Schaltschritt (z. B. von mehreren Schaltschritten zur Veränderung der Netztopologie) vorliegende Schaltzustand, und optional Betriebszustand von einem oder mehreren Bauelementen des Stromnetzes mit denjenigen in der Datenbank hinterlegten abgeglichen werden, so dass für den Fall, dass mit dieser Veränderung eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen zu erwarten sind, diese entsprechend vermieden werden können, indem beispielsweise andere Schaltschritte zur Herbeiführung der veränderten Netztopologie ausgewählt werden.
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In einer beispielhaften Ausgestaltung nach allen Aspekten wird eine jeweilige Resonanzinformation für jeden Schaltzustand und/oder Betriebspunkt des einen oder der mehreren Bauelemente des Stromnetzes ermittelt, wobei sämtliche mögliche Schaltzustände und/oder Betriebspunkte von dem einem oder den mehreren Bauelementen des Stromnetzes berücksichtigt werden und eine entsprechende Resonanzinformation für jeden der sämtlichen möglichen Schaltzustände und/oder Betriebspunkte (z. B. iterativ) berechnet wird.
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Zusätzlich kann beispielsweise eine jeweilige Resonanzinformation für jeden Betriebszustand des Stromnetzes ermittelt werden, wobei sämtliche mögliche Betriebszustände von dem einem oder den mehreren Bauelementen des Stromnetzes berücksichtigt werden und eine entsprechende Resonanzinformation für jeden der sämtlichen möglichen Schaltzustände (z. B. iterativ) berechnet wird.
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Entsprechend kann beispielsweise eine Simulation von allen möglichen Schalt- und/oder Betriebszuständen, die das gemäß der Netztopologieinformation repräsentierte Stromnetz annehmen kann, erfolgen. Die entsprechenden Ergebnisse, insbesondere ob eine oder mehrere Resonanzen und/oder Oberwellen und/oder Oberwellenpegelerhöhungen im Stromnetz gemäß der definierten Netztopologie auftreten können, können beispielsweise in einer Datenbank bzw. der Datenbank hinterlegt werden.
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Eine weitere beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten sieht vor, dass die Resonanzinformationen in Frequenzverläufen von Amplituden von Strom und/oder Spannung repräsentiert werden, so dass ermittelbar ist, ob für ein Bauelement oder einen Netzknoten oder mehrere Bauelemente oder einen Netzbereich des Stromnetzes die Gefahr für eine Resonanzkatastrophe und/oder Oberwellenpegelerhöhung herrscht oder nicht.
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Ein Netzbereich umfasst beispielsweise mehrere Knoten des Stromnetzes und/oder mehrere Bauelemente des Stromnetzes.
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Die zuvor in dieser Beschreibung beschriebenen beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sollen auch in allen Kombinationen miteinander offenbart verstanden werden. Insbesondere sollen beispielhafte Ausgestaltungen in Bezug auf die unterschiedlichen Aspekten offenbart verstanden werden.
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Insbesondere sollen durch die vorherige oder folgende Beschreibung von Verfahrensschritten gemäß bevorzugter Ausführungsformen eines Verfahrens auch entsprechende Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte durch bevorzugte Ausführungsformen einer Vorrichtung offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von Mitteln einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrensschrittes auch der entsprechende Verfahrensschritt offenbart sein.
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Weitere vorteilhafte beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden detaillierten Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, insbesondere in Verbindung mit den Figuren, zu entnehmen.
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Die Figuren sollen jedoch nur dem Zwecke der Verdeutlichung, nicht aber zur Bestimmung des Schutzbereiches der Erfindung dienen. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu und sollen lediglich das allgemeine Konzept der vorliegenden Erfindung beispielhaft widerspiegeln. Insbesondere sollen Merkmale, die in den Figuren enthalten sind, keineswegs als notwendiger Bestandteil der vorliegenden Erfindung erachtet werden.
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Figurenliste
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In der Zeichnung zeigt
- 1 ein System gemäß dem dritten Aspekt in einer beispielhaften und gegenständlichen Ausgestaltung;
- 2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt;
- 3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt; und
- 4 unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines Speichermediums nach dem zweiten Aspekt.
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Detaillierte Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen
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Die folgende Beschreibung dient zum weiteren Verständnis des Gegenstands und soll derart verstanden werden, die obige allgemeine Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen zu komplementieren und zusammen mit dieser gelesen zu werden.
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Systems 100 gemäß dem dritten Aspekt. Das System 100 umfasst einen Server 110, der alternativ als eine Server Cloud (z. B. eine Vielzahl von Servern, die z. B. über das Internet miteinander verbunden sind und Dienste zumindest teilweise zusammen bereitstellen) ausgebildet ist, eine optionale Datenbank 120, vorliegend drei Generatoren oder Lasten 130a-c (z. B. Windenergieanlagen), ein Stromnetz umfassend ein erstes und ein zweites Ringnetz 140a und 140b, sowie mehrere Bauelemente 150-1 bis 150-7 und als Schalter ausgebildete weitere Bauelemente 160-1 und 160-2 des Stromnetzes.
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Gemäß einer gegenständlichen Ausgestaltung erfasst der Server 110 eine Netztopologieinformation des Stromnetzes, bestimmt eine Oberwelleninformation, z. B. für jedes oder zumindest einen Teil der von dem Stromnetz umfassten Bauelemente 150-1 bis 150-7, sowie ferner für die jeweils als Schalter ausgebildeten Bauelemente 160-1 und 160-2, und bestimmt eine Auswerteinformation die indikativ dafür ist, ob eine Resonanz für zumindest ein Bauelement 150-1 bis 150-7, sowie für die Bauelemente 160-1 und 160-2 des Stromnetzes vorliegt oder nicht, und gibt anschließend die bestimmte Auswerteinformation, z. B. zur weiteren Verarbeitung von einer weiteren Vorrichtung, oder einem Server der Server Cloud, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen, aus.
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Sollte eine Resonanzinformation vorliegen, kann beispielsweise die Struktur, d.h. Netztopologie des Stromnetzes geändert werden, indem beispielsweise einer oder beide als Schalter ausgebildete Bauelemente 160-1 und/oder 160-2 geöffnet oder geschlossen werden. Ein Öffnen des Schalters 160-1 hat beispielsweise zur Folge, dass die Struktur des Ringnetzes 140a von dem Stromnetz geöffnet wird. Gleiches gilt analog für das Ringnetz 140b. Durch ein derartiges Verändern der Netztopologie des Stromnetzes wird eine Verstimmung, Verschiebung und/oder Reduzierung von mitunter herrschenden Resonanzen herbeigeführt.
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2 zeigt ein Flussdiagramm 200 eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt. Das Flussdiagramm 200 kann beispielsweise durch eine Vorrichtung, z. B. Server 110 nach 1 durchgeführt werden.
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In einem ersten Schritt 201 erfolgt ein Erfassen von einer Netztopologieinformation indikativ für eine Funktion eines Stromnetzes bei einer vorbestimmten Nennfrequenz, wobei die Nennfrequenz zumindest teilweise von einer Wirk- und/oder Blindleistungsaufnahme und/oder einer Wirk- und/oder Blindleistungsabgabe beeinflusst wird. Ferner kann die Nennfrequenz von einer Drehzahl, einem Drehmoment, einem Modulationswinkel und/oder einem Phasenwinkel, den ein Bauelement oder mehrere Bauelemente und/oder Generatoren und/oder Lasten des Stromnetzes aufweisen, zumindest teilweise beeinflusst werden.
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Die Netztopologieinformation ist beispielsweise durch einen oder mehrere Schaltzustände (z. B. Schalter ein- oder ausgeschaltet) und/oder einen oder mehrere Betriebszustände von einem Bauelement oder mehreren Bauelementen (z. B. Bauelemente 150-1 bis 150-7, und/oder Bauelemente 160-1 und 160-2 gemäß 1) des Stromnetzes definiert. Die Anordnung des einen Bauelements oder der mehreren Bauelemente des Stromnetzes bildet dabei zumindest in einem oder mehreren Teilen des Stromnetzes eine Struktur aus. Die Gesamtanordnung stellt die Netztopologie des Stromnetzes dar. Das Erfassen von der Netztopologieinformation wird beispielsweise von einer Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt durchgeführt, z. B. von dem Server 110 nach 1. Der Server 110 stellt beispielsweise eine Netzleitstelle dar oder ist von einer entsprechenden Netzleitstelle umfasst. Das Erfassen der Netztopologieinformation kann beispielsweise mittels einer oder mehreren Sensoren, die beispielsweise mit dem Server 110 nach 1 verbunden sind oder von diesem umfasst sind, durchgeführt werden, wobei mittels des einen oder der mehreren Sensoren ein Betriebszustand und/oder eine Struktur zumindest von einem oder mehreren Teilen des Stromnetzes erfassbar (z. B. messbar) ist.
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In einem zweiten Schritt 202 erfolgt ein Bestimmen von einer Oberwelleninformation. Das Bestimmen von der Oberwelleninformation wird beispielsweise von einer Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt durchgeführt, z. B. von dem Server 110 nach 1. Alternativ oder zusätzlich kann das Bestimmen von der Oberwelleninformation von einer Server Cloud (in 1 nicht dargestellt) durchgeführt werden, wobei beispielsweise die Vorrichtung, die in dem Schritt 201 das Erfassen von der Netztopologieinformation durchgeführt hat, über eine Kommunikationsverbindung (z. B. einem Kommunikationsnetz, z. B. das Internet) mit zumindest einem Server der Server Cloud verbunden ist. Die Server der Server Cloud verfügen ebenfalls untereinander über eine Kommunikationsverbindung. Die Kommunikationsverbindung zwischen den von der Server Cloud umfassten Servern kann beispielsweise ebenfalls über ein Kommunikationsnetz, z. B. das Internet erfolgen.
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In einem dritten Schritt 203 erfolgt ein Bestimmen einer Auswerteinformation. Das Bestimmen der Auswerteinformation wird beispielsweise von einer Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt durchgeführt, z. B. von dem Server 110 nach 1. Alternativ oder zusätzlich kann das Bestimmen von der Auswerteinformation von einer Server Cloud (in 1 nicht dargestellt) durchgeführt werden.
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In einem vierten Schritt 204 erfolgt ein Ausgeben der bestimmten Auswerteinformation.
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Die Schritte 205 bis 207 sind optional und werden in beispielhaften Ausgestaltungen nach allen Aspekten mitunter zusätzlich zu den Schritten 201 bis 204 durchgeführt.
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Für den Fall, dass die optionalen Schritte 205 bis 207 nicht durchgeführt werden, endet das Flussdiagramm 200 nach dem Schritt 204. Dies ist durch die mit dem Bezugszeichen 211 gekennzeichnete Verzweigung dargestellt.
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In einem fünften Schritt 205 erfolgt ein Bestimmen einer Steuerungsinformation. Das Bestimmen von der Steuerungsinformation wird beispielsweise von einer Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt durchgeführt, z. B. von dem Server 110 nach 1. Alternativ oder zusätzlich kann das Bestimmen von der Steuerungsinformation von einer Server Cloud (in 1 nicht dargestellt) durchgeführt werden.
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In einem sechsten Schritt 206 erfolgt ein Ausgeben der gemäß dem Schritt 205 bestimmten Steuerungsinformation. Die bestimmte Auswerteinformation (Schritt 204 und/oder die in dem Schritt 205 bestimmte Steuerungsinformation kann beispielsweise an eine eine oder mehrere Aktoren koordinierende Vorrichtung (in 1 nicht dargestellt) ausgegeben werden, so dass diese beispielsweise automatisch eine Veränderung des Betriebszustands des Stromnetzes herbeiführen kann (vgl. auch Schritt 207).
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In einem siebten Schritt 207 erfolgt ein Durchführen von einem oder mehreren Schaltungsschritten zum Herstellen eines gemäß der Steuerungsinformation bestimmten und veränderten Schaltzustands und/oder Betriebszustands des Stromnetzes.
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Anschließend kann optional das Flussdiagramm 200 erneut durchgeführt werden. Dies ist durch die mit dem Bezugszeichen 212 gekennzeichnete und auf den Schritt 201 zurückverweisende Verzweigung dargestellt. Z. B. kann in einem zweiten Durchlauf in dem Schritt 201 die erfasste Netztopologieinformation den gemäß dem Schritt 207 eines ersten Durchlaufs veränderten Betriebszustand des Stromnetzes repräsentieren.
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Nach dem Bestimmen der Oberwelleninformation (Schritt 202), können die Schritte 203 und - falls von dem Flussdiagramm umfasst - der optionale Schritt 205 parallel durchgeführt werden. Alternativ können diese Schritte 202, 203, sowie optional der Schritt 205 auch sequenziell, also nacheinander durchgeführt werden. Ferner kann die Durchführung des Flussdiagramms 200 bereits nach dem optionalen Schritt 206 beendet werden (nicht dargestellt) für den Fall, dass z. B. eine Durchführung des Schrittes 207 erst für die Zukunft geplant und bisher noch nicht terminiert ist.
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3 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 300, welche insbesondere ein beispielhaftes Verfahren gemäß dem ersten Aspekt ausführen kann. Die Vorrichtung 300 ist beispielsweise eine Vorrichtung gemäß dem zweiten oder ein System gemäß dem dritten Aspekt.
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Die Vorrichtung 300 kann insofern beispielsweise ein Computer, ein Desktop-Computer, ein Server, ein Thinclient oder ein tragbarer Computer (Mobilgerät), wie etwa ein Laptop-Computer, ein Tablet-Computer, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA) oder ein Smartphone sein. Die Vorrichtung kann beispielsweise die Funktion eines Servers oder eines Clients erfüllen.
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Prozessor 310 der Vorrichtung 300 ist insbesondere als Mikroprozessor, Mikrokontrolleinheit, Mikrocontroller, digitaler Signalprozessor (DSP), Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung (ASIC) oder Field Programmable Gate Array (FPGA) ausgebildet.
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Prozessor 310 führt Programmanweisungen aus, die in Programmspeicher 312 gespeichert sind, und speichert beispielsweise Zwischenergebnisse oder ähnliches in Arbeits- oder Hauptspeicher 311. Zum Beispiel ist Programmspeicher 312 ein nicht-flüchtiger Speicher wie ein Flash-Speicher, ein Magnetspeicher, ein EEPROM-Speicher (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher) und/oder ein optischer Speicher. Hauptspeicher 311 ist zum Beispiel ein flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, insbesondere ein Speicher mit wahlfreiem-Zugriff (RAM) wie ein statischer RAM-Speicher (SRAM), ein dynamischer RAM-Speicher (DRAM), ein ferroelektrischer RAM-Speicher (FeRAM) und/oder ein magnetischer RAM-Speicher (MRAM).
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Programmspeicher 312 ist vorzugsweise ein lokaler mit der Vorrichtung 300 fest verbundener Datenträger. Mit der Vorrichtung 300 fest verbundene Datenträger sind beispielsweise Festplatten, die in die Vorrichtung 300 eingebaut sind. Alternativ kann der Datenträger beispielsweise auch ein mit der Vorrichtung 300 trennbar verbindbarer Datenträger sein wie ein Speicher-Stick, ein Wechseldatenträger, eine tragbare Festplatte, eine CD, eine DVD und/oder eine Diskette.
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Programmspeicher 312 enthält beispielsweise das Betriebssystem von der Vorrichtung 300, das beim Starten der Vorrichtung 300 zumindest teilweise in Hauptspeicher 311 geladen und vom Prozessor 310 ausgeführt wird. Insbesondere wird beim Starten von Vorrichtung 300 zumindest ein Teil des Kerns des Betriebssystems in den Hauptspeicher 311 geladen und von Prozessor 310 ausgeführt. Das Betriebssystem von Vorrichtung 300 ist beispielsweise ein Windows -, UNIX-, Linux-, Android-, Apple iOS- und/oder MAC-Betriebssystem.
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Das Betriebssystem ermöglicht insbesondere die Verwendung der Vorrichtung 300 zur Datenverarbeitung. Es verwaltet beispielsweise Betriebsmittel wie Hauptspeicher 311 und Programmspeicher 312, Kommunikationsschnittstelle 313, Ein- und Ausgabegerät 314, stellt unter anderem durch Programmierschnittstellen anderen Programmen grundlegende Funktionen zur Verfügung und steuert die Ausführung von Programmen.
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Prozessor 310 steuert die Kommunikationsschnittstelle 313, welche beispielsweise eine Netzwerkschnittstelle sein kann und als Netzwerkkarte, Netzwerkmodul und/oder Modem ausgebildet sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle 313 ist insbesondere dazu eingerichtet, eine Verbindung der Vorrichtung 300 mit anderen Vorrichtungen, insbesondere über ein (drahtloses) Kommunikationssystem, beispielsweise ein Netzwerk, herzustellen und mit diesen zu kommunizieren. Die Kommunikationsschnittstelle 313 kann beispielsweise Daten (über das Kommunikationssystem) empfangen und an Prozessor 310 weiterleiten und/oder Daten von Prozessor 310 empfangen und (über das Kommunikationssystem) senden. Beispiele für ein Kommunikationssystem sind ein lokales Netzwerk (LAN), ein großräumiges Netzwerk (WAN), ein drahtloses Netzwerk (beispielsweise gemäß dem IEEE-802.11-Standard, dem Bluetooth (LE)-Standard und/oder dem NFC-Standard), ein drahtgebundenes Netzwerk, ein Mobilfunknetzwerk, ein Telefonnetzwerk und/oder das Internet.
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Des Weiteren kann Prozessor 310 zumindest ein Ein-/Ausgabegerät 314 steuern. Ein-/Ausgabegerät 314 ist beispielsweise eine Tastatur, eine Maus, eine Anzeigeeinheit, ein Mikrofon, eine berührungsempfindliche Anzeigeeinheit, ein Lautsprecher, ein Lesegerät, ein Laufwerk und/oder eine Kamera. Ein-/Ausgabegerät 314 kann beispielsweise Eingaben eines Benutzers aufnehmen und an Prozessor 310 weiterleiten und/oder Informationen für den Benutzer von Prozessor 310 empfangen und ausgeben.
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4 zeigt schließlich unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Speichermedien, auf denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Computerprogrammes gespeichert sein kann. Das Speichermedium kann beispielsweise ein magnetisches, elektrisches, optisches und/oder andersartiges Speichermedium sein. Das Speichermedium kann beispielsweise Teil eines Prozessors (z.B. des Prozessor 310 der 3) sein, beispielsweise ein (nicht-flüchtiger oder flüchtiger) Programmspeicher des Prozessors oder ein Teil davon (wie Programmspeicher 312 in 3). Ausführungsbeispiele eines Speichermediums sind ein Flash-Speicher 410, eine SSD-Festplatte 411, eine magnetische Festplatte 412, eine Speicherkarte 413, ein Memory Stick 414 (z.B. ein USB-Stick), eine CD-ROM oder DVD 415 oder eine Diskette 416.
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Die in dieser Spezifikation beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und die diesbezüglich jeweils angeführten optionalen Merkmale und Eigenschaften sollen auch in allen Kombinationen miteinander offenbart verstanden werden. Insbesondere soll auch die Beschreibung eines von einem Ausführungsbeispiel umfassten Merkmals - sofern nicht explizit gegenteilig erklärt - vorliegend nicht so verstanden werden, dass das Merkmal für die Funktion des Ausführungsbeispiels unerlässlich oder wesentlich ist. Die Abfolge der in dieser Spezifikation geschilderten Verfahrensschritte in den einzelnen Ablaufdiagrammen ist nicht zwingend, alternative Abfolgen der Verfahrensschritte sind denkbar. Die Verfahrensschritte können auf verschiedene Art und Weise implementiert werden, so ist eine Implementierung in Software (durch Programmanweisungen), Hardware oder eine Kombination von beidem zur Implementierung der Verfahrensschritte denkbar.
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In den Patentansprüchen verwendete Begriffe wie „umfassen“, „aufweisen“, „beinhalten“, „enthalten“ und dergleichen schließen weitere Elemente oder Schritte nicht aus. Unter die Formulierung „zumindest teilweise“ fallen sowohl der Fall „teilweise“ als auch der Fall „vollständig“. Die Formulierung „und/oder“ soll dahingehend verstanden werden, dass sowohl die Alternative als auch die Kombination offenbart sein soll, also „A und/oder B“ bedeutet „(A) oder (B) oder (A und B)“. Die Verwendung des unbestimmten Artikels schließt eine Mehrzahl nicht aus. Eine einzelne Vorrichtung kann die Funktionen mehrerer in den Patentansprüchen genannten Einheiten bzw. Vorrichtungen ausführen. In den Patentansprüchen angegebene Bezugszeichen sind nicht als Beschränkungen der eingesetzten Mittel und Schritte anzusehen.
