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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Lastmanagementsystem sowie ein Computerprogrammprodukt.
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Niederspannungsnetze bestehender Infrastruktur könnten in Zukunft wegen der Umstellung von fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energien in Kombination mit einer geänderten Laststruktur, wie sie beispielsweise durch die Elektrifizierung des Straßenverkehrs erwartet wird, an ihre Grenzen kommen.
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Dabei kann ein Niederspannungsnetz vor allem dann überlastet werden, wenn zu viele sogenannte Letztverbraucher gleichzeitig aus dem Netz Energie entnehmen, wie z. B. beim Laden von Elektrofahrzeugen, oder in das Netz einspeisen, wenn beispielsweise die Sonne scheint oder Wind weht. Werden keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen, könnte es zu Spannungseinbrüchen oder Spannungsspitzen im Netz kommen.
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Sollte durch das Verhalten der Letztverbraucher ein kritischer Zustand zu erwarten sein, muss der Netzbetreiber netzdienlich eingreifen, um zumindest Schaden von den im Niederspannungsnetz vorhandenen Betriebsmitteln abzuwenden.
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Diesen erhöhten Anforderungen kann letztlich nur durch einen Ausbau des Niederspannungsnetzes entsprochen werden, wobei das Schaffen der entsprechenden Kapazitäten einen enormen Kostenaufwand bzw. ein hohes Investitionsvolumen bedeutet. Dabei besteht ferner das Problem, dass die zur Verfügung stehenden Ressourcen in Form von Material und Personal begrenzt sind und nicht sämtliche Netze gleichzeitig ausbaubar sind. Hinzu kommt, dass auch ein ausgebautes Niederspannungsnetz in Zukunft nicht durch den Ausbau zwangsläufig vor erneut auftretenden Überlastsituationen geschützt ist, so dass ein Eingreifen des Netzbetreibers zum Schutz des Netzes auch nach dem Ausbau weiterhin eine Option bleiben muss.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, voranstehende, aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, ein Lastmanagementsystem sowie ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen, bei dem die Last in einem Niederspannungsnetz effizient verteilt, die Versorgung der Letztverbraucher auf einem hohen Standard gewährleistet und die Kosten, insbesondere die Investitionskosten für einen Ausbau des Niederspannungsnetzes, reduziert werden können.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Lastmanagementsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lastmanagementsystem und/oder dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren für das Lastmanagement eines Niederspannungsnetzes vorgesehen, umfassend:
- - Feststellen eines Überlastzustandes in zumindest einem Teil eines Niederspannungsnetzes, insbesondere durch ein Sensorsystem,
- - Erstellen von zumindest zwei Clustern, wobei die zumindest zwei Cluster zumindest zwei Ladepunkte umfassen, an denen Energie vom Niederspannungsnetz entnommen oder in das Niederspannungsnetz gespeist werden kann, insbesondere durch eine Recheneinheit,
- - Erzeugen eines Ablaufplans, wobei der Ablaufplan Zeitschlitze für jeden der zumindest zwei Cluster umfasst, wobei sich die Zeitschlitze der zumindest zwei Cluster zeitlich nicht überschneiden, insbesondere durch eine Recheneinheit.
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Mit anderen Worten kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, wobei ein zu befürchtender Überlastzustand, in dem das Niederspannungsnetz nicht wie vorgesehen funktioniert, insbesondere durch eine Sensoranordnung detektiert wird, ein Niederspannungsnetz in zumindest zwei Teile geteilt wird, wobei zumindest jeder Teil auch einen Ladepunkt umfasst, an welchem Energie aus dem Niederspannungsnetz entnommen oder in dieses eingespeist werden kann, und eine Einschränkung der Abgabe und Entnahme von Energie an den Ladepunkten zu bestimmten Zeiten stattfindet, sodass innerhalb eines Teils des Niederspannungsnetzes nicht mehr sämtliche Einspeiser und Entnehmer gleichzeitig in das Niederspannungsnetz einspeisen bzw. Energie aus dem Niederspannungsnetz entnehmen können.
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Die Verfahrensschritte können dabei zumindest teilweise gleichzeitig oder zeitlich nacheinander ablaufen, wobei die Reihenfolge der Verfahrensschritte nicht auf die durch die Nummerierung definierte Reihenfolge begrenzt ist, sodass einzelne Schritte in unterschiedlicher Reihenfolge durchführbar sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass im Rahmen des Verfahrens ebenfalls vorgesehen ist, dass die Abgabe von Energie an die zumindest zwei Cluster oder die Entnahme von Energie von den zumindest zwei Clustern entsprechend des Ablaufplans, insbesondere gesteuert durch die Recheneinheit, erfolgt.
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Unter einem Lastmanagement kann das Beeinflussen der Lastverteilung durch technische Maßnahmen innerhalb des Niederspannungsnetzes verstanden werden. Es kann Teil des Lastmanagements sein, dass einzelne Verbraucher und/oder Einspeiser vom Niederspannungsnetz getrennt oder mit diesem verbunden werden, wobei durch die Trennung bzw. Verbindung das Einhalten eines vorgegebenen Spannungsbandes innerhalb des Niederspannungsnetzes gewährleistet ist. Ferner kann Teil des Lastmanagements sein, dass eine Überlastung der Betriebsmittel durch eine Stromstärken- und/oder Spannungs- und/oder Leistungsüberlastung verhindert wird.
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Ein Niederspannungsnetz kann zur Verteilung elektrischer Energie an Verbraucher, insbesondere Letztverbraucher, dienen. Darüber hinaus können Verbraucher auch als Einspeiser Energie in das Niederspannungsnetz einspeisen. Es kann vorgesehen sein, dass das Niederspannungsnetz zumindest zwei Phasen, insbesondere drei Phasen, aufweist, welche zu unterschiedlichen Spannungen führen können.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann unter dem Feststellen eines Überlastzustandes verstanden werden, dass durch zumindest eine Messung, insbesondere einer Spannung, ein Status zumindest eines Teils des Niederspannungsnetzes bestimmt wird, und aus der zumindest einen Messung und/oder dem Status des zumindest einen Teils des Niederspannungsnetzes das Vorliegen eines Überlastzustandes erkannt wird. Der Überlastzustand kann bevorstehen oder bereits eingetreten sein. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein vorbestimmter Grenzwert vorgesehen ist, bei dessen Über- bzw. Unterschreiten der bevorstehende Überlastzustandes festgestellt wird. Wenn beispielsweise die Spannung durch die Entnahme vieler Verbraucher, welche sich nahe beieinander befinden und zum gleichen Zeitpunkt viel Energie aus dem Niederspannungsnetz entnehmen, sinkt, kann es zum Unterschreiten des Grenzwertes kommen, sodass ein bevorstehender Überlastzustand detektiert wird.
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Niederspannungsnetze werden in der Regel durch technische Mittel überwacht, um deren Funktion sicher zu gewährleisten und Fehler schnell aufzuspüren und gegebenenfalls beheben zu können. Hierzu kann ein Sensorsystem vorgesehen sein, welches zumindest einen Sensor, insbesondere eine Vielzahl von Sensoren, aufweist, welche, insbesondere elektrische, Messgrößen am Niederspannungsnetz bestimmen können. Beispielsweise kann eine Messung von Spannung, Strom und davon abgeleiteten Größen erfolgen, um den Status eines Niederspannungsnetzes zu bestimmen. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Messung das Messen von Umweltgrößen, beispielsweise Temperatur, Sonneneinstrahlung, Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und/oder Luftdruck umfasst.
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Mit dem Erstellen von zumindest zwei Clustern kann gemeint sein, dass Ladepunkte, welche innerhalb des Niederspannungsnetzes angeordnet sind, in unterschiedliche Teilmengen aufgeteilt werden, welche unabhängig voneinander steuerbar sind. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass ein Teil des Niederspannungsnetzes von einem weiteren Teil des Niederspannungsnetzes, insbesondere von einem Teil des Niederspannungsnetzes für den kein bevorstehender Überlastzustand ermittelt wird, unabhängig von diesen gesteuert wird.
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Wenn im Zusammenhang mit dem Erstellen von zumindest zwei Clustern der Ausdruck verwendet wird, dass die zumindest zwei Cluster zumindest zwei Ladepunkte umfassen, so sind damit nicht zwangsläufig jeweils zwei Ladepunkte gemeint. Im einfachsten Fall gäbe es zwei Cluster mit je einem Ladepunkt.
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Ein Ladepunkt im Sinne der Erfindung kann als ein räumlich körperlicher Gegenstand aufgefasst werden, welcher Mittel umfasst, die das Entnehmen von Energie aus dem Niederspannungsnetz und/oder das Einspeisen von Energie aus dem Niederspannungsnetz durch einen Verbraucher und/oder Einspeiser ermöglichen. Ein Ladepunkt kann hierzu zumindest einen Stecker und/oder zumindest eine Buchse sowie zumindest eine Stromleitung umfassen. Insbesondere kann ein Ladepunkt zumindest als ein Letztverbraucher, eine Wärmepumpe, ein Einspeiser, insbesondere eine Photovoltaikanlage, ein Batteriespeicher oder ein E-Auto ausgebildet sein.
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Unter dem Erzeugen eines Ablaufplans kann die Erzeugung eines Schemas verstanden werden, nach welchem das Niederspannungsnetz betrieben wird. Der Ablaufplan kann Regeln umfassen, welche dazu dienen, die Abgabe und/oder Entnahme von Energie an und/oder aus dem Niederspannungsnetz zu steuern. Neben einer zeitlichen Regelung einer Abgabe und/oder Entnahme von Energie kann der Ablaufplan auch örtliche Regelungen umfassen, welche festlegen, welcher Cluster und/oder Ladepunkt Energie in das Niederspannungsnetz einspeisen und/oder Energie aus dem Niederspannungsnetz entnehmen kann.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann unter einem Zeitschlitz ein Zeitraum verstanden werden, in welchem eine Entnahme von Energie aus dem Niederspannungsnetz und/oder eine Abgabe von Energie an das Niederspannungsnetz für einen bestimmten Cluster und/oder einen Ladepunkt erlaubt ist. Das Vorsehen von Zeitschlitzen entspricht einer Änderung gegenüber einem Normalzustand, in welchem jeder Ladepunkt und/oder Cluster sowohl Energie in das Niederspannungsnetz einspeisen als auch Energie vom Niederspannungsnetz entnehmen kann. Durch die Erzeugung des Ablaufplans mit Zeitschlitzen wird diese Freiheit auf die durch die Zeitschlitze festgelegten Zeiträume eingeschränkt. Während in einem Normalzustand beispielsweise innerhalb eines Clusters an zehn Ladesäulen zwanzig Fahrzeuge gleichzeitig laden können, kann es im Ablaufplan vorgesehen sein, dass zwar alle zwanzig Fahrzeuge weiterhin geladen werden, jedoch nicht zum gleichen Zeitpunkt, sondern nur im jeweils für sie vorgesehenen Zeitschlitz.
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Zeitschlitze können unterschiedlich lang ausgeführt sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Dauer eines Zeitschlitzes 20 ms beträgt. Dies entspricht gerade der Periodendauer der ortsüblichen Netzfrequenz von 50 Hz. Hierdurch kann eine besonders einfache Steuerung erfolgen. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Zeitschlitze ein der Länge eines Vielfachen von 20 ms aufweisen. Auch hierdurch wird eine einfache Steuerung ermöglicht.
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Insgesamt wird durch die Erfindung der Vorteil erreicht, dass ein bevorstehender Überlastzustand vermieden wird. Dadurch, dass der Ablaufplan befolgt wird und nicht mehr sämtliche Letztverbraucher gleichzeitig einspeisen bzw. Energie vom Niederspannungsnetz entnehmen können, wird die vorgesehene Spannung im Niederspannungsnetz garantiert. Darüber hinaus entsteht für die Letztverbraucher kein wesentlicher Nachteil, da diese Regelung zeitlich beschränkt ist. Wenn beispielsweise ein Fahrzeug geladen werden soll, und dieses nur in vorgegebenen Zeitschlitzen des Ablaufplans erfolgt, ist dies für den Benutzer in der Regel allenfalls durch eine verlängerte Dauer des Ladezyklus wahrnehmbar. Obwohl das Fahrzeug zwar nicht jederzeit geladen wird, findet insgesamt dennoch eine schnellstmögliche Ladung des Fahrzeuges statt.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass eine Synchronisierung einer Zeit für die zumindest zwei Cluster und/oder die zumindest zwei Ladepunkte derart erfolgt, dass die Zeitschlitze innerhalb eines gemeinsamen Zeitrahmens im Ablaufplan anordenbar sind. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass ein Abgleich der Zeit auf Ebene der Cluster und/oder der Ladepunkte erfolgt, sodass die Anordnung der Zeitschlitze auf Basis der Zeitsynchronisation erfolgen kann. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass die Umsetzung des Ablaufplans in Bezug auf die zeitliche Abfolge der Zeitschlitze auf Ebene der Cluster und/oder der Ladepunkte sicher gewährleistet werden kann. Durch die Synchronisation wird ausgeschlossen, dass Zeitschlitze, welche sich nicht überlappen sollen, praktisch dennoch zu einer Überlappung führen, wenn die Uhren der jeweiligen Cluster und/oder Ladepunkte nicht synchron sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Cluster und/oder Ladepunkte sich mit der gesetzlichen Zeit, insbesondere regelmäßig, synchronisieren. Dies bietet den Vorteil, dass Betriebsmittel des Clusters bzw. des Ladepunktes gemäß der Vorgaben der physikalisch technischen Bundesanstalt (PTB) innerhalb einer definierten Genauigkeit garantiert funktionieren.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine tägliche Synchronisation vorgesehen ist. Hierdurch kann bereits das Weglaufen einer einzelnen Uhr über einen längeren Zeitraum sicher vermieden werden. Alternativ oder in Ergänzung kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Synchronisation öfter als einmal täglich, insbesondere dreimal täglich, vorgesehen ist. Mit anderen Worten kann die Synchronisation auch beliebig oft durchgeführt werden. Hierdurch kann die Genauigkeitssynchronisation weiter verbessert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass beim Scheitern der Synchronisation der Cluster und/oder der Ladepunkt bzw. deren Betriebsmittel als ungültig definiert werden. Dann kann vorgesehen sein, dass diese Cluster und/oder Ladepunkte nicht mehr am Erstellen eines Ablaufplans teilnehmen können. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass verhindert wird, dass durch eine ungenaue Zeit trotz der Verwendung des Ablaufplanes zu gleichzeitigen kritischen Entnahmen und/oder Abgaben der Einspeiser bzw. Verbraucher an das Niederspannungsnetz zu einer Überlastungssituation kommt. Als ungültig definierte Elemente können dann außerhalb der Zeit, in der die Überlastsituation vorliegt, geladen werden.
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Alternativ oder in Ergänzung kann vorgesehen sein, dass nach dem Scheitern der Synchronisation der Cluster und/oder der Ladepunkte bzw. deren Betriebsmittel nach Ablauf eines definierten Zeitfensters, insbesondere nach einem oder mehreren Tagen, als ungültig definiert werden. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass noch ein pragmatischer Spielraum vorgehalten wird, bis zu dem eine erneute Synchronisation erfolgreich durchgeführt und die Teilnahme am Verfahren weitergeführt werden kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Counter vorgesehen ist, welcher die Nulldurchgänge der Spannung des Niederspannungsnetzes, zählt, und dieser Counter einmal täglich resettet (also auf null gesetzt) wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass das auf Seiten des Counters an einem zeitlich definierten Tageszeitpunkt (beispielsweise um 12:00 Uhr) erfolgt, welcher nach dem Synchronisierungszeitpunkt, insbesondere innerhalb von 5 Minuten nach dem Synchronisationszeitpunkt, liegt. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass auch durch eine Zählung der Nulldurchgänge der Spannung im Niederspannungsnetz eine hinreichend genaue Abstimmung der einzelnen Cluster bzw. Ladepunkte zur Ausführung des Ablaufplans erfolgen kann.
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Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass zumindest ein statistisches Verfahren, insbesondere eine Ermittlung der Standardabweichung, bei der Erzeugung des Ablaufplans verwendet wird. Hierdurch kann die Fehlertoleranz beim Ausführen des Ablaufplans verbessert werden, sodass die korrekte Ausführung sicher gewährleistet ist.
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Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass alle Counter des Nulldurchgangs sich mit der gesetzlichen Zeit synchronisieren. Mit anderen Worten bilden die Counter eine Art Uhr. Diese Uhr kann in Kenntnis des Synchronisationszeitpunkt die echte Tageszeit bzw. Uhrzeit anzeigen, läuft jedoch wegen der nicht hinreichend genauen Einhaltung bzw. Stabilisierung der 50 hz (Schwankung im mHz Bereich sind normal) in beide Richtungen weg. Die Counter-Uhr bzw. 50-Hz-Uhr fängt beim Reset bei 0 an zu zählen und ist auf z. B. 12h zum Resetzeitpunkt voreingestellt (ungeachtet der tatsächlichen Tageszeit) - die 50-Hz-Uhr bekommt einen Offset-Wert mitgeteilt (welcher in der Edge-Computingeinheit festgestellt wird [Delta zwischen 12h und der gesetzlichen Zeit zum Synchronisierungszeitpunkt]) und hat somit eine echte Tageszeit bzw. Uhrzeit zur Verfügung, die aber wegen der üblichen 50 Hz-Schwankungen nicht hochstabil ist. Mit anderen Worten kann es vorteilhaft sein, nicht einmal täglich die Counter wieder auf Null zu setzen, sondern einmal in der Woche und/oder einmal im Monat und/oder, insbesondere ausschließlich, Ereignisgesteuert. So kann der Counter zur Bestimmung der Tageszeit hinreichend genau herangezogen und immer wieder neu der gesetzlichen Zeit angepasst werden, in dem ein neuer Offset-Wert ermittelt und mitgeteilt wird.
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Das heißt, die Anweisung zum Start eines Fahrplans könnte beispielhaft wie folgt aussehen:
- - Starten des Fahrplans mit einer Identifikationsnummer in 10 Minuten für zwei Stunden (da die Edge-Computingeinheit das Delta zwischen den permanent synchronlaufenden Countern im Netz bzw. in den z. B. Ladepunkten und der gesetzlichen Zeit kennt (Offset-Wert), kann auch eine echte Uhrzeit für Start- und Endzeitpunkt des Fahrplans genutzt werden, weil das Delta zwischen Counter und gesetzlicher Zeit als Offset-Wert mitgeliefert wird und so dafür sorgt, dass der Startzeitpunkt für alle genau gleich definiert ist und mit Offset-Wert nun auch hinreichend genau zur echten Zeit bzw. gesetzlichen Zeit stattfindet.
- - Abzählen von 10 Minuten in 20ms Schritten durch die Counter an den verschiedenen Punkten im Netz, insbesondere in den Ladesäulen oder Wallboxen (oder zählen bis zur Erreichung des durch die echte Zeit adressierten Zeitpunkts) und
- - Starten des Fahrplans, in dem hinterlegt ist, welchem Zeitschlitz sich der Ladepunkt, insbesondere eine Ladesäule, anzuschließen hat.
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Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass alle Counter mindestens einmal mit der gesetzlichen Zeit synchronisiert werden, um diese untereinander zu synchronisieren. Ist diese Synchronisierung einmal passiert, so laufen die Counter immer hochgenau synchron, bis es zu einem Spannungsausfall kommt und so der Taktgeber verloren geht.
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Beispielhaft kann Nachfolgendes vorgesehen sein:
- Alle Counter des Nulldurchgangs sind synchronisiert und funktionieren seit geraumer Zeit ohne Reset bzw. ohne erneute Synchronisation mit der gesetzlichen Zeit, wobei alle Counter synchron seit dem Tag der Synchronisation mit der gesetzlichen Zeit sind. Mit anderen Worten sind die Counter unverändert genau synchron untereinander. Es sind jedoch alle Counter zum Bezugspunkt, insbesondere der gesetzlichen Zeit, gleich weit weggelaufen. Das Weglaufen könnte die Edge-Computingeneinheit vor Ort tracken, in dem diese die Abweichung eines integrierten Counters zur gesetzlichen Zeit feststellt bzw. gemessen wird. Tritt nun z. B. ein neuer Ladepunkt, insbesondere eine Ladesäule, ins Netz ein, muss diese synchronisiert werden, damit diese mit den anderen Countern gleich funktioniert bzw. mit den anderen Countern synchron ist.
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Hierzu kann vorgesehen sein, dass der neue Counter und/oder der Ladepunkt, insbesondere die Ladesäule, sich alleine von der gesetzlichen Zeit synchronisiert und das von der Egde-Computingeinheit gemessene Delta als Offset-Wert beigesteuert bekommt. In der Folge ist der Counter genau synchron mit allen anderen Countern im Netz (der Offset-Wert bewirkt, dass der neue Counter genauso weit von der gesetzlichen Zeit weggelaufen ist, wie die bereits installierten Counter).
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Alternativ oder in Ergänzung kann vorgesehen sein, dass alle Counter im betrachteten Netz sich neu von der gesetzlichen Zeit synchronisieren. Mit anderen Worten durchlaufen diese also einen Reset und fangen bei Null an zu zählen.
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Insgesamt ist die zeitliche Synchronisation der Cluster bzw. Ladepunkte besonders vorteilhaft, um sicher zu gewährleisten, dass die die Überlast generierenden Lade- bzw. Einspeisevorgänge zeitlich voneinander getrennt sind. Durch die möglichst genaue Synchronisation können die Abstände der Zeitschlitze minimiert werden, sodass insgesamt die Leistungsfähigkeit des Niederspannungsnetzes optimiert wird. Mit einer weniger genauen Synchronisation kann es passieren, dass entsprechend größere Sicherheitsabstände zwischen den einzelnen Zeitschlitzen vorgesehen werden, damit trotz einer möglichen Abweichung der Uhren dennoch die zeitliche Trennung der kritischen Vorgänge gewährleistet ist.
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Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass zumindest eine Phase des Niederspannungsnetzes einen Taktgeber für eine Synchronisierung einer Zeit für die zumindest zwei Cluster und/oder die zumindest zwei Ladepunkte bildet. Mit anderen Worten kann das Signal der Spannung und/oder Stroms und/oder einer von diesen abgeleiteten Größen einer Phase dazu dienen, eine zeitliche Synchronisation der zumindest zwei Cluster und/oder zumindest zwei Ladepunkte zu ermöglichen. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass auch ohne eine Synchronisation mit einem externen Zeitgeber (beispielsweise der PTB) eine ausreichend genaue Synchronisation der Cluster und/oder Ladepunkte erfolgen kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Nulldurchgang der Spannung zumindest einer Phase des Niederspannungsnetzes den Taktgeber für die Synchronisation der Zeit bildet. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass der Nulldurchgang einer Spannung besonders einfach zu detektieren ist. Wenn dabei ein Counter zumindest einmal mit der gesetzlichen Zeit synchronisiert wird, läuft zudem die Zeit nicht nur synchron, sondern auch noch genau gegenüber der gesetzlichen Zeit.
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Alternativ oder in Ergänzung kann vorgesehen sein, dass der Nulldurchgang bei einem mehrphasigen Niederspannungsnetz für zumindest zwei der Phasen als Taktgeber dient und ein Vergleich des Abstandes der Nulldurchgänge erfolgt, womit eine Plausibilitätsanalyse der Taktgebung ermöglicht wird. Wenn beispielsweise der Abstand zwischen den beiden Nulldurchgängen nicht dem erwarteten Phasenunterschied entspricht, kann die Taktgebung verworfen werden. Hierdurch wird eine besonders sichere Synchronisation bzw. Taktgebung auf Ebene der Cluster und/oder Ladepunkte erreicht.
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Weiterhin ist es bei einem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass im Niederspannungsnetz zumindest zwei, insbesondere drei, Phasen vorgesehen sind, wobei für die zumindest zwei Phasen unabhängig voneinander Zeitschlitze im Ablaufplan vorgesehen sind. Mit anderen Worten kann der Ablaufplan für die einzelnen Phasen unabhängig voneinander erzeugt werden. Das bedeutet, dass diese z. B. gleichzeitig starten und enden können. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass flexibler auf eine mögliche Überlastsituation einer einzelnen Phase im Niederspannungsnetz reagiert werden kann. Wenn beispielsweise nur die Phase L1 von einer Überlast bedroht ist, können die übrigen Phasen, beispielsweise L2 und L3, weiterhin normal betrieben werden, nur für die kritische Phase L1 der Ablaufplan erzeugt und entsprechend befolgt werden.
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Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass für die zumindest zwei Phasen entsprechend der Last angepasste Zeitschlitze vorgesehen sind. Wenn beispielsweise nicht auf jeder Phase die gleiche Überlastsituation besteht, aber dennoch eine Erstellung des Ablaufplans nötig ist, können so die Zeitschlitze derart optimiert werden, dass jede einzelne Phase des Niederspannungsnetzes optimal ausgenutzt werden kann. So kann beispielsweise bei einer weniger starken Überlastsituation das Vorsehen von Zeitschlitzen erst später starten, längere Zeitschlitze beinhalten und/oder bereits früher enden als bei einer stärker belasteten Phase.
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Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass ein erneutes Erstellen der zumindest zwei Cluster und/oder ein erneutes Erzeugen eines Ablaufplans erfolgt, wenn ein Verbraucher und/oder ein Einspeiser mit einem Ladepunkt verbunden wird. Mit anderen Worten können das Erstellen der zumindest zwei Cluster und/oder das Erzeugen des Ablaufplans dynamisch angepasst an sich ändernde verbundene Teilnehmer am Niederspannungsnetz erfolgen. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass der Überlastzustand auch bei einer Änderung der Last am Niederspannungsnetz, welche erst nach der Erzeugung des Ablaufplans entsteht, sicher vermieden werden kann.
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Beispielsweise kann es vorkommen, dass ein Ablaufplan erstellt wurde, bei dem ein Überlastzustand dadurch vermieden wurde, dass bei acht gleichzeitig betreibbaren Ladepunkten vierundzwanzig angeforderte Ladepunkte entsprechend des Ablaufplans laden. Das bedeutet, dass z. B. drei Cluster erstellt werden, welche jeweils acht Ladepunkte umfassen. Entsprechend des erzeugten Ablaufplans würde dann jeweils ein Cluster mit je acht Ladepunkten gleichzeitig innerhalb eines für den Cluster vorgesehenen Zeitschlitzes laden.
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Kommen in diesem speziellen Fall nun vier weitere angeforderte Ladepunkte hinzu, kann vorgesehen sein, dass ein erneutes Erstellen von Clustern ausgeführt wird. Dann kann beispielsweise vorgesehen werden, dass vier Cluster mit je sieben Ladepunkten erstellt werden, und im Ablaufplan für jeden Cluster entsprechende Zeitschlitze erzeugt werden. Dadurch laden dann in vier sich zeitlich nicht überschneiden Zeitschlitzen jeweils sieben Ladepunkte gleichzeitig.
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Das aufgeführte Beispiel ist nur eine von vielen Möglichkeiten, die Cluster netzdienlich topologisch aufzuteilen, wobei unterschiedliche Vorgaben zur Optimierung des Betriebes des Niederspannungsnetzes verwendet werden können. Beispielsweise kann es sinnvoller sein, statt möglichst gleichmäßigen Clustern, die jeweils gleich viele Ladepunkte enthalten, die Ladepunkte entsprechend ihrer angeforderten Energieaufnahme bzw. Abgabe gleichmäßig auf den Cluster zu verteilen, sodass beispielsweise ein Ladepunkt mit einer großen Last einen einzigen Cluster bildet, während mehrere Ladepunkte mit einer geringeren Last einen weiteren Cluster bilden.
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Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Erstellen der zumindest zwei Cluster und/oder das Erzeugen des Ablaufplans spezifisch, insbesondere in Bezug auf die Dauer der Zeitschlitze und/oder die Größe der zumindest zwei Cluster, in Bezug auf eine Art zumindest eines Verbrauchers oder Einspeisers ist. Mit anderen Worten kann das Erstellen der Cluster bzw. das Erzeugen des Ablaufplans charakteristisch sein für die jeweiligen im Cluster befindlichen Verbraucher und/oder Erzeuger, welche an die Ladepunkte angeschlossen sind. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass gegebenenfalls auf die Eigenarten der Verbraucher und Erzeuger beim Erstellen der Cluster bzw. Erzeugen des Ablaufplans eingegangen und der Betrieb des Niederspannungsnetzes entsprechend optimiert werden kann.
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Dies soll am nachfolgenden Beispiel verdeutlicht werden. Es kann vorkommen, dass ein Verbraucher eine hochfrequente Taktung der Zeitschlitze benötigt, um eine nahezu normale Funktion zu gewährleisten. Dies kann beispielsweise bei Wärmepumpen der Fall sein. Weitere Verbraucher können jedoch mit einer niedriger frequenten Taktung der Zeitschlitze auskommen. Beispielsweise kann dies bei Ladevorgängen der Fall sein, welche ohnehin eine sehr lange Dauer benötigen, sodass auch längere Zeiträume, in denen nicht geladen wird, vom Benutzer gegebenenfalls nicht bemerkt werden (beispielsweise beim Laden von Fahrzeugen über Nacht).
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Alternativ oder in Ergänzung dazu kann vorgesehen sein, dass spezifisch für einen Betriebsmodus der Verbraucher und/oder Einspeiser die Erstellung von Clustern und/oder Erzeugung des Ablaufplanes ausgeführt wird. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass eine besonders optimale Steuerung des Niederspannungsnetzes ermöglicht wird. Beispielsweise kann in einem Sommermodus der Betrieb von Wärmepumpen eher ausgesetzt werden, um zum Beispiel das Laden von Fahrzeugen nicht zu stören, während hingegen in einem Wintermodus ausreichend Ressourcen für das Betreiben von Wärmepumpen freigehalten werden, um Schaden von eventuell sonst nicht beheizten Assets abzuwenden.
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Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Erstellen der zumindest zwei Cluster und/oder das Erzeugen des Ablaufplans unabhängig davon erfolgt, ob ein Ladepunkt als ein privater Ladepunkt oder öffentlicher Ladepunkt ausgeführt ist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass das Verfahren keinen Unterschied darin macht, ob ein Ladepunkt privat oder öffentlich betrieben wird.
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Unter einem privaten Laden bzw. Einspeisen kann der BSI-Energieanwendungsfall EAF16 gemäß dem Stufenmodell zur Weiterentwicklung der Standards für die Digitalisierung der Energiewende (Version 2.1) verstanden werden. Unter öffentlichem Laden bzw. Einspeisen kann wiederum der BSI Energieanwendungsfall EAF 07 verstanden werden. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Neutralität des Netzes gegenüber den Teilnehmern gewährleistet wird und jeder Einspeiser und/oder Verbraucher gegenüber den anderen nicht im Nachteil ist.
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Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Erstellen von zumindest zwei Clustern und/oder das Erzeugen eines Ablaufplans durch eine künstliche Intelligenz erfolgt. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass das Erstellen der Cluster und/oder das Erzeugen des Ablaufplans durch einen Algorithmus erfolgt, welcher zumindest maschinelles Lernen umfasst. Insbesondere kann die künstliche Intelligenz Mittel zur Musteranalyse bzw. Mustererkennung und/oder Mustervorhersage umfassen. Durch die künstliche Intelligenz wird der Vorteil erreicht, dass eine Anpassung des Erstellens der Cluster und/oder der Erzeugung des Ablaufplanes in Abhängigkeit von gelernten Mustern und/oder prognostizierten Mustern erfolgen kann, wodurch ein optimierter Betrieb des Niederspannungsnetzes auch ohne manuelle Steuerung durch eine Person erfolgen kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass die künstliche Intelligenz die an bestimmten Kalendertagen üblichen Belastungen des Niederspannungsnetzes als Eingabedaten erhält und basierend auf diesen Eingabedaten eine Prognose treffen, welche Belastungen des Niederspannungsnetzes an zukünftigen Tagen zu erwarten sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Erstellung der Cluster und/oder das Erzeugen des Ablaufplans spezifisch für diese Prognose ist. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass angepasst an die zu erwartenden Lasten auf das Niederspannungsnetz die Cluster und Ablaufpläne bereits vorab angefertigt werden können, um gegebenenfalls dynamisch an die tatsächlich eintretende Lage angepasst werden zu können. Darüber hinaus wird der Vorteil erreicht, dass sich hierdurch auch eventuelle Investitionen in das Niederspannungsnetz besser planen lassen.
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Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass eine künstliche Intelligenz Belastungen des Niederspannungsnetzes, insbesondere in einem zeitlichen Verlauf, und/oder eine Wetterlage, insbesondere an zumindest einem Cluster, als Trainingsdaten und/oder Eingabedaten umfasst. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die künstliche Intelligenz Eingabe- bzw. Trainingsdaten in Form von gemessenen Daten erhält, welche an vorangegangenen Tagen die Belastungen des Niederspannungsnetzes und/oder das Wetter, insbesondere in Form von Temperatur, Sonneneinstrahlung und Wind, umfassen. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass für das Niederspannungsnetz und dessen Belastung in der Regel wesentliche Parameter in das Verfahren zum Belastungsmanagement einfließen können, sodass ein optimierter Betrieb des Niederspannungsnetzes ermöglicht wird.
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Insbesondere die Stärke des Windes und der Sonneneinstrahlung haben einen großen Einfluss auf die Einspeisung in Form von erneuerbaren Energien. Wird beispielsweise ein sonniger und gleichzeitig windreicher Tag erwartet, kann es vorkommen, dass Cluster und/oder Ablaufpläne erzeugt bzw. erstellt werden müssen, um eine Einspeisung in das Netz zu ermöglichen, ohne einen Überlastzustand zu erzeugen. Kann die künstliche Intelligenz bereits auf entsprechende Daten zugreifen, können die entsprechenden Cluster und Ablaufpläne bereits vorab entsprechend vorbereitet werden, sodass diese gegebenenfalls nur noch geringfügig dynamisch angepasst werden müssen.
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Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass ein Steuerungsplan, insbesondere durch die Recheneinheit, erstellt wird, wobei der Steuerungsplan zumindest einen der folgenden Parameter umfasst:
- - Dauer der Gültigkeit des Steuerungsplans,
- - Start und Ende der Nutzung des Steuerungsplans,
- - Dauer der Zeitschlitze,
- - eine Zeitschlitznummer, welche für einen Cluster, in dem der Zeitschlitz vergeben wird, spezifisch ist,
- - einen Bezug zur Zeitbasis und/oder einen Zeitstempel als Trigger, insbesondere für den Start und/oder das Ende des Steuerungsplans,
- - eine gesetzliche Zeit,
- - eine Steuerungsplan-ID, welche dazu ausgeführt ist, einen bereits errechneten und/oder eingesetzten Fahrplan und/oder Steuerplan zu identifizieren,
- - Offset-Wert, welcher die Zeit angibt, welche zwischen der gesetzlichen Zeit und dem niederspannungsnetzweiten Synchronisationszeitpunkt liegt,
- - eine Zuweisung von Zeitschlitzen, welche abgestimmt auf die einzelne Phase im Niederspannungsnetz ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Steuerungsplan den Ablaufplan umfasst. Alternativ oder in Ergänzung kann vorgesehen sein, dass der Steuerungsplan unabhängig vom Ablaufplan erstellt wird. Mit anderen Worten handelt es sich beim Steuerungsplan um eine Datenstruktur, welche zumindest einen der oben aufgeführten Parameter umfasst.
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Die Steuerungspläne können innerhalb einer Steuerbox und/oder einem Ladepunkt abgespeichert sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass diese Steuerboxen bzw. der Speicher der Ladepunkte als Edge-Computing Einheit ausgeführt sind. Hierdurch kann der Vorteil erreicht werden, dass ohne große zeitliche Verzögerung der Steuerplan angepasst und ausgeführt werden kann, ohne dass sich zeitliche Verzögerungen durch die Signalübertragung an ein Backend ergeben. Alternativ oder ergänzend kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Steuerungspläne in einem Backend gespeichert sind und/oder dort ausgeführt werden. Durch die Erstellung bzw. Steuerungen in einem Backend wird der Vorteil erreicht, dass auch kompliziertere Rechenoperationen ohne Probleme durchgeführt werden können, und gegebenenfalls hierzu notwendige kostenintensive Hardware nicht an jeder Steuerbox und/oder jedem Ladepunkt vorgesehen sein muss.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Lastmanagementsystem für ein Niederspannungsnetz, insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, vorgesehen, aufweisend:
- - Ein Sensorsystem, welches dazu ausgeführt ist, einen Überlastzustand in zumindest einem Teil eines Niederspannungsnetzes zu erkennen,
- - eine Recheneinheit, welche dazu ausgeführt ist, zumindest zwei Cluster zu erstellen, wobei die zumindest zwei Cluster zumindest zwei Ladepunkte umfassen, an denen Energie vom Niederspannungsnetz entnommen oder in das Niederspannungsnetz gespeist werden kann,
wobei die Recheneinheit ferner dazu ausgeführt ist, einen Ablaufplan zu erzeugen, wobei der Ablaufplan Zeitschlitze für jeden der zumindest zwei Cluster umfasst, wobei sich die Zeitschlitze der zumindest zwei Cluster zeitlich nicht überschneiden.
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Somit bringt ein erfindungsgemäßes Lastmanagementsystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind.
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Die Recheneinheit kann dabei als Edge Computing und/oder Backendsystem ausgeführt sein.
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Durch die Variante der Recheneinheit als Edge Computing Einheit kann der Vorteil erreicht werden, dass ohne große zeitliche Verzögerung die Cluster erstellt und/oder die Ablaufpläne erzeugt werden können, ohne dass sich zeitliche Verzögerungen durch die Signalübertragung an ein Backend ergeben.
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Bei einer Recheneinheit, die in einem Backend angeordnet ist, wird der Vorteil erreicht, dass auch kompliziertere Rechenoperationen zur Erstellung der Cluster und/oder zur Erzeugung der Ablaufpläne bzw. der Steuerung des Niederspannungsnetzes entsprechend der Clusterung und/oder Ablaufpläne ohne Probleme durchgeführt werden können, und gegebenenfalls hierzu notwendige kostenintensive Hardware nicht an jeder Steuerbox und/oder jedem Ladepunkt vorgesehen sein muss.
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Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Lastmanagementsystem vorgesehen sein, dass das Sensorsystem und/oder die Recheneinheit am Niederspannungsnetz, insbesondere an einer Ortsnetzstation, angeordnet ist. Mit anderen Worten kann das Sensorsystem und/oder die Recheneinheit an Betriebsmitteln des Niederspannungsnetzes, insbesondere an oder in einer Ortsnetzstation angeordnet sein. Bei einer Ortsnetzstation kann es sich um eine Vorrichtung handeln, welche dazu geeignet ist, die elektrische Energie aus einem Mittelspannungsnetz auf die im Niederspannungsnetz verwendete Spannung zu transformieren. Die Anordnung einer Ortsnetzstation bietet den Vorteil, dass sowohl die Signalübertragung an die Cluster und/oder Ladepunkte mit nur einer geringen Übertragungsdauer geleistet werden kann, als auch die Kommunikation mit entsprechenden Steuerungseinheiten des Mittelspannungsnetzes ebenfalls keine langen Übertragungszeiten verursacht.
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Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Lastmanagementsystem vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Recheneinheit ein Interface umfasst, welches dazu ausgeführt ist einen Fernzugriff auf einen Einspeiser und/oder auf einen Verbraucher zu ermöglichen, und/oder dass die Recheneinheit ein Controllable Local System aufweist.
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Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit Mittel umfasst, welche dazu geeignet sind, Einspeiser und/oder Verbraucher aus der Ferne zu steuern. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass eine genauere Steuerung des Niederspannungsnetzes erfolgen kann und Überlastzustände des Niederspannungsnetzes sicher vermieden werden können.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit ein Controllable Local System aufweist, wobei unter einem Controllable Local System ein genormtes, insbesondere gemäß der BSI Richtlinie
TR-03109-5 genormtes, Interface verstanden werden kann, welches den Fernzugriff auf regelbare Erzeuger unterbricht und auf Verbrauchseinrichtung ermöglicht.
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Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Lastmanagementsystem vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Recheneinheit eine Kommunikationsschnittstelle, insbesondere eine Funk-SST-Schnittstelle und/oder Powerline-Schnittstelle, aufweist. Durch die genannten Schnittstellen kann eine Kompatibilität mit den Vorgaben der BSI Richtlinie
TR 03109-1 gewährleistet werden und es wird zudem eine sichere Kommunikation der Recheneinheit innerhalb des Lastmanagementsystems und/oder den weiteren Elementen des Niederspannungsnetzes ermöglicht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinheit, insbesondere eines erfindungsgemäßen Lastmanagementsystems, diese veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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Somit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren und/oder ein erfindungsgemäßes Lastmanagementsystem beschrieben worden sind. Bei dem Lastmanagementsystem kann es sich insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren handeln.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1: eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2: eine Darstellung eines Ablaufplans für Cluster, und
- 3: eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Lastmanagementsystems.
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In der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden für die gleichen technischen Merkmale auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
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Ein Niederspannungsnetz 10 kann überlastet werden, wenn zu viele sogenannte Letztverbraucher gleichzeitig Energie aus dem Niederspannungsnetz 10 entnehmen oder Energie in das Niederspannungsnetz 10 einspeisen. Um einen Überlastungszustand zu vermeiden und gleichzeitig notwendige Investitionen in das Niederspannungsnetz 10 soweit wie möglich zu reduzieren oder zumindest den Investitionsbedarf in diverse Niederspannungsnetze zeitlich zu entzerren, kann das erfindungsgemäße Verfahren 500 für ein Lastmanagement eines Niederspannungsnetzes 10 angewendet werden.
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1 zeigt ein Verfahren 500 für das Lastmanagement eines Niederspannungsnetzes 10.
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Dargestellt sind die Schritte:
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Feststellen 510 eines Überlastzustandes in zumindest einem Teil eines Niederspannungsnetzes 10, Erstellen 520 von zumindest zwei Clustern 20, wobei die zumindest zwei Cluster 20 zumindest zwei Ladepunkte 25 umfassen, an denen Energie vom Niederspannungsnetz 10 entnommen oder in das Niederspannungsnetz 10 gespeist werden kann, sowie Erzeugen 530 eines Ablaufplans 200, wobei der Ablaufplan 200 Zeitschlitze 210 für jeden der zumindest zwei Cluster 20 umfasst, wobei sich die Zeitschlitze 210 der zumindest zwei Cluster 20 zeitlich nicht überschneiden.
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Insgesamt wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren 500 der Vorteil erreicht, dass ein bevorstehender Überlastzustand vermieden wird. Dadurch, dass der Ablaufplan 200 befolgt wird und nicht mehr sämtliche Letztverbraucher gleichzeitig Energie einspeisen bzw. Energie vom Niederspannungsnetz 10 entnehmen können, wird ein vorgegebenes Spannungsband im Niederspannungsnetz 10 eingehalten und durch Überlastung vorgealterte, beschädigte oder sogar zerstörte Betriebsmittel (z. B. Stromkabel, Ortsnetztransformatoren, etc.) vermieden werden. Darüber hinaus entsteht für die Letztverbraucher kein wesentlicher Nachteil, da diese Regelung zeitlich beschränkt und diskriminierungsfrei ist. Wenn beispielsweise ein Fahrzeug geladen werden soll, und dieses nur in vorgegebenen Zeitschlitzen 210 des Ablaufplans 200 erfolgt, ist dies für den Benutzer in der Regel allenfalls durch eine verlängerte Dauer des Ladezyklus wahrnehmbar. Obwohl das Fahrzeug zwar nicht jederzeit geladen wird, findet insgesamt dennoch eine schnellstmögliche Ladung des Fahrzeuges statt.
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Wie der 1 ferner zu entnehmen ist, kann das Verfahren noch weitere Schritte umfassen. Diese können insbesondere entsprechend der dargestellten oder in einer anderen Reihenfolge im Verfahren 500 vorgesehen sein.
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Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass in einem weiteren Schritt die Abgabe von Energie an die zumindest zwei Cluster 20 oder die Entnahme von Energie von den zumindest zwei Clustern 20 entsprechend des Ablaufplans 200, insbesondere gesteuert durch die Recheneinheit 120, erfolgt.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein erneutes Erstellen 521 der zumindest zwei Cluster 20 und/oder ein erneutes Erzeugen 531 eines Ablaufplans 200 erfolgt, wenn ein Verbraucher 31 und/oder ein Einspeiser 32 mit einem Ladepunkt 25 verbunden wird. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass der Überlastzustand auch bei einer Änderung der Last am Niederspannungsnetz 10, welche erst nach der Erzeugung des Ablaufplans 200 entsteht, sicher vermieden werden kann.
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Eine Darstellung der durch das Verfahren 500 erstellten Cluster bzw. des Ablaufplans 200 ist in der 2 gezeigt.
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Die 2 zeigt eine Darstellung eines Ablaufplans 200 für Cluster 20 mit jeweils einem oder mehreren Ladepunkten 25. Auf der X-Achse ist die Zeit aufgeführt. Dementsprechend sind die im Ablaufplan 200 vorgesehenen Zeitschlitze 210 als waagerechte Striche dargestellt. Jedem Cluster 20 ist ein Zeitschlitz 210 zugeordnet. Die Cluster 20 sind auf der Y-Achse verteilt. Im hier dargestellten Fall sind drei Cluster 20 vorgesehen. Basierend auf einer gemeinsamen Zeitbasis sind die Zeitschlitze 210 auf die Cluster 20 verteilt, wobei sich die Zeitschlitze 210 der Cluster 20 zeitlich nicht überschneiden. Zunächst wird in diesem Beispiel der unten dargestellte Cluster 20 aktiviert, sodass die in diesem Cluster 20 vorgesehenen Ladepunkte 25 Energie an das Niederspannungsnetz 10 einspeisen oder Energie aus dem Niederspannungsnetz 10 entnehmen können. Erst wenn der Zeitschlitz 210 dieses ersten Clusters 20 abgelaufen ist, folgt der Zeitschlitz 210 des zweiten Clusters 20 usw. Nachdem auch der dritte Cluster 20 in dem durch das Verfahren 500 gesteuerten Teil des Niederspannungsnetzes 10 den Zeitschlitz 210 durchlaufen hat, wird wieder der erste Cluster 20 aktiviert.
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In der in 2 gezeigten Darstellung sind keine Phasen 12 des Niederspannungsnetzes 10 dargestellt. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass im Niederspannungsnetz 10 zumindest zwei, insbesondere drei, Phasen 12 vorgesehen sind, wobei für die zumindest zwei Phasen 12 unabhängig voneinander Zeitschlitze 210 im Ablaufplan 200 vorgesehen sind. Das bedeutet, dass diese z. B. gleichzeitig starten und enden können. Mit anderen Worten ist dann für die Phasen 12 jeweils ein Ablaufplan 200 vorgesehen.
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Um besonders effizient zu gewährleisten, dass die Zeitschlitze 210 sich nicht unvorhergesehen überschneiden, kann eine Synchronisierung der Zeit für die zumindest zwei Cluster 20 und/oder die zumindest zwei Ladepunkte 25 vorgesehen sein. Dadurch sind die Zeitschlitze 210 innerhalb eines gemeinsamen Zeitrahmens im Ablaufplan 200 anordenbar, ohne sich zu überschneiden. Entsprechende zeitliche Sicherheitsabstände lassen sich so reduzieren oder gänzlich vermeiden.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass zumindest eine Phase 12 des Niederspannungsnetzes 10 einen Taktgeber für eine Synchronisierung einer Zeit für die zumindest zwei Cluster 20 und/oder die zumindest zwei Ladepunkte 25 bildet. Hierdurch kann eine besonders stabile und kostengünstige Synchronisation der Cluster 20 und/oder Ladepunkte 25 erreicht werden.
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Es ist außerdem denkbar, dass das Erstellen 520 der zumindest zwei Cluster 20 und/oder das Erzeugen 530 des Ablaufplans 200 spezifisch, insbesondere in Bezug auf die Dauer der Zeitschlitze 210 und/oder die Größe der zumindest zwei Cluster 20, in Bezug auf eine Art zumindest eines Verbrauchers 31 oder Einspeisers 32 ist. Mit anderen Worten kann das Erstellen 520 der Cluster 20 bzw. das Erzeugen 530 des Ablaufplans 200 charakteristisch sein für die jeweiligen im Cluster 20 befindlichen Verbraucher 31 und/oder Einspeiser 32, welche an die Ladepunkte 25 angeschlossen sind. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass gegebenenfalls auf die Eigenarten der Verbraucher 31 und Einspeiser 32 beim Erstellen 520 der Cluster 20 bzw. Erzeugen 530 des Ablaufplans 200 eingegangen und der Betrieb des Niederspannungsnetzes 10 entsprechend optimiert werden kann.
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In der 3 ist schließlich eine schematische Darstellung eines Lastmanagementsystems 100 für ein Niederspannungsnetz 10, insbesondere zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, dargestellt.
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Dabei weist das Lastmanagementsystem 100 ein Sensorsystem 110, welches dazu ausgeführt ist, einen Überlastzustand in zumindest einem Teil eines Niederspannungsnetzes 10 zu erkennen, und eine Recheneinheit 120, welche dazu ausgeführt ist, zumindest zwei Cluster 20 zu erstellen, wobei die zumindest zwei Cluster 20 zumindest zwei Ladepunkte 25 umfassen, an denen Energie vom Niederspannungsnetz 10 entnommen oder in das Niederspannungsnetz 10 gespeist werden kann, auf.
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Wie in der 3 zu erkennen ist, kann an einem Ladepunkt 25 ein oder mehrere Verbraucher 31 und/oder Einspeiser 32 verbunden sein.
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Die Recheneinheit 120 ist dazu ausgeführt, einen Ablaufplan 200 zu erzeugen, wobei der Ablaufplan 200 Zeitschlitze 210 für jeden der zumindest zwei Cluster 20 umfasst, wobei sich die Zeitschlitze 210 der zumindest zwei Cluster 20 zeitlich nicht überschneiden. Grundsätzlich kann die Steuerung des Niederspannungsnetzes 10 an unterschiedlichen Orten erfolgen, welche miteinander in Kommunikationsverbindung stehen können.
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Wie in der 3 dargestellt ist, kann das Sensorsystem 110 und/oder die Recheneinheit 120 am Niederspannungsnetz 10, insbesondere an einer Ortsnetzstation 11, angeordnet sein. Dies ist in der 3 oben Links dargestellt. Diese Anordnung entspricht einer „Edge-Computing“-Lösung, bei der das Niederspannungsnetz 10 selbst die Steuerung übernehmen kann.
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Alternativ oder in Ergänzung, in der 3 ebenfalls (in der Mitte) dargestellt, können das Sensorsystem 110 und/oder die Recheneinheit 120 auch als ein Backend 123 ausgeführt sein, welches das Verfahren 500 ausführt und/oder die direkte Steuerung übernimmt.
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Die Recheneinheit 120 kann ferner ein Interface 121 umfassen, welches dazu ausgeführt ist, einen Fernzugriff auf einen Einspeiser 31 und/oder auf einen Verbraucher 31 zu ermöglichen. Alternativ oder in Ergänzung kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit 120 ein Controllable Local System aufweist.
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Zur Kommunikation kann die Recheneinheit 120 eine Kommunikationsschnittstelle 122, insbesondere eine Funk-SST-Schnittstelle und/oder Powerline-Schnittstelle, aufweisen.
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Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass durch das von den in Kommunikation stehenden Komponenten des Niederspannungsnetzes 10 gebildete Kommunikationsnetz unter den Komponenten Segmentverantwortliche bestimmt, welche die Kommunikation zwischen Master und Clients übermitteln. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass das Kommunikationsnetz Hubs bestimmt. Dabei können Segmentverantwortliche zwischen den Clients ausgehandelt werden. D.h. auch, dass einige Clients selbst zu Segmentverantwortlichen werden können. Die Segmentverantwortlichen können untereinander zusätzliche Segmentkommandos für die Synchronität und Gleichschaltung des Netzwerkes austauschen. Dies bietet den Vorteil, dass diese als Puffer dazu dienen, die Synchronität im Kommunikationsnetz bzw. im Niederspannungsnetz 10 aufrechtzuerhalten.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Segmentverantwortlichen sich in der Prozessierung an die Netzfrequenz (insbesondere 50Hz) anpassen und die Kommunikation gemäß der Taktung verteilen und regeln.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Niederspannungsnetz
- 11
- Ortsnetzstation
- 12
- Phase
- 20
- Cluster
- 25
- Ladepunkte
- 31
- Verbraucher
- 32
- Einspeiser
- 100
- Lastmanagementsystem
- 110
- Sensorsystem
- 120
- Recheneinheit
- 121
- Interface
- 122
- Kommunikationsschnittstelle
- 123
- Backend
- 200
- Ablaufplan
- 210
- Zeitschlitze
- 500
- Verfahren
- 510
- Feststellen
- 520
- Erstellen
- 521
- erneutes Erstellen
- 530
- Erzeugen
- 531
- erneutes Erzeugen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- TR 031095 [0067]
- TR 031091 [0068]
