DE102022129783A1

DE102022129783A1 - System und Verfahren zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes und eines übergeordneten Stromnetzes

Info

Publication number: DE102022129783A1
Application number: DE102022129783.7A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Wegener; Moritz Wollbrink; Johannes Lichtenstern
Original assignee: Numbat GmbH
Current assignee: Numbat GmbH
Priority date: 2022-11-10
Filing date: 2022-11-10
Publication date: 2024-05-16
Also published as: WO2024099504A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1) zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes (2) und eines übergeordneten Stromnetzes (4), die an einem Netzeinspeisepunkt (6) elektrisch miteinander gekoppelt sind, umfassend mindestens eine mit dem lokalen Stromnetz (2) elektrisch verbindbare Ladeeinheit (8) zum elektrischen Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges (10, 14), wobei die Ladeeinheit (8) einen Stromspeicher (18) aufweist, eine mit der mindestens einen Ladeeinheit (8) signaltechnisch gekoppelte Recheneinheit (20) mit einem Prozessor (22), einem Datenspeicher (24) und einer Empfangseinheit (26) zum Empfangen von Netzdaten, die zumindest einen Bedarf an einer elektrischen Leistung des lokalen Stromnetzes (2) und eine Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes (4) repräsentieren, wobei die Recheneinheit (20) eingerichtet ist, um basierend auf den Netzdaten eine dem übergeordneten Stromnetz (4) und/oder dem lokalen Stromnetz (2) bereitzustellende elektrische Leistung zu ermitteln, und wobei die Recheneinheit (20) eingerichtet ist, um ein Laden und/oder Entladen des Stromspeichers (18) derart zu steuern, dass dem übergeordneten Stromnetz (4) und/oder dem lokalen Stromnetz (2) die ermittelte elektrische Leistung bereitgestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes und eines übergeordneten Stromnetzes, eine Recheneinheit, ein lokales Stromnetz, eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung, ein Computerprogrammprodukt, einen computerlesbaren Datenträger und ein Datenträgersignal.
Systeme zur Entlastung von lokalen Stromnetzen und übergeordneten Stromnetzen sind grundsätzlich bekannt. Unter einem Stromnetz wird allgemein ein Netzwerk zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie verstanden, das auch als Elektrizitätsnetz bezeichnet wird. Ein Stromnetz umfasst elektrische Leitungen wie Freileitungen und Erdkabel sowie dazugehörige Einrichtungen wie Schalt- und Umspannwerke.
Stromnetze können unter anderem nach ihrer Spannung klassifiziert werden, wobei beispielsweise zwischen Höchstspannung, Hochspannung, Mittelspannung und Niederspannung unterschieden wird. Übergeordnete Stromnetze sind in der Regel dadurch gekennzeichnet, dass diese Strom verteilen. Ein lokales Stromnetz versorgt in der Regel Verbraucher, beispielsweise private Haushalte, Bürogebäude und Gewerbeeinheiten. In lokalen Stromnetzen können neben den im Vorherigen genannten Verbrauchern auch Stromerzeuger angeordnet sein, beispielsweise Photovoltaikanlagen.
Durch den vermehrten Einsatz erneuerbarer Energien schwankt die Stromproduktion stärker als in existierenden Stromnetzen bei deren Erstellung vorgesehen, sodass die Aufrechterhaltung einer vordefinierten Netzfrequenz komplexer geworden ist. Ferner steigt der Strombedarf in privaten Haushalten sowie von Gewerbeeinheiten kontinuierlich an, da vermehrt elektrisch betriebene Einheiten verwendet werden. Dies betrifft unter anderem den Einsatz von elektrisch betriebenen Fahrzeugen für den privaten sowie gewerblichen Bereich.
Das Laden von elektrisch betriebenen Fahrzeugen erfolgt in der Regel mittels Ladeeinheiten. Ladeeinheiten weisen häufig eine maximale Ladeleistung von mehreren hundert Kilowatt auf. Lokale Stromnetze sind häufig nicht für derartige Ladeeinheiten ausgebildet. Daher können Ladeeinheiten zum Laden von elektrisch betriebenen Fahrzeugen Stromspeicher aufweisen, um kurzzeitig hohe Ladeleistungen bereitzustellen. Eine kurzzeitige Bereitstellung der Ladeleistung ist üblicherweise ausreichend, da mit zunehmenden Ladestand einer Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs die maximal mögliche Ladeleistung abnimmt. Daher sind die hochpreisigen Stromspeicher von Ladeeinheiten lediglich selten im Betrieb.
Die US 11,007,891 B1 offenbart ein System zur Bereitstellung einer Schnellladeleistung für elektrisch betriebene Fahrzeuge, wobei mittels eines lokalen Energiemanagements einem lokalen Stromnetz eine Leistung bereitgestellt werden kann. Ein Nachteil dieses Systems besteht unter anderem darin, dass dieses nicht das übergeordnete Stromnetz adressiert und somit die oben beschriebenen Herausforderungen hinsichtlich des übergeordneten Stromnetzes nicht adressiert werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System und ein Verfahren zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes und eines übergeordneten Stromnetzes, eine Recheneinheit, ein lokales Stromnetz, eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung, ein Computerprogrammprodukt, einen computerlesbaren Datenträger und ein Datenträgersignal bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine Entlastung eines lokalen Stromnetzes und eines übergeordneten Stromnetzes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem System, einer Recheneinheit, einem computerimplementierten Verfahren, einer Vorrichtung zur Datenverarbeitung, einem Computerprogrammprodukt, einem computerlesbaren Datenträger und einem Datenträgersignal nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Aspekte sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale sind einzeln, in beliebiger, technologisch sinnvollerweise miteinander kombinierbar, wodurch weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein System zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes und eines übergeordneten Stromnetzes, die an einem Netzeinspeisepunkt elektrisch miteinander gekoppelt sind, umfassend mindestens eine mit dem lokalen Stromnetz elektrisch verbindbare Ladeeinheit zum elektrischen Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges, wobei die Ladeeinheit einen Stromspeicher aufweist, eine mit der mindestens einen Ladeeinheit signaltechnisch gekoppelte Recheneinheit mit einem Prozessor, einem Datenspeicher und einer Empfangseinheit zum Empfangen von Netzdaten, die zumindest einen Bedarf an einer elektrischen Leistung des lokalen Stromnetzes und eine Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes repräsentieren, wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, um basierend auf den Netzdaten eine dem übergeordneten Stromnetz und/oder dem lokalen Stromnetz bereitzustellende elektrische Leistung zu ermitteln, und wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, um ein Laden und/oder Entladen des Stromspeichers derart zu steuern, dass dem übergeordneten Stromnetz und/oder dem lokalen Stromnetz die ermittelte elektrische Leistung bereitgestellt wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein System zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes und eines übergeordneten Stromnetzes auszubilden ist, um die vielfältigen technischen Anforderungen an Stromnetze zu erfüllen. Der Erfindung lag darüber hinaus die Erkenntnis zugrunde, dass die in Ladeeinheiten für elektrisch betriebene Fahrzeuge gespeicherte elektrische Leistung optimalerweise nicht statisch für einen Anwendungsfall zu verwenden ist, sondern je nach Bedarf entweder für das lokale Stromnetz oder für das übergeordnete Stromnetz bereitzustellen ist. Somit kann in Abhängigkeit der Dringlichkeit entweder der Strom dem lokalen Stromnetz bereitgestellt werden, beispielsweise zur Lastspitzenkappung, oder dem übergeordneten Stromnetz, beispielsweise zur Frequenzstabilisierung. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, dass eine in einem lokalen Stromnetz angeordnete Ladeeinheit eine elektrische Leistung unmittelbar stets dem lokalen Stromnetz bereitstellt und nicht unmittelbar einem übergeordnetem Stromnetz, selbst wenn die elektrische Leistung dem übergeordnetem Stromnetz bereitzustellen ist.
Das System ist zur Entlastung des lokalen Stromnetzes und des übergeordneten Stromnetzes ausgebildet, wobei das lokale Stromnetz und das übergeordnete Stromnetz insbesondere nicht Teil des Systems sind. Im bestimmungsgemäßen Betrieb wird das System in das lokale Stromnetz und/oder das übergeordnete Stromnetz eingebettet.
Unter einem lokalen Stromnetz ist insbesondere ein solches Stromnetz zu verstehen, mit dem private und/oder gewerbliche Verbraucher mit Strom versorgt werden. Das lokale Stromnetz kann beispielsweise ein Arealnetz und/oder ein Verteilnetz sein. Das lokale Stromnetz kann als ein Mittel- oder Niederspannungsnetz ausgebildet sein. Unter einem übergeordneten Stromnetz ist insbesondere ein solches Stromnetz zu verstehen, mit dem lokale Stromnetze mit Strom versorgt werden. Das übergeordnete Stromnetz kann beispielsweise ein Übertragungsnetz sein. Große Stromerzeugungssysteme, beispielsweise Kraftwerke oder Windparks, sind in der Regel in übergeordneten Stromnetzen angeordnet. Dies schließt selbstverständlich nicht aus, dass auch in lokalen Stromnetzen Stromerzeugungssysteme, beispielsweise Photovoltaikanlagen, angeordnet sind.
Das System umfasst mindestens eine mit dem lokalen Stromnetz elektrisch verbindbare Ladeeinheit zum elektrischen Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges, wobei die Ladeeinheit einen Stromspeicher aufweist. Eine solche Ladeeinheit wird auch als Ladepunkt oder als Ladesäule bezeichnet. Elektrisch betriebene Fahrzeuge können beispielsweise mittels eines Ladekabels mit der Ladeeinheit elektrisch verbunden werden, sodass eine elektrische Leistung von der Ladeeinheit an eine Batterie des elektrisch betriebenen Fahrzeuges übertragen werden kann. Der Stromspeicher kann insbesondere eine Batterie sein. Insbesondere kann die Batterie einen bereits verringerten Lebenszustand aufweisen, beispielsweise weil die Batterie zuvor in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug verwendet wurde.
Das System umfasst darüber hinaus die mit der mindestens einen Ladeeinheit signaltechnisch gekoppelte Recheneinheit. Die Recheneinheit weist den Prozessor, den Datenspeicher und die Empfangseinheit zum Empfangen von Netzdaten auf. Der Prozessor, der Datenspeicher und/oder die Empfangseinheit können separat und/oder ortsverschieden voneinander angeordnet und/oder ausgebildet sein. Einzelne Bestandteile der Recheneinheit können sich in einer Cloud befinden oder in einer bzw. der Cloud abgebildet sein. Ferner können diese kombiniert ausgebildet und/oder angeordnet sein. Hierfür kann die Recheneinheit oder können Bestandteile der Recheneinheit signaltechnisch mit der Cloud gekoppelt sein. Die signaltechnische Kopplung kann beispielsweise kabelgebunden oder drahtlos, insbesondere mittels Mobilfunk, ausgebildet sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Computer sein oder diesen umfassen. Die Recheneinheit kann unabhängig von der Ladeeinheit und/oder dem lokalen Stromnetz angeordnet sein, wobei insbesondere eine signaltechnische Kopplung zum Datenaustausch erforderlich ist.
Die Netzdaten repräsentieren zumindest einen Bedarf an einer elektrischen Leistung des lokalen Stromnetzes und eine Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes. Die Netzdaten können dem Bedarf an der elektrischen Leistung des lokalen Stromnetzes und die Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes direkt oder indirekt repräsentieren.
Der Bedarf an der elektrischen Leistung des lokalen Stromnetzes kann ein aktueller Bedarf oder ein prognostizierter Bedarf sein. Der aktuelle Bedarf und/oder der prognostizierte Bedarf kann beispielsweise eine Summe der Bedarfe der im lokalen Stromnetz angeordneten Verbraucher sein. Ferner kann dieser in Form einer Netzfrequenz, einer Spannung, eines Strompreises und/oder einer Stromstärke repräsentiert werden. Darüber hinaus kann der Bedarf an der elektrischen Leistung auf Rohstoffpreisen und/oder Witterungsverhältnissen basieren.
Die Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes kann in der Regel in Echtzeit erfasst und Daten repräsentierend die Netzfrequenz bereitgestellt werden. Die Netzfrequenz sinkt, wenn ein Stromverbrauch eine Stromerzeugung übersteigt. Die Netzfrequenz steigt, wenn ein Stromverbrauch geringer als eine Stromerzeugung ist. Da die Netzfrequenz im Wesentlichen konstant zu halten ist, kann durch die Einspeisung oder Abnahme von Strom eine Frequenzstabilisierung erfolgen.
Die Recheneinheit ist eingerichtet, um basierend auf den Netzdaten eine dem übergeordneten Stromnetz und/oder dem lokalen Stromnetz bereitzustellende elektrische Leistung zu ermitteln. Die ermittelte elektrische Leistung kann unter anderem in Abhängigkeit einer zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung, einer Kapazität und/oder eines Energiegehalts des Stromspeichers ermittelt werden. In der Praxis wird eine dem übergeordneten Stromnetz bereitzustellende elektrische Leistung üblicherweise vermarktet. Hierzu wird ein zu erwartender Preis prognostiziert, um auf dieser Grundlage und unter Berücksichtigung einer Lastprognose einen wirtschaftlich optimierten Fahrplan für die Speichervermarktung zu generieren.
Die Recheneinheit ist ferner eingerichtet, um ein Laden und/oder Entladen des Stromspeichers derart zu Steuern, das dem übergeordneten Stromnetz und/oder dem lokalen Stromnetz die ermittelte elektrische Leistung bereitgestellt wird. In anderen Worten ist die Recheneinheit eingerichtet, um eine bereitzustellende elektrische Leistung zu ermitteln, beispielsweise zur Lastspitzenkappung oder zur Netzfrequenzstabilisierung, wie es im Folgenden noch näher erläutert wird, um dann im Anschluss den Stromspeicher derart anzusteuern, dass diese elektrische Leistung bereitgestellt wird. Die bereitzustellende elektrische Leistung wird vorzugsweise von der Recheneinheit unter anderem basierend auf einer verfügbaren Kapazität, insbesondere der Ladeeinheit, ermittelt.
Somit dient die Ladeeinheit innerhalb des lokalen Stromnetzes einer übergeordneten Funktion, nämlich neben der Bereitstellung einer elektrischen Leistung für das lokale Stromnetz auch auf das übergeordnete Stromnetz einzuwirken. Auch die Bereitstellung einer elektrischen Energie für das lokale Stromnetz beeinflusst indirekt das übergeordnete Stromnetz, da beispielsweise ein dem lokalen Stromnetz bereitzustellende elektrische Leistung durch das übergeordnete Stromnetz reduziert werden kann. Neben der Frequenzstabilisierung und Lastspitzenkappung bietet das System eine zeitliche Verlagerung von lokalen Verbräuchen und Erzeugungen, sodass eine atypische Netznutzung ermöglicht wird. Darüber hinaus ist eine Speicherung elektrischer Leistung im Falle einer Stromüberproduktion möglich, beispielsweise wenn erneuerbare Energiequellen eine hohe elektrische Leistung erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Systems ist vorgesehen, dass die dem übergeordneten Stromnetz bereitzustellende elektrische Leistung eine Regelleistung ist oder umfasst, um die Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes zu beeinflussen. Im Falle, dass die Stromerzeugung niedriger ist als der Strombedarf, reduziert sich die Netzfrequenz eines übergeordneten Stromnetzes. Diesem Effekt wird entgegengewirkt, indem zusätzliche elektrische Leistung in das übergeordnete Stromnetz eingespeist wird. Eine solche als Regelleistung bezeichnete elektrische Leistung wird durch den Stromspeicher der Ladeeinheit bereitgestellt. Somit wird einerseits das übergeordnete Stromnetz stabilisiert und andererseits werden wirtschaftliche Vorteile für den Betreiber der Ladeeinheit ermöglicht.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die dem lokalen Stromnetz bereitzustellende elektrische Leistung eine Lastspitzenleistung ist oder umfasst, um eine dem lokalen Stromnetz von dem übergeordneten Stromnetz bereitzustellende elektrische Leistung zu reduzieren. Eine Lastspitzenleistung wird zur Lastspitzenkappung eingesetzt. Insbesondere in Zeiten eines hohen Energieverbrauchs innerhalb des lokalen Stromnetzes kann die Bereitstellung einer Lastspitzenleistung von Vorteil sein, um einerseits das übergeordnete Stromnetz zu entlasten und andererseits um den in dieser Zeit üblichen hohen Strompreis für den Betreiber der Ladeeinheit in vorteilhafter Weise zu nutzen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Systems ist vorgesehen, dass das System zwei oder mehr Ladeeinheiten mit Stromspeichern umfasst, und die Recheneinheit eingerichtet ist, die zwei oder mehr Stromspeicher in einem Datenmodell als virtuelles Kraftwerk abzubilden und eine Überschussleistung der Stromspeicher zu ermitteln und ein Entladen der Stromspeicher derart zu steuern, dass die Überschussleistung der Stromspeicher dem übergeordneten Stromnetz bereitgestellt wird. Die Recheneinheit oder Bestandteile der Recheneinheit ist bzw. sind vorzugsweise in einer Cloud abgebildet.
Die Überschussleistung der zwei oder mehr Stromspeicher ist insbesondere eine verfügbare elektrische Leistung abzüglich einer Reserveleistung. Eine solche Reserveleistung wird üblicherweise zur Absicherung von bereits bestehenden Lieferverbindlichkeiten vorgesehen.
Eine weitere bevorzugte Fortbildung des Systems zeichnet sich dadurch aus, dass die Recheneinheit eingerichtet ist, basierend auf den Netzdaten einen Strombedarf des lokalen Stromnetzes und/oder des übergeordneten Stromnetzes zu prognostizieren und in Abhängigkeit dieses Strombedarfs zu bestimmen, ob die Lastspitzenleistung oder die Regelleistung bereitgestellt wird.
Der Strombedarf des lokalen Stromnetzes und/oder des übergeordneten Stromnetzes kann direkt oder indirekt prognostiziert werden. Der Strombedarf kann auch abstrakt bestimmt werden. Beispielsweise kann in Abhängigkeit davon, ob der Strombedarf des lokalen Stromnetzes oder des übergeordneten Stromnetzes höher ist, der jeweils höhere Strombedarf bedient werden. Ein höherer Strombedarf kann beispielsweise mittels eines Strompreises bestimmt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Recheneinheit eingerichtet ist, basierend auf den Netzdaten einen zeitabhängigen ersten Prognosebedarf für die Regelleistung und einen zeitabhängigen zweiten Prognosebedarf für die Lastspitzenleistung für einen vorbestimmten Zeitraum zu erzeugen, und die Recheneinheit ferner eingerichtet ist, in Abhängigkeit des ersten Prognosewertes und des zweiten Prognosewertes zu bestimmen, ob die Lastspitzenleistung oder die Regelleistung bereitgestellt wird. Mit einer derartig eingerichteten Recheneinheit kann ein Plan zur Abstimmung der unterschiedlichen Leistungsbedarfe und/oder zur Bereitstellung der unterschiedlichen Funktionen, auch als Stromfahrplan bezeichnet, erzeugt werden, der unter anderem mittels der Ladeeinheit und dem Stromspeicher bedient werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Systems ist vorgesehen, dass die Ladeeinheit angeordnet und ausgebildet ist, einem elektrisch betriebenen Fahrzeug eine Ladeleistung derart bereitzustellen, dass die Lastspitzenleistung oder die Regelleistung, insbesondere uneingeschränkt, bereitstellbar ist. Beispielsweise kann die Ladeleistung reduziert werden, um die Lastspitzenleistung oder die Regelleistung bereitzustellen.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die Ladeeinheit angeordnet und ausgebildet ist, zur Sicherstellung der Bereitstellung der Lastspitzenleistung oder der Regelleistung eine negative Ladeleistung bereitzustellen. Beispielsweise kann somit die in einer Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges gespeicherte elektrische Leistung zur Bereitstellung der Lastspitzenleistung und/oder der Regelleistung verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Systems ist vorgesehen, dass die Netzdaten einen Strombedarf oder einen Prognosewert des Strombedarfs von in dem lokalen Stromnetz angeordneten Stromverbrauchern und/oder einen prognostizierten Stromverbrauch in dem übergeordneten Stromnetz repräsentieren. Der Strombedarf, der Prognosewert des Strombedarfs oder der prognostizierte Stromverbrauch können direkt oder indirekt repräsentiert werden.
Eine bevorzugte Fortbildung des Systems zeichnet sich dadurch aus, dass die Ladeeinheit angeordnet und ausgebildet ist, einem Teilnetz des lokalen Stromnetzes oder dem lokalen Stromnetz eine elektrische Notleistung bereitzustellen, und die Recheneinheit eingerichtet ist, um einen Ausfall des übergeordneten Stromnetzes zu erkennen und die Ladeeinheit derart anzusteuern, dass dem Teilnetz und/oder dem lokalen Stromnetz die Notleistung bereitgestellt wird, wenn der Ausfall erkannt wird. Mit einer derartig ausgebildeten Ladeeinheit kann in vorteilhafter Weise einem Verbraucher eine Notleistung angeboten werden, wenn eine betriebsübliche Stromversorgung nicht zur Verfügung steht.
Ferner kann es bevorzugt sein, dass die Notleistung zum Schwarzstart verwendet wird, um nach einem Ausfall des übergeordneten Stromnetzes das lokale Stromnetz wieder in Betrieb zu nehmen, wobei eine Netzfrequenz gehalten wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Recheneinheit mit einem Prozessor, einem Datenspeicher und einer Empfangseinheit zum Empfangen von Netzdaten, die zumindest einen Bedarf an einer elektrischen Leistung eines lokalen Stromnetzes und eine Netzfrequenz eines übergeordneten Stromnetzes repräsentieren, wobei die Recheneinheit signaltechnisch mit einer Ladeeinheit umfassend einen Stromspeicher zum elektrischen Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs koppelbar ist, wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, um basierend auf den Netzdaten eine dem übergeordneten Stromnetz und/oder dem lokalen Stromnetz bereitzustellende elektrische Leistung zu ermitteln, und wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, ein Laden und Entladen des Stromspeichers derart zu steuern, dass dem übergeordneten Stromnetz und/oder dem lokalen Stromnetz die ermittelte elektrische Leistung bereitgestellt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein lokales Stromnetz, das im bestimmungsgemäßen Betrieb an einem Netzeinspeisepunkt mit einem übergeordnetem Stromnetz elektrisch koppelbar ist, umfassend ein System oder eine Recheneinheit nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein computerimplementiertes Verfahren zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes und eines übergeordneten Stromnetzes, die an einem Netzeinspeisepunkt elektrisch miteinander gekoppelt sind, umfassend die Schritte: Empfangen von Netzdaten, die zumindest einen Bedarf an einer elektrischen Leistung des lokalen Stromnetzes und eine Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes repräsentieren, Bestimmen einer dem übergeordneten Stromnetz und/oder dem lokalen Stromnetz bereitzustellende elektrische Leistung basierend auf den Netzdaten, und Ansteuern einer Ladeeinheit mit einem Stromspeicher zum elektrischen Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges derart, dass basierend auf der ermittelten elektrischen Leistung der Stromspeicher geladen und/oder entladen wird, sodass die ermittelte elektrische Leistung dem übergeordneten Stromnetz und/oder dem lokalen Stromnetz bereitgestellt wird.
In einer bevorzugten Fortbildung des computerimplementierten Verfahrens ist vorgesehen, dass die dem übergeordneten Stromnetz bereitgestellte elektrische Leistung eine Regelleistung ist oder umfasst, um die Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes zu beeinflussen. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die dem lokalen Stromnetz bereitgestellte elektrische Leistung eine Lastspitzenleistung ist oder umfasst, um eine dem lokalen Stromnetz von dem übergeordneten Stromnetz bereitzustellende elektrische Leistung zu reduzieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des computerimplementierten Verfahrens ist vorgesehen, dass dieses den Schritt umfasst: Prognostizieren eines Strombedarfs des lokalen Stromnetzes und/oder des übergeordneten Stromnetzes basierend auf den Netzdaten, und Bereitstellen der Lastspitzenleistung oder der Regelleistung in Abhängigkeit des prognostizierten Strombedarfs, sodass der höhere Strombedarf bedient wird. Diese Ausführungsvariante sieht vor, dass zunächst der Strombedarf des lokalen Stromnetzes und des übergeordneten Stromnetzes prognostiziert wird und auf Basis dessen entschieden wird, ob die Lastspitzenleistung oder die Regelleistung bereitgestellt wird. Diese Entscheidung wird basiert auf der Erkenntnis, ob der Strombedarf des lokalen Stromnetzes oder des übergeordneten Stromnetzes höher ist. Insbesondere bei dem Strombedarf des übergeordneten Stromnetzes handelt es sich selbstverständlich um den möglichen mittels des Stromspeichers bereitzustellenden Stromes. Ferner ist es bevorzugt, dass in Abhängigkeit des Strombedarfs bestimmt wird, ob die Lastspitzenleistung oder die Regelleistung bereitgestellt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des computerimplementierten Verfahrens ist vorgesehen, dass dieses die Schritte umfasst: Erkennen eines Ausfalls des übergeordneten Stromnetzes, und Bereitstellen einer Notleistung für ein Teilnetz des lokalen Stromnetzes oder das lokale Stromnetz, wenn der Ausfall erkannt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung, insbesondere eine Recheneinheit nach der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvariante, umfassend Mittel zur Ausführung der Schritte des Verfahrens in einem der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Prozessor diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch einen computerlesbaren Datenträger, auf dem das Computerprogrammprodukt nach dem im Vorherigen beschriebenen Aspekt gespeichert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Datenträgersignal, das das Computerprogrammprodukt nach dem im Vorherigen beschriebenen Aspekt überträgt.
Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails der einzelnen Aspekte und ihrer möglichen Fortbildungen wird auch auf die erfolgte Beschreibung zu den weiteren Aspekten, den entsprechenden Merkmalen und Fortbildungen verwiesen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:

1: eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes und eines übergeordneten Stromnetzes;
2: eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes und eines übergeordneten Stromnetzes;
3: eine schematische Ansicht eines beispielhaften Verfahrens zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes und eines übergeordneten Stromnetzes.

In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche beziehungsweise -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die 1 und 2 zeigen ein System 1 zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes 2 und eines übergeordneten Stromnetzes 4, die an einem Netzeinspeisepunkt 6 elektrisch miteinander gekoppelt sind. An dem Netzeinspeisepunkt 6 kann beispielsweise ein Umspannwerk wirken, um die Spannung des übergeordneten Stromnetzes 4 für das lokale Stromnetz 2 zu reduzieren. Mit dem übergeordneten Stromnetz 4 ist ein Kraftwerk 44 gekoppelt, das elektrische Energie bereitstellt.
In dem lokalen Stromnetz 2 sind verschiedene Verbraucher angeordnet, unter anderem eine Gewerbeeinheit 30 und private Verbraucher 34-42, die innerhalb eines Teilnetzes 32 angeordnet sind. Die Gewerbeeinheit 30 und/oder die privaten Verbraucher 34-42 können zeitweise oder dauerhaft auch als Stromerzeuger wirken. Mit dem lokalen Stromnetz 2 ist eine Ladeeinheit 8 zum elektrischen Laden elektrisch betriebener Fahrzeuge 10, 12 vorgesehen. Die Ladeeinheit 8 umfasst einen Stromspeicher 18, der beispielsweise als eine Batterie ausgebildet sein kann. Mittels der Ladeeinheit 8 können Batterien 12, 16 der Fahrzeuge 10, 14 aufgeladen werden.
Mit der Ladeeinheit 8 ist ferner eine Recheneinheit 20 signaltechnisch gekoppelt. Die Recheneinheit 20 umfasst einen Prozessor 22, einen Datenspeicher 24, eine Empfangseinheit 26 und eine Sendeeinheit 28. Die Empfangseinheit 26 ist zum Empfangen von Netzdaten ausgebildet. Die Netzdaten repräsentieren zumindest einen Bedarf an einer elektrischen Leistung des lokalen Stromnetzes 2 und eine Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes 4.
Die Recheneinheit 20 ist eingerichtet, um basierend auf diesen Netzdaten eine dem übergeordneten Stromnetz 4 und/oder dem lokalen Stromnetz 2 bereitzustellende elektrische Leistung zu ermitteln. Die dem übergeordneten Stromnetz 4 bereitzustellende elektrische Leistung kann beispielsweise eine Regelleistung sein, um die Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes 4 zu beeinflussen. Dies kann insbesondere zur Frequenzstabilisierung genutzt werden.
Darüber hinaus kann die elektrische Leistung eine Lastspitzenleistung für das lokale Stromnetz 2 sein, um eine dem lokalen Stromnetz 2 von dem übergeordneten Stromnetz 4 bereitzustellende elektrische Leistung zu reduzieren. Insbesondere in Zeiten eines hohen Bedarfs an elektrischer Leistung innerhalb des lokalen Stromnetzes 2 kann eine derartige Lastspitzenleistung zur Lastspitzenkappung wünschenswert sein, um die Kosten für den bereitzustellenden Strom zu reduzieren.
Die Recheneinheit 20 ist ferner eingerichtet, eine Vielzahl an Stromspeichern von einer Vielzahl an hier nicht gezeigten Ladeeinheiten in einem Datenmodell als virtuelles Kraftwerk abzubilden. Mittels des virtuellen Kraftwerks kann die Recheneinheit 20 eine Überschussleistung der Stromspeicher ermitteln. Darüber hinaus kann die Recheneinheit 20 ein Entladen der Stromspeicher oder eines Teils des Stromspeichers oder der Stromspeicher derart steuern, dass die Überschussleistung der Stromspeicher dem übergeordneten Stromnetz 4 bereitgestellt wird. Insbesondere in Zeiten, in denen eine Frequenzstabilisierung in dem übergeordneten Stromnetz 4 erforderlich ist, kann eine solche Bereitstellung der Überschussleistung wünschenswert sein.
Die Ladeeinheit 8 ist ferner angeordnet und ausgebildet, dem Teilnetz 32 eine elektrische Notleistung bereitzustellen. Hierfür ist die Recheneinheit 20 eingerichtet, um einen Ausfall des übergeordneten Stromnetzes 4 zu erkennen und die Ladeeinheit 8 derart anzusteuern, dass die Notleistung bereitgestellt wird, wenn der Ausfall erkannt wird.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften computerimplementierten Verfahrens zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes 2 und eines übergeordneten Stromnetzes 4. In Schritt 500 werden Netzdaten empfangen, die zumindest den Bedarf an der elektrischen Leistung des lokalen Stromnetzes 2 und die Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes 4 repräsentieren. In Schritt 502 wird der Strombedarf des lokalen Stromnetzes 2 und des übergeordneten Stromnetzes 4 basierend auf den Netzdaten prognostiziert. Diese Prognose kann auf Basis unterschiedlicher Netzdaten erfolgen, die einerseits technisch andererseits auch indirekt mittels wirtschaftlicher Daten möglich ist.
In Schritt 504 wird eine dem übergeordneten Stromnetz 4 und/oder dem lokalen Stromnetz 2 bereitzustellende elektrische Leistung basierend auf den Netzdaten und/oder basierend auf dem prognostizierten Strombedarf bestimmt.
In Schritt 506 wird die Ladeeinheit 8 angesteuert, sodass basierend auf der ermittelten elektrischen Leistung der Stromspeicher 18 der Ladeeinheit 8 geladen oder entladen wird, sodass die ermittelte elektrische Leistung dem übergeordneten Stromnetz 4 und/oder dem lokalen Stromnetz 2 bereitgestellt wird.
Das im Vorherigen beschriebene System und das entsprechende computerimplementierte Verfahren haben den Vorteil, dass mittels der Ladeeinheit und insbesondere einer Vielzahl an Ladeeinheiten ein signifikanter Einfluss auf ein lokales Stromnetz und gleichzeitig auf ein übergeordnetes Stromnetz, beispielsweise ein Versorgungsnetz, möglich ist. Diese mehrfache Funktion ist erforderlich, um die unterschiedlichen Bedarfe im lokalen Stromnetz und im übergeordneten Stromnetz zu adressieren und insbesondere den Stromspeicher der Ladeeinheit 8 möglichst dauerhaft auszulasten. Durch die hohen Kosten eines Stromspeichers 18 kann dieser besonders wirtschaftlich genutzt werden, wenn dieser für weitere Anwendungen außerhalb des eigentlichen Ladens und des lokalen Stromnetzes 2 verwendet werden kann. Somit trägt das System 1 einerseits zur technischen Verbesserung der eingesetzten Stromnetze 2, 4 bei und führt ferner zu einem wirtschaftlichen Einsatz von Ladeeinheiten 8 mit Stromspeichern 18.
BEZUGSZEICHEN

1: System
2: lokales Stromnetz
4: übergeordnetes Stromnetz
6: Netzeinspeisepunkt
8: Ladeeinheit
10: Fahrzeug
12: Batterie
14: Fahrzeug
16: Batterie
18: Stromspeicher
20: Recheneinheit
22: Prozessor
24: Datenspeicher
26: Empfangseinheit
28: Sendeeinheit
30: Gewerbeeinheit
32: Teilnetz
34: Verbraucher
36: Verbraucher
38: Verbraucher
40: Verbraucher
42: Verbraucher
44: Kraftwerk

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 11007891 B1 [0006]

Claims

System (1) zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes (2) und eines übergeordneten Stromnetzes (4), die an einem Netzeinspeisepunkt (6) elektrisch miteinander gekoppelt sind, umfassend - mindestens eine mit dem lokalen Stromnetz (2) elektrisch verbindbare Ladeeinheit (8) zum elektrischen Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges (10, 14), wobei die Ladeeinheit (8) einen Stromspeicher (18) aufweist, - eine mit der mindestens einen Ladeeinheit (8) signaltechnisch gekoppelte Recheneinheit (20) mit einem Prozessor (22), einem Datenspeicher (24) und einer Empfangseinheit (26) zum Empfangen von Netzdaten, die zumindest einen Bedarf an einer elektrischen Leistung des lokalen Stromnetzes (2) und eine Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes (4) repräsentieren, - wobei die Recheneinheit (20) eingerichtet ist, um basierend auf den Netzdaten eine dem übergeordneten Stromnetz (4) und/oder dem lokalen Stromnetz (2) bereitzustellende elektrische Leistung zu ermitteln, und - wobei die Recheneinheit (20) eingerichtet ist, um ein Laden und/oder Entladen des Stromspeichers (18) derart zu steuern, dass dem übergeordneten Stromnetz (4) und/oder dem lokalen Stromnetz (2) die ermittelte elektrische Leistung bereitgestellt wird.
System (1) nach dem vorherigen Anspruch, wobei - die dem übergeordneten Stromnetz (4) bereitzustellende elektrische Leistung eine Regelleistung ist oder umfasst, um die Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes (4) zu beeinflussen, und/oder - die dem lokalen Stromnetz (2) bereitzustellende elektrische Leistung eine Lastspitzenleistung ist oder umfasst, um eine dem lokalen Stromnetz (2) von dem übergeordneten Stromnetz (4) bereitzustellende elektrische Leistung zu reduzieren.
System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - das System (1) zwei oder mehr Ladeeinheiten (8) mit Stromspeichern (18) umfasst, und - die Recheneinheit (20) eingerichtet ist, die zwei oder mehr Stromspeicher (18) in einem Datenmodell als virtuelles Kraftwerk abzubilden und eine Überschussleistung der Stromspeicher (18) zu ermitteln und ein Entladen der Stromspeicher (18) derart zu steuern, dass die Überschussleistung der Stromspeicher (18) dem übergeordneten Stromnetz bereitgestellt wird.
System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - die Recheneinheit (20) eingerichtet ist, basierend auf den Netzdaten einen Strombedarf des lokalen Stromnetzes (2) und/oder des übergeordneten Stromnetzes (4) zu prognostizieren und in Abhängigkeit dieses Strombedarfs zu bestimmen, ob die Lastspitzenleistung oder die Regelleistung bereitgestellt wird.
System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - die Recheneinheit (20) eingerichtet ist, basierend auf den Netzdaten einen zeitabhängigen ersten Prognosebedarf für die Regelleistung und einen zeitabhängigen zweiten Prognosebedarf für die Lastspitzenleistung für einen vorbestimmten Zeitraum zu erzeugen, und - die Recheneinheit (20) eingerichtet ist, in Abhängigkeit des ersten Prognosewertes und des zweiten Prognosewertes zu bestimmen, ob die Lastspitzenleistung oder die Regelleistung bereitgestellt wird.
System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - die Ladeeinheit (8) angeordnet und ausgebildet ist, einem elektrisch betriebenen Fahrzeug eine Ladeleistung derart bereitzustellen, dass die Lastspitzenleistung oder die Regelleistung, insbesondere uneingeschränkt, bereitstellbar ist.
System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - die Ladeeinheit (8) angeordnet und ausgebildet ist, zur Sicherstellung der Bereitstellung der Lastspitzenleistung oder der Regelleistung eine negative Ladeleistung bereitzustellen.
System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - die Netzdaten einen Strombedarf oder einen Prognosewert des Strombedarfs von in dem lokalen Stromnetz (2) angeordneten Stromverbrauchern (30, 34-42) und/oder einen prognostizierten Stromverbrauch in dem übergeordneten Stromnetz (4) repräsentieren.
System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - die Ladeeinheit (8) angeordnet und ausgebildet ist, einem Teilnetz (32) des lokalen Stromnetzes (2) oder dem lokalen Stromnetz (2) eine elektrische Notleistung bereitzustellen, und - die Recheneinheit (20) eingerichtet ist, um einen Ausfall des übergeordneten Stromnetzes (4) zu erkennen und die Ladeeinheit (8) derart anzusteuern, dass dem Teilnetz (32) und/oder dem lokalen Stromnetz (2) die Notleistung bereitgestellt wird, wenn der Ausfall erkannt wird.
Recheneinheit (20) mit einem Prozessor (22), einem Datenspeicher (24) und einer Empfangseinheit (26) zum Empfangen von Netzdaten, die zumindest einen Bedarf an einer elektrischen Leistung eines lokalen Stromnetzes (2) und eine Netzfrequenz eines übergeordneten Stromnetzes (4) repräsentieren, - wobei die Recheneinheit (20) signaltechnisch mit einer Ladeeinheit (8) umfassend einen Stromspeicher (18) zum elektrischen Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges koppelbar ist, - wobei die Recheneinheit (20) eingerichtet ist, um basierend auf den Netzdaten eine dem übergeordneten Stromnetz (4) und/oder dem lokalen Stromnetz (2) bereitzustellende elektrische Leistung zu ermitteln, und - wobei die Recheneinheit (20) eingerichtet ist, ein Laden und Entladen des Stromspeichers (18) derart zu steuern, dass dem übergeordneten Stromnetz (4) und/oder dem lokalen Stromnetz (2) die ermittelte elektrische Leistung bereitgestellt wird.
Lokales Stromnetz (2), das im bestimmungsgemäßen Betrieb an einem Netzeinspeisepunkt (6) mit einem übergeordneten Stromnetz (4) elektrisch koppelbar ist, umfassend ein System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1-9 oder eine Recheneinheit (20) nach dem vorherigen Anspruch 10.
Computerimplementiertes Verfahren zur Entlastung eines lokalen Stromnetzes (2) und eines übergeordneten Stromnetzes (4), die an einem Netzeinspeisepunkt (6) elektrisch miteinander gekoppelt sind, umfassend die Schritte: - Empfangen (500) von Netzdaten, die zumindest einen Bedarf an einer elektrischen Leistung des lokalen Stromnetzes (2) und eine Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes (4) repräsentieren, - Bestimmen (504) einer dem übergeordneten Stromnetz (4) und/oder dem lokalen Stromnetz (2) bereitzustellende elektrische Leistung basierend auf den Netzdaten, und - Ansteuern (506) einer Ladeeinheit (8) mit einem Stromspeicher (18) zum elektrischen Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges derart, dass basierend auf der ermittelten elektrischen Leistung der Stromspeicher (18) geladen und/oder entladen wird, sodass die ermittelte elektrische Leistung dem übergeordneten Stromnetz (4) und/oder lokalen Stromnetz (2) bereitgestellt wird.
Computerimplementiertes Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 12, wobei - die dem übergeordneten Stromnetz (4) bereitgestellte elektrische Leistung eine Regelleistung ist oder umfasst, um die Netzfrequenz des übergeordneten Stromnetzes (4) zu beeinflussen, und/oder - die dem lokalen Stromnetz (2) bereitgestellte elektrische Leistung eine Lastspitzenleistung ist oder umfasst, um eine dem lokalen Stromnetz (2) von dem übergeordneten Stromnetz (4) bereitzustellende elektrische Leistung zu reduzieren.
Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 12-13, umfassend den Schritt: - Prognostizieren (502) eines Strombedarfs des lokalen Stromnetzes (2) und/oder des übergeordneten Stromnetzes (4) basierend auf den Netzdaten, und - Bereitstellen der Lastspitzenleistung oder der Regelleistung in Abhängigkeit des prognostizierten Strombedarfs, sodass der höhere Strombedarf bedient wird.
Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 12-14, umfassend die Schritte: - Erkennen eines Ausfalls des übergeordneten Stromnetzes (4), und - Bereitstellen einer Notleistung für ein Teilnetz des lokalen Stromnetzes (2) oder das lokale Stromnetz (2), wenn der Ausfall erkannt wird.
Vorrichtung zur Datenverarbeitung, insbesondere eine Recheneinheit (20) nach Anspruch 10, umfassend Mittel zur Ausführung der Schritte des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche 12-15.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Prozessor diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche 12-15 auszuführen.
Computerlesbarer Datenträger, auf dem das Computerprogrammprodukt nach dem vorherigen Anspruch 17 gespeichert ist.
Datenträgersignal, das das Computerprogrammprodukt nach dem vorherigen Anspruch 17 überträgt.