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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System, das den Energieverbrauch von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von mindestens teilweise elektrisch betriebenen Kraft- und Arbeitsfahrzeugen, in einem lokalen Netzabschnitt eines Stromnetzes unter anderem unter Verwendung von Rundsteuersignalen steuert.
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Im Zuge der Mobilitätswende in Verbindung mit einem ansteigenden Automatisierungsgrad in allen Bereichen des öffentlichen Lebens steigt der elektrische Energieverbrauch sowohl von privaten Haushalten als auch von Gewerbebetrieben stetig und zum Teil rasant an. Die Substitution von Kraft- und Arbeitsfahrzeugen, die mit fossilen Energieträgern angetrieben werden, durch solche, die direkt von elektrischer Energie angetrieben werden, kann beim Aufladen oder direktem Betreiben der Fahrzeuge zu lokalen Leistungsspitzen oder gar zu einer stellenweisen Überlastung in den jeweiligen Netzabschnitten des Stromnetzes führen, weil diese nicht für die hohen und teilweise gleichzeitigen Leistungsanforderungen ausgelegt sind. Aufgrund dessen ist es zweckmäßig, den elektrischen Energieverbrauch der Verbraucher in solchen Netzabschnitten zu regeln und zu optimieren. Überlastungen und damit möglicherweise einhergehende Stromausfälle können damit vermieden werden.
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Bei bekannten Laststeuerungen werden einzelne Verbraucher wie eine oder mehrere Ladestationen für Kraftfahrzeuge, elektrische Heizanlagen, elektrische Energieerzeugungs- und -speichereinrichtungen eines Gebäudes oder mehrerer gemeinsam verwalteter Gebäude zusammen auf lokaler Ebene gesteuert. Vor allem wird hierbei die bezogene elektrische Leistung aus dem Netzabschnitt des Stromnetzes reguliert und überwacht, um eine Überlastung der Anschlussleistung der Gebäude zu vermeiden. Dem gegenüber steht jedoch, dass im Allgemeinen der Netzabschnitt nicht auf den Bezug der maximalen elektrischen Anschlussleistung von allen an dem Netzabschnitt angeschlossenen Gebäuden zum gleichen Zeitpunkt ausgelegt ist. Trotz Überwachung und Regulierung des bezogenen elektrischen Energieverbrauchs innerhalb einer Gebäudeeinheit kann daher der jeweilige Netzabschnitt überlastet werden, was zeitweise zu Stromausfällen und möglicherweise zu Schäden im Netzabschnitt oder an den Verbrauchern führen kann. Des Weiteren sind diese bekannten Laststeuerungen nicht in der Lage, die Lastspitzen durch gezielte Einspeisung mit gekoppelten Energieerzeugungs- und -speichereinrichtungen in dem lokalen Netzabschnitt zu kompensieren.
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Eine seit langem bekannte Möglichkeit zur Steuerung des Energieverbrauchs in einem Stromnetz stellt die vom Energieversorger gesteuerte Rundsteuerung per Rundsteuersignalen dar. Die Rundsteuersignale sind niederfrequente, analoge Impulsfolgen, die der 50 Hz Netzspannung mit einer Amplitude von wenigen Prozent der jeweiligen Netznennspannung überlagert sind und direkt über das leistungsübertragende Stromnetz übertragen werden. Die Tonfrequenz wird zur Übertragung nach einem Code als Impulsraster ein- und ausgeschaltet, wodurch eine Art Telegramm entsteht. Den Verbrauchern im Stromnetz ist wiederum ein spezieller Empfänger, Rundsteuerempfänger genannt, vorgeschaltet, der die Impulstelegramme wieder aus dem Stromnetz herausfiltert und daraus die gewünschte Steuerinformation ableitet. Dadurch können von Seiten des Energieversorgers Signale über die direkte elektrische Kopplung mit dem Netzabschnitt an Lastschaltgeräte gesendet werden, beispielsweise um die nachgeschalteten Verbraucher aktiv ein- oder auszuschalten. Das Verfahren wird bisher überwiegend zur Steuerung elektrischer Speicherheizanlagen verwendet, die einen hohen Energieverbrauch aufweisen und bei Verbrauchsspitzen gezielt abgeschaltet und in Verbrauchstälern wieder zugeschaltet werden können.
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Eine alternative Lösung, um zu Spitzenverbrauchszeiten Lastabschaltungen schaltbarer Verbraucher vorzunehmen, um Stromnetze nicht zu überlasten und so Gefahren eines Teil- oder Totalausfalls zu minimieren, offenbart die
EP 2 434 605 A1 . Ein Last-Management-System, das einen Last-Manager umfasst, der über eine Steuersystemeinheit mit einer Mehrzahl von Lastschaltgeräten verbunden ist, wobei die Lastschaltgeräte elektrisch mit nachgeschalteten Verbrauchern gekoppelt sind. Elektrische Verbraucher werden in Profilgruppen und noch spezifischer in Profiluntergruppen unterteilt. Programmierbare Zeitzeilen, die eine Betriebszeit des elektrischen Verbrauchers kennzeichnen, werden den Profilgruppen oder den Profiluntergruppen zugeordnet. Die Steuersystemeinheit ist demnach in der Lage, Befehlssignale in Bezug auf die Zeitzeile zum Ein- oder Ausschalten einer Profil- und/oder Profiluntergruppe mittels Rundsteuersignalen an die Lastschaltgeräte zu senden. Ein derartiges Last-Management trennt die elektrischen Verbraucher mit sofortiger Wirkung von der elektrischen Energieversorgung. Dies ist nachteilig, denn eine solche plötzliche Trennung bzw. Abschaltung von der elektrischen Energieversorgung kann Funktionsstörungen oder Beschädigungen in elektrisch betriebenen Kraft- und Arbeitsfahrzeugen verursachen, wenn diese gerade geladen oder betrieben werden.
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Aus der
DE 197 47 157 B4 ist eine Energiesteuerungs-Vorrichtung bekannt, die zur Steuerung von mehreren Verbrauchern in Abhängigkeit von einer aus dem lokalen Netzabschnitt beziehbaren maximalen Leistung vorgesehen ist. Hierzu wird ein mit der Energiesteuerungs-Vorrichtung kommunikativ verbundener Schaltaktor bereitgestellt, der einen aktuellen Leistungsverbrauch eines Verbrauchers erfasst und diesen als ein Signal an die Energiesteuerungs-Vorrichtung sendet. Die Energiesteuerungsvorrichtung erzeugt daraufhin ein Signal zur Steuerung des Schaltaktors, der dieses empfängt und dem Verbraucher eine variable Ausgangsspannung oder einen variablen Ausgangsstrom bereitstellt, wodurch insgesamt eine verminderte Leistungsaufnahme aus einem lokalen Netzabschnitts des Stromnetzes realisiert wird. Nachteilig daran ist, dass die Energiesteuerungs-Vorrichtung an einen Gebäudeanschluss gebunden ist, wodurch in bekannter Weise eine Überschreitung einer Gebäudeanschlussleistung verhindert wird.
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Die
WO 2011 / 029 477 A1 offenbart ein Energiemanagementsystem, wobei jedem angeschlossenen Verbraucher in einem Netzsegment eines Gebäudes eine Mess- und Steuereinrichtung zugeordnet ist. Diese Mess- und Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, die aktuell vom Verbraucher aufgenommene elektrische Leistung zu messen und zu steuern sowie an eine Leistungs-Zuteileinrichtung im gleichen Netzsegment eine Energie-Anforderungsnachricht abzusetzen. Anhand der empfangenen Energie-Anforderungsnachricht teilt die Leistungs-Zuteileinrichtung dem Verbraucher eine Energie-Zuteilungsnachricht zu und übermittelt diese an die Mess- und Steuereinrichtung, welche die Energieaufnahme des Verbrauchers nach dieser Maßgabe steuert. Dieses gezeigte Energiemanagementsystem ist in gleicher Weise auf die Steuerung von Verbrauchern gerichtet und bietet keine allgemeine Lösung, eine Überlastung eine Stromnetztes zu verhindern.
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Weiterhin lehrt die
DE 10 2020 110 649 A1 ein Verfahren zur Energieverbrauchssteuerung in einem lokalen Netzabschnitt, in welchem von einer Signalstation eines Energieversorgers ein Steuersignal erzeugt und unidirektional über das Stromnetz gesendet wird. Das Steuersignal wird von mindestens einer in dem Energieverbrauchsnetz angeordneten Empfangseinheit empfangen. Das von der Empfangseinheit empfangene Steuersignal wird zur Betriebssteuerung einer Energieabgabeeinheit für nachgeschaltete Verbraucher verwendet.
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Das hier skizzierte Verfahren ermöglicht keine Regelung unter Rückführung von Signalen oder Daten der Verbraucher.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Laststeuerung in einem lokalen Netzabschnitt eines Stromnetzes bereitzustellen, das die vorgenannten Nachteile des Stands der Technik überwindet, das die verfügbare elektrische Leistung und auch zukünftig verfügbare elektrische Leistung innerhalb eines Netzabschnittes effizient elektrischen Verbraucher zuweist, ohne die elektrische Verbindung abrupt zu trennen, das Stromnetz und dessen Netzabschnitte durch kontrollierte Reduzierung des elektrischen Leistungsverbrauchs und/oder durch Zufuhr von elektrischer Leistung von elektrischen Energieerzeugungs- und/oder -speichereinrichtungen in den jeweiligen Netzabschnitten stabilisiert und damit eine Verbesserung von bisherigen Verfahren darstellt.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Merkmale der Ansprüche 1 und 16 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Laststeuerung in einem lokalen Netzabschnitt eines Stromnetzes, weist die folgenden Schritte auf:
- a) Ermitteln eines elektrischen Ist-Leistungsverbrauchs durch mindestens ein Steuergerät von mindestens einem elektrischen Verbraucher in dem lokalen Netzabschnitt in einem vorbestimmten Zeitintervall und/oder bei vorbestimmten Bedingungen, insbesondere von mindestens teilweise elektrisch betriebenen Kraft- und Arbeitsfahrzeugen, wobei der Verbraucher elektrisch mit dem lokalen Netzabschnitt und kommunikationstechnisch mit dem mindestens einen Steuergerät gekoppelt ist;
- b) Senden von Leistungsdaten von dem mindestens einen Steuergerät über ein Kommunikationsnetzwerk an eine Laststeuereinheit, wobei die Leistungsdaten zumindest den elektrischen Ist-Leistungsverbrauch des mindestens einen Verbrauchers und den geographischen Standort des mindestens einen Steuergeräts und/oder des mindestens einen Verbrauchers aufweisen;
- c) Empfangen, Verarbeiten und Speichern der Leistungsdaten in der Laststeuereinheit;
- d) Senden eines Rundsteuersignals von einer Netzsteuereinheit des Stromnetzes in den lokalen Netzabschnitt über das Stromnetz bei vorbestimmten Bedingungen und/oder in vorbestimmten Zeitabständen, wobei das Rundsteuersignal Rundsteuerdaten aufweist;
- e) Empfangen und Verarbeiten des Rundsteuersignals in dem mindestens einen Steuergerät in dem lokalen Netzabschnitt;
- f) Senden von Leistungsdaten von dem mindestens einen Steuergerät über das Kommunikationsnetzwerk an die Laststeuereinheit, wobei die Leistungsdaten die Rundsteuerdaten RD umfassen;
- g) Empfangen, Verarbeiten und Speichern der Leistungsdaten in der Laststeuereinheit;
- h) Ermitteln eines elektrischen Ziel-Leistungsverbrauchs des mindestens einen Verbrauchers auf Basis der Leistungsdaten und/oder von vorbestimmten Bedingungen durch die Laststeuereinheit;
- i) Senden von Leistungsdaten, die mindestens den ermittelten Ziel-Leistungsverbrauch des mindestens einen Verbrauchers umfassen, von der Laststeuereinheit über das Kommunikationsnetzwerk an das mindestens eine Steuergerät innerhalb des lokalen Netzabschnitts;
- j) Empfangen, Verarbeiten und Speichern der Leistungsdaten in dem mindestens einen Steuergerät, wobei das Steuergerät derart mit dem mindestens einen Verbraucher gekoppelt ist, dass es auf Basis der Leistungsdaten den Verbraucher aktiv oder passiv dazu veranlasst, seinen elektrischen Ist-Leistungsverbrauch bis zur Erreichung des elektrischen Ziel-Leistungsverbrauchs anzupassen;
- k) wahlweises Wiederholen der Schritte a) bis j).
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Der lokale Netzabschnitt eines Stromnetzes kann durch ein Niederspannungs-Orts- oder - Stadtnetz gebildet sein. Es ist ferner denkbar, dass mehrere Niederspannungsnetze zu einem lokalen Netzabschnitt zusammengefasst sind. Solch eine Zusammenfassung von Niederspannungsnetzen kann in einer zweckdienlichen Weise vorgenommen werden. Das Stromnetz wird im Allgemeinen durch Höchst-, Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen gebildet, welche durch eine Vielzahl von Kraftwerken mit elektrischer Energie gespeist werden.
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Das Steuergerät kann integral mit dem elektrischen Verbraucher, insbesondere einem elektrisch betriebenen Kraft- oder Arbeitsfahrzeug, ausgebildet sein. Alternativ kann das Steuergerät als ein einzelnes eigenständiges elektrisches Modul ausgebildet sein, das ein Gehäuse aufweist und elektrische Kontaktierungs- beziehungsweise Anschlussstellen aufweist, die es ermöglichen, das Steuergerät mit dem Stromnetz und mit dem mindestens einen Verbraucher elektrisch zu verbinden. Das Steuergerät kann zusätzlich oder alternativ als ein Stromzähler ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Steuergerät zur Steuerung, Regelung und Überwachung von elektrischen gebäudespezifischen Einrichtungen eingerichtet sein. Das Steuergerät kann zusätzlich oder alternativ integral mit einer Ladevorrichtung zum Laden von elektrisch betriebenen Kraft- und Arbeitsfahrzeugen ausgebildet sein. Dadurch ergibt sich die vorteilhafte Option, Verbraucher ohne eigenes Lastmanagement dennoch in einer Laststeuerung einzubinden, beispielsweise Altgeräte oder elektrische Verbraucher, die aus Sicherheitsgründen nicht direkt mit dem Internet verbunden sein sollen.
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Der Ist-Leistungsverbrauch kann mit Vorteil in Schritt a) bei vorbestimmten Bedingungen ermittelt werden. Diese Bedingungen können beispielsweise das elektrische Verbinden des Verbrauchers mit dem lokalen Netzabschnitt darstellen. Grundsätzlich können diese vorbestimmten Bedingungen von dem Verbraucher, dem Steuergerät, und/oder einer Bedienperson des Verbrauchers bestimmt werden. Die vorbestimmten Zeitintervalle können zweckdienlich an die Benutzung des Verbrauchers angepasst werden. Denkbar sind daher Zeitintervalle in vollen Stunden, Minuten, Sekunden sowie Bruchteilen oder Vielfachen davon.
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Des Weiteren ist das Verfahren nicht ausschließlich auf die Verwendung in Verbindung mit elektrisch betriebenen Kraft- oder Arbeitsfahrzeugen beschränkt. Dieses Verfahren kann darüber hinaus in Verbindung mit mobilen als auch stationären Verbrauchern zu deren Laststeuerung verwendet werden.
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Bevorzugt kann eine kommunikationstechnische Verbindung des Verbrauchers mit dem Steuergerät kabelgebunden oder kabellos ausgebildet sein. Alternativ kann das Steuergerät derart ausgebildet sein, dass dieses wahlweise kabellos oder kabelgebunden mit einem Verbraucher gekoppelt werden kann. Optional kann die Art der Kopplung durch den Verbraucher selbst festgelegt werden.
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Bevorzugt kann der geographische Standort des mindestens einen Steuergeräts in Schritt b) in einem vorbestimmten Zeitintervall und/oder unter vorbestimmten Bedingungen durch das Steuergerät mittels eines Satellitennavigationssystems ermittelt werden. Damit können selbst mobile elektrische Verbraucher wie Kraft- und Arbeitsfahrzeuge dem lokalen Netzabschnitt zugeordnet werden, in dem diese eine elektrische Leistung beziehen.
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Die vorbestimmten Bedingungen zum Übermitteln des geographischen Standorts können dieselben vorbestimmten Bedingungen sein, die die Ermittlung des Ist-Leistungsverbrauch bedingen. Zusätzlich oder alternativ können vorbestimmte Bedingungen von der Laststeuereinheit bestimmt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass grundsätzlich die vorbestimmten Bedingungen eine identische vorbestimmte Bedingung sein kann, d.h. ein und dieselbe vorbestimmte Bedingung kann mehrere Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auslösen. Es können auch jeweils unterschiedliche vorbestimmte Bedingungen sein, die jeweils einen oder mehrere, aber nicht sämtliche Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auslösen.
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Das Steuergerät ist bevorzugt derart ausgebildet, dass dieses seinen aktuellen geographischen Standort ermitteln kann, beispielsweise über einen GPS-Sensor oder dergleichen. Alternativ ist es denkbar, dass das Steuergerät derart mit dem mindestens einen Verbraucher kommunikationstechnisch gekoppelt ist, dass dieses den Verbraucher, der dazu ausgebildet ist, seinen eigenen geographischen Standort zu ermitteln, dazu veranlasst, diesen dem Steuergerät zu übermitteln. Beispielsweise ist ein Elektrofahrzeug als Verbraucher mit einem Sensor zur Ermittlung des geographischen Standorts ausgestattet.
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Die Laststeuereinheit ist kommunikationstechnisch mit mindestens einem Steuergerät gekoppelt. Diese Kopplung kann kabelgebunden oder kabellos über ein übliches, bidirektionales Kommunikationsnetzwerk erfolgen, das separat vom Strom(versorgungs)netz ausgebildet ist. Bevorzugt kann die Laststeuereinheit als ein verteiltes Computersystem z.B. in der Cloud ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist die Laststeuereinheit als ein Client-Server-System ausgebildet, wobei weiter bevorzugt die Laststeuereinheit der Server und das Steuergerät der Client ist. Damit kann die Laststeuereinheit auf einfache Weise auch mehrere Steuergeräte verwalten und steuern.
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Weiterhin können die Leistungsdaten in Schritt b) folgenden Daten aufweisen:
- • Daten, die eine vorbestimmte Verbraucherkategorie kennzeichnen;
- • Daten, die historische Verbrauchszeiten und -höhen des mindestens einen Verbrauchers aufweisen;
- • Daten, die vorbestimmte Benutzungsbedingungen des Verbrauchers aufweisen;
- • Daten, die von einem Benutzer manuell vorbestimmte Bedingungen aufweisen;
- • Daten, die vorbestimmte Leistungsänderungsbedingungen und/oder einen minimale Ziel-Leistungsverbrauch des mindestens einen Verbrauchers aufweisen;
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Bei der Verarbeitung der Leistungsdaten in der Laststeuereinheit in Schritt c) kann eine Übersicht aller aktuellen und historischen Leistungsdaten jeweils eines Verbrauchers in der Laststeuereinheit erstellt werden. Die Laststeuereinheit kann hierdurch diese Daten so verarbeiten, dass stets aktuelles, vollständiges Verbraucherprofil bereitgestellt und damit eine vorausschauende Laststeuerung erzielt werden kann.
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In Schritt d) ist die übergeordnete Netzsteuereinheit des Stromnetzbetreibers dem lokalen Netzabschnitt zugewiesen und mit diesem elektrisch verbunden. Die Netzsteuereinheit kann zusätzlich oder alternativ mit mehreren lokalen Netzabschnitten elektrisch verbunden sein.
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Das Rundsteuersignal kann derart codiert sein, dass dieses ein Datenpaket mit Rundsteuerdaten aufweist, wobei die Datenpakete bevorzugt ein oder mehrere der folgenden Rundsteuerdaten umfassen können:
- • Daten, die einen lokalen Netzabschnitt kennzeichnen;
- • Daten, die eine oder mehrere vorbestimmten Kategorien von Verbrauchern kennzeichnen;
- • Daten, die ein Steuergerät kennzeichnen;
- • Daten, die Befehle zur Anpassung des elektrischen Ist-Leistungsverbrauchs des mindestens einen Verbraucher umfassen;
- • Daten, die einen Befehl zur sofortigen Abschaltung bzw. zum Herunterfahren des elektrischen Verbrauchers umfassen;
- • Daten, die einen Zustand des Stromnetzes und/oder des lokalen Netzabschnitts kennzeichnen;
- • Daten, die Merkmale und/oder Informationen hinsichtlich der bereitgestellten elektrischen Energie umfassen;
- • Daten, die Befehle zur Einspeisung von elektrischer Leistung in den lokalen Netzabschnitt umfassen;
- • Daten, die Informationen über die aktuell elektrisch verfügbare Leistung in dem lokalen Netzabschnitt umfassen;
- • Daten, die Informationen über eine elektrische Leistungs-Unter-/Überversorgung in dem lokalen Netzabschnitt umfassen oder kennzeichnen;
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Die Rundsteuerdaten können in einem oder mehreren Datenpaketen übertragen werden. Die Datenpakete enthalten jeweils spezifische Rundsteuerdaten wie beispielsweise den Ist-Leistungsverbrauch. Alternativ können spezifische Rundsteuerdaten auf mehrere Datenpakete aufgeteilt werden. Es ist im Zuge der Erfindung denkbar, Datenübertragungsprotokolle einzusetzen, die eine sichere Datenübertragung mittels Trägerfrequenztechnik wie Powerline Communication PLC in einem lokalen Netzabschnitt ermöglichen und auf niederfrequente Rundsteuersignale übertragbar sind. Die Größe der Datenpakete ist anwendungsspezifisch auf die Übertragungslänge und die Übertragungsgeschwindigkeit im lokalen Netzabschnitt anzupassen.
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In Schritt e) ist es ferner denkbar, dass die Rundsteuerdaten von der Netzsteuereinheit verschlüsselt werden, so dass diese nur von bestimmten Steuergeräten decodiert werden können. Somit kann eine individuelle und sichere Datenübermittlung an ein oder mehrere Steuergeräte erfolgen. Alternativ sind die Rundsteuerdaten nicht verschlüsselt, enthalten aber Daten, die von einem oder mehreren Steuergeräten verarbeitet werden.
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In Schritt f) kann das Steuergerät die Rundsteuerdaten decodieren, falls notwendig entschlüsseln und weiterverarbeiten. Ferner kann das Steuergerät auf Basis der empfangenen Rundsteuerdaten bestimmen, ob diese weiterverarbeitet werden, welche Daten weiterverarbeitet werden und welche Rundsteuerdaten in die Leistungsdaten aufgenommen werden.
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Optional können mehrere Zielleistungsverbräuche für eine Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern auf Basis von deren jeweiligen Leistungsdaten ermittelt werden, wobei die Zielleistungsverbräuche für die Mehrzahl von Verbrauchern identisch oder unterschiedlich sein können. Optional oder alternativ werden für jeden Verbraucher individuelle Ziel-Leistungsverbräuche ermittelt.
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Der ermittelte Ziel-Leistungsverbrauch kann in Schritt i) damit dem Steuergerät unmittelbar bereitgestellt werden, wodurch unter anderem kurze Reaktionszeiten zur Anpassung des elektrischen Ist-Leistungsverbrauch ermöglicht werden.
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Das Steuergerät kann derart eingerichtet sein, dass dieses mittels der kommunikationstechnischen Kopplung mit dem Verbraucher den ermittelten Ziel-Leistungsverbrauch übermittelt, woraufhin der Verbraucher passiv interne Maßnahmen veranlasst, um seinen Ist-Leistungsverbrauch auf den Ziel-Leistungsverbrauch anzupassen. Alternativ kann die Steuereinheit derart eingerichtet sein, dass diese die verfügbare elektrischen Leistung in Bezug auf den zu erreichenden Ziel-Leistungsverbrauch anpasst beziehungsweise regelt und hierdurch den Ist-Leistungsverbrauch des Verbrauchers aktiv anpasst. Das Anpassen des Leistungsverbrauchs kann sowohl das Verringern des Leistungsverbrauchs als auch die Steigerung des Leistungsverbrauchs umfassen. Ferner ist es denkbar, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, gekoppelte Verbraucher sowohl aktiv als auch passiv dazu zu veranlassen, ihren Ist-Leistungsverbrauch zu ändern, in Abhängigkeit von der Kopplung des jeweiligen Verbrauchers mit dem Steuergerät. Es ist hierdurch möglich, den elektrischen Leistungsverbrauch insbesondere von gesteuerten Verbrauchern oder einer Mehrzahl davon anzupassen, um hinsichtlich der verfügbaren elektrischen Leistung eine möglichst hohe Betriebsbereitschaft der elektrischen Verbraucher mit minimalen Leistungseinschränkungen zu gewährleisten. Weiterhin kann hierdurch der Leistungsverbrauch des elektrischen Verbrauchers gesteigert werden, wenn eine ausreichende elektrische Leistung im lokalen Netzabschnitt bereitsteht.
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In Schritt k) ist es bevorzugt, dass alle oder eine Teilmenge der Schritte a) bis j) des erfindungsgemäßen Verfahrens wiederholt werden. Optional oder alternativ ist es denkbar, dass ein Schritt der Schritte a) bis j) oder mehrere davon wiederholt werden. Die Reihenfolge der Schritte a) bis k) sowie die Reihenfolge bei der Wiederholung der Schritte a) bis j) kann zweckgemäß verändert werden, d.h. die Reihenfolge der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beliebig in zweckmäßiger Weise geändert werden. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Vielzahl von Situationen als Reaktion auf Rundsteuersignale, Rundsteuerdaten und Leistungsdaten angepasst werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird besonders eine zielgerichtete angebotsseitige Laststeuerung des elektrischen Leistungsverbrauchs von Verbrauchern in einem globalen Stromnetz über eine im Wesentlichen bestehende Infrastruktur zusätzlich zu einer lokalen Laststeuerung ermöglicht. Der elektrische Leistungsverbrauch kann durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Berücksichtigung der verfügbaren elektrischen Leistung in dem lokalen Netzabschnitt, einer Vielzahl von vorbestimmten Bedingen und der aktuellen, historischen und zukünftigen Leistungsdaten der Verbraucher beliebig stufenlos angepasst werden, und das quasi in Echtzeit, d.h. nur mit einer Verzögerung von wenigen Sekunden je nach Einstellung der Überwachungszeit der Verbraucher. Dies wird durch die entsprechende Software in den Steuergeräten, in den Verbrauchern sowie in der Laststeuereinheit gewährleistet. Änderungen an der Software sind über Updates in Echtzeit für sämtliche verbundenen Bestandteile möglich.
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Mit Vorteil kann im Verfahren in Schritt h) eine Ziel-Leistungs-Zeitspanne durch die Laststeuereinheit ermittelt werden, die das Steuergerät dazu veranlassen kann, den Ist-Leistungsverbrauch des mindestens einen Verbrauchers bis zur Erreichung des ermittelten Ziel-Leistungsverbrauchs aktiv oder passiv anzupassen, wobei die Leistungsdaten die Ziel-Leistungs-Zeitspanne umfassen. Durch die Ziel-Leistungs-Zeitspanne kann der Verbraucher oder das Steuergerät interne Maßnahmen treffen, um den Ist-Leitungsverbrauch innerhalb der Ziel-Leistungs-Zeitspanne anzupassen. Beispielsweise wird hierdurch ein schonendes Herunter- oder Hochfahren von Verbrauchern ermöglicht. Die Ziel-Leistungszeitspanne kann auf Basis einer vorbestimmten Kategorie von Verbrauchern vorbestimmt sein. Zusätzlich oder alternativ können die Leistungsdaten eine verbraucherindividuelle Ziel-Leistungs-Zeitspanne enthalten.
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Bevorzugt werden im Verfahren die Rundsteuerdaten zusätzlich über das Kommunikationsnetzwerk an die Laststeuereinheit zu vorbestimmten Zeitpunkten, in vorbestimmten Zeitabständen oder unter vorbestimmten Bedingungen durch die Netzsteuereinheit gesendet, wobei die Laststeuereinheit die Rundsteuerdaten empfangen, verarbeiten und speichern kann.
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Mit weiterem Vorteil kann durch das zusätzliche Senden von Rundsteuerdaten über das Kommunikationsnetzwerk eine direkte Datenverbindung zu der Laststeuereinheit hergestellt werden. Es können über die direkte Datenverbindung über das Kommunikationsnetzwerk dieselben Rundsteuerdaten wie mittels des Rundsteuersignals, insbesondere gleichzeitig, gesendet werden, wodurch die Datenübertragung gesichert und ein Datenverlust minimiert werden kann. Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, dass nur vorbestimmte Datenpakete der Rundsteuerdaten über das Kommunikationsnetzwerk an die Laststeuereinheit gesendet werden, wobei das Rundsteuersignal Rundsteuerdaten mit anderen Datenpaketen umfasst als die, die über das Kommunikationsnetzwerk gesendet werden. Hierdurch können große Datenpakete und eine Vielzahl davon, die durch das Senden mittels des Rundsteuersignals eine lange Übertragungszeit aufweisen, direkt über das Kommunikationsnetzwerk an die Laststeuereinheit gesendet werden. Resultierend können daher Datenpakete der Rundsteuerdaten zielgerecht auf die Kommunikationswege aufgeteilt werden und die Reaktionszeit zur Leistungsanpassung reduziert werden.
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Bevorzugt kann in Schritt b) des Verfahrens die Laststeuereinheit zu vorbestimmten Zeitpunkten, in vorbestimmten Zeitabständen oder bei vorbestimmten Bedingungen die Leistungsdaten über das Kommunikationsnetzwerk an die Netzsteuereinheit senden, die die Leistungsdaten empfangen, verarbeiten und speichern kann.
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Mittels des Sendens der Leistungsdaten von der Laststeuereinheit zu der Netzsteuereinheit kann die Netzsteuereinheit die Daten derart verarbeiten, so dass diese die Rundsteuerdaten auf Grundlage der empfangenen Leistungsdaten anpasst. Dadurch wird besonders vorteilhaft eine zielgerichtete Laststeuerung erreicht. Mit weiterem Vorteil kann die Netzsteuereinheit daher auf Grundlage der Leistungsdaten auf eine höhere elektrische Leistungsnachfrage reagieren, bevor diese elektrisch im lokalen Netzabschnitt messbar ist oder dem lokalen Netzabschnitt eine höhere elektrische Leistung bereitstellen.
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Mit besonderem Vorteil können die Leistungsdaten den maximalen Leistungsverbrauch des Verbrauchers umfassen, wobei der ermittelte Ziel-Leistungsverbrauch des mindestens einen Verbrauchers zwischen Null und dessen maximalem Leistungsverbrauch liegt.
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Vorteilhafterweise kann mittels des Verfahrens mindestens ein Verbraucher kontrolliert abgeschaltet oder heruntergefahren werden. Alternativ kann entsprechend der Verfügbarkeit der elektrischen Leistung im lokalen Netzabschnitt der elektrischen Ziel-Leistungsverbrauch uneingeschränkt dem Verbraucher zur Verfügung gestellt werden.
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Bevorzugt können die Leistungsdaten den zukünftigen elektrischen Soll-Leistungsverbrauch des mindestens einen Verbrauchers in einem vorbestimmten zukünftigen Zeitraum umfassen.
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Die Leistungsdaten können daher einen zukünftigen elektrischen Soll-Leistungsverbrauch, beispielsweise als ein Datenpaar aus dem vorbestimmten Soll-Leistungsverbrauch und einem zugehörigen zukünftigen Zeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zeitraums, umfassen.
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Das Verfahren kann mit Vorteil in einem zusätzlichen Schritt I) mindestens einen Soll-Ziel-Leistungsverbrauch und mindestens einen Soll-Zeitpunkt für den Verbraucher auf Grundlage des Soll-Leistungsverbrauchs, der Leistungsdaten, der Rundsteuerdaten und/oder der vorbestimmten Bedingungen durch die Laststeuereinheit ermitteln.
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Des Weiteren kann das Verfahren vorteilhafterweise vorausschauend die zukünftigen Soll-Leistungsverbräuche der jeweiligen Verbraucher anpassen, so dass die zukünftige Nutzung der Verbraucher nur in einem minimalen Umfang eingeschränkt wird.
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Das Verfahren kann darüber hinaus mit Vorteil in einem weiteren Schritt m) Leistungsdaten, die mindestens den ermittelten Soll-Ziel-Leistungsverbrauch und den ermittelten Soll-Zeitpunkt aufweisen, von der Laststeuereinheit über das Kommunikationsnetzwerk an das mindestens eine Steuergerät senden.
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Das Verfahren kann in einem weiteren optionalen Schritt n) die Leistungsdaten in dem mindestens einen Steuergerät empfangen, verarbeiten und speichern, wobei das Steuergerät den Verbraucher aktiv oder passiv dazu veranlassen kann, seinen elektrischen Soll-Leistungsverbrauch auf den elektrischen Soll-Ziel-Leistungsverbrauch zu dem Soll-Zeitpunkt anzupassen.
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Hierdurch kann mit Vorteil zwischen den Steuergeräten ein eigenes Steuergerätenetz ausgebildet werden, womit eine Übertragung der Leistungsdaten an die Laststeuereinheit sichergestellt werden kann.
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Mit Vorteil kann die Laststeuereinheit den Ziel-Leistungsverbrauch und/oder den Soll-Ziel-Leistungsverbrauch auf Grundlage einer Mehrzahl von historischen Leistungsdaten und/oder historischen Rundsteuerdaten in Schritt a) ermitteln.
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Die Laststeuereinheit kann daher Muster in den Leistungs- und Rundsteuerdaten ermitteln, womit der Ziel-Leistungsverbrauch oder der Soll-Ziel-Leistungsverbrauch effizient bestimmt werden kann. Zur Erkennung von Mustern in den Leistungs- und Rundsteuerdaten können statistische Verfahren und/oder maschinelles Lernen angewandt werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Steuergerät gespeicherte historische Leistungsdaten und/oder Rundsteuerdaten derart verarbeiten, dass diese einem Benutzer über eine Ausgabeeinheit oder über eine Schnittstelle zur Verfügung stehen.
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Bevorzugt kann mindestens ein Steuergerät mit mindestens einem weiteren Steuergerät derart kommunikationstechnisch und/oder elektrisch gekoppelt sein, um über das Kommunikationsnetzwerk Daten an das mindestens eine weitere Steuergerät zu senden, die Leistungsdaten, Rundsteuersignale, und/oder Rundsteuerdaten umfassen, wobei das mindestens eine weitere Steuergerät bevorzugt diese Daten empfängt, verarbeitet und speichert.
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Zusätzlich oder alternativ kann mindestens ein weiteres Steuergerät einem Steuergerät zugeordnet sein, wobei diese Zuordnung als eine Master-Slave Zuordnung ausgebildet sein kann.
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Mit weiterem Vorteil kann mindestens eines aus dem Steuergerät und dem mindestens einem weiteren gekoppelten Steuergerät dazu eingerichtet sein, Leistungsdaten des Steuergeräts und des mindestens einen weiteren gekoppelten Steuergeräts an die Laststeuereinheit zu senden und wobei die Laststeuereinheit bevorzugt dazu eingerichtet ist, Leistungsdaten an mindestens eines aus dem Steuergerät und dem mindestens einen weiteren gekoppelten Steuergerät zu senden.
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Bevorzugt ist die Laststeuereinheit in einer Cloud-Umgebung ausgebildet und dazu eingerichtet, über das Kommunikationsnetzwerk mit der Netzsteuereinheit und dem mindestens einen Steuergerät zu kommunizieren.
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Weiter bevorzugt ist das Steuergerät mit mindestens einer Energieerzeugungseinrichtung und/oder einer Energiespeichereinrichtung kommunikativ gekoppelt, wobei die Energieerzeugungseinrichtung und/oder die Energiespeichereinrichtung mit dem lokalen Netzabschnitt und/oder dem mindestens einen Verbraucher gekoppelt sind, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, die Energieerzeugungseinrichtung und/oder die Energiespeichereinrichtung aktiv oder passiv dazu zu veranlassen, elektrische Leistung dem lokalen Netzabschnitt und/oder mindestens einem mit dem Steuergerät gekoppelten Verbraucher bereitzustellen.
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Damit ist es einerseits möglich, überschüssige elektrische Leistung des lokalen Netzabschnitts in den Energiespeichereinrichtungen zu speichern. Anderseits kann die gespeicherte elektrische Leistung dem lokalen Netzabschnitt direkt bereitgestellt werden, wenn die elektrische Leistung im lokalen Netzabschnitt ungenügend ist. Die Energieerzeugungseinrichtung kann hierdurch in einer gleichen Art und Weise gesteuert werden, so dass bei geringem elektrischen Leistungsverbrauch der gekoppelten elektrischen Verbraucher, die überschüssige elektrische Leistung dem lokalen Netzabschnitt bereitgestellt wird, wenn die elektrische Leistung in diesem ungenügend ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann der elektrische Verbraucher, insbesondere ein elektrisch betriebenes Kraft- oder Arbeitsfahrzeug, darüber hinaus eine Energieerzeugungs- und/oder Speichereinrichtung sein.
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Mit weiterem Vorteil ist das Steuergerät dazu eingerichtet, die erzeugte Ist-Leistung der Energieerzeugungseinrichtung und/oder die Ist-Kapazität der Energiespeichereinrichtung zu ermitteln, wobei die Leistungsdaten die erzeugte Ist-Leistung und/oder die Ist-Kapazität aufweisen können.
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Bevorzugt kann das Steuergerät oder die Laststeuereinheit auf Basis der Leistungsdaten einen Differenz-Leistungsverbrauch zwischen dem ermittelten elektrischen Ziel-Leistungsverbrauch und dem Ist-Leistungsverbrauch des mindestens einen Verbrauchers ermitteln und die Energieerzeugungseinrichtungen und/oder die Energiespeichereinrichtungen dazu veranlassen, dem mindestens einen Verbraucher mindestens den ermittelten Differenz-Leistungsverbrauch bereitzustellen, so dass der Ist-Leistungsverbrauch des mindestens einen Verbrauchers aus dem lokalen Netzabschnitt gleich oder geringer als der ermittelte Ziel-Leistungsverbrauch ist.
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Hierdurch ist es möglich, elektrische Verbraucher uneingeschränkt weiterzubetreiben, obwohl durch ungenügende elektrische Leistung im lokalen Netzabschnitt ein geringerer Ziel-Leistungsverbrauch ermittelt wurde.
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Mit weiterem Vorteil kann die Laststeuereinheit auf Basis von Leistungsdaten, Rundsteuerdaten, einer Mehrzahl von historischen Leistungsdaten, historischen Rundsteuerdaten und/oder vorbestimmten Bedingungen eine Einspeiseleistung, einen Einspeisezeitpunkt und eine Einspeisedauer der Einspeiseleistung für mindestens eine Energieerzeugungseinrichtung und/oder eine Energiespeichereinrichtung in dem lokalen Netzabschnitt ermitteln, wobei die Leistungsdaten, die Einspeiseleistung, den Einspeisezeitpunkt und die Einspeisedauer aufweisen können, wobei bei Verarbeitung der Leistungsdaten mittels des Steuergeräts, das Steuergerät die mindestens eine Energieerzeugungseinrichtung und/oder Energiespeichereinrichtung dazu veranlassen kann, die Einspeiseleistung zum Einspeisezeitpunkt über eine Einspeiseperiode dem lokalen Netzabschnitt bereitzustellen.
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Hierdurch können kurzzeitige Lastschwankungen im lokalen Netzabschnitt ausgeglichen werden, so dass keine Einschränkung der elektrischen Leistung im lokalen Netzabschnitt vorgenommen werden muss.
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Erfindungsgemäß wird ein Laststeuersystem mit mindestens einem Steuergerät, einer Laststeuereinrichtung, einer Netzsteuereinheit, einem lokalen Netzabschnitt des Stromnetztes und mindestens einem Verbraucher bereitgestellt, der mit dem mindestens einen Steuergerät kommunikationstechnisch und mit dem lokalen Netzabschnitt elektrisch gekoppelt ist, das dazu eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
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Die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können entgegen der fortlaufenden Nummerierung zweckdienlich und soweit möglich in ihrer Reihenfolge vertauscht werden. Optionale Verfahrensschritte können ferner an einer zweckdienlichen Reihenfolge im erfindungsgemäßen Verfahren angeordnet werden.
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Letztlich schließt das erfindungsgemäße Laststeuersystem alle vorteilhaften Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens ein und umgekehrt.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Figuren von beispielhaften Ausführungsbeispielen, in denen:
- 1 eine schematische Darstellung eines lokalen Netzabschnitts im Stromnetz, in dem eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststeuerverfahrens angewendet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Laststeuerung in einem lokalen Netzabschnitt eines Stromnetzes veranschaulichen soll. Ein Kraftwerk K erzeugt elektrische Leistung und führt diese über ein Hochspannungsnetz einem Transformator T zu, der die erzeugte Leistung entsprechend transformiert und dadurch ein Niederspannungsnetz 5 mit einem lokalen Netzabschnitt 8 mit elektrischer Leistung versorgt. Das Niederspannungsnetz 5 weist in dieser Ausführungsform eine Netzsteuereinheit 1 auf, die dazu eingerichtet ist, mittels einer (nicht dargestellten) Rundsteuersendeeinrichtung ein Rundsteuersignal 6 in das Niederspannungsnetz 5 zu entsenden.
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Der lokale Netzabschnitt 8 umfasst, angeschlossen an seine Versorgungsstromleitungen, in der abgebildeten Ausführungsform eine Mehrzahl von Steuergeräten, die elektrisch mit dem Stromnetz des lokalen Netzabschnitts 8 verbunden und darüber hinaus dazu eingerichtet sind, das Rundsteuersignal 6 zu empfangen. Die Verarbeitung des Rundsteuersignals erfolgt mit einer geeigneten Rundsteuerempfangseinrichtung wie zum Beispiel einem analogen oder digitalen Rundsteuerempfänger.
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Eines der Steuergeräte ist als ein stationäres Steuergerät 2a ausgebildet und einem Gebäude 7 zugeordnet. Das stationäre Steuergerät 2a kann als ein Gebäude-Energiemanagementsystem oder als ein Stromzähler ausgebildet sein, das zur Steuerung, Regelung und Überwachung von elektrischen Verbrauchern eingerichtet sein wie z.B. ein sogenanntes Smartmeter. Das stationäre Steuergerät 2a im Gebäude 7 ist mit einem elektrisch betriebenen Arbeitsfahrzeug 9a als mobilem Verbraucher und ferner innerhalb des Gebäudes 7 mit einem stationären Verbraucher 9b verbunden. Das Steuergerät 2a selbst und/oder das Arbeitsfahrzeug 9a verfügen über einen Sensor, der geographische Informationen ermitteln und senden kann, zum Beispiel einen GPS-Sensor. Dies bedeutet, dass bei einer Änderung des Standorts des Arbeitsfahrzeugs 9a die geänderten geographischen Daten an das Steuergerät 2a übertragen werden können. Alternativ kann dem Steuergerät 2a ein geographischer Standort, beispielsweise eine Gebäudeadresse, manuell zugeordnet werden.
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Ein zweites Steuergerät 2b ist direkt in dem lokalen Netzabschnitt 8 angeordnet und damit verbunden. Es ist darüber hinaus mit einem Elektrofahrzeug 9c elektrisch verbindbar. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das Steuergerät 2b als eine mobile oder stationäre Ladeeinrichtung ausgebildet. Die stationäre Ladeeinrichtung kann als Wallbox oder auch als Ladesäule vorgesehen sein. Auch hier weisen sowohl das zweite Steuergerät 2b als auch das Elektrofahrzeug 9c einen Sensor auf, der geographische Daten ermitteln und übermitteln kann.
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Ein drittes Steuergerät 2c ist elektrisch mit einem Verbraucher 9d, der hier als elektrisches Lastkraftfahrzeug ausgebildet ist, und auch mit dem stationären Steuergerät 2a verbunden. Das Steuergeräte 2b und 2c sind jeweils integral mit der entsprechenden mobilen beziehungsweisen stationären Ladeeinrichtung ausgebildet.
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Des Weiteren ist das stationäre Steuergerät 2a in der hier dargestellten Ausführungsform mit einer Energiespeichereinrichtung 12 und einer Energieerzeugungseinrichtung 11 elektrisch verbunden. Die Energieerzeugungseinrichtung 11 kann beispielsweise eine Solaranlage, eine Biogasanlage, eine Blockheizkraftwerkanlage oder dergleichen sein, die dazu eingerichtet ist, dem lokalen Netzabschnitt 8 Gleichstrom oder Wechselstrom bereitzustellen. Die Energieerzeugungseinrichtung 11 kann eine variable oder vorbestimmte elektrische Leistung einem Verbraucher oder der Energiespeichereinrichtung 12 im lokalen Netzabschnitt 8 bereitstellen oder die erzeugte Leistung in das Stromnetz einspeisen. Die Energiespeichereinrichtung 12 kann zum Beispiel eine mobile oder stationäre Batterie sein, die Energie einer vorbestimmten Menge über eine vorbestimmte Zeitdauer speichern und bereitstellen kann.
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In dieser Ausführungsform sind alle Steuergeräte 2a, 2b, 2c über ein übliches, bidirektionales Kommunikationsnetzwerk 4 mit einer Laststeuereinheit 3 kommunikationstechnisch gekoppelt, die in der hier beschriebenen Ausführungsform als Cloud-Rechner mit einer entsprechenden Software, Speichereinrichtung, Verarbeitungseinrichtung und Kommunikationsschnittstellen ausgebildet ist. Die Laststeuereinheit 3 ist über das Kommunikationsnetzwerk 4 mit der Netzsteuereinheit 1 gekoppelt. Das stationäre Steuergerät 2a in dem Gebäude 7 ist hier beispielsweise in einer Master-Slave Hierarchie mit dem mobilen Steuergerät 2c gekoppelt, wobei das stationäre Steuergerät 2a als Master und das mobile Steuergerät 2c als Slave in der Hierarchie angeordnet sind. Es sind auch andere, hierarchisch gleichwertige Konstruktionen möglich. Die Laststeuereinheit 3 kann kabelgebunden oder kabellos über das Kommunikationsnetzwerk 4 auch mit einer (nicht dargestellten) Überwachungsanzeigeeinheit gekoppelt sein, beispielsweise einem Smartphone mit einer App, die einem Benutzer den aktuellen Zustand des lokalen Netzabschnitts oder bestimmte geographische Bereiche davon auf unterschiedliche Arten anzeigen kann.
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Die Leistungsdaten der Steuergeräte 2a, 2b, 2c werden wahlweise kabelgebunden oder kabellos über das Kommunikationsnetzwerk 4 an die Laststeuereinheit 3 übertragen. In dieser Ausführungsform sind die mit dem stationären Steuergerät 2a gekoppelten Verbraucher 9a, 9b mit diesem über ein kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk 4 gekoppelt. Das stationäre Steuergerät 2a ist in dieser Ausführungsform dazu eingerichtet, die Leistungsdaten der gekoppelten Verbraucher 9a, 9b an die Laststeuereinheit 3 zu übertragen. Das mobile Steuergerät 2b, das direkt mit dem lokalen Netzabschnitt 8 verbunden ist, ist darüber hinaus dazu eingerichtet, die Leistungsdaten kabellos an die Laststeuereinheit 3 zu übertragen. Das stationäre Steuergerät 2a ist in dieser Ausführungsform ausschließlich elektrisch mit der Energiespeichereinrichtung 12 und der Energieerzeugungseinrichtung 11 verbunden und weiter dazu eingerichtet, eine Abgabe von elektrischer Leistung an mindestens einen Verbraucher 9a, 9b oder an den lokalen Netzabschnitt 8 aktiv zu veranlassen. Alternativ kann das stationäre Steuergerät 2a elektrisch und kommunikationstechnisch mit der Energieerzeugungseinrichtung 11 und/oder der Energiespeichereinrichtung 12 gekoppelt sein, so dass das Steuergerät 2a die Energieerzeugungseinrichtung 11 und/oder die Energiespeichereinrichtung 12 passiv dazu veranlassen kann eine elektrische Leistung dem lokalen Netzabschnitt oder einem mit dem stationären gekoppelten Steuergerät 2a gekoppelten Verbraucher 9a, 9b bereitzustellen. Demgegenüber sind alle Steuergeräte 2a, 2b, 2c dieser Ausführungsform dazu eingerichtet, die Verbraucher 9a, 9b, 9c, 9d passiv dazu zu veranlassen, ihren Ist-Leistungsverbrauch an einen Ziel-Leistungsverbrauch anzupassen, wobei die Verbraucher 9a, 9b, 9c, 9d ebenfalls derart kommunikationstechnisch mit den Steuergeräten 2a, 2b, 2c gekoppelt sind. Bei einer passiven Anpassung des elektrischen Ist-Leistungsverbrauch der Verbraucher 9a, 9b, 9c, 9d kann durch eine von dem Verbraucher 9a, 9b, 9c, 9d intern veranlasste Verringerung oder Steigerung der Ladeleistung sein.
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Die Steuergeräte 2a, 2b, 2c können eine Ein- und Ausgabevorrichtung aufweisen, die es ermöglicht, einem Benutzer Leistungsdaten und/oder Rundsteuerdaten anzuzeigen. Des Weiteren können die Steuergeräte 2a, 2b, 2c eine Schnittstelle aufweisen, über die historische sowie aktuelle Leistungsdaten und/oder Rundsteuerdaten an ein mit dem Steuergerät 2a, 2b, 2c gekoppeltes Endgerät des Benutzers gesendet werden. Beispielsweise können Auswertungen oder Benachrichtigungen in Verbindung mit den Leistungsdaten und/oder den Rundsteuerdaten an ein mobiles Endgerät wie ein Smartphone oder ein Tablet des Benutzers des Steuergeräts 2a, 2b, 2c gesendet und darauf dargestellt werden. Ferner ist es vorgesehen, dass der Benutzer des Steuergeräts 2a, 2b, 2c mittels der Eingabevorrichtung des Steuergeräts 2a, 2b, 2c oder über die Schnittstelle und mit dem gekoppelten Endgerät vorbestimmte Bedingungen definiert und diese in dem Steuergerät verarbeitet und gespeichert werden. Die Leistungsdaten können die von dem Benutzer definierten vorbestimmten Bedingungen aufweisen und damit an die Laststeuereinheit 3 gesendet werden, die die Leistungsdaten empfängt, verarbeitet und speichert. Ebenfalls kann der Benutzer mittels der Eingabevorrichtung oder mittels des mobilen Endgeräts Zeitintervalle bestimmen, die von dem Steuergerät 2a, 2b, 2c verarbeitet und gespeichert werden. Dabei können die Leistungsdaten die von dem Benutzer manuell bestimmten Zeitintervalle aufweisen und an die Laststeuereinheit 3 zur Verarbeitung gesendet werden. Des Weiteren können mittels der Eingabevorrichtung und/oder des mobilen Endgeräts dem Steuergerät 2a eine geographische Adresse zugewiesen werden. Über die Eingabevorrichtung und die Schnittstelle des Steuergeräts 2a, 2b, 2c können im Allgemeinen Leistungsdaten von dem Benutzer manuell eingegeben werden.
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Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel werden vorbestimmte Rundsteuerdaten durch die Netzsteuereinheit 1 mittels Rundsteuersignal 6 zentral in das Stromnetz ausgesendet. Das Rundsteuersignal 6 wird in den Rundsteuerempfängern der jeweiligen dezentralen Steuergeräte 2a, 2b, 2c empfangen und verarbeitet.
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Die Laststeuereinheit 3 sendet in diesem Ausführungsbeispiel zum Beispiel in vorbestimmten Zeitabständen wie 0,2 s bis 5 s die Leistungsdaten der Verbraucher 9a, 9b, 9c, 9d als Rückmeldung an die Netzsteuereinheit 1. Auf diese Weise erhält der Netzbetreiber nicht nur über die Veränderung der Last in dem lokalen Netzabschnitt 8, sondern auch über die Laststeuereinheit 3 eine Rückmeldung, dass die Last gemäß Vorgabe verändert bzw. angepasst wurde.
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Die Leistungsdaten der Verbraucher 9a, 9b, 9c, 9d umfassen nicht nur den aktuellen Leistungsverbrauch, sondern auch deren maximale und minimale Leistungsaufnahme. Die Laststeuereinheit 1 kann anhand dieser Leistungsdaten einen Ziel-Leistungsverbrauch ermitteln, der den maximalen bzw. uneingeschränkten Leistungsverbrauch des Verbrauchers 9a, 9b, 9c, 9d oder den minimalen Verbrauch von Leistung im Verbraucher darstellt. Wenn der minimale Verbrauch des Verbrauchers 9a, 9b, 9c, 9d null ist, so kann die Laststeuereinheit 1 auf Basis dieser Leistungsdaten einen vorgegebenen Ziel-Leistungsverbrauch von null feststellen und dadurch umsetzen, dass das Gerät abgeschaltet bzw. heruntergefahren wird.
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Nachfolgend soll ein Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Die Bezeichnung der einzelnen Schritte nimmt Bezug auf den oben beschriebenen Verfahrensablauf, der auch in den angefügten Ansprüchen aufgeführt ist.
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Zunächst wird in Schritt a) die elektrische Ist-Leistung der Verbraucher 9a, 9b, 9c, 9d in dem lokalen Netzwerk 8 in vorbestimmten Zeitintervallen durch die Steuergeräte 2a, 2b, 2c ermittelt. Neben dem Ist-Leistungsverbrauch wird die erzeugte Ist-Leistung der Energieversorgungseinrichtung 11 und die Ist-Kapazität der Energiespeichereinrichtung 12 durch das stationäre Steuergerät 2a ermittelt. Tritt eine vorbestimmte Bedingung ein wie beispielsweise das elektrische Verbinden eines neuen Verbrauchers 9a, 9b, 9c, 9d mit Steuergerät 2a, 2b, 2c mit dem Stromnetz, dann wird entsprechend auch der Ist-Leistungsverbrauch des neu hinzugekommenen Verbrauchers 9a, 9b, 9c, 9d durch das Steuergerät 2a, 2b, 2c ermittelt. Ferner werden in vorbestimmten Zeitintervallen, beispielswiese 0,2 s bis 5 s die geographischen Daten der Steuergeräte 2a, 2b, 2c beziehungsweise der mit den Steuergeräten 2a, 2b, 2c gekoppelten Verbrauchern 9a, 9b, 9c, 9d ermittelt.
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Diese in Schritt a) generierten Leistungsdaten werden in Schritt b) über das Kommunikationsnetzwerk 4 an die Laststeuereinheit 3 übermittelt und dort in Schritt c) empfangen, verarbeitet und gespeichert. Die Schritte a) bis c) stellen somit eine kontinuierliche Überwachung aller Verbraucher 9a, 9b, 9c, 9d in dem lokalen Netzabschnitt 8 sicher, die mit einem Steuergerät 2a, 2b, 2c verbunden sind. Die jeweiligen Leistungsdaten der Verbraucher werden gegebenenfalls durch das entsprechende Steuergerät ergänzt und dann an die Laststeuereinheit übermittelt, so dass dort immer ein im Wesentlichen aktueller Verbrauchszustand des lokalen Netzabschnitts 8 gespeichert und verarbeitbar ist.
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Sobald der Netzbetreiber des Stromnetzes, das den lokalen Netzabschnitt 8 umfasst, eine Überlastung des lokalen Netzabschnitts 8 in Schritt d) feststellt, so sendet die Netzsteuereinheit 1 ein Rundsteuersignal 6 in das Stromnetz, also auch in den lokalen Netzabschnitt 8. Das Rundsteuersignal 6 umfasst die codierten Rundsteuerdaten, die Befehle zur Anpassung des elektrischen Verbrauchs in dem gesamten Stromnetz und insbesondere im lokalen Netzabschnitt 8 aufweisen. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel betreffen die Rundsteuerdaten beispielsweise den aktuell möglichen Ist-Leistungsverbrauch und die Option der Einspeisung von elektrischer Leistung in den lokalen Netzabschnitt 8.
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In Schritt e) werden die Rundsteuersingale 6 von den Steuergeräten 2a, 2b, 2c im lokalen Netzabschnitt 8 empfangen, verarbeitet und gespeichert.
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Anschließend werden Leistungsdaten von den Steuergeräten 2a, 2b, 2c über das Kommunikationsnetzwerk 4 an die Laststeuereinheit 3 in Schritt f) gesendet, wobei die Leistungsdaten nun die Rundsteuerdaten aufweisen. Die Laststeuereinheit 3 empfängt, verarbeitet und speichert die Leistungsdaten.
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Unabhängig von dem Empfang der Rundsteuerdaten oder des Rundsteuersignals 6 werden Leistungsdaten, die individuelle Verbraucher 9a, 9b, 9c, 9d kennzeichnen, den Ist-Leistungsverbrauchsverbrauch des jeweiligen Verbrauchers 9a, 9b, 9c, 9d und dessen minimalen und maximalen elektrischen Leistungsverbrauch sowie vorbestimmte Verbrauchsbedingungen, die beispielsweise manuell von dem Benutzer definiert wurden, von der Laststeuereinheit 3 an die Netzsteuereinheit 1 über das Kommunikationsnetzwerk 4 gesendet. Die Verbrauchsinformationen über alle Verbraucher im lokalen Netzabschnitt 8 stehen so der Netzsteuereinheit 1 quasi in Echtzeit zur Verfügung.
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Als nächsten Ablaufvorgang ermittelt die Laststeuereinheit 3 in Schritt h) auf Grundlage aller empfangenen Leistungsdaten und auf Basis von historischen Leistungs- und Rundsteuerdaten einen verbraucherindividuellen Ziel-Leistungsverbrauch sowie eine verbraucherindividuelle Ziel-Leistungs-Zeitspanne. Entsprechend sorgen die jeweiligen Steuergeräte 2a, 2b, 2c durch Signalisierung dafür, dass die gekoppelten Verbraucher 9a, 9b, 9c, 9d ihren aktuellen Ist-Leistungsverbrauch an den ermittelten Zielleistungsverbrauch anpassen. Weiter wird in der Ermittlung des verbraucherindividuellen Ziel-Leistungsverbrauchs und der Ziel-Leistungs-Zeitspanne der mit dem Steuergerät 2a gekoppelten Verbraucher 9a, 9b die Ist-Leistung der Energieerzeugungseinrichtung 11 und die Ist-Kapazität der Energiespeichereinrichtung 12 berücksichtigt. Die Laststeuereinheit 3 ermittelt für die Energieerzeugungseinrichtung 11 und die Energiespeichereinrichtung 12 einen Einspeisezeitpunkt, eine Einspeisedauer und eine Einspeiseleistung in den lokalen Netzabschnitt 8.
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Die in Schritt h) generierten Leistungsdaten, die einen verbraucherindividuellen Ziel-Leistungsverbrauch, eine verbraucherindividuelle Ziel-Leistungs-Zeitspanne, einen Einspeisezeitpunkt und eine Einspeisedauer einer Einspeiseleistung umfassen, werden nachfolgend in Schritt i) über das Kommunikationsnetzwerk 4 von der Laststeuereinheit 3 an die entsprechenden Steuergeräte 2a, 2b, 2c gesendet.
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Die Steuergeräte 2a, 2b, 2c empfangen, verarbeiten und speichern diese verbraucherindividuellen Leistungsdaten in Schritt j), woraufhin diese die entsprechenden Verbraucher 9a, 9b, 9c, 9d dazu passiv veranlassen, ihren Ist-Leistungsverbrauch innerhalb der Ziel-Leistungs-Zeitspanne an den Ziel-Leistungsverbrauch anzupassen. Beispielsweise enthalten die Leistungsdaten für die Steuergeräte 2c, 2b Befehle zum sofortigen Herunterfahren der gekoppelten Verbraucher 9c, 9d innerhalb einer Ziel-Leistungs-Zeitspanne von z. B. 10 s. Dagegen enthalten die Leistungsdaten für den stationären Verbraucher 9b keinen veränderten Ziel-Leistungsverbrauch. Weiter veranlasst in diesem Ausführungsbeispiel das Steuergerät 2a die Energieerzeugungseinrichtung 11 und die Energiespeichereinrichtung 12 dazu, zu einem von der Laststeuereinheit 3 bestimmten Einspeisezeitpunkt über eine bestimmte Einspeisedauer eine bestimmte Einspeiseleistung dem lokalen Netzabschnitt 8 zur Stabilisierung zur Verfügung zu stellen.
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In Schritt k) besteht die Möglichkeit, das Verfahren insgesamt oder nur teilweise zu wiederholen, bis eine ausreichende Stabilität des lokalen Netzabschnitts 8 erreicht ist. Hierdurch entsteht ein geschlossener Regelkreis zur Stabilisierung des lokalen Netzabschnitts 8. Ist erneut ausreichend Leistung für den bzw. in dem lokalen Netzabschnitt 8 vorhanden, so werden die ermittelten Ziel-Leistungsverbräuche der Verbraucher 9a, 9b, 9c, 9d über die oben genannten Schritte angepasst.
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Wie oben beschrieben besteht auch die Möglichkeit, dass die Netzsteuereinheit 1 mit der Laststeuereinheit 3 direkt kommuniziert, d.h. bidirektional Daten austauscht. Dadurch wird es möglich, dass Rundsteuerdaten von der Netzsteuereinheit 1 per Rundsteuertechnik über das Stromnetz ausgesendet werden, sondern dass die Netzsteuereinheit 1 gezielt Steuerdaten an die Laststeuereinheit 3 kommuniziert, um so den elektrischen Leistungsverbrauch von bestimmten Verbrauchern 9a, 9b, 9c, 9d separat bzw. einzeln oder in Gruppen zu steuern. Ergebnis ist eine wesentlich detailliertere und feinere Verbrauchssteuerung. Beispielsweise ist es dadurch möglich, einem lokalen Netzabschnitt mitzuteilen, dass zu bestimmten Zeiten besonders viel Leistung zu einem besonders günstigen Preis zur Verfügung steht, falls z. B. besonders viel Wind- oder Solarenergie zur Verfügung steht. Die Laststeuereinheit 3 verfügt hier über ausreichend Daten, zu entscheiden, welche Verbraucher über ihre aktuelle Verbrauchshöhe hinaus noch zusätzlich Leistung aufnehmen können. Dies kann für Elektrofahrzeuge besonders interessant sein, die mehrere Stunden an einer Ladestation stehen und nur die Vorgabe haben, zu einem bestimmten Zeitpunkt volle Energiespeicher aufzuweisen.
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Bezugszeichenliste:
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- K
- Kraftwerk
- T
- Transformator
- 1
- Netzsteuereinheit
- 2a
- Steuergerät
- 2b
- Steuergerät
- 2c
- Steuergerät
- 3
- Laststeuereinheit
- 4
- Kommunikationsnetzwerk
- 5
- Niederspannungsnetz
- 6
- Rundsteuersignal
- 7
- Gebäude
- 8
- lokaler Netzabschnitt
- 9a
- Verbraucher
- 9b
- Verbraucher
- 9c
- Verbraucher
- 9d
- Verbraucher
- 11
- Energieerzeugungseinrichtung
- 12
- Energiespeichereinrichtung
