Beschreibung description
Verfahren zur Verbesserung der Auslastung eines Method for improving the utilization of a
Niederspannungsnetzes Low voltage network
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Auslastung eines Niederspannungsnetzes unter Verwendung eines Kommunikationsnetzes zwischen Komponenten des The invention relates to a method for improving the utilization of a low voltage network using a communication network between components of the
Niederspannungsnetzes . Low voltage network.
Niederspannungsnetze sind ein Teil des Stromnetzes zur Low voltage grids are part of the electricity grid
Verteilung der elektrischen Energie an den größten Teil der elektrischen Endverbraucher, der aus Niederspannungsgeräten besteht. Um Spannungsverluste zu vermeiden, sind Distribution of electrical energy to most of the final electrical consumers consisting of low voltage equipment. To avoid voltage losses are
Niederspannungsnetze in der räumlichen Ausdehnung auf einen Bereich von einigen 100 m bis zu einigen wenigen Kilometern beschränkt. Sie werden daher regional über Low-voltage networks in the spatial extent limited to a range of some 100 m to a few kilometers. They will therefore be regional over
Transformatorenstationen aus einem übergeordneten Transformer stations from a parent
Mittelspannungsnetz gespeist. Sie werden in Europa Fed medium voltage network. They are in Europe
üblicherweise mit einer Netzspannung von 230 V (zwischen jedem Außenleiter und dem Neutralleiter) bzw. 400 V (zwischen den drei Außenleitern), jedenfalls aber nur bis zu 1000 V betrieben. Bemessungsleistungen einzelner Usually operated with a mains voltage of 230 V (between each phase conductor and the neutral conductor) or 400 V (between the three outer conductors), but in any case only up to 1000 V. Rated power of individual
Ortsnetztransformatoren können je nach Zielnetzplanung des jeweiligen Verteilnetzbetreibers variieren, liegen aber typischer Weise bei 250 oder 400 kVA für ländliche Gebiete und 630 oder 800 kVA für innerstädtische Gebiete. Local grid transformers may vary depending on the destination grid planning of the respective distribution system operator, but are typically 250 or 400 kVA for rural areas and 630 or 800 kVA for inner city areas.
Der Begriff Niederspannungsnetz im Sinne dieser Erfindung bezeichnet einen Teil des Verteilernetzes, also einen The term low-voltage network in the sense of this invention designates a part of the distribution network, ie one
Abschnitt, der von einem bestimmten Ortsnetztransformator mit elektrischer Energie versorgt wird. Section that is powered by a particular local power transformer with electrical energy.
Komponenten des Niederspannungsnetzes können sein: Components of the low-voltage network can be:
Stromerzeuger (z.B. Photovoltaikanlagen, Generators (e.g., photovoltaic systems,
Kleinwindkraftanlagen), Speicher (z.B. Batterien,
Wärmepumpen), z.B. Ladestationen für Elektrofahrzeuge, flexible Verbraucher (z.B. elektrische Speicherheizungen, Gebäude mit und ohne Gebäudeautomationssystem und Small wind turbines), storage (eg batteries, Heat pumps), eg charging stations for electric vehicles, flexible consumers (eg electric storage heaters, buildings with and without building automation system and
entsprechenden Aktoren (= Wandler oder Antriebselemente, setzen elektrische Energie in mechanische Bewegung oder andere physikalische Größen (z. B. Druck oder Temperatur) um) ) und Netzbetriebsmittel (Transformatoren, Leitungen, Sicherungen, Messgeräte wie Smart Meter, usw.). corresponding actuators (= converters or actuators) convert electrical energy into mechanical motion or other physical quantities (eg pressure or temperature)) and network equipment (transformers, lines, fuses, meters such as smart meters, etc.).
Stand der Technik State of the art
Der klassische Netzbetrieb bei der Elektrizitätsversorgung ist durch die zunehmende Durchdringung mit dezentralen, meist erneuerbaren, Energieerzeugungsanlagen (DEA, üblicher Weise im Leistungsbereich von 3 bis 100 kW) vor große The classical grid operation in the electricity supply is due to the increasing penetration of decentralized, usually renewable, power generation plants (DEA, usually in the power range from 3 to 100 kW) before large
Herausforderungen gestellt. Hinzu kommen die Entwicklung der Elektromobilität und damit eine Verstärkung der Substitution von anderen Energieübertragungsformen durch Elektrizität. Das sogenannte „Smart Grid" wird als Lösung für diese Challenges posed. Added to this is the development of electromobility and thus an increase in the substitution of other forms of energy transmission with electricity. The so-called "smart grid" will be the solution for this
Problemstellungen gesehen. Das Smart Grid oder intelligente Stromnetz umfasst die kommunikative Vernetzung und Steuerung von Stromerzeugern, Speichern, elektrischen Verbrauchern und Netzbetriebsmitteln in Energieübertragungs- und Seen problems. The smart grid or intelligent power network includes the communicative networking and control of power generators, storage, electrical consumers and network resources in energy transmission and power
Energieverteilungsnetzen der Elektrizitätsversorgung. Energy distribution networks of the electricity supply.
In Zukunft werden sogenannte „Smart Buildings", auch als intelligente Häuser oder intelligente Gebäude bezeichnet, ebenfalls Komponenten wie fluktuierende Erzeuger (z.B. In the future, so-called "smart buildings", also referred to as smart homes or smart buildings, will also include components such as fluctuating generators (e.g.
Photovoltaikanlagen, Kleinwindkraftanlagen) , flexible Photovoltaic systems, small wind turbines), flexible
Verbraucher und Speicher für elektrische Energie enthalten, oder etwa die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge . Das Gebäude wird „smart" bzw. intelligent durch den Einsatz eines modernen Gebäudeautomationssystems. Gebäudeautomation umfasst die Gesamtheit von Überwachungs- , Steuer-, Regel- und Consumers and storage for electrical energy included, or about the charging infrastructure for electric vehicles. The building becomes "smart" or intelligent through the use of a modern building automation system.Building automation encompasses the entirety of monitoring, control, and control systems
Optimierungseinrichtungen in Gebäuden. Ziel ist es, Optimization facilities in buildings. The aim is,
Funktionsabläufe komponentenübergreifend selbstständig Functional sequences independent of components across components
(automatisch) und nach vorgegebenen Einstellwerten
(Parametern) durchzuführen. Alle Sensoren, Aktoren, (automatically) and according to preset settings (Parameters). All sensors, actuators,
Bedienelemente, Verbraucher und andere technische Einheiten im Gebäude werden miteinander vernetzt. Abläufe können in Szenarien zusammengefasst werden. Kennzeichnendes Merkmal ist die durchgängige Vernetzung mittels eines Bussystems. Controls, consumers and other technical units in the building are networked together. Processes can be summarized in scenarios. Characteristic feature is the continuous networking by means of a bus system.
Die Gebäudeautomationssysteme der Smart Buildings, bzw. die Energiemanagementsysteme als Teil der The building automation systems of the Smart Buildings, or the energy management systems as part of the
Gebäudeautomationssysteme, müssen daher für die einzelnen Komponenten des Gebäudes den Eigenbedarf elektrischer und thermischer Energie optimieren, lokale (auf das Gebäude bezogene) Prognosen erstellen und flexible Tarif orgaben, die markt- bzw. auch netzspezifische Anteile aufweisen, Building automation systems must therefore optimize the internal requirements of electrical and thermal energy for the individual components of the building, create local (building-related) forecasts and have flexible tariff allocations which have market-specific or network-specific proportions.
berücksichtigen . consider .
Bei Elektrizitätserzeugungsanlagen > 100kW ist etwa in In electricity generating plants> 100kW is about in
Deutschland aufgrund der sogenannten Germany due to the so-called
Mittelspannungsrichtlinie (Richtlinie für Anschluss und Medium Voltage Directive (Directive for connection and
Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz) vorgesehen, dass die Elektrizitätserzeugungsanlagen von sich aus zur statischen und dynamischen Netzstabilisierung Parallel operation of generation plants on the medium-voltage network) provided that the electricity generation plants on their own for static and dynamic grid stabilization
beitragen müssen. Ähnliche Vorgaben könnten daher in Zukunft auch kleinere Elektrizitätserzeugungsanlagen, etwa solche in Smart Buildings, treffen. need to contribute. Similar requirements could therefore be met in future by smaller electricity generation plants, such as those in smart buildings.
Darüber hinaus können in Deutschland Verteilnetzbetreiber die dezentrale Erzeugung von elektrischer Energie drosseln, wenn die Netzrandbedingungen es erfordern. Der aktuelle Trend beim Ausbau der dezentralen Energieerzeugung und die parallele Verzögerung beim Ausbau der Netze lassen es wahrscheinlich erscheinen, dass von dieser Möglichkeit zunehmend Gebrauch gemacht wird. In addition, distribution grid operators in Germany can restrict the decentralized generation of electrical energy if the network constraints require it. The current trend in decentralized power generation and the parallel delay in grid development make it likely that this will be increasingly used.
Gleichzeitig stehen die energieerzeugenden Einheiten in zunehmend komplexeren Zusammenhängen, z.B. ein At the same time, the energy producing units are in increasingly complex contexts, e.g. one
Blockheizkraftwerk erzeugt elektrische Energie und Wärme für ein Fernwärmenetz und/oder es wird zusätzlich zur Combined heat and power plant generates electrical energy and heat for a district heating network and / or it is in addition to
Wasseraufbereitung eingesetzt. Ein etwaiger Eingriff des
Verteilnetzbetreibers des elektrischen Netzes erfolgt jedoch blind (im Hinblick z.B. auf das Blockheizkraftwerk), sodass ungewollte Kaskaden entstehen können. So kann etwa der Water treatment used. A possible intervention of the Distribution grid operator of the electrical network, however, is blind (with regard to, for example, the combined heat and power plant), so that unwanted cascades can arise. So can about the
Netzbetreiber des elektrischen Verteilnetzes dem Network operator of the electric distribution network
Blockheizkraftwerk eine Reduktion der Lieferung elektrischer Energie vorschreiben, was zur Folge hat, dass auch weniger Fernwärme geliefert wird, was aber vom Betreiber des Cogeneration plant prescribe a reduction in the supply of electrical energy, with the result that less district heating is supplied, but by the operator of the
Fernwärmenetzes nicht gewünscht oder vorgesehen ist. District heating network is not desired or intended.
Ein zu lösendes Problem besteht darin, das von außen One problem to solve is that of the outside
verpflichtend vorgeschriebene Drosseln der Energie im obligatory mandatory energy chokes
Niederspannungsnetz so lange wie möglich hinauszuzögern. Ein Niederspannungsnetz weist verschiedene aktive Komponenten auf, die im Niederspannungsnetz zusammenarbeiten. Es gibt mehrere Arten von Verbrauchern, Erzeugern und Mischformen. Die angeschlossenen Gebäude können keine fernauslesbaren Zähler aufweisen, mit einem sogenannten „Smart Meter" Delay the low-voltage grid as long as possible. A low voltage network has several active components that work together in the low voltage grid. There are several types of consumers, producers and hybrids. The connected buildings can not have remote-readable counters, with a so-called "smart meter"
ausgestattet oder auch mit einem Gebäudemanagementsystem ausgestattet sein. Weiters gibt es den Verteilnetzbetreiber, der einen, womöglich regelbaren, Ortsnetztransformator (RONT) und damit das gegenständliche Niederspannungsnetz betreibt. Alle diese Komponenten bilden zusammen den lokalen Abzweig, in dem die Netzrandbedingungen eingehalten werden müssen. Überregional agieren sogenannte Virtual Power Plants (VPP) , die unabhängig von der lokalen Situation elektrische Energie kaufen und verkaufen. equipped or equipped with a building management system. Furthermore, there is the distribution network operator who operates a, possibly adjustable, local network transformer (RONT) and thus the subject low-voltage network. All these components together form the local branch in which the network boundary conditions must be observed. Nationwide, so-called Virtual Power Plants (VPP) operate, which buy and sell electrical energy regardless of the local situation.
Keine der oben genannten Komponenten kann etwaige None of the above components can be any
Netzprobleme ohne Drosselung beheben. Das VPP kennt die lokalen Netze und damit das gegenständliche Correct network problems without throttling. The VPP knows the local networks and thus the objective
Niederspannungsnetz nicht. Der Verteilnetzbetreiber kennt weder die Einspeisefahrpläne der Erzeuger noch die Verträge zwischen den Erzeugern und den VPPs . Es können sich im Falle von Drosselungen also Nachteile im Sinne von Low voltage network not. The distribution system operator knows neither the producers' feed-in schedules nor the contracts between the producers and the VPPs. It can be in the case of throttling so disadvantages in terms of
Ausgleichsenergiekosten für einzelne Marktteilnehmer bzw. den VPP-Betreiber ergeben, da die geplanten Fahrpläne nicht eingehalten werden können. Auf der anderen Seite können die Fahrpläne der VPP bisher nicht in der strategischen Planung
des Niederspannungsnetzes berücksichtigte Netzbelastungen verursachen, die zu einer Überlastung des Compensation energy costs for individual market participants or the VPP operator result because the planned timetables can not be met. On the other hand, the schedules of VPP so far may not be in strategic planning of the low - voltage grid, which can lead to overloading of the network
Niederspannungsnetzes führen können. Bisher wurden z.B. Wechselrichter mit einer P/Q-Low-voltage network. So far, e.g. Inverter with a P / Q
Einspeisebegrenzung ausgestattet, die verhindert, dass bei einer lokalen Grenzwertüberschreitung zu viel Leistung in das Niederspannungsnetz eingespeist wird. Damit ist dann zwar lokal die Einhaltung der Netzrandbedingungen sichergestellt, aber es ist weder sicher, dass die Drosselung dieser Feed-in limit, which prevents too much power from being fed into the low-voltage grid when a local limit value is exceeded. Thus, although the local boundary conditions are then ensured locally, but it is not certain that the throttling of this
Komponente ausreichend ist, noch, dass nicht zu stark Component is sufficient, nor that not too strong
gedrosselt wird und dadurch weniger Energie als möglich gewonnen wird. is throttled and thus less energy is gained as possible.
Einen Versuch, die Marktaufsieht und die Netzaufsicht zu entflechten, stellt die sogenannte „Netzampel" dar. Die An attempt to disentangle the market and to disentangle the network supervision represents the so-called "network traffic lights"
Zustände rot, gelb und grün spiegeln den jeweiligen States red, yellow and green reflect the respective
Netzzustand wider. Die einzelnen Komponenten, insbesondere die Erzeuger, können nur im Zustand grün, wo aus Netzsicht keine Beschränkungen vorliegen und alle Marktmechanismen ohne Einschränkung eingesetzt werden können, oder im Zustand rot, wo die Netzrandbedingungen harte Vorgaben für die Einspeisung verlangen und dadurch Marktmechanismen für beschränkte Zeit lokal eingeschränkt sind, arbeiten. Im gelben Zustand kann innerhalb der Netzrandbedingungen eine marktbasierende Network state. The individual components, in particular the generators, can only be in the green state, where there are no restrictions from the network view and all market mechanisms can be used without restriction, or in the state red, where the network constraints demand hard requirements for the supply and thus local market mechanisms for a limited time are restricted, work. In the yellow state, within the network boundary conditions, a market-based
Optimierung der Auslastung des Niederspannungsnetzes Optimization of the utilization of the low-voltage network
vorgenommen werden, also eine Optimierung der von den be made, so an optimization of the
einzelnen Komponenten (z.B. der Erzeuger im individual components (e.g., the producer in the
Niederspannungsnetz) oder den einzelnen Marktteilnehmern (z.B. VPP, ONS) gelieferten Energie im Hinblick auf den gerade geltenden Energiepreis. Low-voltage grid) or the energy supplied to the individual market participants (for example VPP, ONS) with regard to the currently valid energy price.
Diese Aufgabe der Optimierung im gelben Zustand könnte nun den VPPs übertragen werden. Dies ist aber nicht zielführend, weil dadurch allen Marktteilnehmern in diesem This task of optimizing in the yellow state could now be transferred to the VPPs. However, this is not expedient, because it allows all market participants in this
Niederspannungsnetz vorgeschrieben würde, an wen sie ihre Energie verkaufen müssen. Wenn mehr als ein VPP im Low-voltage grid would dictate to whom they need to sell their energy. If more than one VPP in the
betrachteten Niederspannungsnetz (= einem Abzweig des
b considered low voltage network (= a branch of the b
allgemeinen Niederspannungsnetzes) tätig ist, müssten diese zusammenarbeiten, auch wenn sie von unterschiedlichen general low-voltage network), they would have to work together, even if they were different
Marktteilnehmern betrieben werden. Diese Vermischung von marktorientiertem und netzorientiertem Verhalten mit mehreren Beteiligten lässt sich nicht sauber trennen und birgt Operated by market participants. This mixture of market-oriented and network-oriented behavior with several participants can not be separated and harbors clean
regulatorische Probleme in sich mit Hinblick auf die regulatory issues in terms of the
Entbündelung (Trennung von Netz und Vertrieb in Unbundling (separation of network and distribution in
Energieversorgungsunternehmen) . Eine Zwischenstufe, bei der ohne harte Vorgaben versucht wird, die Betriebsmittel optimal auszunutzen und, trotz starker Einspeisung seitens DEA, die Netzrandbedingungen einzuhalten, gibt es noch nicht. Alternativ besteht die Möglichkeit der zentral koordinierten Drosselung der Erzeuger durch den Netzbetreiber. Diese kann aber die lokalen Zustände der Erzeuger nicht berücksichtigen. Energy supply company). An intermediate stage in which attempts are made without hard specifications to make optimum use of the resources and, despite strong feed-in from DEA, to comply with the network boundary conditions, does not yet exist. Alternatively, there is the possibility of centrally coordinated throttling of the producers by the grid operator. However, this can not take into account the local conditions of the producers.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die technischen The aim of the present invention is to provide the technical
Anforderungen des Niederspannungsnetzes zu erfüllen und dabei auch, wenn möglich, den ökonomischen Aspekt zu Meet the requirements of the low-voltage grid and also, if possible, the economic aspect
berücksichtigen. Die Erfüllung der technischen Aufgabe beinhaltet die Einhaltung der Netzrandbedingungen und die Gewährleistung der ständigen Energieversorgung der consider. The fulfillment of the technical task includes compliance with the network constraints and the guarantee of the permanent power supply of the
Verbraucher. Der ökonomische Aspekt beinhaltet die Einhaltung der (z.B. seitens der VPP, der Erzeuger oder der Verbraucher) geplanten Auslastung des Niederspannungsnetzes, damit die einzelnen Komponenten möglichst ökonomisch und Consumer. The economic aspect implies compliance with the utilization of the low-voltage grid (for example by the VPP, producers or consumers) so that the individual components are as economical and efficient as possible
gewinnmaximierend agieren können. Dazu müssen die einzelnen Komponenten miteinander kommunizieren können. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei can maximize profit. For this, the individual components must be able to communicate with each other. This object is achieved by a method having the features of claim 1, wherein
- Netzdaten von steuerbaren („intelligenten") Komponenten an einen zentralen Rechner gesendet werden,
- wobei der zentrale Rechner basierend auf diesen Netzdaten eine Netzzustandsprognose und eine Auslastungsanalyse der einzelnen steuerbaren Komponenten durchführt und - network data is sent from controllable ("intelligent") components to a central computer, - Wherein the central computer based on these network data performs a network state forecast and a utilization analysis of the individual controllable components and
- einen Vergleich der Netzzustandsprognose und der a comparison of the grid condition forecast and the
Auslastungsanalyse zwischen den einzelnen steuerbaren Utilization analysis between each controllable
Komponenten durchführt, Components,
- worauf die einzelnen steuerbaren Komponenten, welche ihre Auslastung gemäß Auslastungsanalyse ändern könnten, zu einem Lastausgleich aufgefordert werden. - Whereupon the individual controllable components, which could change their utilization according to load analysis, are called upon to load balance.
Mit steuerbaren Komponenten werden hier sogenannte With controllable components are so-called
„intelligente" Komponenten bezeichnet, welche über eine eigene Steuerung (meist in Form von Software) der "Intelligent" components referred to, which has its own controller (usually in the form of software) of the
Lastaufnahme aus dem Niederspannungsnetz bzw. der Lastabgabe an das Niederspannungsnetz verfügen, z.B. virtuelle Have load pick up from the low voltage network or the load delivery to the low voltage network, e.g. virtual
Kraftwerke (Virtual Power Plants, VPP) , Photovoltaikanlagen und deren Speicher, Kleinwindkraftanlagen, Smart Meter oder Smart Buildings. Hingegen versteht man unter einer Auslastungsanalyse eine Power Plants (Virtual Power Plants, VPP), photovoltaic systems and their storage, small wind turbines, smart meters or smart buildings. On the other hand one understands under a utilization analysis a
Aufstellung der von den steuerbaren Komponenten im Netz zur Verfügung stehende Flexibilität. Es wird dabei in der Regel die aktuelle Last (Einspeisung oder Entnahme elektrischer Leistung) festgehalten sowie die maximal und/oder die minimal mögliche Last (elektrische Leistung) , die geliefert oder entnommen werden könnte. Die maximal und minimal mögliche Last hängen von der steuerbaren Komponente selbst ab, es müssen aber auch die Netzrandbedingungen eingehalten werden, z.B. darf eine Windenergieanlage nicht eine so große Leistung einspeisen, dass das Netz überlastet wird. List of the flexibility available from the controllable components in the network. As a rule, the current load (supply or removal of electrical power) and the maximum and / or minimum possible load (electrical power) that could be delivered or removed are recorded. The maximum and minimum possible load depend on the controllable component itself, but the network constraints must also be met, e.g. a wind turbine must not feed so much power that the grid is overloaded.
Das Erstellen der Auslastungsanalyse bedeutet, dass dem zentralen Rechner mit den Netzdaten auch die derzeit Creating the load analysis means that the central computer with the network data also currently
vorliegende Auslastung der steuerbaren Komponenten mitgeteilt wird, sodass gegebenenfalls die einzelnen steuerbaren present utilization of the controllable components is communicated, so possibly the individual controllable
Komponenten untereinander einen Lastausgleich innerhalb des gleichen Niederspannungsnetzes durchführen können, wobei ein
Lastausgleich üblicherweise eine Lastverschiebung oder eine Einspeiseveränderung umfasst. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Lastausgleich ebenso mit Hilfe eines weiteren Components can perform a load balance with each other within the same low-voltage network, with a Load balancing usually includes a load shift or a feed change. It should be noted that the load balancing with the help of another
Niederspannungsnetzes durchgeführt werden kann. Durch diese Vorgehensweise ist es somit möglich, den obig beschriebenen roten Zustand zu vermeiden bzw. dem roten Zustand netzintern entgegenzuwirken, wobei die von den steuerbaren Komponenten zur Verfügung stehende Flexibilität entweder ausreicht, den gelben Bereich zu halten, oder diese nicht ausreicht und der Netzbetreiber eingreifen muss. Dabei ergibt sich die Low-voltage network can be performed. This procedure thus makes it possible to avoid the above-described red state or to counteract the red state internally in the network, whereby the flexibility available from the controllable components is either sufficient to maintain the yellow range or it is insufficient and the network operator intervenes got to. This results in the
Möglichkeit, dass den Netzteilnehmern für die Abgabe von Energie ihrer steuerbaren Komponenten zum Lastausgleich von den anderen Netzteilnehmern, welche die zur Verfügung Possibility that the network subscribers for the release of energy of their controllable components for load balancing from the other network subscribers, which the available
gestellte Energie konsumieren, eine Entschädigung, consume energy, compensation,
beispielsweise in monetärer Form oder in Form eines for example, in monetary form or in the form of a
Guthabens, angeboten wird. Hierbei kann der Umtauschwert fest vorgegeben sein oder sich dynamisch nach dem aktuellen Credit, is offered. Here, the exchange value can be fixed or dynamically according to the current
Marktwert oder früheren Marktwerten richten oder durch Market value or past market values
Auktionen bestimmt werden. Für das Anbieten einer Form von Flexibilität, sprich dem Anbieten, Bereithalten und Abrufen von Energie, können vom Netzanbieter bzw. Auctions are determined. Providing some form of flexibility, ie offering, holding and retrieving energy, may be provided by the network operator or
Verteilnetzbetreiber Anreize geschaffen und ausbezahlt werden. Diese reichen von einer internen, virtuellen Währung über höhere Anschlussleistungen bis hin zu echten Distributor incentives are created and paid out. These range from an internal, virtual currency through higher connection performance to real
Geldflüssen. Cash flows.
Darüber hinaus kann mit der Erfindung eine Art In addition, with the invention, a kind
Vorstufennetzschutz erzielt werden, der im Wesentlichen aus einem zentralen Rechner (rechnergestützten System), der z.B. in einer Verteilstation des Niederspannungsnetzes Pre-stage network protection consisting essentially of a central computer (computerized system), e.g. in a distribution station of the low-voltage network
untergebracht ist, mit einer Kommunikationseinheit besteht. Dieser Vorstufennetzschutz löst zumindest zwei Aufgaben: er unterstützt erstens den Verteilnetzbetreiber in der Prognose der Netzsituation in der Zukunft, indem er Produktions- und Verbrauchsprognosen der an das Niederspannungsnetz is housed, with a communication unit. This pre-primary network protection solves at least two tasks: Firstly, it supports the distribution system operator in predicting the network situation in the future, by making production and consumption forecasts for the low-voltage grid
angeschlossenen steuerbaren Erzeuger und steuerbaren connected controllable generator and controllable
Verbraucher sammelt. Zweitens kann er die an das Consumer collects. Second, he can give that to the
Niederspannungsnetz angeschlossenen steuerbaren Erzeuger und
Verbraucher vor zukünftigen Eingriffen des Low voltage grid connected controllable generator and Consumers against future intervention of the
Verteilnetzbetreibers warnen. Die Erzeuger und Verbraucher können dann die Folgen eines solchen Eingriffes abschätzen und rechtzeitig Gegenmaßnahmen einleiten. Wenn z.B. der Verteilnetzbetreiber die Einspeisung von Energie über den Transformator des Niederspannungsnetzes in das überlagerte Mittelspannungsnetz zu einem bestimmten Zeitpunkt drosseln will, kann ab diesem Zeitpunkt mehr Energie von Erzeugern im Niederspannungsnetz oder aus Speichern in das Distribution system operator warn. Producers and consumers can then assess the consequences of such an intervention and take timely countermeasures. If e.g. The distribution system operator wants to throttle the supply of energy via the transformer of the low voltage network in the superimposed medium-voltage network at a given time, can from this point more energy from producers in the low-voltage network or from storage in the
Niederspannungsnetz eingespeist werden, und/oder die Low-voltage network can be fed, and / or the
Lastaufnahme eines Smart Buildings reduziert bzw. auf später verschoben werden. Load reduction of a smart building can be reduced or postponed to later.
Die Netzzustandsprognose kann z.B. als Ergebnis die Zustände des Niederspannungsnetzes ähnlich der Netzampel liefern: das Netz kann sich im Zustand grün befinden, wo aus Netzsicht keine Beschränkungen vorliegen, oder im Zustand rot, wo in einigen oder allen Netzknoten Verletzungen der The network state forecast may be e.g. as a result, the states of the low voltage network provide similar to the network traffic lights: the network may be in the green state, where there are no restrictions from the network view, or in the state red, where in some or all network nodes there are injuries
Netzrandbedingungen vorliegen. Im gelben Zustand sieht die Netzzustandsprognose einen roten Zustand in der Zukunft vor, wobei obig beschriebene Flexibilitäten abgerufen werden, um den roten Zustand zu verhindern. Dabei kann im gelben Zustand noch zwischen zwei weiteren Zuständen unterschieden werden, dem „gelb-grünen" Zustand, bei dem die angebotenen Network boundary conditions exist. In the yellow state, the network state forecast provides a red state in the future, with the above-described flexibilities being retrieved to prevent the red state. In the yellow state it is possible to differentiate between two further states, the "yellow-green" state, in which the offered ones
Flexibilitäten ausreichen werden, um den roten Zustand zu vermeiden, und dem „gelb-roten" Zustand, bei dem die Flexibilities will be sufficient to avoid the red state, and the "yellow-red" state in which the
angebotenen Flexibilitäten nicht ausreichen werden, um den roten Zustand zu vermeiden. Im Allgemeinen besteht eine Netzzustandsprognose z.B. aus einer Menge an Netzknoten für die jeweils existierende offered flexibilities will not be enough to avoid the red state. In general, a network state forecast is e.g. from a set of network nodes for each existing one
Zeitreihen verwendet oder durch Ersatzwertbildung auf Basis von verfügbaren Daten Zeitreihen erstellt werden.. Die wichtigsten Zeitreihen sind die Lastkurve (Einspeiseleistung und/oder Verbrauch), die zu erwartende Spannung und Time series are used or created by substitute value generation based on available data time series. The most important time series are the load curve (feed-in power and / or consumption), the expected voltage and
Ampelstufen. Bei Bedarf können auch weitere Zeitreihen wie z.B. Strom und thermische Belastung der Leitungen/Kabel in die Netzzustandsprognose einfließen.
Der zentrale Rechner führt einen Vergleich der Traffic light levels. If required, other time series such as current and thermal load on the cables / cables can also be included in the grid condition forecast. The central computer performs a comparison of
Netzzustandsprognose und der Auslastungsanalyse zwischen den einzelnen Komponenten durch und informiert die einzelnen steuerbaren Komponenten, die ihre Auslastung gemäß Network State Forecasting and Utilization Analysis between the individual components and informs the individual controllable components according to their capacity utilization
Auslastungsanalyse ändern könnten, über die erstellte Analyse und in welcher Form die einzelnen steuerbaren Komponenten einen Lastausgleich untereinander durchführen können. Somit erstellt der zentrale Rechner Prognosen, welche vorhersagen wann es zu Problemen mit der Netzsicherheit kommen wird und welche Gegenmaßnahmen notwendig sein werden. Dabei ist er in der Lage, durch das Abrufen der zur Verfügung stehenden Change the load analysis, the analysis that has been performed, and how the individual controllable components can load balance with each other. Thus, the central computer provides forecasts, which predict when it will come to problems with network security and what countermeasures will be necessary. In doing so, he is able to by retrieving the available
Flexibilität jeder einzelnen steuerbaren Komponente, dem aktuellen Netzproblem entgegen zu wirken bzw. mitzuteilen, ab wann z.B. mit Abschaltungen des Niederspannungsnetzes zu rechnen ist. Dies sichert die Netzstabilität und gibt zum anderen den Netzbetreibern und Energielieferanten Flexibility of each individual controllable component to counter or notify the current network problem, from when e.g. With shutdowns of the low-voltage network is expected. This secures the grid stability and gives to the other network operators and energy suppliers
Planungssicherheit. Alle haben somit ein Interesse an einer Partizipation am erfindungsgemäßen Verfahren. Planning security. All thus have an interest in participating in the method according to the invention.
Die Netzzustandsprognose kann unterschiedlich komplex The mesh condition forecast can be of varying complexity
ausgeführt sein: es können etwa nur die von den einzelnen steuerbaren Komponenten gelieferten Netzdaten aggregiert werden . be carried out: it can be aggregated about only the network data supplied by the individual controllable components.
Es ist auch von Vorteil, wenn die Netzzustandsprognose, welche basierend auf den Netzdaten der einzelnen steuerbaren Komponenten durchgeführt wird, durch Prognosen basierend auf Wetterdaten und/oder historischen Daten ergänzt wird. Damit kann die Netzzustandsprognose noch verfeinert werden. It is also advantageous if the network state forecast, which is performed based on the network data of the individual controllable components, is supplemented by forecasts based on weather data and / or historical data. This makes it possible to refine the grid condition forecast.
Wetterdaten erlauben es dem zentralen Rechner, die Weather data allow the central computer, the
Einspeisung von Photovoltaik- und Kleinwindkraftanlagen vorherzusagen, wenn diese die Wetterdaten nicht schon selbst in ihren Lastprognosen enthalten. Aufgrund von Wetterdaten (z.B. Verläufen der Außentemperatur) und/oder von Injection of photovoltaic and small wind turbines predict if they do not already contain the weather data in their load forecasts. Due to weather data (e.g., outside temperature curves) and / or from
historischen Daten (frühere Lastaufnahmen bzw. Lastabgaben an Tagen mit gleichen oder ähnlichen Wetterdaten oder an Tagen
gleichen Datums) kann der Verbrauch von nicht steuerbaren Verbrauchern vorhergesagt werden. historical data (previous load recordings or load deliveries on days with the same or similar weather data or on days same date), the consumption of uncontrollable consumers can be predicted.
Es kann auch vorgesehen sein, dass vom zentralen Rechner für weitere, nicht steuerbare Komponenten ein - insbesondere generisches - Lastprofil erstellt und dieses in die It can also be provided that from the central computer for further, non-controllable components a - especially generic - load profile created and this in the
Netzzustandsprognose aufgenommen wird. Damit können auch „nicht intelligente" Komponenten, wie Haushalte bzw. Gebäude ohne Smart Meter, in der Netzzustandsprognose berücksichtigt werden. Net State Forecast is recorded. This means that even "non-intelligent" components, such as households or buildings without smart meters, can be taken into account in the grid condition forecast.
Wenn bei der Erstellung der Netzzustandsprognose und/oder Auslastungsanalyse die Netztopologie berücksichtigt wird, hat dies den Vorteil, dass wesentlich selektiver einzelne Taking the network topology into account when creating the grid condition forecast and / or utilization analysis has the advantage of being much more selective
steuerbare Komponenten für die Lösung des Netzengpasses ausgewählt werden können. Somit kann als weitere controllable components can be selected for the solution of the network bottleneck. Thus, as another
Nebenbedingung auch die Verlustleistung im Netz Secondary condition also the power loss in the network
berücksichtigt werden. Als zentraler Rechner wird vorzugsweise ein eigener Rechner in der Ortsnetzstation des Niederspannungsnetzes oder in der Leitwarte des Netzbetreibers eingesetzt. Somit ist der zentrale Rechner für ein Niederspannungsnetz verantwortlich. Vom Konzept her befindet sich der zentrale Rechner in der Ortsnetzstation neben dem Transformator des be taken into account. As a central computer preferably a separate computer in the local network station of the low-voltage network or in the control room of the network operator is used. Thus, the central computer is responsible for a low-voltage network. Conceptually, the central computer is located in the local network station next to the transformer of the
Niederspannungsnetzes. Dies hat den Vorteil, dass der Rechner direkt mit der Steuerung vom Transformator verbunden ist und, im Falle von Powerline Communication (PLC) , auch die Daten von den Smart Metern und ggf. auch den Low-voltage network. This has the advantage that the computer is connected directly to the controller of the transformer and, in the case of Powerline Communication (PLC), the data from the smart meters and possibly also the
Gebäudemanagementsystemen (genauer deren Building management systems (more precisely their
Energiemanagementsystemen = Customer Energy Management Energy Management Systems = Customer Energy Management
Systemen) direkt vom PLC-Modem empfangen kann. Die Vorteile an dieser Aufstellung liegen in der räumlichen Nähe, den reduzierten Fernkommunikationsstrecken und der Tatsache, dass der Ausfall von einem Rechner nicht den ganzen Systems) directly from the PLC modem. The advantages of this setup are the proximity, the reduced distance communication links and the fact that the failure of one computer does not affect the whole
Einflussbereich des Verteilnetzbetreibers, sondern nur das vergleichsweise kleine Niederspannungsnetz betrifft.
Der Nachteil von dieser Aufstellung liegt in der großen Area of influence of the distribution system operator, but only the comparatively small low-voltage grid. The disadvantage of this lineup is the large one
Anzahl an zusätzlichen Hardwarekomponenten, die gewartet werden müssen. Eine Alternative ist das Zusammenfassen von mehreren zentralen Rechnern verschiedener Number of additional hardware components to maintain. An alternative is to combine several central computers of different
Niederspannungsnetze, z.B. durch Virtualisierung . Idealer Weise befindet sich der Virtualisierungsrechner an einem netztopologisch sinnvollen Knoten, etwa in einem Umspannwerk, bzw. Rechenzentrum. Zum Beispiel befinden sich die Low voltage networks, e.g. through virtualization. Ideally, the virtualization computer is located at a network-topologically useful node, such as a substation or data center. For example, there are the
Steuereinheiten für alle daran angeschlossenen Control units for all connected
Niederspannungsnetze im Umspannwerk bzw. Low-voltage networks in the substation or
Mittelspannungsumspannwerk. Es ist somit natürlich auch möglich, alle Niederspannungsnetze in der Leitwarte des Mittelspannungsumspannwerk. It is of course also possible to connect all low - voltage networks in the control room of the
Verteilnetzbetreibers zusammen zu fassen. Die technische Umsetzung der Zusammenfassung der Aufgaben der Rechner ist nicht auf Virtualisierung beschränkt. Wichtig ist nur, dass jedes Niederspannungsnetz von den anderen gesondert behandelt wird . Distribution system operator together. The technical implementation of the summary of tasks of computers is not limited to virtualization. It is only important that each low-voltage network is treated separately by the others.
Dabei ist es von Vorteil, wenn in regelmäßigen zeitlichen Abfolgen Netzdaten von den steuerbaren Komponenten (z.B. dem Gebäudemanagementsystem oder dem Energiemanagementsystem für Photovoltaikanlagen) an den zentralen Rechner gesendet werden, wodurch dieser immer eine aktuelle It is advantageous if network data are sent from the controllable components (for example, the building management system or the energy management system for photovoltaic systems) to the central computer at regular time intervals, whereby this data is always updated
Netzzustandsprognose berechnen kann, wobei die Zeitabstände am besten den Zeiten entsprechen, in denen erfahrungsgemäß auf Änderungen im Niederspannungsnetz reagiert werden muss. Die Zeitabstände liegen dabei vorzugsweise im Bereich von 15 Minuten bis zu einer Stunde. Eine höhere Taktung bringt den Bedarf für leistungsstärkere Rechner in den It is possible to calculate the grid condition prognosis, whereby the time intervals best correspond to the times in which experience shows that it is necessary to react to changes in the low-voltage grid. The time intervals are preferably in the range of 15 minutes to one hour. A higher clocking brings the need for more powerful computers in the
Gebäudemanagementsystemen sowie eine bessere Building management systems as well as a better
Kommunikationsanbindung und somit höhere Kosten mit sich. Dem gegenüber stehen die Netzrandbedingungen, die eine gewisse Überschreitung der Grenzen über mehrere Minuten hinweg tolerieren. Somit würden die höheren Kosten bei einem Communication connection and thus higher costs. On the other hand, there are the network boundary conditions, which tolerate a certain overshoot of the limits over several minutes. Thus, the higher costs would be at a
Zeitabstand von unter 15 Minuten nur eine vergleichsweise geringe Verbesserung des Gesamtsystems mit sich bringen. Je länger mit der Neubewertung der Situation gewartet wird, desto stärker driften Prognose und Istzustand auseinander und
es werden Entscheidungen auf Basis veralteter Informationen getätigt. Andererseits könnten längere Intervalle verwendet werden, um überregionale VPPs bzw. andere Netze stabiler integrieren zu können, beispielsweise könnten so die Time interval of less than 15 minutes only bring about a comparatively small improvement of the overall system. The longer one waits with the reassessment of the situation, the more drifting prognosis and actual state diverge and Decisions are made based on outdated information. On the other hand, longer intervals could be used to more robustly integrate supraregional VPPs or other networks, for example
Netzdaten einmal täglich zu einer bestimmten Uhrzeit an den zentralen Rechner gesendet werden, welcher nach Erstellung der Netzzustandsprognose und der Auslastungsanalyse nicht nur die steuerbaren Komponenten zur Durchführung eines Network data are sent once a day at a specific time to the central computer, which after the creation of the network state forecast and the load analysis not only the controllable components to perform a
Lastausgleiches kontaktiert, sondern gegebenenfalls auch die umliegenden Niederspannungsnetze. Load balancing contacted, but possibly also the surrounding low-voltage networks.
Die Erfindung betrifft auch ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend ein The invention also relates to a system for carrying out the method according to the invention, comprising
Kommunikationsnetz zwischen den Komponenten des Communication network between the components of
Niederspannungsnetzes und einem zentralen Rechner, wobei steuerbare Komponenten vorgesehen sind, deren Netzdaten an den zentralen Rechner gesendet werden können, und wobei der zentrale Rechner derart ausgebildet ist, dass dieser aus den Netzdaten eine Netzzustandsprognose und eine Low-voltage network and a central computer, wherein controllable components are provided, the network data can be sent to the central computer, and wherein the central computer is designed such that this from the network data, a network state forecast and a
Auslastungsanalyse der einzelnen steuerbaren Komponenten durchführen kann, und einen Vergleich der Load analysis of each controllable component, and a comparison of the
Netzzustandsprognose und der Auslastungsanalyse zwischen den einzelnen steuerbaren Komponenten durchführen kann, worauf die einzelnen steuerbaren Komponenten, welche ihre Auslastung gemäß Auslastungsanalyse ändern können, zu einem Perform grid state forecast and load analysis between the individual controllable components, whereupon the individual controllable components that can change their load according to utilization analysis, to a
Lastausgleich aufgefordert werden können. Load balancing can be requested.
Dadurch realisiert die Erfindung erstmals einen As a result, the invention realizes a first time
kommunikationsbasierten, kooperativen Netzschutz, welcher gegebenenfalls das harte Durchgreifen (z.B. Abschalten des Niederspannungsnetzes) durch zur Verfügung stellen von communication-based, cooperative network protection which, if necessary, provides for the crackdown (e.g., shutdown of the low-voltage network) by
Information in Form der Netzzustandsprognose weitgehend verhindert bzw. verringert. Falls der Durchgriff trotz einer Netzzustandsprognose nicht verhindert werden kann, so sind zumindest alle steuerbaren Komponenten bzw. alle am Information in the form of network state forecast largely prevented or reduced. If the penetration can not be prevented despite a network state prognosis, at least all controllable components or all am
Niederspannungsnetz beteiligten Komponenten darauf Low-voltage network involved components on it
vorbereitet .
Zum Beispiel kann jeder Einspeiseknoten seinen Gewinn prepared . For example, each feed-in node may have its profit
maximieren mit der Information, wann er vermutlich aufgrund von Netzproblemen seine Verträge mit einem überregionalen VPP nicht einhalten kann. Der ökonomische Schaden als Folge eines Durchgriffs kann so minimiert werden. maximize with the information, when he probably can not keep his contracts with a supraregional VPP due to network problems. The economic damage as a result of penetration can thus be minimized.
Der erfindungsgemäße Netzschutz kann zum einen regional betrieben werden, da er sich um einen kleinen Teil eines Niederspannungsverteilnetzes kümmert, und zum anderen The network protection according to the invention can on the one hand be operated regionally, since it takes care of a small part of a low-voltage distribution network, and on the other hand
überregional betrieben werden, da ein Niederspannungsnetz zum Lastausgleich die notwendige Energie eines weiteren be operated nationwide, since a low-voltage network for load balancing the necessary energy of another
Niederspannungsnetzes zur Verfügung gestellt bekommen kann. Low-voltage network can be provided.
Das Konzept basiert darauf, dass die einzelnen Komponenten Informationen nicht nur über ihren aktuellen Zustand, sondern auch über ihre Fahrpläne (also ihre geplanten zukünftigen Auslastungen) austauschen. Die Erfindung stellt einen The concept is based on the fact that the individual components exchange information not only about their current state, but also about their schedules (ie their planned future workloads). The invention provides a
Vorstufennetzschutz dar, welche das Niederspannungsnetz zwar schützt, allerdings eingreift, bevor der klassische Pre-network protection, which protects the low-voltage network, but intervenes before the classic
Netzschutz (z.B. basierend auf Fehlerstromanalyse) handeln muss . Network protection (e.g., based on fault current analysis).
Beim klassischen Netzschutz werden Fehlerströme rasch und möglichst selektiv unterbrochen. Schutzgeräte dieser Art kommen im Modell der Netzampel im roten Zustand zum Einsatz. Die Erfindung erlaubt die effiziente Auslastung der In classic network protection, fault currents are interrupted quickly and as selectively as possible. Protection devices of this type are used in the model of the network traffic light in the red state. The invention allows the efficient utilization of
Betriebsmittel des Niederspannungsnetzes bis an die Grenzen der Nennbelastbarkeit durch Aufbau eines Ampelsystems, welches ein kooperatives Verhalten der Komponenten des Equipment of the low voltage network up to the limits of the nominal load capacity by building a traffic light system, which is a cooperative behavior of the components of the
Niederspannungsnetzes ermöglicht. Vom zentralen Rechner können mit der Netzzustandsprognose auch die Low voltage network allows. From the central computer can with the network state forecast also the
Netzrandbedingungen (z.B. die Nennbelastbarkeit) an die Network edge conditions (e.g., the nominal load capacity) to the
Komponenten gesendet werden, damit diese von den Komponenten berücksichtigt werden können, also etwa nicht überschritten werden. Components are sent so that they can be taken into account by the components, so are not exceeded.
Dadurch, dass das erfindungsgemäße Verfahren bzw. System nicht auf bereits bestehenden Steuerebenen, wie den
klassischen Netzschutz oder die intelligente Ortsnetzstation, aufbaut, hat es keinen Einfluss auf den ordnungsgemäßen Due to the fact that the method or system according to the invention does not exist on already existing control levels, such as the classical network protection or the intelligent local network station, builds up, it does not affect the orderly
Betrieb dieser Elemente. Die Verwendung der Erfindung kann das Niederspannungsnetz besser betreibbar machen, eine Operation of these elements. The use of the invention can make the low voltage grid more operable, a
Verschlechterung ist nicht möglich, da dann der klassische elektrotechnische Netzschutz greifen würde. Deterioration is not possible because then the classic electrical network protection would take effect.
Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Figuren Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigen: To further explain the invention, reference is made in the following part of the description to the figures, from which further advantageous embodiments, details and further developments of the invention can be found. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung von zwei herkömmlichen Fig. 1 is a schematic representation of two conventional
Niederspannungsnetzen, Low-voltage networks,
Fig. 2 eine schematische Darstellung von zwei Fig. 2 is a schematic representation of two
erfindungsgemäßen Niederspannungsnetzen, und Fig. 3 ein Ablaufschema für das erfindungsgemäße Verfahren in Zusammenhang mit den unterschiedlichen 3 shows a flow chart for the method according to the invention in connection with the different types of low-voltage networks according to the invention
Netzzuständen gemäß der sogenannten Netzampel. Network conditions according to the so-called network traffic lights.
Ausführung der Erfindung Embodiment of the invention
Fig. 1 zeigt beispielhaft das Schema zweier gleichartiger Niederspannungsnetze 1, 2, welche über ein Energieverteilnetz 3 und jeweils einen Ortsnetztransformator 4 mit elektrischer Energie versorgt werden. Jedes Niederspannungsnetz 1, 2 verfügt über nicht steuerbare Komponenten, wie Gebäude 5 oder Haushalte, und steuerbare Komponenten, wie Smart Buildings 6 (intelligente Gebäude - sowohl Wohn- als auch Fig. 1 shows an example of the scheme of two similar low-voltage networks 1, 2, which are supplied via an energy distribution network 3 and each a local power transformer 4 with electrical energy. Each low-voltage grid 1, 2 has non-controllable components, such as buildings 5 or households, and controllable components, such as smart buildings 6 (intelligent buildings - both residential and
Gewerbegebäude), Kleinwindkraftanlagen 7, Photovoltaikanlagen 8, Ladestationen von Elektrofahrzeugen 9, kleinere Commercial buildings), small wind turbines 7, photovoltaic systems 8, charging stations of electric vehicles 9, smaller
Fertigungsstätten, landwirtschaftliche Betriebe, Manufacturing plants, farms,
Blockheizkraftwerke 21, größere Kühlanlagen 20, Gebäude mit Batteriespeicher 19. Alle Komponenten des jeweiligen
Niederspannungsnetzes 1, 2 sind über elektrische Leitungen 10 untereinander und mit dem Ortsnetztransformator 4 verbunden. Die elektrischen Leitungen 10 selbst können auch zur Combined heat and power plants 21, larger cooling systems 20, buildings with battery storage 19. All components of the respective Low-voltage network 1, 2 are connected via electrical lines 10 with each other and with the local power transformer 4. The electrical lines 10 themselves can also for
Datenübertragung zwischen den einzelnen Komponenten genutzt werden (Powerline Communication, PLC) . Data transmission between the individual components are used (Powerline Communication, PLC).
Smart Buildings 6 verfügen über ein Energiemanagementsystem, welches generell die Beschaffung, Wandlung, Verteilung und Nutzung von Energie, hier elektrischer Energie, koordiniert. Die Koordinierung erfolgt vorausschauend, organisiert, systematisch und unter Berücksichtigung ökologischer und ökonomischer Zielsetzungen. Es umfasst Organisations- und Informationsstrukturen einschließlich der dazu notwendigen technischen Maßnahmen, wie z.B. Software. Ein Smart Buildings 6 have an energy management system that generally coordinates the procurement, conversion, distribution and use of energy, in this case electrical energy. Coordination is foresighted, organized, systematic and taking into account environmental and economic objectives. It comprises organizational and information structures including the necessary technical measures, such as Software. One
Energiemanagementsystem umfasst daher gemäß Erfindung Energy management system therefore includes according to the invention
zumindest einen Computer bzw. eine SPS mit Energiemanagement- Software sowie Datenverbindungen (z.B. Datenleitungen) zu Informationsquellen, Messgeräten und den zu steuernden at least one computer or a PLC with energy management software as well as data links (e.g., data lines) to information sources, meters, and the controllers to be controlled
Komponenten des Gebäudes. Components of the building.
Weiters sind in Fig. 1 zwei Virtual Power Plants (virtuelle Kraftwerke) VPP1, VPP2 vorgesehen, welche jeweils mit Furthermore, in FIG. 1, two virtual power plants VPP1, VPP2 are provided, each with
Komponenten aus verschiedenen Niederspannungsnetzen 1, 2 verbunden sind, nämlich in diesem Beispiel mit dezentralen Energieerzeugern ( Photovoltaik 7, Windkraftanlagen 8, Components of various low-voltage networks 1, 2 are connected, namely in this example with decentralized power generators (photovoltaic 7, wind turbines 8,
Blockheizkraftwerk 21 bzw. Smart Buildings 6, sofern sie auch über Erzeugungs- und Speicheranlagen verfügen) . Ein Cogeneration Plant 21 or Smart Buildings 6, if they also have generating and storage facilities). One
virtuelles Kraftwerk ist eine Zusammenschaltung von virtual power plant is an interconnection of
dezentralen - im Allgemeinen relativ kleinen - Stromerzeugungseinheiten, wie zum Beispiel decentralized - generally relatively small - power generation units, such as
Photovoltaikanlagen, Kleinwasserkraftwerken und Photovoltaic systems, small hydropower plants and
Biogasanlagen, aber auch von kleinen Windenergieanlagen und Mini- bzw. Mikro-Blockheizkraftwerken zu einem Verbund, der nachfragegeführt elektrische Leistung bereitstellen kann. Virtuell deshalb, da das Kraftwerk mehr als einen Standort besitzt. Die Stromerzeugungseinheiten eines virtuellen Biogas plants, but also from small wind turbines and mini or micro combined heat and power plants to a network that can provide demand-led electrical power. Virtual because the power plant has more than one location. The power generation units of a virtual
Kraftwerks VPP1, VPP2 sind über eigene Datenverbindungen 11 miteinander verbunden.
Wenn nun ein - in Fig. 1 durch einen Blitz dargestelltes - Netzproblem (z.B. sehr starke Überspannung über mehrere Power plant VPP1, VPP2 are interconnected via their own data links 11. If now a - represented in Fig. 1 by a lightning - network problem (eg very strong overvoltage over several
Minuten) im ersten Niederspannungsnetz 1 auftritt, wird zuerst der regelbare Ortsnetztransformator 4 auf die unterste Stufe verstellt. Dies reicht in dem Beispiel nicht aus und der Verteilnetzbetreiber muss den Anlagen, die die Signale empfangen können (in diesem Beispiel die Smart Buildings 6) eine Reduktion der Einspeiseleistung vorschreiben. Minutes) occurs in the first low-voltage network 1, the controllable local power transformer 4 is first adjusted to the lowest level. In the example, this is not enough and the distribution system operator must prescribe a reduction of the feed-in power to the systems that can receive the signals (Smart Buildings 6 in this example).
Andernfalls verletzt er die Netzrandbedingungen und kommt seinen Qualitätsvorschriften nicht nach. Im Extremfall kann das bis zu einem Totalverbot der Einspeisung führen (vor allem, wenn viele Einspeiseanlagen dieses Signal nicht verarbeiten können) . Die betroffenen Anlagenbetreiber können somit nicht ihre im Vorfeld ausverhandelten Lieferverträge mit den VPP-Betreibern einhalten. Otherwise, he violates the network conditions and does not meet his quality requirements. In extreme cases, this can lead to a total ban on feed-in (especially if many feed-in systems can not handle this signal). The affected plant operators can therefore not comply with their pre-negotiated supply contracts with the VPP operators.
In Fig. 2 ist die gleiche Anlage wie in Fig. 1 gezeigt, jedoch verfügt in Fig. 2 jedes Niederspannungsnetz 1, 2 über einen zentralen Rechner 12, mit dessen Hilfe das In Fig. 2, the same system as shown in Fig. 1, but has in Fig. 2, each low-voltage network 1, 2 via a central computer 12, with the help of the
erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird. Der zentrale Rechner 12 ist durch ein Kommunikationsnetz 13 mit den einzelnen Komponenten des Niederspannungsnetzes 1, 2 inventive method is performed. The central computer 12 is connected by a communication network 13 to the individual components of the low-voltage network 1, 2
verbunden. Das Kommunikationsnetz 13 kann in einer connected. The communication network 13 may be in a
Ausführungsform aus den elektrischen Leitungen 10 des Embodiment of the electrical leads 10 of the
Niederspannungsnetzes 1, 2 bestehen, sodass eine Powerline Communication (PLC) verwirklicht wird. Es können jedoch für das erfindungsgemäße Verfahren auch eigene Datenverbindungen hergestellt oder andere bestehende Datenverbindungen (z.B. von Smart Metern) genutzt werden. Low-voltage network 1, 2 exist, so that a power line communication (PLC) is realized. However, for the method according to the invention, also separate data connections can be made or other existing data connections (for example from smart meters) can be used.
Es gilt wieder die gleiche Ausgangslage: die Überspannung ist in dem Netz sehr stark und kann durch Verändern der Again, the same starting position applies: the overvoltage is very strong in the network and can by changing the
Trafostufen alleine nicht ausgeglichen werden. Anders als im vorhergehenden Beispiel melden hier die Smart Buildings 6 und Erzeugungsanlagen 7, 8, 21 ihre Fahrpläne, die sie mit den jeweiligen VPP-Betreibern der virtuellen Kraftwerke VPPl, VPP2 ausgehandelt haben, an den zentralen Rechner 12 in der
jeweiligen Ortsnetzstation. Zum Beispiel senden die Gebäude und Erzeugungsanlagen um 11 Uhr am Vormittag den Trafostufen alone can not be compensated. In contrast to the previous example, here the smart buildings 6 and generating plants 7, 8, 21 report their timetables, which they have negotiated with the respective VPP operators of the virtual power plants VPP1, VPP2, to the central computer 12 in FIG respective local network station. For example, at 11am, the buildings and power plants send the
Einspeisefahrplan für den nächsten Tag (0-24h). Dieser besteht zum Beispiel aus einer Einspeiseleistung in Watt für jedes 15 Minutenzeitfenster (also 96 Werte) . In Fall von Gebäuden kann der Wert auch negativ werden - das Gebäude bezieht dann Energie vom Netz. Um ein vollständigeres Bild zu erhalten, werden für alle nicht vorab gemeldeten Infeed timetable for the next day (0-24h). This consists, for example, of a feed-in power in watts for each 15-minute time window (ie 96 values). In the case of buildings, the value can also be negative - the building then draws energy from the grid. To get a more complete picture will not be pre-announced for all
angeschlossenen Komponenten die Netzdaten aufgrund von historischen Daten und Standardnetzdaten erstellt. Connected components created the network data based on historical data and standard network data.
Mit diesen Werten kann jetzt ein gesamtes Bild über den nächsten Tag erstellt werden (wann ist mit einer Lastspitze zu rechnen, wann mit einer Einspeisespitze, wie hoch wird sie vermutlich sein, etc.) . Daraus ergibt sich dann ein These values can now be used to create an entire image over the next day (when to expect a peak load, when with a feed tip, what will it be, etc.). This then results in a
„Ampelprofil" - also eine Zeitreihe, bei der alle 15 Minuten angegeben ist, in welchem Zustand sich das "Traffic light profile" - ie a time series in which every 15 minutes is indicated, in which state the
Niederspannungsnetz wahrscheinlich befinden wird. Im Laufe des nächsten Tages wird diese Netzzustandsprognose Low voltage grid is likely to be located. Over the next day, this grid condition forecast will become
aktualisiert und an die realen Gegebenheiten angepasst. Jede neu erstellte Netzzustandsprognose wird an die Gebäude 6 und Erzeugungsanlagen 7, 8, 21 zeitnah übermittelt. updated and adapted to the real conditions. Each newly created network state forecast is transmitted to the buildings 6 and generating plants 7, 8, 21 in a timely manner.
Je früher z.B. ein intelligentes Gebäude 6 weiß, dass das Risiko besteht, dass um 12 Uhr bei der Mittagseinspeisespitze alle Einspeiser 7, 8, 21 aufgrund einer starken Überspannung abgeregelt werden, kann es seine Fahrpläne noch ändern. Eine Möglichkeit wäre, dass das virtuelle Kraftwerk VPP1, VPP2 im Vorfeld informiert wird und dieses sich auf die neue The earlier, e.g. An intelligent building 6 knows that there is a risk that all feeders 7, 8, 21 will be shut down due to a strong overvoltage at 12 o'clock at the tip of the lunch feed, it may still change its timetables. One possibility would be to inform the virtual power plant VPP1, VPP2 in advance and apply this to the new one
Situation einstellen kann. Auch könnte die gebäudeinterneSituation can adjust. Also could be the building's internal
Eigenverbrauchsoptimierung so verändert werden, dass erst zu Mittag der Heizkessel geheizt, der Kühlschrank gekühlt, das Elektrofahrzeug geladen, etc. wird. Auch wenn das unter einem idealen Netz (= es kommt niemals zu einem gelben oder roten Netzzustand) eine suboptimale Lösung wäre, so ist es ggf. besser, als eine Abregelung in einem roten Netzzustand zu riskieren. Hingegen führt der zentrale Rechner 12 in einem gelben Netzzustand eine Netzzustandsprognose und eine
Auslastungsanalyse durch. Diese Netzzustandsprognose und Auslastungsanalyse werden miteinander zwischen den einzelnen steuerbaren Komponenten 4, 6-11 verglichen, woraufhin die einzelnen steuerbaren Komponenten 4, 6-11, welche ihre Self-consumption optimization can be changed so that only at noon, the boiler is heated, the refrigerator cooled, the electric vehicle is charged, etc. will. Although this would be a suboptimal solution under an ideal network (= it never comes to a yellow or red network state), it may be better to risk a down regulation in a red network state. By contrast, the central computer 12 in a yellow network state, a network state forecast and a Utilization analysis by. This network state forecast and utilization analysis are compared with each other between the individual controllable components 4, 6-11, whereupon the individual controllable components 4, 6-11, which their
Auslastung gemäß Auslastungsanalyse ändern könnten, zu einem Lastausgleich aufgefordert werden. Werden von den Komponenten 4, 6-11 insgesamt mehr Lastausgleiche angeboten als zur Capacity utilization according to utilization analysis could be asked to load balance. Are offered by the components 4, 6-11 total more load balancing than for
Vermeidung des roten Zustands benötigt werden, wählt der zentrale Rechner 12 aus, welche Lastausgleiche durchgeführt werden. Avoiding the red state are needed, the central computer 12 selects which load balancing are performed.
Das Berücksichtigen der Netzzustandsprognose, der Taking into account the network state forecast, the
Auslastungsanalyse und der Aufforderung zum Lastausgleich erfolgt durch die Komponenten 4, 6-11, rein freiwillig und nur nach internen Kriterien. Deshalb handelt es sich um ein kooperatives System. Wenn jeder Teilnehmer rein egoistisch handelt und sein Verhalten nicht ändert, so werden alle Utilization analysis and the request for load balancing are carried out by components 4, 6-11, purely voluntarily and only according to internal criteria. Therefore, it is a cooperative system. If every participant acts purely selfish and does not change his behavior, then everyone will
Teilnehmer dafür durch Abregein bestraft. Das erfindungsgemäße Verfahren kann wie folgt in das Participants punished by Abregein. The inventive method can as follows in the
Ampelmodell, das als Diskussionsgrundlage in der Nationalen Technologieplattform Smart Grids Austria entwickelt wurde (siehe Fig. 3), eingebettet werden. Die Zustände Rot R, Gelb GE und Grün GR spiegeln dann jeweils den unterschiedlichen Netzzustand wieder. Das gleiche gilt für alle lokalen Traffic light model, which was developed as a basis for discussion in the National Technology Platform Smart Grids Austria (see Fig. 3) embedded. The states Red R, Yellow GE and Green GR then each reflect the different network state. The same is true for all local
Komponenten . Components.
Die einzelnen steuerbaren Komponenten 4, 6-11 des The individual controllable components 4, 6-11 of
Niederspannungsnetzes 1, 2 sind hier in Energieerzeuger 7, 8, 21, Elektrofahrzeuge bzw. deren Ladestationen 9, Low-voltage network 1, 2 are here in power generator 7, 8, 21, electric vehicles or their charging stations 9,
Energiespeicher 19 bzw. 22 und flexible Verbraucher 14 unterteilt. Sie alle werden über Steuerungs- und Energy storage 19 or 22 and flexible consumer 14 divided. They are all over control and
Regeleinheiten 15 gesteuert bzw. geregelt, welche über eine übergeordnete Steuerung 16 (einen Object Manager, z.B. ein Energiemanagementsystem eines Gebäudes) überwacht wird. Controlled control units 15, which is monitored by a higher-level controller 16 (an object manager, such as a building's energy management system).
Im Zustand Gelb oder Grün können marktbasierende In the state yellow or green can be market-based
Energiedienste 17, also etwa Marktmechanismen, auf die
übergeordnete Steuerung 16 einwirken. Im Zustand Grün können dabei Informationen zu Energiepreis und/oder Energiemenge ausgetauscht werden und die Steuerung 16 bzw. die Steuer- und Regelungseinheiten 15 entsprechend andere Steuerbefehle an die steuerbaren Komponenten 4, 6-11 senden. Im Zustand Gelb können Informationen zu Energiepreis und/oder elektrischer Leistung ausgetauscht werden und die Steuerung 16 bzw. die Steuer- und Regelungseinheiten 15 entsprechend andere Energy services 17, ie market mechanisms, to which acting on higher-level control 16. In the green state, information about energy price and / or amount of energy can be exchanged and the controller 16 or the control and regulation units 15 send correspondingly different control commands to the controllable components 4, 6-11. In the state yellow, information about energy price and / or electrical power can be exchanged and the controller 16 or the control and regulation units 15 according to others
Steuerbefehle an die steuerbaren Komponenten 4, 6-11 senden. Send control commands to the controllable components 4, 6-11.
Dadurch ergibt sich die Möglichkeit zwischen zwei weiteren Zuständen zu unterscheiden, dem „gelb-grünen" Zustand, bei dem die mit der Auslastungsanalyse bestimmten bzw. This results in the possibility of distinguishing between two further states, the "yellow-green" state in which the conditions determined by the utilization analysis or
analysierten Flexibilitäten ausreichen werden, um den roten Zustand zu vermeiden, und dem „gelb-roten" Zustand, bei dem die angebotenen Flexibilitäten nicht ausreichen werden, um den roten Zustand zu vermeiden. analyzed flexibilities will be sufficient to avoid the red state, and the "yellow-red" state in which the offered flexibilities will not be sufficient to avoid the red state.
Erfindungsgemäß ist nun zwischen den marktbasierenden According to the invention is now between the market-based
Energiediensten 17 einerseits und die Steuerung 16 bzw. die Steuer- und Regelungseinheiten 15 andererseits der zentrale Rechner 12 geschaltet, der in einer Planungsphase eine Energy services 17 on the one hand and the controller 16 and the control and regulating units 15 on the other hand, the central computer 12 connected in a planning phase a
Netzzustandsprognose und/oder Auslastungsanalyse zwischen den einzelnen steuerbaren Komponenten 4, 6-11 erstellt und einen Lastausgleich zwischen den einzelnen steuerbaren Komponenten 4, 6-11 vorschlägt. In der operativen Phase ruft der zentrale Rechner 12 die von den steuerbaren Komponenten 4, 6-11 angebotenen Flexibilitäten, also die freiwillig angebotene Änderung der Last, ab und führt den Lastausgleich durch, der eine Lastverschiebung oder eine Einspeiseveränderung umfasst, sodass der rote Zustand verhindert werden kann. Dabei kann der Lastausgleich hilfsweise auch mit einem weiteren Network state forecast and / or utilization analysis between the individual controllable components 4, 6-11 created and suggests a load balance between the individual controllable components 4, 6-11. In the operational phase, the central computer 12 retrieves the flexibilities offered by the controllable components 4, 6-11, ie the voluntarily offered change of the load, and carries out the load balancing, which includes a load shift or a feed change, so that the red state is prevented can be. In the process, the load balance can also be supplemented by another
Niederspannungsnetz 1, 2 durchgeführt werden. In der Low-voltage network 1, 2 are performed. In the
Planungsphase werden gegebenenfalls hilfsweise die If necessary, the planning phase will be the
Netzzustandsprognosen durch Prognosen basierend auf Network state forecasts based on forecasts
Wetterdaten und/oder historischen Daten ergänzt. Dabei wird in einer weiteren Ausführungsform vom zentralen Rechner 12
für weitere, nicht steuerbare Komponenten ein Lastprofil erstellt und dieses in die Netzzustandsprognose aufgenommen. Weather data and / or historical data added. In this case, in a further embodiment of the central computer 12th created a load profile for additional, non-controllable components and included this in the grid condition forecast.
Im Netzzustand Rot R ist vorgesehen, dass eine In the network state Red R is provided that a
Sicherheitseinrichtung 18 im Hinblick auf elektrische Safety device 18 with regard to electrical
Leistung bzw. Last (durchgehender Pfeil) Steuerbefehle aussendet, die ebenfalls über den erfindungsgemäßen zentralen Rechner 12 laufen und von diesem nun gemäß der Power or load (continuous arrow) sends control commands that also run on the central computer 12 according to the invention and from this now according to the
Netzzustandsprognose und der Auslastungsanalyse abgeändert und erst dann an die Steuerung 16 bzw. die Steuer- und Modified network state forecast and utilization analysis and only then to the controller 16 and the control and
Regelungseinheiten 15 weitergeleitet werden. Nur Control units 15 are forwarded. Just
Steuersignale der Sicherheitseinrichtung 18 mit hoher Control signals of the safety device 18 with high
Priorität ( strichlierter Pfeil) werden ohne Einflussnahme durch den zentralen Rechner 12 direkt an die Steuerung 16 bzw. die Steuer- und Regelungseinheiten 15 gesendet. Der erfindungsgemäß betriebene zentrale Rechner 12 sollte einen solchen Fall eines direkten Durchgriffs z.B. vom Priority (dashed arrow) are sent without interference by the central computer 12 directly to the controller 16 and the control and regulation units 15. The central computer 12 operated according to the invention should have such a case of direct penetration, e.g. from
Verteilnetzbetreiber (welcher dem Störfall und dessen Distribution system operator (which the incident and its
Behandlung in Fig. 1 entspricht) weitgehend vermeiden. Es ist jedoch notwendig, die Möglichkeit eines direkten Durchgriffs vorzusehen . Treatment corresponds in Fig. 1) largely avoid. However, it is necessary to provide the possibility of direct penetration.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
1 erstes Niederspannungsnetz 1 first low-voltage network
2 zweites Niederspannungsnetz 2 second low voltage grid
3 Energieverteilnetz 3 energy distribution network
4 Ortsnetztransformator 4 local power transformer
5 Gebäude 5 buildings
6 Smart Building (intelligentes Gebäude) 6 Smart Building
7 Kleinwindkraftanläge 7 small wind power plants
8 Photovoltaikanlage 8 photovoltaic system
9 Ladestation von Elektrofahrzeugen 9 charging station of electric vehicles
10 elektrische Leitungen des Niederspannungsnetzes 10 electrical lines of the low voltage network
11 Datenverbindungen des virtuellen Kraftwerks 11 data connections of the virtual power plant
12 zentraler Rechner
13 Kommunikationsnetz 12 central computer 13 communication network
14 flexible Verbraucher 14 flexible consumers
15 Steuer- und Regelungseinheiten für steuerbare 15 control units for controllable
Komponenten components
16 übergeordnete Steuerung 16 higher-level control
17 marktbasierende Energiedienste 17 market-based energy services
18 Sicherheitseinrichtung 18 safety device
19 Energiespeicher 19 energy storage
20 Kühlanlage 20 cooling system
21 Blockheizkraftwerk 21 combined heat and power plant
22 Batterie 22 battery
GE Netzzustand Gelb GE power status Yellow
GR Netzzustand Grün GR network status green
R Netzzustand Rot R Network status Red
VPP1 erstes virtuelles Kraftwerk (Virtual Power Plant) VPP1 first virtual power plant (Virtual Power Plant)
VPP2 zweites virtuelles Kraftwerk (Virtual Power Plant)
VPP2 second virtual power plant (Virtual Power Plant)