EP4000155A1 - Steuerungsverfahren zur bereitstellung elektrischer regelleistung für übertragungsnetze und/oder eines elektrischen energiemarktproduktes - Google Patents

Steuerungsverfahren zur bereitstellung elektrischer regelleistung für übertragungsnetze und/oder eines elektrischen energiemarktproduktes

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EP4000155A1
EP4000155A1 EP20746094.0A EP20746094A EP4000155A1 EP 4000155 A1 EP4000155 A1 EP 4000155A1 EP 20746094 A EP20746094 A EP 20746094A EP 4000155 A1 EP4000155 A1 EP 4000155A1
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EP
European Patent Office
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reserve
units
electrical power
rex
power units
Prior art date
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Pending
Application number
EP20746094.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten STIEFENHOFER
Stephan Lindner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sonnen Eservices GmbH
Original Assignee
Sonnen Eservices GmbH
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Filing date
Publication date
Family has litigation
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Application filed by Sonnen Eservices GmbH filed Critical Sonnen Eservices GmbH
Publication of EP4000155A1 publication Critical patent/EP4000155A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy using batteries or super capacitors with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for feeding a single network from two or more generators or sources in parallel; Arrangements for feeding already energised networks from additional generators or sources in parallel
    • H02J3/46—Controlling the sharing of generated power between the generators, sources or networks
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    • H—ELECTRICITY
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • Y02B70/30—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • Y02B70/3225—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Definitions

  • House batteries or house batteries are batteries with secondary cells that are installed in a building of a household or a commercial enterprise and can supply the electrical devices (electrical consumers) there with electricity.
  • electrical power units designed as batteries are associated with electrical
  • Power units in the form of regenerative power generators such as photovoltaic systems that are also installed in buildings, make sense for them
  • the energy stored in a battery can be used as positive control power to the power grid of a
  • FCR Frequency Containment Reserve
  • aFRR Automatic Frequency Restoration Reserve
  • Reserve unit is much smaller than is usually defined in the field. That means one Reserve unit within the meaning of the invention is already available, for example, in the form of an individual building battery or also in the form of an individual building with an associated building network. In the case of the reserve unit as a single building, this means more precisely that the reserve unit can also be defined as the sum of all electrical energy consumers and / or electrical energy producers whose electrical power flows between this reserve unit and the external transmission network via a common network connection point an electric current meter unit can be detected.
  • electrical power units consist of a mixture of power consumption units, power output units and power consumption / output units, selected from the group comprising:
  • a building network defined via its network connection point contains at least one, but usually a large number of such previously defined electrical power units.
  • the electrical power units usually present in a building network as a large number of one represented by the building network
  • Reserve units in the sense of the present invention are divided into two groups depending on their individual power consumption / output potential divided up. If the power consumption / output potential is greater than or equal to two kilowatts, these electrical power units are referred to below as significant electrical power units.
  • Significant electrical power units in connection with building networks are, for example, photovoltaic systems with a correspondingly high electrical output, building battery storage systems with a correspondingly high storage capacity, air conditioning systems and devices, heat pumps, thermal energy storage units, charging connection units for electric vehicles, ovens and electrical ones
  • the shift is usually in the range of a few minutes, five minutes may be mentioned purely by way of example. If a user connects his electric vehicle to the charging point of his building network for charging, it is not a problem for the user, given the usual charging times of many hours, if the charging process starts with a delay of around five minutes. The same applies to a heat pump or a thermal energy store. Such a time delay in the range of a few minutes is in view of the
  • Service units from the predominant user's point of view, are classified as disposable in a time window of up to ten minutes and which are classified as non-disposable.
  • Small electrical power units hereinafter referred to as small electrical power units. This includes all consumers in building networks, in particular all lamps and all household appliances
  • Vacuum cleaners hot water heaters, refrigerators and freezers, washing machines, irons, all kinds of consumer electronics, computers and so on.
  • the consumption of these small electrical power units is recorded using statistical standard load profile curves.
  • the concept of the building network which defines a defined amount of electrical power units in the building network via the common network connection point, does not imply that all electrical power units must be located within a building of whatever type. Electrical power units that must be in the open anyway or are usually arranged there would be, for example, photovoltaic, water or wind energy systems. Illuminants or electrical power units designed as robotic lawn mowers, for example, can also be permanently positioned in the open air. Due to the common network connection point, these electrical power units are also assigned to a building network. It is the same for one
  • Network connection point which is the amount that is connected via it
  • this electrical network is referred to as a building network, because in the vast majority of cases the electrical current meter unit, which is also necessary for the network connection point, is not located in the open air but in a building protected from the weather. This building can be so small that, in extreme cases, it takes the form of a meter connection column
  • the transmission system operators need providers of positive and / or negative control power. Be it for negative and / or positive control reserve in the form of
  • the providers have to fulfill their control power offers reliably and with a very high probability in a predictable way.
  • the same requirements for reliability and predictability apply to energy market products
  • the present invention is therefore based on the object
  • Grid connection point is connected to an electrical supply network, whereby the following are grouped in each electrical building network:
  • Building network-typical standard load profile is combined. Building network typically refers to the specific design of the building as
  • Control power potential of two kilowatts per reserve unit would be two Millions of reserve units that would have to be aggregated.
  • the transmission system operators are currently allowed to contract one gigawatt of control reserve for primary control reserve FCR.
  • the aggregation process step is dynamic. This means that individual reserve units are repeatedly added or removed from the aggregated quantity to form the reserve group. The reasons for this can be varied.
  • the fact that significant electrical power units are not permanently 100% accessible in reserve groups via the Internet an average Internet supply coverage of 98.5% is common) makes it necessary to replace reserve units that have already been aggregated with others in order to achieve the planned average Reliable and accurate provision of the leading working point.
  • control method is of this type
  • leading working point by means of data communication with disposable, significant electrical
  • Power units of the reserve units is controlled in such a way that the power potentials provided by the reserve unit are significantly influenced.
  • a significant influence means an amount of at least 5%, preferably at least 10% of the power potential based on an individual reserve unit.
  • Means control reserve potential In the scenario of deploying a
  • Power consumption or power output can be delayed by periods of a few to many minutes. According to the requirements of the transmission system operators in Germany, this is currently exactly five minutes.
  • the control methods described here are, however, also suitable for meeting other requirements in minutes that are above or below the currently required five minutes. Does this happen with your multitude of
  • the controller can, how to
  • Performance potential of the reserve group formed from the reserve units is kept predictable. Alternatively, if necessary and in consultation with the transmission system operator or the recipient of the
  • Performance units are granted. This one-time or multiple communication with the user regarding the granting of
  • the usage period corresponds to the service life of the disposable, significant electrical power units in the building network or that the usage period corresponds to a duration of less than one hour or less than 12, preferably 24 and particularly preferably 48 hours .
  • Service unit-extending usage period of a disposition time is for example when purchasing a charging connection unit for a
  • a charging process of the electric vehicle initiated by him may be delayed by a few minutes, currently preferably at least five minutes, or with initially less than the maximum possible power.
  • the user when purchasing a battery storage system, the user can also undertake to use a percentage of the storage capacity of the Battery storage is preferably used for grid-friendly purposes. This also means that the charging and discharging processes of the battery storage device are delayed or accelerated in a way that is beneficial to the network for the purpose of stabilizing the
  • the users will be contacted with the request if necessary as to whether a change in the disposition time may be made for individual disposable significant electrical power units in exchange for remuneration.
  • a one-time or permanent change in the disposition time can be requested. It is also conceivable that the remuneration is offered to the user similar to an auction with remuneration amounts that vary over time.
  • a variant of the control method is characterized in that the performance potential of the reserve group is kept constant. This method is particularly preferably developed in that when the reserve units are aggregated to form the
  • composition of the aggregated reserve units is varied and / or
  • Performance units is regulated.
  • Control system and significant electrical power units of the reserve units on the basis of packet-switched and Internet-based data Side of the reserve units is made and that an exchange of information and control data relating to the aggregated reserve group from the communication module in a process network of a
  • the control system is used to perform an intermediate conversion of packet-switched and Internet-based data arriving at the control system into serial data and the intermediate-converted serial data is converted into packet-switched process network data and is fed into the process network, and the control system is used to perform an intermediate conversion of packet-switched process networks arriving at the control system - Data is made into serial data and the intermediate converted serial data is converted into packet-switched Internet-based data and fed into the Internet.
  • Such a control system enables a particularly simple and inexpensive networking of a large number of reserve units, each with many electrical power units, to form a single one
  • the control system thus forms a link between the reserve units connected via the public Internet with their significant electrical power units and the computers of a virtual control power plant connected via the non-public, secure process network. Measurement data and status data from any significant electrical
  • Power units for example in the form of a building battery, are sent to the responsible computer in the process network via the hardware of the control system. Conversely, control data, which control commands for the
  • Control system routed to the building batteries on the Internet In this way, the control method is advantageously developed in such a way that the intermediate conversion of packet-switched data into serial data is carried out by the
  • Control system is realized by the hardware of the control system, which forces a communication protocol change in the data communication.
  • control method is preferably operated with a correspondingly designed control system in such a way that the control system acts as a gateway between the process network of a transmission network operator and a reserve group aggregated from a plurality of reserve units.
  • the preceding control method is preferably designed such that the control system is used in such a way that this control system is integrated in the process network Transmission system operator can be prequalified and used as a reserve group from the point of view of the transmission system operator.
  • Parts of the hardware of the control system are integrated into the process network in such a way that they function as a virtual technical unit for the process network. These parts of the hardware are qualified as so-called Customer Premises Equipment (CPE) for the transmission network in such a way that the reserve group formed from aggregated reserve units can be used to provide control power for the transmission network or to provide an electrical energy market product.
  • CPE Customer Premises Equipment
  • the control system, together with the reserve group, is recognized by the transmission system operator as a fully-fledged "classic" reserve group, although it is an aggregated pool of many small, individually non-prequalifiable or individually marketable electrical power units.
  • the requirements for the customer premises equipment are specified in the
  • the customer premises equipment may only have a serial connection to the outside or to the reserve unit or reserve group in order to effectively prevent an Internet protocol through the "media break" enforced by the hardware. This means that packet-switched communication is not simply from the Internet to the
  • serial interface means in particular a CCITT-V.24 interface or an EIA-RS-232 interface, because they make unauthorized access more difficult.
  • Modern serial interfaces such as Ethernet, USB, Firewire, CAN bus are usually not referred to as serial interfaces and are not meant here either.
  • an RS-485 interface can also be used as a serial interface.
  • the serial interface comprises at least two, four, eight or 16 data lines. Up to 24 data lines can be used between the RG
  • a communication module located in the control system S is preferably configured to set up one or more of the data lines for receiving and the remaining data lines for sending data. In other words, some data lines of the interface are used exclusively for receiving and the other data lines of the interface are used exclusively for sending. The use of different data lines for
  • Data throughput can be maximized, for example, in the receiving direction, with ideally the theoretical maximum being largely exhausted in practice.
  • a coupling processor present in the control system is also preferably configured in such a way as to dynamically select the data line over which data is sent.
  • the serial interface is preferably designed for a transmission rate of more than 20,000, more than 50,000, more than 70,000 baud.
  • a high-performance PCI network card PCI - Peripheral Component Interconnect
  • PCI - Peripheral Component Interconnect PCI - Peripheral Component Interconnect
  • Control methods using such a control system can preferably be provided for the provision of control power in a transmission network, they can also be provided for the provision of others
  • Individual hour blocks and peak load individual hour blocks e.g. for participation in intraday trading.
  • a computer program product is used for reading out status data of a plurality of electrical power units connected to the electrical building network in the reserve unit,
  • Achievement units are selected from the group of significant
  • electrical power units and the group of small electrical power units and the software applications of the accredited electrical power units are installed or installable on a digital terminal or on a plurality of digital terminals,
  • the computer program product comprises software means which, when executed on a computer, cause the computer to carry out the following steps:
  • the image evaluation is designed to determine status data of the accredited electrical power units and to store them in a status data memory and / or to send them to a control unit.
  • electrical power units As expected, these will be predominantly significant electrical power units with power consumption and / or power output greater than or equal to two kilowatts. However, one or the other small electrical power units will also be there. In this way, accreditable electrical power units can be recorded with regard to their potential as power consumption and / or power output. This is particularly beneficial if some are accredited
  • Control method used computer program product the reliability and predictability of the continuously scheduled
  • Power units of a reserve group in the form of a building network can form the subgroup of so-called accredited electrical power units.
  • the control method is preferably developed using the computer program product described above in such a way that a component of the control system is used as the control unit.
  • control unit can also be located at the reserve unit level in a device accessible to the user. This on-site device then communicates the ascertained status data of the accredited electrical power units to the control system.
  • control method is advantageously designed such that when aggregating the reserve units, preference is given to reserve units that have a comparatively higher proportion of accredited electrical units
  • aFRR Secondary control power
  • mFRR Min Uten reserve
  • FIG. 1 shows a schematic illustration to explain the functional principle of the control method using a control system S and Figure 2 details on the use of a computer program product for
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the functional principle of the
  • Each reserve unit RE1, RE2... REx shown here as a building, includes within its respective building network G the one associated with it
  • Network connection point NAP defined is connected to a transmission network UN, a large number of electrical power units.
  • the reserve unit RE1 is shown enlarged as an example and leaves the different
  • power units fall into the group of significant electrical power units L1 .1 ... L1 .n with an electrical power conversion of more than or equal to two kilowatts each.
  • the so-called small electrical power units L1 .n + 1... L1 .o are present in the building network G of the reserve unit RE1. These each have an electrical
  • Reserve unit RE2 would be the detailed representation corresponding to the first reserve unit RE1, the building network G with the significant electrical
  • the building network G of the reserve unit RE1 has a
  • Smartmeter SM and an associated smartmeter gateway SMGW which must be certified in accordance with the provisions of the Federal Office for Information Security (BSI) applicable in Germany, to the external power grid and thus to the transmission network UN
  • BAI Federal Office for Information Security
  • Another connection is, for example, via a DSL line
  • Stand in practice preferably about 500 to 1000 such reserve units RE1, RE2 ... REx via their respective connection to the Internet 1 in packet-switched data exchange with a control system S.
  • the control system S forms a data gateway between the Internet 1 and a process network 4
  • the large number of clustered reserve units RE1, RE2... REx which are connected to the control system S, act like a reserve unit with a large capacity, which is referred to as the reserve group RG.
  • the term a virtual technical unit was used for the term such reserve groups RG.
  • This reserve group RG can be operated in a controlled manner on the part of the process network 4 as a virtual power plant VPP, for example to provide control power for a transmission network operator UNB for frequency stabilization of a transmission network UN.
  • Control method provides, based on that shown in FIG.
  • Have building network G and the electrical building network G is defined by the fact that it is connected to an electrical supply network via a common network connection point NAP, whereby in each electrical building network G are grouped:
  • Method step M2 then takes place as a continuous scheduling of a leading operating point for each reserve unit RE1 ... REx, with an operating point contribution of the significant electrical power units L1.1 ... L1.n; L2.1 ... L2.n; ... Lx.1 ... Lx.n of each reserve unit RE1 ... REx by means of data communication with the significant electrical power units L1.1 ... L1.n; L2.1 ... L2.n, ... Lx.1 ... Lx. n is recorded or recorded and controlled and with an operating point contribution by the electrical small
  • RE1 ... REx typical building network standard load profile is taken into account.
  • Method step M3 also takes place as an aggregation of a plurality of the plurality of analyzed reserve units RE1... REx to form a
  • Method steps M1, M2 and M3 can at least partially in
  • Control system S lie. It is also conceivable that not shown
  • Computer of the process network 4 carry out some or all of the method steps M1, M2 and M3.
  • the reserve groups RG of this type formed by the control method can also be agglomerated. This should be made clear by the three points between the first reserve group RG and the further reserve group RG and by the second control system S shown.
  • FIG. 2 shows, purely by way of example, a schematic overview of FIG
  • Power units L1.1, L1.2, ... L1.o which are the combination of the significant electrical power units L1.1 ... L1 .n shown in Figure 1 and the small electrical power units L1 .n + 1 ... L1.o form.
  • These electric Power units L1.1, L1 .2, ... L1.o are connected to an electrical building network G within the reserve unit RE1.
  • the electrical building network G is connected to an external transmission network UN of an electrical transmission network operator via a network connection point NAP having a smart meter (not shown here).
  • Network connection point NAP can be measured from or to the transmission network, ultimately defines the reserve unit RE1.
  • the technical unit RE1 will regularly be in the form of a building, the electrical power units L1 .1, L1 .2, ... L1.o located therein via a house or
  • the electrical smart meter called the building meter is connected to the transmission network UN at the network connection point NAP.
  • a subgroup of electrical power units L1.1, L1.2, ... L1 .p of the total electrical power units L1.1, L1.2, _ L1.o each has one of the specific electrical power units L1.1, L1.2, ... L1.p assigned software application SA1, SA2 ... SAp. Any of the electric
  • Power units L1 .1, L1.2, ... L1.p which is equipped with a software application SA1, SA2 ... SAp assigned to it, is referred to below as an accredited electrical power unit.
  • the power unit also has an additional computer ZC, which is used in particular to control the energy flows from and to the electrical
  • a digital terminal DE is shown in the form of a smartphone or a tablet.
  • This digital terminal DE has administrator-user rights with regard to the accredited electrical power units L1.1, L1.2, ... L1.p. It can be spatially located either inside the reserve unit RE1 or outside the reserve unit RE1. Since the digital terminal DE has administrator rights for the accredited electrical power units L1 .1, L.12, L1.p, software Applications SA1, SA2, ... SAp of the accredited electrical
  • the additional computer ZC offers the electrical power unit designed as an electrical building energy store a suitable operating system
  • the software applications SA1, SA2,... SAp of the accredited electrical can be provided cumulatively or alternatively
  • an external computer EC which is spatially outside the reserve unit RE1, but is in contact with the reserve unit RE1 in a data connection, for example via the Internet.
  • This external computer EC can be designed, for example, as part of the control system explained in FIG.
  • Access power units L1.1, L1.2, ... L1.p activate them and
  • Computer program product CP two further process steps are integrated: Firstly, process step M4 as access to and activation of software applications SA1, SA2, ... SAp of the accredited electrical
  • SA1, SA2, ... SAp accredited electrical power units are required and are kept for this purpose in access data storage means of the computer program product CP.
  • method step M5 as image acquisition and image evaluation of graphic representations, which in the automated access to the software applications SA1, SA2, ... SAp of the accredited electrical
  • Power units L1.1, L1.2, ... L1.p generated by the software applications are available, the image evaluation being designed to determine status data of the accredited electrical power units and to store them in a status data memory and / or to one
  • Power units L1.1, L1.2, ... L1.p are determined for each of the reserve units RE1 ... REx and in method step M1, the analysis of the reserve units RE1 ... REx, in method step M2, the continuous scheduling of a leading working point for each reserve unit RE1 ... REs and the Method step M3, the aggregation of a plurality of the plurality of analyzed reserve units RE1... REx, are taken into account.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren zur Bereitstellung elektrischer Regelleistung für Übertragungsnetze und/oder zur Bereitstellung eines elektrischen Energiemarktproduktes mit den folgenden Verfahrensschritten: • Analysieren (M1) einer Vielzahl von Reserveeinheiten (RE1...REx), die jeweils ein elektrisches Gebäudenetz (G) aufweisen und das elektrische Gebäudenetz (G) dadurch definiert ist, dass es über einen gemeinsamen Netzanschlusspunkt (NAP) an ein elektrisches Versorgernetz angeschlossen ist, wobei in jedem elektrischen Gebäudenetz (G) gruppiert sind: - signifikante elektrische Leistungseinheiten (L1.1...L1.n; L2.1...L2.n;... Lx.1...Lx.n) mit einem elektrischen Leistungsumsatz von jeweils mehr oder gleich 2 kW und/oder o elektrische Klein-Leistungseinheiten (L1.n+1...L1.o; L2.n+1...L2.o; Lx.n+1... Lx.o) mit einem elektrischen Leistungsumsatz von jeweils weniger als 2kW. Erfindungsgemäß vorgesehen sind die Verfahrensschritte • fortlaufendes Disponieren (M2) eines vorauseilenden Arbeitspunktes für jede Reserveeinheit (RE1...REx), wobei ein Arbeitspunkt-Beitrag der signifikanten elektrischen Leistungseinheiten (L1.1...L1.n; L2.1...L2.n;...Lx.1...Lx.n) jeder Reserveeinheit (RE1...REx) mittels Daten-Kommunikation mit den signifikanten elektrischen Leistungseinheiten (L1.1...L1.n; L2.1...L2.n,... Lx.1...Lx.n) erfasst oder erfasst und gesteuert wird und wobei ein Arbeitspunkt- Beitrag durch die elektrischen Klein-Leistungseinheiten (L1.n+1...L1.o; L2.n+1...L2.o;...Lx.n+1...Lx.o) jeder Reserveeinheit (RE1...REx) mittels eines für die jeweilige Reserveeinheit (RE1...REx) Gebäudenetz-typischen Standardlastprofils einkalkuliert wird und • Aggregieren (M3) einer Mehrzahl aus der Vielzahl analysierter Reserveeinheiten (RE1...REx) zur Bildung einer Reservegruppe (RG) mit einem Leistungspotential im Megawatt-Bereich unter Summierung der fortlaufend disponierten vorauseilenden Arbeitspunkte der aggregierten Reserveeinheiten (RE1...REx).

Description

Steuerungsverfahren zur Bereitstellung elektrischer Regelleistung für
Übertragungsnetze und/oder eines elektrischen Energiemarktproduktes
Haus-Akkus oder Hausbatterien sind Batterien mit Sekundärzellen, die in einem Gebäude eines Haushalts oder auch eines Gewerbebetriebs installiert sind und die dort vorhandenen elektrischen Geräte (elektrische Verbraucher) mit Strom versorgen können. Insbesondere sind als solche als Batterien ausgebildete elektrische Leistungseinheiten in Zusammenhang mit elektrischen
Leistungseinheiten in Form regenerativer Stromerzeuger, wie zum Beispiel gleichfalls Gebäude installierter Photovoltaikanlagen sinnvoll für die
Unterstützung der Energiewende einsetzbar. Sie können, da sie an das öffentliche Stromnetz angeschlossen sind, netzdienlich elektrische Leistung aus dem Stromnetz als sogenannte negative Regelleistung aufnehmen und im Bedarfsfall ebenso netzdienlich elektrische Leistung an das Stromnetz als so genannte positive Regelleistung abgeben, um die Übertragungsnetze zu stabilisieren. Beispielsweise kann dazu die in einer Batterie gespeicherte Energie als positive Regelleistung an das Stromnetz eines
Übertragungsnetzbetreibers abgegeben werden. Aus Sicht der Übertragungsnetzbetreiber haben so genannte Reserveeinheiten, die vormals auch als technische Einheiten bezeichnet wurden, zur
Bereitstellung elektrischer Regelleistung üblicherweise ein solches
Leistungspotential, dass diese negative und/oder positive Regelleistung in Form von Primärregelleistung, jetzt als FCR (Frequency Containment Reserve) bezeichnet, oder Sekundärregelleistung, jetzt als aFRR (automated Frequency Restoration Reserve) bezeichnet, im Bereich vieler MW abgeben oder aufnehmen können. Klassisch handelt es sich dabei beispielsweise um einzelne Wasser- oder Gas- Kraftwerke zur Erzeugung elektrischer Energie, wobei diese Kraftwerke zur Bereitstellung der gewünschten positiven oder negativen elektrischen Regelleistung entsprechend hochgefahren oder gedrosselt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Fachbegriff einer
Reserveeinheit jedoch sehr viel kleiner als fachüblich definiert. Das heißt eine Reserveeinheit im Sinne der Erfindung liegt beispielsweise bereits in Form einer einzelnen Gebäudebatterie oder auch in Form eines einzelnen Gebäudes mit einem zugehörigen Gebäudenetz vor. Für den Fall der Reserveeinheit als einzelnes Gebäude ist genauer gesagt gemeint, dass die Reserveeinheit auch als Summe aller elektrischen Energie-Verbraucher und/oder elektrischer Energie-Erzeuger definiert werden kann, deren elektrische Leistungsflüsse zwischen dieser Reserveeinheit und dem externen Übertragungsnetz über eine gemeinsamen Netzanschlusspunkt mit einer elektrischen Strom-Zählereinheit erfassbar sind.
Die verschiedenen elektrischen Energie-Verbraucher und elektrischen Energie- Erzeuger werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung generisch als elektrische Leistungseinheiten bezeichnet. Diese setzen sich zusammen aus einer Mischung von Leistungsaufnahme-Einheiten, Leistungsabgabe-Einheiten und Leistungsaufnahme/abgabe-Einheiten, ausgewählt aus der Gruppe umfassend:
- elektrische Lasten als Stromverbrauchseinheiten, die technisch ausschließlich für eine elektrische Leistungsaufnahme geeignet sind,
- elektrische Speicher als Stromspeichereinheiten, die technische sowohl für die elektrische Leistungsaufnahme als auch für die elektrische Leistungsabgabe geeignet sind und
- elektrische Erzeuger als Stromerzeugungseinrichtungen, die technisch ausschließlich für eine elektrische Leistungsabgabe geeignet sind. Gemäß dieser weit reichenden Definition befinden sich somit in einem über seinen Netzanschlusspunkt definierten Gebäudenetz mindestens eine, üblicherweise aber eine Vielzahl solcher vorangehend definierter elektrischer Leistungseinheiten. Die in einem Gebäudenetz üblicherweise als Vielzahl vorhandenen elektrischen Leistungseinheiten einer durch das Gebäudenetz repräsentierten
Reserveeinheit werden im Sinne der vorliegenden Erfindung abhängig von ihrem individuellen Leistungsaufnahme/abgabe-Potential in zwei Gruppen aufgeteilt. Wenn das Leistungsaufnahme/abgabe-Potential größer gleich zwei Kilowatt beträgt, werden diese elektrischen Leistungseinheiten nachfolgend als signifikante elektrische Leistungseinheiten bezeichnet. Signifikante elektrische Leistungseinheiten sind beispielsweise im Zusammenhang mit Gebäudenetzen Photovoltaik-Anlagen mit einer entsprechend hohen elektrischen Leistung, Gebäudebatteriespeicher mit einer entsprechend hohen Speicherkapazität, Klimaanlagen und -geräte, Wärmepumpen, thermische Energiespeicher, Ladeanschlusseinheiten für Elektrofahrzeuge, Backöfen und elektrische
Warmwasserbereiter. In Gebäudenetzen von Gewerbebetrieben kommen als Varianten für signifikante elektrische Leistungseinheiten noch eine Reihe gewerblicher Anlagen und Maschinen mit einer Leistungsaufnahme von mehr als zwei Kilowatt hinzu. Ebenso können signifikante elektrische Leistungseinheiten in Form kleiner gewerblich oder privat genutzter Blockheizkraftwerke mit integriertem Stromgenerator im Gebäudenetz integriert sein.
In den signifikanten elektrischen Leistungseinheiten existiert eine Untergruppe, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung als so genannte disponierbare signifikante Leistungseinheiten bezeichnet werden sollen. Der Begriff der Disponierbarkeit bezieht sich dabei auf die Möglichkeit, einen Aktivierungs- oder Deaktivierungszeitpunkt der signifikanten Leistungseinheit ohne
wesentliche Komforteinbußen für einen oder mehrere Nutzer dieser
Leistungseinheiten im Gebäudenetz zu verschieben und auf diese Weise mit der Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe zu disponieren. Die Verschiebung bewegt sich üblicherweise im Bereich weniger Minuten, rein beispielhaft seien fünf Minuten genannt. Wenn ein Nutzer sein Elektrofahrzeug an den Ladepunkt seines Gebäudenetzes zum Laden anschließt, so stellt es für den Nutzer angesichts von üblichen Ladezeiträumen vieler Stunden kein Problem dar, wenn der Ladevorgang um etwa fünf Minuten verzögert beginnt. Gleiches gilt für eine Wärmepumpe oder einen thermischen Energiespeicher. Eine solche zeitliche Verzögerung im Bereich weniger Minuten ist angesichts der
regelmäßig viele Stunden dauernden Lade- und Entladevorgänge für den Nutzer ohne signifikanten Bedienungskomfortverlust der Gebäudetechnik verkraftbar - daher sind diese signifikanten Leistungseinheiten hinsichtlich ihres elektrischen Leistungsverhaltens in einem gewissen zeitlichen Rahmen disponierbar und werden nachfolgend als disponierbare signifikante Leistungseinheiten bezeichnet.
Anders stellt sich dies für signifikante elektrische Leistungseinheiten
beispielsweise in Form von Klimaanlagen- und -geraten, Geräten zur Erzeugung von Warmwasser oder Backöfen dar. Nutzer dieser signifikanten elektrischen Leistungseinheiten erwarten eine sofortige Funktionserfüllung. Sie können und wollen nicht fünf bis zehn Minuten warten, bis die gekühlte Luft und/oder das warme Wasser eintreffen.
Die Grenze zwischen disponierbaren und nicht-disponierbaren elektrischen Leistungseinheiten ist somit eine subjektive, die von spezifischen Nutzer- Gewohnheiten abhängt. Im statistischen Mittel ist jedoch mit einer hohen Wahrscheinlichkeit vorhersagbar, welche signifikanten elektrischen
Leistungseinheiten aus überwiegender Nutzersicht in einem Zeitfenster von bis zu zehn Minuten als disponierbar und welche als nicht-disponierbar eingestuft würden.
Ist das Leistungsaufnahme/abgabe-Potential elektrischer Leistungseinheiten im Gebäudenetz kleiner als zwei Kilowatt, so werden diese elektrischen
Leistungseinheiten nachfolgend als elektrische Klein-Leistungseinheiten bezeichnet. Dazu zählen sämtliche Verbraucher in Gebäudenetzen, wie insbesondere sämtliche Leuchtmittel, sämtliche Haushaltsgeräte mit
Leistungsaufnahmen unter zwei Kilowatt wie zum Beispiel die meisten
Staubsauger, Heißwasserbereiter, Kühl- und Gefrierschränke, Waschmaschinen, Bügeleisen, alle Art von Unterhaltungselektronik, Computer und so weiter. Diese elektrischen Klein-Leistungseinheiten werden in ihrem Verbrauch unter statistischen Standardlastprofilkurven erfasst.
Wichtig ist zu betonen, dass der Begriff des Gebäudenetzes, das über den gemeinsamen Netzanschlusspunkt eine definierte Menge an elektrischen Leistungseinheiten im Gebäudenetz definiert, nicht impliziert, dass sich sämtliche elektrische Leistungseinheiten innerhalb eines wie auch immer gearteten Gebäudes befinden müssen. Elektrische Leistungseinheiten, die sich ohnehin im Freien befinden müssen oder dort üblicherweise angeordnet sind, wären beispielsweise Photovoltaik-, Wasser- oder Windenergieanlagen. Ebenso können Leuchtmittel oder beispielsweise als Rasenmäherroboter ausgebildete elektrische Leistungseinheiten dauerhaft im Freien positioniert sein. Durch den gemeinsamen Netzanschlusspunkt sind diese elektrischen Leistungseinheiten ebenfalls einem Gebäudenetz zugeordnet. Ebenso ist es für eine
Reserveeinheit denkbar, dass der zugeordnete Netzanschlusspunkt und über diesen Netzanschlusspunkt angeschlossenen elektrischen Leistungseinheiten gar kein Gebäude aufweist. Entscheidend ist letztlich nur der gemeinsame
Netzanschlusspunkt, der die Menge, der darüber im angeschlossenen
elektrischen Netz erfassten, elektrischen Leistungseinheiten definiert. Dieses elektrische Netz ist der Einfachheit halber als Gebäudenetz bezeichnet, weil sich in den allermeisten Fällen die für den Netzanschlusspunkt ebenso notwendige elektrische Strom-Zählereinheit nicht unter freiem Himmel, sondern wettergeschützt in einem Gebäude befindet. Dieses Gebäude kann so klein sein, dass es im Extremfall in Form einer Zähleranschlusssäule
ausschließlich die elektrische Strom-Zählereinheit aufnimmt und alle
elektrischen Leistungseinheiten dieses Gebäudenetzes mit der
Zähleranschlusssäule im Freien angeordnet sind.
Zur Stabilisierung der Netzfrequenz benötigen die Übertragungsnetzbetreiber Anbieter von positiver und/oder negativer Regelleistung. Sei es für negative und/oder positive Regelleistung in Form von
• Frequency Containment Reserve (FCR=Primärregelleistung)
• automated Frequency Restoration Reserve (aFRR=Sekundärregel- leistung), oder
• manual Frequency Restoration Reserve (mFRR=Minutenreserve).
Die Anbieter müssen verlässlich und mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit vorhersagbar ihre Regelleistungsangebote erfüllen. Die gleichen Anforderungen an Verlässlichkeit und Vorhersagbarkeit gelten für Energiemarktprodukte Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein
Steuerungsverfahren zur Bereitstellung elektrischer Regelleistung für
Übertragungsnetze und/oder zur Bereitstellung eines elektrischen
Energiemarktproduktes zu schaffen, das das elektrische Leistungspotential vieler unterschiedlicher elektrischer Leistungseinheiten in Gebäudenetzen für eine verlässliche und vorhersagbare Bereitstellung optimiert zum Einsatz bringt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Steuerungsverfahren zur Bereitstellung elektrischer Regelleistung für Übertragungsnetze und/oder zur Bereitstellung eines elektrischen Energiemarktproduktes mit den folgenden
Verfah renssch ritten :
• Analysieren einer Vielzahl von Reserveeinheiten, die jeweils ein
elektrisches Gebäudenetz aufweisen und das elektrische Gebäudenetz dadurch definiert ist, dass es über einen gemeinsamen
Netzanschlusspunkt an ein elektrisches Versorgernetz angeschlossen ist, wobei in jedem elektrischen Gebäudenetz gruppiert sind:
o signifikante elektrische Leistungseinheiten mit einem elektrischen Leistungsumsatz von jeweils mehr oder gleich 2kW und/oder o elektrische Klein-Leistungseinheiten mit einem elektrischen
Leistungsumsatz von jeweils weniger als 2kW;
• fortlaufendes Disponieren eines vorauseilenden Arbeitspunktes für jede Reserveeinheit, wobei ein Arbeitspunkt-Beitrag der signifikanten elektrischen Leistungseinheiten jeder Reserveeinheit mittels Daten- Kommunikation mit den signifikanten elektrischen Leistungseinheiten erfasst oder erfasst und gesteuert wird und wobei ein Arbeitspunkt- Beitrag durch die elektrischen Klein- Leistungseinheiten jeder
Reserveeinheit mittels eines für die jeweilige Reserveeinheit
Gebäudenetz-typischen Standardlastprofils einkalkuliert wird und
• Aggregieren einer Mehrzahl aus der Vielzahl analysierter Reserveein heiten zur Bildung einer Reservegruppe (RG) mit einem elektrischen Leistungspotential im Megawatt- Bereich unter Summierung der fortlaufend disponierten vorauseilenden Arbeitspunkte der aggregierten
Reserveeinheiten.
Für jede der analysierten Reserveeinheiten kann deren individuelle Mischung an signifikanten elektrischen Leistungseinheiten und elektrischen Klein - Leistungseinheiten gemeinsam für die Bereitstellung elektrischer Regelleistung genutzt werden. Dies geschieht dadurch, dass die Möglichkeit der individuellen Status- Analyse der signifikanten Leistungseinheiten mit der Berücksichtigung aller Klein- Leistungseinheiten durch den statistischen Ansatz eines
Gebäudenetz-typischen Standardlastprofils kombiniert wird. Gebäudenetz typisch bezieht sich auf die konkrete Ausgestaltung des Gebäudes als
Einfamilien- oder Mehrfamilienhaus oder als kleiner oder mittlerer
Gewerbebetriebe. Diese Standardlastprofile sind durch statistische Mittelung hunderter gleichartiger Gebäude gewonnene Erwartungswerte der elektrischen Leistungsaufnahme, zeitlich aufgelöst über den Verlauf üblicher Arbeits- und Feiertags-Szenarien. Diese Standardlastprofile der Klein-Leistungseinheiten einer Reserveeinheit werden durch die Datenkommunikation mit den
signifikanten elektrischen Leistungseinheiten der Reserveeinheit ergänzt. Das heißt es ist über die Tageszeit-abhängige zu erwartende Standard- Last hinaus die Information gegeben, was von der Reserveeinheit zusätzlich an elektrischer Leistung netzdienlich aufgenommen oder abgegeben werden kann.
Einzelne Reserveeinheiten in Form von Gebäudenetzen mögen in Einzelfällen von den Standardlastprofilen nach oben oder unten hin abweichen. Jedoch mittein sich diese Abweichungen beim Verfahrensschritt des Aggregierens einer Mehrzahl von Reserveeinheiten zu einer Reservegruppe mit einem
Leistungspotential im Megawatt- Bereich (wenige bis viele hundert Megawatt) heraus. Für das Aggregieren derartiger Reservegruppen müssen regelmäßig 500 bis 10.000, bevorzugt 5.000 bis 100.000 Reserveeinheiten in Form von
Gebäudenetzen herangezogen werden. Derzeit erlaubt die Bundesnetzagentur den Übertragungsnetzbetreibern in Deutschland vier Gigawatt an Regelleistung mit Anbietern von Regelleistung zu kontraktieren. Bei einem
Regelleistungspotential von zwei Kilowatt pro Reserveeinheit wären dies zwei Millionen Reserveeinheiten, die aggregiert werden müssten. Für die
Primärregelleistung FCR dürfen die Übertragungsnetzbetreiber derzeit ein Gigawatt an Regelleistung kontraktieren.
Der Verfahrensschritt des Aggregierens ist ein dynamischer. Das heißt zur Bildung der Reservegruppe werden immer wieder einzelne Reserveeinheiten aus der aggregierten Menge hinzu- oder herausgenommen. Gründe dafür können vielfältig sein. Allein die nicht permanent 100%ige Erreichbarkeit signifikanter elektrischer Leistungseinheiten in Reservegruppen über das Internet (üblich ist im zeitlichen Mittel eine Internet-Versorgungsabdeckung von 98,5%) macht es notwendig, bereits aggregierte Reserveeinheiten durch andere zu ersetzen, um im zeitlichen Mittel den disponierten vorauseilenden Arbeitspunkt verlässlich und zutreffend bereit zu stellen. Weiterhin können besonders extreme, durch Nutzer von Gebäudenetzen angeforderte
Leistungsaufnahmen, die zum Beispiel durch extreme regionale
Wetterverhältnisse bedingt sind, dazu führen, eine Reihe von Gebäudenetzen aus der Menge der aggregierten Gebäudenetze zu substituieren. Generell gilt, je größer und je weiter regional verteilt die Menge der aggregierbaren
Reserveeinheiten ist, desto verlässlicher und einfacher lässt sich eine
Reservegruppe mit einem hinreichend stabilen Leistungspotential realisieren.
In einer bevorzugten Variante ist das Steuerungsverfahren derart
weitergebildet, dass der vorauseilende Arbeitspunkt mittels Daten- Kommunikation mit disponierbaren, signifikanten elektrischen
Leistungseinheiten der Reserveeinheiten derart gesteuert wird, dass von der Reserveeinheit bereitgestellte Leistungspotentiale signifikant beeinflusst werden. Mit einer signifikanten Beeinflussung ist ein Betrag von mindestens 5%, bevorzugt mindestens 10% des Leistungspotentials bezogen auf eine einzelne Reserveeinheit gemeint. Mit dem Begriff des Leistungspotentials einer
Reserveeinheit oder einer Reservegruppe ist an dieser Stelle und nachfolgend im Verfahrensszenario des Bereitstellens von Regelleistung das
Regelleistungspotential gemeint. Im Szenario des Bereitstellens eines
Energiemarktproduktes ist es das elektrische Leistungspotential für das Energiemarktprodukt. Wie in der Beschreibungseinleitung erläutert sind gewisse signifikante elektrische Leistungseinheiten im Gebäudenetz aus Sicht der Nutzer ohne Komforteinbußen disponierbar. Das heißt deren
Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe kann um Zeiträume weniger bis vieler Minuten verzögert werden. Derzeit sind dies nach den Anforderungen der Übertragungsnetzbetreiber in Deutschland genau fünf Minuten. Die hier beschriebenen Steuerungsverfahren eignen sich jedoch auch dazu andere Vorgaben im Minutenbereit, die über oder unter den derzeit geforderten fünf Minuten liegen zu erfüllen. Geschieht dies bei deiner Vielzahl von
Gebäudenetzen, so macht dies einen signifikanten Anteil für das jeweilige Leistungspotential der Reservegruppe aus. Auf diese Weise ist es möglich, das von der Reservegruppe für den Übertragungsnetzbetreiber bereitgestellte Leistungspotential verlässlich und vorhersagbar konstant zu halten. Die vorangehend beschriebene bevorzugte Variante des Steuerungsverfahren ist vorteilhaft derart weitergebildet, dass das Leistungspotential der
Reservegruppe durch die disponierbaren, signifikanten elektrischen
Leistungseinheiten der Reserveeinheiten mittels von Nutzern der
disponierbaren signifikanten elektrischen Leistungseinheiten eingeräumten Dispositionszeiten zum vollständigen oder teilweisen Aktivieren oder zum
Deaktivieren der disponierbaren signifikanten elektrischen Leistungseinheiten der Reserveeinheiten gesteuert wird. Die Steuerung kann dabei, wie
vorangehend beschrieben, derart ausgebildet sein, dass eine signifikante Beeinflussung des Leistungspotentials von Reserveeinheiten erzielt wird. Dies geschieht mit dem Zweck, dass im Ergebnis die Summe der von den
Reserveeinheiten bereitgestellten Leistungspotentiale, nämlich das
Leistungspotential der aus den Reserveeinheiten gebildeten Reservegruppe, vorhersagbar gehalten wird. Alternativ kann bei Bedarf und in Absprache mit dem Übertragungsnetzbetreiber oder dem Empfänger des
Energiemarktproduktes auch auf gleichem Wege, d.h. über eine Steuerung der disponierbaren signifikanten Leistungseinheiten, eine Steigerung oder
Reduktion des Leistungspotentials der Reservegruppe realisiert werden. Bei allen vorangehend beschriebenen Varianten des Steuerungsverfahrens ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass durch Kommunikation mit den Nutzern der disponierbaren, signifikanten elektrischen Leistungseinheiten der
Reserveeinheiten seitens der Nutzer Dispositionszeiten während eines
Nutzungszeitraums der disponierbaren signifikanten elektrischen
Leistungseinheiten eingeräumt werden. Diese einmalige oder mehrmalige Kommunikation mit dem Nutzer bezüglich der Einräumung von
Dispositionszeiten erhöht unmittelbar die Steuer- Bandbreite für das
Leistungspotential der jeweiligen Reserveeinheit. Mittelbar gilt dies ebenso für die Reservegruppe, wenn für hinreichend viele signifikante elektrische
Leistungseinheiten in hinreichend vielen Reserveeinheiten derartige
Dispositionszeiten eingeräumt wurden.
Für alle vorangehend beschriebenen Varianten des Steuerungsverfahrens ist bevorzugt vorgesehen, dass der Nutzungszeitraum der Lebensdauer der disponierbaren, signifikanten elektrischen Leistungseinheiten im Gebäudenetz entspricht oder dass der Nutzungszeitraum eine Dauer von weniger als einer Stunde oder von weniger als 12, bevorzugt 24 und besonders bevorzugt 48 Stunden entspricht.
Der sich über die gesamte Lebensdauer der signifikanten elektrischen
Leistungseinheit erstreckende Nutzungszeitraum einer Dispositionszeit ist beispielsweise beim Erwerb einer Ladeanschlusseinheit für eine
Elektrofahrzeug mit dem Nutzer vereinbart worden. Das heißt, so lange die Ladeanschlusseinheit im Gebäudenetz zum Einsatz kommt, was deren
Lebenszeit entspricht, hat der Nutzer sein Einverständnis dafür gegeben, dass ein von ihm initiierter Ladevorgang des Elektrofahrzeugs einige Minuten, derzeit bevorzugt mindestens fünf Minuten verzögert oder mit zunächst geringerer als der maximal möglichen Leistung ausgeführt werden darf.
Ähnliches gilt für den Erwerb einer signifikanten elektrischen Leistungseinheit in Form eines Gebäude-Batteriespeichers. Alternativ oder kumulativ zu dieser Verfahrensvariante kann sich der Nutzer beim Erwerb eines Batteriespeichers auch dazu verpflichten, dass ein prozentualer Anteil der Speicherkapazität des Batteriespeichers bevorzugt für netzdienliche Zwecke genutzt wird. Auch dadurch verzögern oder beschleunigen sich Lade- und Entladevorgänge des Batteriespeichers netzdienlich zum Zwecke der Stabilisierung der
Übertragungsnetze.
In einer Weiterbildung aller Varianten des Steuerungsverfahrens ist
vorgesehen, dass angesichts eingeräumter Dispositionszeiten die Nutzer im Bedarfsfall mit der Anfrage kontaktiert werden, ob gegen eine Vergütung eine Veränderung der Dispositionszeit für einzelne disponierbare signifikante elektrische Leistungseinheiten vorgenommen werden darf. Dabei kann eine einmalige oder eine dauerhafte Veränderung der Dispositionszeit angefragt werden. Ebenso ist denkbar, dass die Vergütung dem Nutzer ähnlich zu einer Versteigerung mit zeitlich variierenden Vergütungsbeträgen angeboten wird.
Wie bereits ausgeführt wurde ist eine Variante des Steuerungsverfahrens dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungspotential der Reservegruppe konstant gehalten wird. Besonders bevorzugt ist dieses Verfahren dadurch weitergebildet, dass beim Aggregieren der Reserveeinheiten zu der
Reservegruppe mit dem Leistungspotential im Megawatt- Bereich das
Leistungspotential konstant gehalten wird, indem
• die Zusammensetzung der aggregierten Reserveeinheiten variiert wird und/oder
• im Rahmen der eingeräumten Dispositionszeiten disponierbarer
signifikanter elektrischer Leistungseinheiten aggregierter
Reserveeinheiten das Leistungspotential der jeweiligen Reserveeinheit durch ein Steuern der disponierbaren signifikanten elektrischen
Leistungseinheiten geregelt wird.
Eine bevorzugte vorteilhafte Weiterbildung aller vorangehend beschriebenen Steuerungsverfahren sieht vor, dass ein Steuerungssystem verwendet wird, mit dem ein Austausch von Informations- und Steuerdaten zwischen dem
Steuerungssystem und signifikanten elektrischen Leistungseinheiten der Reserveeinheiten anhand paketvermittelter und Internet-basierter Daten auf Seiten der Reserveeinheiten vorgenommen wird und dass ein Austausch von Informations- und Steuerdaten betreffend die aggregierte Reservegruppe vom Kommunikationsmodul in einem Prozessnetzes eines
Übertragungsnetzbetreibers anhand paketvermittelter Prozessnetz- Daten innerhalb des Prozessnetzes vorgenommen wird,
wobei mit dem Steuerungssystem eine Zwischenwandlung am Steuerungssystem ankommender, paketvermittelter und Internet-basierter Daten in serielle Daten vorgenommen wird und die zwischengewandelten seriellen Daten in paketvermittelte Prozessnetz-Daten gewandelt in das Prozessnetz eingespeist werden und wobei mit dem Steuerungssystem eine Zwischenwandlung am Steuerungssystem ankommender, paketvermittelter Prozessnetz- Daten in serielle Daten vorgenommen wird und die zwischengewandelten seriellen Daten in paketvermittelte Internet-basierte Daten gewandelt in das Internet eingespeist werden.
Ein solches Steuerungssystem ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Vernetzung einer großen Anzahl von Reserveeinheiten mit jeweils vielen elektrischen Leistungseinheiten zu einer einzigen
Reservegruppe. Dieses Steuerungssystem ist Gegenstand der internationalen Patentanmeldung PCT/DE2019/ 100040 der gleichen Anmelderin. Das Prinzip dieses Steuerungssystems sei an dieser Stelle nochmals Umrissen. Die deutschen Übertragungsnetzbetreiber agieren mit Prozessnetzen, die als geschlossene Benutzergruppen ausgebildet sind. Für die interne und externe Kommunikation von und zu diesen Prozessnetzen gelten definierte
Sicherheitsanforderungen. Es wäre technisch möglich, jede signifikante elektrische Leistungseinheit mit einem Mobilfunkmodul auszustatten und darüber eine gemäß den Anforderungen sichere Statusabfrage und Steuerung der signifikanten elektrischen Leistungseinheit von und zum Prozessnetz zu schaffen. Jedoch treiben die Betriebskosten tausender von Mobilfunkmodulen die Kosten enorm in die Höhe. Vor diesem Hintergrund ist das genannte Steuerungssystem entwickelt worden. Es ermöglicht auf der einen Seite die paketvermittelte bi-direktionale Datenkommunikation über das Internet mit einer großen Zahl signifikanter elektrischer Leistungseinheiten, beispielsweise unter Nutzung gesicherter https-Protokolle. Innerhalb des Steuerungssystems wird Hardware-bedingt ein Protokollwechsel über die Nutzung einer seriellen Schnittstelle erzwungen. Die seriell gewandelten Kommunikationsdaten werden ausgangsseitig in einer den Anforderungen der Übertragungsnetzbetreiber konformen Form paketvermittelt in das angeschlossene Prozessnetz des Übertragungsnetzes weiter geleitet.
Das Steuerungssystem bildet also ein Bindeglied zwischen den über das öffentliche Internet verbundenen Reserveeinheiten mit ihren signifikanten elektrischen Leistungseinheiten und den über das nicht-öffentliche, sichere Prozessnetz verbundenen Rechnern eines virtuellen Regelleistungskraftwerkes. Messdaten und Statusdaten von jeder signifikanten elektrischen
Leistungseinheit beispielsweise in Form einer Gebäudebatterie werden über die Hardware des Steuerungssystems an den zuständigen Rechner im Prozessnetz geleitet. Umgekehrt werden Steuerdaten, welche Steuerbefehle für die
Gebäudebatterien oder andere signifikante elektrische Leistungseinheiten enthalten, von dem zuständigen Rechner im Prozessnetz nur über das
Steuerungssystem an die Gebäudebatterien im Internet geleitet. Auf diese Weise ist das Steuerungsverfahren mit Vorteil so weitergebildet, dass die Zwischenwandlung paketvermittelter Daten in serielle Daten durch das
Steuerungssystem durch die Hardware des Steuerungssystems realisiert wird, die einen Kommunikations-Protokollwechsel in der Datenkommunikation erzwingt.
Weiterhin wird bevorzugt das Steuerungsverfahren mit einem entsprechend ausgebildeten Steuerungssystem so betrieben, dass das Steuerungssystem als Durchgangstor zwischen dem Prozessnetz eines Übertragungsnetzbetreibers und einer aus einer Mehrzahl von Reserveeinheiten aggregierten Reservegruppe fungiert.
Weiterhin bevorzugt ist das vorangehende Steuerungsverfahren derart ausgebildet, dass das Steuerungssystem derart eingerichtet verwendet wird, dass dieses Steuerungssystem integriert im Prozessnetz eines Übertragungsnetzbetreibers aus Sicht des Übertragungsnetzbetreibers als Reservegruppe präqualifizierbar und einsetzbar ist.
Teile der Hardware des Steuerungssystems sind derart in das Prozessnetz integriert, dass diese als eine für das Prozessnetz virtuelle technische Einheit fungieren. Diese Teile der Hardware sind als so genanntes Customer Premises Equipment (CPE) für das Übertragungsnetz derart qualifiziert, dass die aus aggregierten Reserveeinheiten gebildete Reservegruppe zur Erbringung von Regelleistung für das Übertragungsnetz oder zur Erbringung eines elektrischen Energiemarktproduktes nutzbar wird. Das Steuerungssystem wird dabei zusammen mit der Reservegruppe durch den Übertragungsnetzbetreiber als eine vollwertige„klassische“ Reservegruppe anerkannt, obwohl es sich um den aggregierten Pool vieler kleiner, einzeln nicht präqualifizierbarer bzw. nicht einzeln vermarktungsfähiger elektrischer Leistungseinheiten handelt. Die Anforderungen an das Customer Premises Equipment werden in der
Veröffentlichung„Mindestanforderungen an die Informationstechnik des Anbieters für die Erbringung von Regelleistung“ der vier deutschen
Übertragungsnetzbetreiber erläutert. Dieser Fachbegriff wird von den
Übertragungsnetzbetreibern verwendet, um das Ende des sicheren Bereichs eines Regelleistungskraftwerkes zur Anbindung einer Reserveeinheit oder einer Reservegruppe zu beschreiben. Das Customer Premises Equipment darf nach außen oder zur Reserveeinheit oder Reservegruppe hin ausschließlich eine serielle Anbindung aufweisen, um durch den durch Hardware erzwungenen „Medienbruch“ ein Internetprotokoll effektiv zu verhindern. Das bedeutet, dass die paketvermittelte Kommunikation nicht einfach vom Internet zum
Prozessnetz weiterbetrieben wird, sondern dass dazwischen eine
Kommunikation mit einem anderen Protokoll und Medium stattfindet. Dieser Medienbruch setzt zwangsläufig die Verwendung entsprechender Hardware bevorzugt in Form des erfindungsgemäßen Steuerungssystems voraus. Auf diese Weise wird abgesichert, dass trotz dieser Verbindung zwischen dem
öffentlichen Internet und dem privaten Prozessnetz kein unerlaubter Zugriff über das Internet auf das Prozessnetz erfolgen kann. Mit einer seriellen Schnittstelle ist vorliegend insbesondere eine CCITT-V.24- Schnittstelle oder eine EIA-RS-232-Schnittstelle gemeint, weil über sie ein unerlaubter Zugriff erschwert ist. Moderne serielle Schnittstellen wie Ethernet, USB, Firewire, CAN-Bus werden üblicherweise nicht als serielle Schnittstellen bezeichnet und sind hier auch nicht gemeint. Alternativ kann auch eine RS-485- Schnittstelle als serielle Schnittstelle eingesetzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerungssystems umfasst die serielle Schnittstelle mindestens zwei, vier, acht oder 16 Datenleitungen. Es können bis zu 24 Datenleitungen zwischen den als Reservegruppe RG
fungierenden Hardware-Einheiten des Steuerungssystems S und den im
Customer Premises Bereich des Prozessnetzes 4 wirkenden Hardware-Einheiten des Steuerungssystems S verwendet werden. Ein im Steuerungssystem S befindliches Kommunikationsmodul ist vorzugsweise konfiguriert, eine oder mehrere der Datenleitungen zum Empfangen und die übrigen Datenleitungen zum Senden von Daten einzurichten. Mit anderen Worten, es werden einige Datenleitungen der Schnittstelle ausschließlich für den Empfang und die anderen Datenleitungen der Schnittstelle ausschließlich für das Senden verwendet. Die Verwendung unterschiedlicher Datenleitungen für
unterschiedliche Übermittlungsrichtungen hat den Vorteil, dass der
Datendurchsatz etwa in der Empfangsrichtung maximiert werden kann, wobei in der Praxis idealerweise das theoretische Maximum weitgehend ausgeschöpft werden kann.
Vorteilhafterweise ist das Steuerungssystem so konfiguriert über das
Kommunikationsmodul jeweils dynamisch die Datenleitung auszuwählen, über welche Daten versendet werden. Auch ein im Steuerungssystem vorhandener Kopplungsprozessor ist bevorzugt derart konfiguriert, jeweils dynamisch die Datenleitung auszuwählen, über welche Daten versendet werden.
Beispielsweise können die für eine bestimmte Übertragungsrichtung
vorgesehenen Daten leitungen bei jeder Datenübertragung zyklisch durchlaufen werden. Die serielle Schnittstelle ist vorzugsweise für eine Übertragungsrate von mehr als 20.000, mehr als 50.000, mehr als 70.000 Baud ausgelegt. Insbesondere kann hier eine Hochleistungs-PCI-Netzkarte (PCI - Peripheral Component Interconnect) mit einer Baudrate von 921 .600 eingesetzt werden.
Während das Steuerungssystem, dessen Verwendung und das
Steuerungsverfahren unter Einsatz eines solchen Steuerungssystems bevorzugt zur Bereitstellung von Regelleistung in einem Übertragungsnetz vorgesehen sein können, können sie auch für die Bereitstellung anderer
Energiemarktprodukte wie z.B. Peakload-Blöcken, Offpeak-
Einzelstundenblöcken und Peakload-Einzelstundenblöcken ausgebildet sein, z.B. für eine Teilnahme am Intraday-Handel.
Für eine weitere Variante der vorangehend beschriebenen Steuerungsverfahren ist bevorzugt vorgesehen, dass im Zusammenwirken mit mindestens einer Reserveeinheit ein Computer-Programmprodukt für das Auslesen von Status- Daten einer Mehrzahl in der Reserveeinheit an das elektrisches Gebäudenetz angeschlossener, elektrischer Leistungseinheiten, eingesetzt wird,
wobei jede dieser elektrischen Leistungseinheiten eine ihr zugeordnete
Software-Applikation aufweist und damit zu akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten werden, wobei die akkreditierten elektrischen
Leistungseinheiten ausgewählt sind aus der Gruppe der signifikanten
elektrischen Leistungseinheiten und der Gruppe der elektrischen Klein- Leistungseinheiten und die Software-Applikationen der akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten auf einem digitalen Endgerät oder auf einer Mehrzahl digitaler Endgeräte installiert oder installierbar sind,
wobei das Computer-Programmprodukt Softwaremittel aufweist, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, den Computer dazu veranlassen, die folgenden Schritte auszuführen:
· Zugriff auf und Aktivierung von Software-Applikationen der
akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten der Reserveeinheit unter Einsatz persönlicher Zugangsdaten, die für einen automatisierten Zugriff des Computer-Programmproduktes auf die Software-Applikationen akkreditierter elektrischer Leistungseinheiten erforderlich und für diesen Zweck in Zugangsdaten-Speichermitteln des Computer- Programmproduktes vorgehalten sind und
• Bilderfassung und Bildauswertung grafischer Darstellungen, die bei dem automatisierten Zugriff auf die Software-Applikationen der
akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten durch die Software- Applikationen generiert bereit stehen,
wobei die Bildauswertung derart ausgebildet ist, Status-Daten der akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten zu ermitteln und in einem Status-Datenspeicher zu speichern und/oder an eine Steuereinheit zu senden.
Mit Hilfe dieses Computerprogrammproduktes können aus der gesamten Menge der elektrischen Leistungseinheiten diejenigen selektiert werden, die über eine ihnen zugeordnete Software-Applikation das Auslesen von Statusdaten erlauben. Dadurch ergibt sich die Untergruppe der akkreditierbaren
elektrischen Leistungseinheiten. Diese werden erwartungsgemäß überwiegend signifikante elektrische Leistungseinheiten mit Leistungsaufnahmen und/oder Leistungsabgaben größer gleich zwei Kilowatt sein. Jedoch werden auch die ein oder anderen elektrischen Klein-Leistungseinheiten dabei sein. Auf diese Weise können akkreditierbare elektrische Leistungseinheiten hinsichtlich ihres Potentials als Leistungsaufnahme und/oder Leistungsabgabe erfasst werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn einige akkreditierte
Leistungseinheiten zwar eine eigene Software-Applikation aufweisen jedoch keine Schnittstelle für eine Fernabfrage des Status der akkreditierten elektrischen Leistungseinheit anbieten. Im Ergebnis verbessert das im
Steuerungsverfahren zur Anwendung kommende Computerprogrammprodukt die Verlässlichkeit und Vorhersagbarkeit des fortlaufend disponierten
Arbeitspunktes der aggregierten Reserveeinheiten.
In der deutschen Patentanmeldung DE102019101082 der gleichen Anmelderin ist im Detail beschrieben, wie sich innerhalb der elektrischen
Leistungseinheiten einer Reservegruppe in Form eines Gebäudenetzes durch ein übergreifend wirkendes Computerprogrammprodukt die Untergruppe der so genannten akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten ausbilden lässt.
Bevorzugt ist das Steuerungsverfahren unter Einsatz des vorangehend beschriebenen Computerprogrammproduktes derart weitergebildet, dass als Steuereinheit ein Bestandteil des Steuerungssystems verwendet wird.
Alternativ kann die Steuereinheit aber auch auf Ebene der Reserveeinheit in einem für den Nutzer zugänglichen Gerät verortet sein. Dieses vor Ort befindliche Gerät kommuniziert dann die ermittelten Statusdaten der akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten zum Steuerungssytem.
Weiterhin ist das Steuerungsverfahren mit Vorteil so ausgebildet, dass beim Aggregieren der Reserveeinheiten solche Reserveeinheiten bevorzugt werden, die einen vergleichsweise höheren Anteil akkreditierter elektrischer
Leistungseinheiten und/oder disponierbarer, signifikanter elektrischer
Leistungseinheiten aufweisen. Ein höherer Anteil akkreditierter und/oder signifikanter elektrischer Leistungseinheiten erhöht die Steuer-Bandbreite des disponierbaren Leistungspotentials der Reserveeinheit. Beim Aggregieren derartiger Reserveeinheiten ist es somit einfacher, durch das fortlaufende Disponieren des Arbeitspunktes sicher zu stellen, dass das Leistungspotential der gebildeten Reservegruppe in den benötigten Bereitstellungs-Zeitfenstern hinreichend konstant bleibt. Die Bereitstellungs-Zeitfenster unterscheiden sich je nach dem ob das Bereitstellen von Primärregelleistung (FCR), von
Sekundärregelleistung (aFRR) oder von Min Uten reserve (mFRR) gefordert ist.
Nachfolgend ist eine bevorzugte Ausführungsform des Steuerungsverfahrens rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 ein schematische Darstellung zur Erläuterung des Funktionsprinzips des Steuerungsverfahrens unter Einsatz eines Steuersystems S und Figur 2 Details zum Einsatz eines Computerprogrammproduktes zum
Akkreditieren geeigneter elektrischer Leistungseinheiten innerhalb einer Reserveeinheit.
Fig. 1 zeigt in eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips des
Steuerungsverfahrens unter Einsatz des Steuerungssystems S. Jede hier jeweils als Gebäude dargestellte Reserveeinheit RE1 , RE2...REx umfasst innerhalb ihres jeweiligen Gebäudenetzes G, das über einen zugehörigen
Netzanschlusspunkt NAP definiert an ein Übertragungsnetz UN angeschlossen ist, eine Vielzahl elektrischer Leistungseinheiten. Die Reserveeinheit RE1 ist exemplarisch vergrößert dargestellt und lässt die unterschiedlichen
elektrischen Leistungseinheiten erkennen. Diese Vielzahl elektrischer
Leistungseinheiten zerfällt zum einen in die Gruppe signifikanter elektrischer Leistungseinheiten L1 .1 ... L1 .n mit einem elektrischen Leistungsumsatz von jeweils mehr oder gleich zwei Kilowatt. Zum anderen sind im Gebäudenetz G der Reserveeinheit RE1 die so genannten elektrischen Klein- Leistungseinheiten L1 .n+1 ... L1 .o vorhanden. Diese weisen jeweils einen elektrischen
Leistungsumsatz von weniger als zwei Kilowatt auf. Für die weitere
Reserveeinheit RE2 würde die zur ersten Reserveeinheit RE1 entsprechende Detaildarstellung das Gebäudenetz G mit den signifikanten elektrischen
Leistungseinheiten L2.1 ...L2.n und den elektrischen Klein-Leistungseinheiten L2.n+1 ...L2.1 .o zeigen. Diese Bezeichnung der elektrischen Leistungseinheiten setzt sich entsprechend fort bis zur Reserveeinheit REx.
Weiterhin ist das Gebäudenetz G der Reserveeinheit RE1 über ein
Smartmeter SM und ein zugehöriges Smartmeter-Gateway SMGW, das gemäß den in Deutschland geltenden Bestimmungen des Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) zertifiziert sein muss, an das externe Stromnetz und damit an das Übertragungsnetzwerk UN eines
Übertragungsnetzwerkbetreibers UNB angeschlossen.
Ein weiterer Anschluss stellt beispielsweise über eine DSL-Leitung eine
Verbindung der Reservegruppe RE1 mit dem Internet 1 her. In der Praxis stehen bevorzugt etwa 500 bis 1000 solcher Reserveeinheiten RE1 , RE2...REx über ihre jeweilige Verbindung zum Internet 1 in Paket-vermitteltem Datenaustausch mit einem Steuerungssystem S. Das Steuerungssystem S bildet ein Daten- Durchgangstor zwischen dem Internet 1 und einem Prozessnetz 4 eines
Übertragungsnetzbetreibers UNB. Im Prozessnetz 4 ist das so genannte
Customer Premises Equipment CPE angeordnet. Aus Sicht des Prozessnetzes 4 des Übertragungsnetzbetreibers UNB wirkt die Vielzahl der geclusterten Reserveeinheiten RE1 ,RE2... REx, die am Steuerungssystem S anliegen wie eine leistungsmäßig große Reserveeinheit, die als Reservegruppe RG bezeichnet wird. Früher wurde für den Begriff solcher Reservegruppen RG die Bezeichnung einer virtuellen technischen Einheit verwendet. Diese Reservegruppe RG kann auf Seiten des Prozessnetzes 4 als virtuelles Kraftwerk VPP gesteuert betrieben werden, beispielsweise um Regelleistung für einen Übertragungsnetzbetreiber UNB zur Frequenzstabilisierung eines Übertragungsnetzes UN bereit zu stellen. Der Übergang aus der Domäne des Internets 1 in die Domäne des besonders gesicherten Prozessnetzes 4 der Übertragungsnetzbetreiber UNB erfolgt durch einen Hardware-technisch im Steuerungssystem S realisierten Medienbruch. Dieser wird durch den Einsatz einer seriellen Schnittstelle zwischen der eingehenden Paket-vermittelten Daten-Kommunikation und der ausgehenden Paket-vermittelten Datenkommunikation realisiert und ist durch den
Doppelpfeil rein schematisch visualisiert.
Die hier beispielhaft beschriebene, bevorzugte Variante des
Steuerungsverfahrens sieht vor, bezogen auf das in der Figur 1 gezeigt
Szenario, dass als Verfahrensschritt M1 durchgeführt wird das Analysieren einer Vielzahl von Reserveeinheiten RE1 ...REx, die jeweils ein elektrisches
Gebäudenetz G aufweisen und das elektrische Gebäudenetz G dadurch definiert ist, dass es über einen gemeinsamen Netzanschlusspunkt NAP an ein elektrisches Versorgernetz angeschlossen ist, wobei in jedem elektrischen Gebäudenetz G gruppiert sind:
o signifikante elektrische Leistungseinheiten L1 .1 ... L1 . n;
L2.1 ... L2.n; ... Lx.1 ... Lx.n mit einem elektrischen
Leistungsumsatz von jeweils mehr oder gleich 2kW und/oder o elektrische Klein-Leistungseinheiten L1 .n+1 ... L1.o;
L2.n+1...L2.o; Lx.n+1... Lx.o mit einem elektrischen Leistungsumsatz von jeweils weniger als 2kW.
Anschließend erfolgt der Verfahrensschritt M2 als fortlaufendes Disponieren eines vorauseilenden Arbeitspunktes für jede Reserveeinheit RE1...REx, wobei ein Arbeitspunkt- Beitrag der signifikanten elektrischen Leistungseinheiten L1.1... L1.n; L2.1... L2.n; ... Lx.1 ... Lx.n jeder Reserveeinheit RE1...REx mittels Daten-Kommunikation mit den signifikanten elektrischen Leistungseinheiten L1.1... L1.n; L2.1...L2.n, ... Lx.1... Lx. n erfasst oder erfasst und gesteuert wird und wobei ein Arbeitspunkt- Beitrag durch die elektrischen Klein-
Leistungseinheiten L1 .n+1... L1.o; L2.n+1... L2.o; ... Lx.n+1... Lx.o jeder Reserveeinheit RE1... REx mittels eines für die jeweilige Reserveeinheit
RE1 ...REx Gebäudenetz-typischen Standardlastprofils einkalkuliert wird.
Weiterhin erfolgt der Verfahrensschritt M3 als Aggregieren einer Mehrzahl aus der Vielzahl analysierter Reserveeinheiten RE1 ... REx zur Bildung einer
Reservegruppe RG mit einem Leistungspotential im Megawatt- Bereich unter Summierung der fortlaufend disponierten vorauseilenden Arbeitspunkte der aggregierten Reserveeinheiten RE1...REx. Die physische Verortung der
Verfahrensschritte M1 , M2 und M3 kann zumindest zum Teil im
Steuerungssystem S liegen. Ebenso ist denkbar, dass nicht dargestellte
Computer des Prozessnetzes 4 einige oder alle der Verfahrensschritte M1 , M2 und M3 durchführen.
Die durch das Steuerungsverfahren gebildeten derartigen Reservegruppen RG können ebenfalls agglomeriert werden. Dies soll durch die drei Punkte zwischen der ersten Reservegruppe RG und der weiteren Reservegruppe RG und durch das zweite dargestellte Steuerungssystem S verdeutlicht werden.
Figur 2 zeigt rein beispielhaft eine schematische Übersicht der
Reserveeinheit RE1 mit darin enthaltenen elektrischen
Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2, ... L1.o, die die Kombination der in Figur 1 gezeigten signifikanten elektrischen Leistungseinheiten L1.1...L1 .n und der elektrischen Klein-Leistungseinheiten L1 .n+1 ... L1.o bilden. Diese elektrischen Leistungseinheiten L1.1 ,L1 .2, ...L1.o sind innerhalb der Reserveeinheit RE1 an ein elektrisches Gebäudenetz G angeschlossen. Das elektrische Gebäudenetz G ist über einen Netzanschlusspunkt NAP aufweisend ein hier nicht gezeigtes Smartmeter mit einem externen Übertragungsnetz UN eines elektrischen Übertragungsnetzbetreibers verbunden. Die Gesamtzahl der elektrischen Leistungseinheiten, deren Energieflüsse über den elektrischen
Netzanschlusspunkt NAP von oder zum Übertragungsnetz messbar sind, definiert letztlich die Reserveeinheit RE1. Regelmäßig wird die technische Einheit RE1 in Form eines Gebäudes vorliegen, deren darin befindliche elektrische Leistungseinheiten L1 .1 , L1 .2, ...L1.o über ein als Haus- oder
Gebäudezähler bezeichnetes elektrisches Smartmeter am Netzanschlusspunkt NAP mit dem Übertragungsnetz UN verbunden sind. Eine Untergruppe elektrischer Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2, ...L1 .p der insgesamt vorhandenen elektrischen Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2, _ L1.o weist jeweils eine der spezifischen elektrischen Leistungseinheiten L1.1 , L1.2, ...L1.p zugeordnete Software-Applikation SA1 ,SA2...SAp auf. Jede der elektrischen
Leistungseinheiten L1 .1 , L1.2, ... L1.p, die mit einer ihr zugeordneten Software- Applikation SA1 ,SA2...SAp ausgestattet ist, wird nachfolgend als akkreditierte elektrische Leistungseinheit bezeichnet.
Eine als elektrischer Gebäude-Energiespeicher ausgebildete elektrische
Leistungseinheit weist noch einen zusätzlichen Computer ZC auf, der insbesondere zur Steuerung der Energieflüsse von und zum elektrischen
Gebäude-Energiespeicher ausgebildet ist.
Weiterhin ist ein digitales Endgerät DE in Form eines Smartphones oder eines Tablets gezeigt. Dieses digitale Endgerät DE besitzt im Hinblick auf die akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2, ... L1.p Administrator- Nutzer-Rechte. Es kann sich räumlich entweder innerhalb der Reserveeinheit RE1 oder außerhalb der Reserveeinheit RE1 befinden. Da das digitale Endgerät DE für die akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten L1 .1 , L.12, L1.p Administrator-Rechte besitzt, sind auf seinem Betriebssystem Software- Applikationen SA1 ,SA2, ...SAp der jeweils akkreditierten elektrischen
Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2, ...L1.p installiert.
Sofern der zusätzliche Computer ZC der als elektrischer Gebäude- Energiespeicher ausgebildeten elektrischen Leistungseinheit ein geeignetes Betriebssystem anbietet, lassen sich dort kumulativ oder alternativ zum digitalen Endgerät DE die Software-Applikationen SA1 ,SA2,...SAp der akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2, _ L1.p installieren.
Als dritte Variante kann kumulativ oder alternativ vorgesehen sein, die Software-Applikationen SA1 ,SA2,...SAp der akkreditierten elektrischen
Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2...L1.p auf einem externen Computer EC zu installieren, der sich räumlich außerhalb der Reserveeinheit RE1 befindet, jedoch beispielsweise über das Internet in einer Datenverbindung mit der Reserveeinheit RE1 in Kontakt steht. Dieser externe Computer EC kann beispielsweise als Bestandteil des in Figur 1 erläuterten Steuerungssystems ausgebildet sein.
Auf dem Gerät, wo die Software-Applikationen SA1 ,SA2,...SAp der
akkreditierten Leistungseinheiten L1.1 , L1.2, ...L1.p installiert sind, ist weiterhin ein Computer-Programmprodukt installiert, das mit den Software- Applikationen SA1 ,SA2,...SAp wie nachfolgend beschrieben zusammenwirkt. Vorliegend sind die Software-Applikationen SA1 ,SA2,...SAp sowohl auf dem Computer ZC des elektrischen Energiespeichers, als auch auf dem digitalen Endgerät DE und dem externen Computer EC installiert. Es reicht jedoch einer der drei Installationsmöglichkeiten aus, um die nachfolgend beschriebene Funktionalität zu realisieren.
Seitens eines Administrator-Nutzers der Reserveeinheit RE1 sind bei der Installation des Computer-Programmproduktes CP die persönlichen
Zugangsdaten des Administrator-Nutzers für die jeweiligen Software- Applikationen SA1 ,SA2,...SAp der akkreditierten elektrischen
Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2,...L1.p übermittelt und in Zugangsdaten- Speichermitteln des Computer-Programmproduktes CP gespeichert worden. Dadurch kann das Computer-Programmprodukt CP automatisiert auf die
Software-Applikationen SA1 ,SA2,...SAp der akkreditierten elektrischen
Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2, ...L1.p zugreifen, diese aktivieren und
anschließend durch Bilderfassung und Bildauswertung Status-Daten der akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2,...L1.p ermitteln.
Im Zuge der zur Figur 1 beschriebenen Verfahrensschritte M1 , M2 und M3 des beispielhaft erläuterten Steuerungsverfahrens können unter Einsatz des
Computer-Programmproduktes CP zwei weitere Verfahrensschritte integriert werden: Zum einen Verfahrensschritt M4 als Zugriff auf und Aktivierung von Software-Applikationen SA1 ,SA2, ...SAp der akkreditierten elektrischen
Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2,...L1.p der Reserveeinheit RE1 unter Einsatz persönlicher Zugangsdaten, die für einen automatisierten Zugriff des
Computer-Programmproduktes CP auf die Software-Applikationen
SA1 ,SA2, ...SAp akkreditierter elektrischer Leistungseinheiten erforderlich und für diesen Zweck in Zugangsdaten-Speichermitteln des Computer- Programmproduktes CP vorgehalten sind.
Und zum anderen Verfahrensschritt M5 als Bilderfassung und Bildauswertung grafischer Darstellungen, die bei dem automatisierten Zugriff auf die Software- Applikationen SA1 ,SA2, ...SAp der akkreditierten elektrischen
Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2, ...L1.p durch die Software-Applikationen generiert bereit stehen, wobei die Bildauswertung derart ausgebildet ist, Status-Daten der akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten zu ermitteln und in einem Status-Datenspeicher zu speichern und/oder an eine
Steuereinheit SE zu senden.
Auf diese Weise können Statusdaten akkreditierter elektrischer
Leistungseinheiten L1.1 ,L1.2,...L1.p für jede der Reserveeinheiten RE1...REx ermittelt und beim Verfahrensschritt M1 , der Analyse der Reserveeinheiten RE1...REx, beim Verfahrensschritt M2, dem fortlaufenden Disponieren eines vorauseilenden Arbeitspunktes für jede Reserveeinheit RE1...REs und dem Verfahrensschritt M3, dem Aggregieren einer Mehrzahl aus der Vielzahl analysierter Reserveeinheiten RE1...REx berücksichtigt werden.
Bezugszeichenliste:
L1 .1 , L1 .2... L1 .n signifikante elektrische Leistungseinheiten der
Reserveeinheit RE1
L1 .n+1 , L1 .n+2... L1 .o elektrische Klein- Leistungseinheiten der
Reserveeinheit RE1
L1 .1 , L1 . 2... L1 .p akkreditiert Leistungseinheiten der
Reserveeinheit RE1
G Gebäudenetz der Reserveeinheit RE1
SM Smartmeter
SMGW Smartmeter Gateway
NAP Netzanschlusspunkt
UN Übertragungsnetz
RE1 , RE2, ... REx Reserveeinheiten
RG Reservegruppen
VPP virtual power plant
UNB Übertragungsnetzbetreiber
CPE customer premises equipment
S Steuerungssystem für das Steuerungsverfahren
SE Steuereinheit
CP Computer-Programmprodukt
EC externer Computer
ZC zusätzlicher Computer
DE digitales Endgerät
SA1 , SA2...SAp Software-Applikationen akkreditierter Leistungseinheiten der Reserveeinheit RE1
1 Internet
4 Prozessnetz eines Übertragungsnetzbetreibers
M1 , M2, M3, M4, M5 Verfahrensschritte des Steuerungsverfahrens

Claims

Patentansprüche:
1. Steuerungsverfahren zur Bereitstellung elektrischer Regelleistung für
Übertragungsnetze und/oder zur Bereitstellung eines elektrischen
Energiemarktproduktes mit den folgenden Verfahrensschritten:
• Analysieren (M1 ) einer Vielzahl von Reserveeinheiten (RE1...REx), die jeweils ein elektrisches Gebäudenetz (G) aufweisen und das elektrische Gebäudenetz (G) dadurch definiert ist, dass es über einen gemeinsamen Netzanschlusspunkt (NAP) an ein elektrisches Versorgernetz
angeschlossen ist, wobei in jedem elektrischen Gebäudenetz (G) gruppiert sind:
o signifikante elektrische Leistungseinheiten (L1.1 ... L1.n;
L2.1 ... L2. n; ... Lx.1...Lx.n) mit einem elektrischen
Leistungsumsatz von jeweils mehr oder gleich 2kW und/oder o elektrische Klein-Leistungseinheiten (L1.n+1 ... L1.o;
L2.n+1...L2.o; Lx.n+1... Lx.o) mit einem elektrischen Leistungsumsatz von jeweils weniger als 2kW;
• fortlaufendes Disponieren (M2) eines vorauseilenden Arbeitspunktes für jede Reserveeinheit (RE1...REx), wobei ein Arbeitspunkt- Beitrag der signifikanten elektrischen Leistungseinheiten (L1.1... L1.n;
L2.1 ... L2.n; ... Lx.1 ... Lx.n) jeder Reserveeinheit (RE1 ...REx) mittels Daten-Kommunikation mit den signifikanten elektrischen
Leistungseinheiten (L1.1 _ L1 .n; L2.1...L2.n, ... Lx.1...Lx.n) erfasst oder erfasst und gesteuert wird und wobei ein Arbeitspunkt- Beitrag durch die elektrischen Klein -Leistungseinheiten (L1.n+1... L1.o; L2.n+1... L2.o; ... Lx.n+1... Lx.o) jeder Reserveeinheit (RE1... REx) mittels eines für die jeweilige Reserveeinheit (RE1...REx) Gebäudenetz-typischen
Standardlastprofils einkalkuliert wird und
• Aggregieren (M3) einer Mehrzahl aus der Vielzahl analysierter Reserve einheiten (RE1...REx) zur Bildung einer Reservegruppe (RG) mit einem Leistungspotential im Megawatt- Bereich unter Summierung der fortlaufend disponierten vorauseilenden Arbeitspunkte der aggregierten Reserveeinheiten (RE1...REx).
2. Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der vorauseilende Arbeitspunkt mittels Daten-Kommunikation mit
disponierbaren, signifikanten elektrischen Leistungseinheiten (L1.1 _ L1.n;
L2.1... L2.n; ... Lx.1...Lx.n) der Reserveeinheiten (RE1..REx) derart gesteuert wird, dass von der Reserveeinheit (RE1..REx) bereitgestellte
Leistungspotentiale signifikant beeinflusst werden.
3. Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungspotential der Reservegruppe durch die disponierbaren, signifikanten elektrischen Leistungseinheiten (L1.1... L1.n; L2.1... L2.n; ... Lx.1 ... Lx.n) der Reserveeinheiten (RE1..REx) mittels von Nutzern der disponierbaren signifikanten elektrischen Leistungseinheiten (L1.1 _ L1 .n;
L2.1 ... L2. n; ... Lx.1...Lx.n) eingeräumten Dispositionszeiten zum
vollständigen oder teilweisen Aktivieren oder zum Deaktivieren der disponierbaren signifikanten elektrischen Leistungseinheiten (L1.1 _ L1 .n;
L2.1... L2.n; ... Lx.1...Lx.n) der Reserveeinheiten (RE1.. REx) gesteuert wird.
4. Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Kommunikation mit den Nutzern der disponierbaren, signifikanten
elektrischen Leistungseinheiten (L1.1... L1.n; L2.1...L2.n; ... Lx.1...Lx.n) der Reserveeinheiten (RE1..REx) seitens der Nutzer Dispositionszeiten während eines Nutzungszeitraums der disponierbaren signifikanten elektrischen Leistungseinheiten eingeräumt werden.
5. Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutzungszeitraum der Lebensdauer der disponierbaren, signifikanten elektrischen Leistungseinheiten (L1 .1... L1 .n; L2.1 ... L2.n; ... Lx.1... Lx.n) im Gebäudenetz entspricht oder dass der Nutzungszeitraum eine Dauer von weniger als einer Stunde oder von weniger als 48 Stunden entspricht.
6. Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass angesichts eingeräumter Dispositionszeiten die Nutzer im Bedarfsfall mit der Anfrage kontaktiert werden, ob gegen eine Vergütung eine Veränderung der Dispositionszeit für einzelne disponierbare signifikante elektrische
Leistungseinheiten vorgenommen werden darf.
7. Steuerungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass beim Aggregieren der Reserveeinheiten (RE1 ...REx) zu der Reservegruppe (RG) mit dem Leistungspotential im Megawatt- Bereich das Leistungspotential konstant gehalten wird,
indem
• die Zusammensetzung der aggregierten Reserveeinheiten (RE1 ... REx) variiert wird und /oder
• im Rahmen der eingeräumten Dispositionszeiten disponierbarer
signifikanter elektrischer Leistungseinheiten (L1 .1 ... L1 .n;
L2.1 ... L2. n; ... Lx.1 ...Lx.n) aggregierter Reserveeinheiten (RE1 ...REx) das Leistungspotential der jeweiligen Reserveeinheit (RE1 ...REx) durch ein Steuern der disponierbaren signifikanten elektrischen
Leistungseinheiten geregelt wird.
8. Steuerungsverfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerungssystem (S) verwendet wird, mit dem ein Austausch von Informations- und Steuerdaten zwischen dem
Steuerungssystem (S) und signifikanten elektrischen Leistungseinheiten
(L1 .1 ... L1 .n; L2.1 _ L2.n; _ Lx.1 ...Lx.n) der Reserveeinheiten (RE1 ...REx) anhand paketvermittelter und Internet-basierter Daten auf Seiten der Reserveeinheiten (RE1 ...REx) vorgenommen wird und
dass ein Austausch von Informations- und Steuerdaten betreffend die aggregierte Reservegruppe (RG) vom Kommunikationsmodul in einem Prozessnetzes eines Übertragungsnetzbetreibers (UNB) anhand
paketvermittelter Prozessnetz- Daten innerhalb des Prozessnetzes (4) vorgenommen wird,
wobei mit dem Steuerungssystem (S) eine Zwischenwandlung am
Steuerungssystem ankommender, paketvermittelter und Internet-basierter Daten in serielle Daten vorgenommen wird und die zwischengewandelten seriellen Daten in paketvermittelte Prozessnetz- Daten gewandelt in das Prozessnetz (4) eingespeist werden und wobei mit dem Steuerungssystem (S) eine Zwischenwandlung am Steuerungssystem (S) ankommender,
paketvermittelter Prozessnetz- Daten in serielle Daten vorgenommen wird und die zwischengewandelten seriellen Daten in paketvermittelte Internet basierte Daten gewandelt in das Internet (1 ) eingespeist werden.
9. Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwandlung paketvermittelter Daten in serielle Daten durch das Steuerungssystem (S) durch Hardware des Steuerungssystems (S) realisiert wird, die einen Kommunikations-Protokollwechsel in der
Datenkommunikation erzwingt.
10. Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem (S) derart ausgebildet ist, dass das
Steuerungssystem (S) als Durchgangstor zwischen dem Prozessnetz (4) eines Übertragungsnetzbetreibers (UNB) und einer aus einer Mehrzahl von
Reserveeinheiten (RE1 ... REx) aggregierten Reservegruppe (RG) betrieben wird.
1 1 . Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem (S) derart eingerichtet verwendet wird, dass dieses Steuerungssystem (S) integriert im Prozessnetz (4) eines
Übertragungsnetzbetreibers (UNB) aus Sicht des Übertragungsnetzbetreibers (UNB) als Reservegruppe (RG) präqualifizierbar und einsetzbar ist.
12. Steuerungsverfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zusammenwirken mit mindestens einer Reserveeinheit (RE1 ) ein Computer-Programmprodukt (CP) für das Auslesen von Status-Daten aus einer Mehrzahl in der Reserveeinheit (RE1 ) an das elektrisches Gebäudenetz (G) angeschlossener, elektrischer
Leistungseinheiten (L1 .1 , L1 .2, ... L1 .o), eingesetzt wird,
wobei eine Mehrzahl aus diesen elektrischen Leistungseinheiten (L1.1 ,L1.2, ...L1.o) eine ihr zugeordnete Software- Applikation (SA1 ,SA2,...SAp) aufweist und damit zu akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten werden, wobei die akkreditierten
elektrischen Leistungseinheiten ausgewählt sind aus der Gruppe der signifikanten elektrischen Leistungseinheiten (L1.1... L1.n) und der Gruppe der elektrischen Klein-Leistungseinheiten (L1.n+1... L1.o) und
die Software-Applikationen der akkreditierten elektrischen
Leistungseinheiten auf einem digitalen Endgerät (DE) oder auf einer
Mehrzahl digitaler Endgeräte installiert oder installierbar sind,
wobei das Computer-Programmprodukt (CP) Softwaremittel aufweist, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, den Computer dazu veranlassen, die folgenden Schritte auszuführen:
• Zugriff auf und Aktivierung (M4) von Software- Applikationen (SA1 ,SA2, ...SAp) der akkreditierten elektrischen
Leistungseinheiten der Reserveeinheit (RE1 ) unter Einsatz persönlicher Zugangsdaten, die für einen automatisierten Zugriff des Computer- Programmproduktes (CP) auf die Software-Applikationen
(SA1 ,SA2, ...SAp) akkreditierter elektrischer Leistungseinheiten erforderlich und für diesen Zweck in Zugangsdaten-Speichermitteln des Computer-Programmproduktes (CP) vorgehalten sind
und
• Bilderfassung und Bildauswertung (M5) grafischer Darstellungen, die bei dem automatisierten Zugriff auf die Software-
Applikationen (SA1 ,SA2, ...SAp) der akkreditierten elektrischen
Leistungseinheiten durch die Software-Applikationen generiert bereit stehen,
wobei die Bildauswertung derart ausgebildet ist, Status-Daten (SD) der akkreditierten elektrischen Leistungseinheiten zu ermitteln und in einem Status-Datenspeicher zu speichern und/oder an eine Steuereinheit (SE) zu senden.
13. Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 12 rückbezogen auf einen der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass als Steuereinheit (SE) ein Bestandteil des Steuerungssystems (S) verwendet wird.
14. Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, dass beim Aggregieren der Reserveeinheiten
Reserveeinheiten (RE1...REx) bevorzugt werden, die einen vergleichsweise höheren Anteil akkreditierter elektrischer Leistungseinheiten und/oder disponierbarer, signifikanter elektrischer Leistungseinheiten (L1.1... L1.n; L2.1...L2.n; ... Lx.1...Lx.n) aufweisen.
EP20746094.0A 2019-07-15 2020-06-24 Steuerungsverfahren zur bereitstellung elektrischer regelleistung für übertragungsnetze und/oder eines elektrischen energiemarktproduktes Pending EP4000155A1 (de)

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