EP4014295A1 - Method for modelling one or more energy conversion installations in an energy management system - Google Patents

Method for modelling one or more energy conversion installations in an energy management system

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EP4014295A1
EP4014295A1 EP20761140.1A EP20761140A EP4014295A1 EP 4014295 A1 EP4014295 A1 EP 4014295A1 EP 20761140 A EP20761140 A EP 20761140A EP 4014295 A1 EP4014295 A1 EP 4014295A1
Authority
EP
European Patent Office
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energy
energy conversion
parameters
management system
power
Prior art date
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Pending
Application number
EP20761140.1A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Werner
Joachim Seifert
Peter Schegner
Paul Seidel
Tobias Hess
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Dieenergiekoppler GmbH
Original Assignee
Dieenergiekoppler GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Dieenergiekoppler GmbH filed Critical Dieenergiekoppler GmbH
Publication of EP4014295A1 publication Critical patent/EP4014295A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06Electricity, gas or water supply
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
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    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS 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
    • Y04S10/00Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • YGENERAL 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
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS 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
    • Y04S40/00Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/20Information technology specific aspects, e.g. CAD, simulation, modelling, system security

Definitions

  • the invention relates to a method for modeling one or more energy conversion systems in an energy management system, at least one energy conversion system and a control and regulation unit being provided in the energy management system.
  • the politically wanted and driven energy turnaround is leading to a decentralization of energy supply in the electricity, heating / cooling and mobility sectors.
  • the sectors are increasingly being networked or coupled with one another. This is done, for example, with small, controllable energy conversion systems such as heat pumps, combined heat and power plants or electric vehicles.
  • the decentralization means that large conventional power plants can be switched off. There is also the objective of increasing the efficiency of energy generation.
  • Such energy management system can include the following components:
  • one or more energy conversion systems such as combined heat and power systems, heat pumps, fuel cells, heating rods, electric vehicles, photovoltaic systems (PV systems), connected to one or more supply networks
  • Sensors / meters for recording relevant energetic interfaces or parameters of energy conversion systems and storage • a local control / regulating unit which is / are assigned to individual or a group of energy conversion systems and which controls / regulates them and collects measurement data from the sensors
  • one or more energy conversion systems are assigned a control / regulating unit on which the sub-functionalities of the energy management system are implemented.
  • the energy management system is supplemented by a component of an energy control center for controlling the subordinate units.
  • the control / regulation unit also has the functionality of a gateway or communication takes place via a separate gateway.
  • Example 1 Virtual power plants for marketing the energy fed in by renewable energies on the electricity exchange
  • Example 2 Control of a battery storage system in a system consisting of a PV system, battery storage and electrical consumers to increase the proportion of the energy produced by the PV system in relation to the energy consumed in the system (covering internal requirements)
  • Example 3 Connection and pooling (grouping) of combined heat and power plants (combined heat and power plants) to guarantee the necessary minimum power for the provision of control power as a system service in the context of a virtual power plant
  • BTC AG Brochure BTC Virtual Power Plant - Consumers and producers bundle and market, https://www.btc-ag.com/ complicate/BTC-VPP-Virtual- Power-Plant (accessed on July 3, 2019)
  • a disadvantage of such known systems is that optimizations, for example with regard to economic efficiency, are only carried out to a limited extent.
  • restrictions for the operation of an energy conversion system, such as requirements, are only insufficiently taken into account in deployment planning.
  • system models must be generated for individual energy conversion systems and incorporated into the deployment planning and control.
  • the function of the energy management system is not independent of the technology of the energy conversion systems. The flexibility that can be used to control an energy conversion system is therefore insufficient.
  • the object of the invention is now to provide a method for modeling one or more energy conversion systems in an energy management system (EMS) which enables an improved, more efficient and simple control of one or more energy conversion systems in an energy management system.
  • EMS energy management system
  • a model generated during such modeling which depicts one or more energy conversion systems, can be used, for example, to generate a timetable for managing an energy conversion system.
  • the object is achieved by a method with the features according to claim 1 of the independent claims. Developments are given in the dependent claims.
  • the method for controlling an energy management system provides at least one energy conversion system and one control and regulation unit in one of these types of system.
  • an abstract model is generated for each energy conversion system, in which the energy conversion system is mapped with its respective static parameters and its respective dynamic parameters.
  • the static parameters and dynamic parameters are uniform and independent of the type of energy conversion system.
  • the number of parameters used does not change from energy conversion system to energy conversion system, but only the content or value of a parameter differs from energy conversion system to energy conversion system.
  • the abstract model contains all the information that an energy management system needs for individual sub-functionalities. This abstract model is always independent of the type of energy conversion system with its possible special features and is therefore generally applicable.
  • the disadvantage of the prior art, which requires different models specially adapted to a certain energy conversion system, is overcome by the technology-independent abstract model according to the invention.
  • the abstract model does not define the operation of the energy conversion system, but is used by an energy management system to determine optimized operation.
  • the abstract model defines the limits within which an optimized operation must move through the energy management system so that it can be fulfilled.
  • measurement data are recorded within the energy management system and transmitted to the control and regulation unit. On the basis of this measurement data, a prognosis of an expected energy demand is made.
  • This energy requirement is mapped in connection with the storage potential (e.g. capacity of an electrical, thermal, chemical storage) in its time course in a so-called energy band, which has a lower energetic limit curve and an upper energetic limit curve.
  • the energy conversion system is controlled within these energetic limit curves.
  • the abstract models of several energy conversion systems are combined in an abstract model of several energy conversion systems by means of an aggregation and that the lower energetic limit curve and the upper energetic limit curve are determined on the basis of the abstract model of several energy conversion systems.
  • the scope of the parameters does not change in an abstract and aggregated model that is then formed, since these are uniform and independent of the type of energy conversion system. Only the values of the parameters are different after aggregation. This leads to an inventive standardization and unification of the method for modeling one or more energy conversion systems in an energy management system.
  • the abstract model is generated taking common energy requirements into account.
  • Such common energy needs exist when two or more energy conversion systems jointly cover the needs of a consumer. For example, if a photovoltaic system and a combined heat and power system cover the needs of an electrical consumer together, there is the possibility that the photovoltaic system can cover a greater or all of the demand during the day, while the photovoltaic system does not switch on at night is involved in meeting the needs of the consumer.
  • Fig. 1 an exemplary energy management system with various components
  • Fig. 2 an abstract and aggregated model with further functional interrelationships in a schematic diagram
  • Fig. 3 an abstract system model of an energy conversion system
  • Fig. 4 a representation of basic procedural relationships in an aggregation
  • Fig. 7 a schematic diagram of an energy conversion system Batteriespei cher,
  • Fig. 8 a representation of performance forecasts of an energy conversion system electric vehicle
  • Fig. 9 an illustration of charging and discharging processes of an electric vehicle
  • Fig. 16 a representation of energetic limit curves for a Batteriespei cher
  • 17 an illustration of power limit curves of a predicted power for a battery storage device
  • Fig. 18 an illustration of energetic limit curves of two energy conversion systems with resulting aggregated energetic limit curves
  • FIG. 1 An exemplary energy management system 1 with various components is shown in FIG.
  • the energy management system 1 comprises one or more energy conversion systems 2.
  • Such energy conversion systems 2 can be, for example, a combined heat and power plant, a heat pump, a fuel cell, a heating element, an electric vehicle or a photovoltaic system. It is provided here that the energy conversion systems 2, which can generate or consume energy, can be connected to a supply network 3 or to a plurality of supply networks 3.
  • the energy management system 1 also includes sensors 6 or counters, wel che at various relevant energetic interfaces, detect parameters or parameters of energy conversion systems 2, supply networks 3, requirements 4 and / or energy stores 5.
  • a local control and regulation unit 7 is provided, which is assigned to individual or to a group of energy conversion systems 2 and takes over the control or regulation thereof. Such a control or regulation takes place, for example, by means of corresponding control commands 8 generated by the control and regulation unit 7, which in the example of FIG. 1 are transmitted to an energy conversion system 2.
  • the control and regulation unit 7 receives and processes measurement data 9 from the sensors 6 or counters 6.
  • the energy management system 1 is supplemented by a component of the energy control center 10, as shown in the upper part of FIG.
  • the higher-level energy management system 1 b is equipped with an interface 11.
  • the higher-level energy management system 1 b can be coupled via this interface 11 directly or via a gateway 12, which can also be referred to as a connection unit, to the local energy management system 1 a to form an energy management system 1 containing both components.
  • a gateway 12 or a connection unit is usually regarded as a component which establishes a connection such as a data connection between two systems.
  • the gateway 12 establishes a data connection between the energy control center 10 and the control and regulation unit 7.
  • the energy flows 13 are shown by means of respective dash-dash lines.
  • control and regulating unit 7 data of an external forecast 14 are transmitted.
  • Such data of an external forecast 14 include information on, for example, the temperature or global radiation at the location of the local energy management system 1a over a forecast period of, for example, one day in a time-resolved form of, for example, 15 minutes.
  • one or more energy conversion systems 2 are each assigned a control and regulation unit 7 on which the required sub-functionalities of the energy management system 1 a are implemented.
  • This control and regulation unit 7 has at least one computing unit and units for storing data. Such data can, for example, also be stored in a database system.
  • the local energy management system 1a optimizes the operation of all connected energy conversion systems 2 according to various aspects, such as economic viability, energy efficiency or others, taking into account the energy demand 4.
  • Such an energy demand 4 is either known or can be used in such a system on the Control and regulation unit 7 can be predicted in a suitable manner.
  • Demand forecasts 29 of this type can be made, for example, on the basis of the measurement data 9 obtained in the energy management system 1, which are recorded by means of various sensors 6 or counters 6. Furthermore, external forecasts 14 such as weather data can be used for such demand forecasts 29, which can be received, for example, via the Internet 15 via radio network or DSL connection or an energy control center 10.
  • the energy management system 1 has an associated control and regulation unit 7 with corresponding interfaces for connecting the transmitted measurement data 9.
  • the control and regulation unit 7 is furthermore equipped with corresponding interfaces for connection equipped with one or more energy conversion systems 2.
  • the control and regulation unit 7 also has an interface to the superordinate energy management point 10.
  • a connection unit 12 such as a gateway can be used are provided.
  • the functionality of the connection unit 12 can also be integrated into the control and regulation unit 7.
  • the higher-level energy management system 1 b coordinates several subordinate local energy management systems 1 a, which in turn can consist of one or more energy conversion systems 2 and an associated control and regulation unit 7.
  • the coordination of such an energy management system 1, takes place on the basis of various target variables, such as economic viability, energy efficiency, peak load capping and others.
  • the function of the energy management system 1 is based on the recorded measurement data 9, which are forwarded to the higher-level energy management system 1b by the connection unit 12 (gateway) or the control and regulation unit 7 with connection unit functionality.
  • Information on the coordination of the individual energy conversion systems 2 is transmitted from the energy control center 10 of the higher-level energy management system 1b to the control and regulation unit 7, which transfers it to the subordinate energy conversion systems 2.
  • this information for coordination can be direct control commands such as switching on (ON) or switching off (OFF) of a target output specification (Psoii) for the corresponding energy conversion system 2.
  • At least one model representing the energy management system 1 is stored.
  • the energy management system 1 can use such a model to plan the use of the energy conversion systems 2.
  • the operation of the energy management system 1 can be monitored by means of the control and regulation units 7 in real-time operation.
  • the energetic shift potential indicates how long an energy conversion system 2 can be switched off without violating restrictions such as a heat requirement or how long an energy conversion system 2 can remain switched on until the storage or energy storage 5 is filled to the maximum.
  • an application planning that is to say a prognosis of the future, desired operation of the controllable energy conversion systems 2 can be undertaken.
  • the partial functionalities that an energy management system 1 must have can be broken down into operational planning, control / regulation and operational monitoring.
  • an application for example reducing the peak zenload in an electrical supply network 3
  • the logical links resulting from the application must be taken into account and are therefore mapped in the model.
  • a logical connection is how, for example, a specific energy conversion system 2, for example an electric vehicle 42, can contribute to reducing the peak load in an electrical supply network 3, taking into account the availability of the electric vehicle 42 and at the same time ensuring that the Demand 4 for mobility is always sufficient energy in the storage of the electric vehicle 42 is available.
  • demand forecasts 29 for energy demand 4 as well as generation forecasts 39 for feeding in non-controllable energy conversion systems 2 are used as parameters for the energy management system 1.
  • a non-controllable energy conversion system 2 is, for example, a photovoltaic system.
  • the energy management system 1 uses the models to implement the planned operation for the energy conversion systems 2 in real time. Here at must be controlled or regulated and monitored. Failures and / or deviations must be recognized promptly and compensated for.
  • Energy management systems are based on the fact that the models of the energy conversion systems 2 are configured manually as individual models with their static parameters. Each energy conversion system 2 is always described using its own manufacturer or technology-specific model.
  • the energy management system with its sub-functionalities of deployment planning, control / regulation and operational monitoring must therefore be specifically adapted to the respective application, i.e. the various manufacturer-specific or technology-specific models must be integrated into the process.
  • different goals for the operation or limits that restrict the operation of the energy conversion systems 2 must be taken into account separately in the energy management system and in the procedures for deployment planning, control / regulation and operational monitoring. Examples of operating limits of such systems are, for example:
  • two or more energy conversion systems 2 which cover a common energy requirement 4 or are connected to a control and regulation unit 7 and are functionally related, are in a logical connection or a logical connection.
  • a functional relationship exists, for example, in a system consisting of two combined heat and power plants 2, which together cover the thermal requirements 4 in a building.
  • An energy management system 1 is superordinate to model 16 with its partial functionalities such as deployment planning with regard to the available resources of energy conversion systems 2, energy storage 5 and energy requirements 4. Further partial functionalities are the control and / or regulation as well as the operational monitoring of the energy conversion systems 2 belonging to the energy management system 1 .
  • Such an abstract, aggregated model 16 describes the combination of several individual abstract models 26 each of a real energy conversion system 2. It thus represents a model 16 of an overall system in an energy management system 1 and includes all associated subordinate or subordinate systems or systems. Components such as energy conversion systems 2. By abstracting both individual models and the overall system (several systems), the partial functionalities of the energy management system 1 can be described independently of the actual type of energy conversion system 2.
  • an energy conversion system 2 can be both a fuel cell and a heat pump or another system.
  • an energy management system 1 is independent of the amount of energy conversion systems 2 in the overall system, since it allows the aggregation of a wide variety of system types.
  • the simple mapping of several energy conversion systems 2 with their stores and / or requirements, which are logically related, that is, cover a common requirement or are assigned to a control and regulation unit 7 and are functionally related, is thus possible.
  • Implementation of energy management systems 1 is significantly simplified in this way.
  • the abstract model 16 is part of the energy management system 1, but upstream of the individual sub-functionalities. It is implemented on the control and regulation unit 7 in a local energy management system 1 a or in a higher-level energy management system 1 b. In the case of a superordinate energy management system 1 b, implementation in the energy control point 10 is also possible.
  • the abstract model 16 consists of static parameters 17 and dynamic parameters 18.
  • the abstract model 16 is used on two levels or that the abstract model 16 extends over two levels. On the one hand on the second level 23 of the individual energy conversion systems 2, on the other hand on a superimposed first level 22.
  • FIG. 2 also shows the process of disaggregation 21, in which control commands 25 for controlling the individual energy conversion systems 2 are generated from target commands 24 and data from the available model 16.
  • the static parameters 17a for each energy conversion system 2 are first configured once in a general model 26a that depicts this energy conversion system 2.
  • An energy conversion system 2a, an energy store 5a and an energy requirement 4a to be covered can be assigned to such a model 26a, as is shown in FIG.
  • the static parameters 17a thus include the parameters of the energy conversion system 2a, the energy storage device 5a and the energy demand 4a to be covered.
  • the parameters 17 and 18 are uniform and independent of the type of energy conversion system 2.
  • the static parameters 17a, 17b, ..., 17n of several abstract models at the level of an individual system are then fed to an aggregation 19, as shown in FIG Figures 2 and 4 is shown.
  • a suitable reference system 38 is first established, for example the primary, most important energy conversion system 2.
  • This reference system 38 is used in all aggregation steps 19 and disaggregation steps 21 up to the higher-level abstract model.
  • the aggregation 19, ie the linking of models at the system level, takes place on the basis of mathematical algorithms which are dependent on the respective static parameters to be aggregated. In this case, joint energy requirements 4 that must be covered by the systems and the energy interfaces must also be taken into account.
  • auxiliary variables 20 are then derived using mathematical methods and aggregated again, as is shown by way of example in FIG. These auxiliary variables 20 are used in combination with the dynamic parameters 18 of the system models for deployment planning by the energy management system 1. The result is the static parameters 17 of a group of systems that contain the same parameters as the model of a single system and are expanded by the auxiliary variables.
  • the dynamic parameters 18 In addition to the static parameters 17, the dynamic parameters 18 have a special rank.
  • the dynamic parameters 18 essentially serve the energy management system 1 for deployment planning. These are continuously changing values. They describe the energetic limits within which a system or a combination of systems can be controlled. For an energy conversion system 2, this is indicated by two energetic limit curves 27,
  • Restrictions for free plant operation can be:
  • Schedules operation of the system at the desired times desired
  • Blocking times system operation prohibited due to e.g. noise emissions
  • the first and the second energetic limit curve 27 and 28 thus describe the future energetic so-called shift potential, which is given by an energy conversion system 2.
  • the dynamic parameters 18 are supplemented by a so-called control potential, which describes the controllability of the energy conversion system 2 with regard to its performance.
  • These dynamic parameters 18 or 18a, 18b,..., 18n are determined based on demand forecasts 29, which are to be predicted for the energy demands 4 to be covered by the respective energy conversion system 2.
  • the demand forecasts 29 are created on the basis of external forecasts 14, such as weather forecasts and historical measured values 31, which have been recorded and temporarily stored by the connection unit 12 (gateway).
  • the demand forecasts 29 are processed in a processing step 63 using mathematical algorithms 33 taking into account the restrictions 32 for the free operation of the energy conversion system 2 and the static parameters 17 as well as by means of measurement data 9.
  • a so-called control potential which defines so-called power limit curves 52 and 53 or energetic limit curves 27 and 28, within which regulation can take place, is created for the energy conversion system 2.
  • the static parameters 17 and the restrictions 32 for the free operation of the energy conversion system 2 are used.
  • These restrictions 32 can be generated by means of a configuration 35, for example.
  • first optimizations 34 can be carried out directly on the energetic limit curves 27 and 28.
  • Such a first optimization 34 can relate, for example, to desired times of the operation of an energy conversion system 2, the energetically efficient operation of the energy conversion system 2 or also a storage charge management e.g. of a storage unit 5 connected to the energy conversion system 2. For example, it could be provided that an energy conversion system 2 should not be operated at night.
  • the dynamic parameters 18a of a first energy conversion system 2 are provided, for example, as shown in FIG.
  • the dynamic parameters 18 or 18a, 18b,..., 18n are created for each individual energy conversion system 2.
  • One advantage here is that these parameters are based on mathematical methods or a mathematical algorithm 33 in one step of the aggregation 19 can be provided. This step of the aggregation 19 is shown in FIG. 4 both for static parameters 17 and for dynamic parameters 18.
  • the reference system 38 is also used again. In aggregation 19, auxiliary variables 20 are derived again.
  • the dynamic parameters 18 can then be supplemented by second optimizations 64.
  • comprehensive optimizations between different energy conversion systems 2 and taking into account non-controllable energy requirements 4 and / or energy generation 39 are of particular interest.
  • the energy requirements 4 can be calculated in advance by means of a demand forecast 29
  • the energy generation 39 can be calculated using a generation forecast 39.
  • Second optimizations 64 can be, for example, the energy efficiency of an overall system or the optimization of internal requirements, i.e. the maximum use of the generation by energy conversion systems 2 for requirements and avoidance of feeding into supply networks 3. This is particularly relevant in higher-level energy management systems 1b to various to take local targets into account in operational planning. For this purpose, desired operating times can be determined by an optimization algorithm, whereby the dynamic parameters 18a, 18b, ..., 18n are modified. This leads to the limitation of the energetic limit curves 27 and 28 and thus a limitation of the usable energetic shift potential. For operational planning, however, this means that various goals can be met in parallel. This increases the profitability of a higher-level energy management system 1 b.
  • All the mathematical methods used are designed to be reversible, so that the disaggregation 21 in FIG. 2 is made possible, in which the control commands 25 for controlling the individual energy conversion systems 2 are generated.
  • the static and dynamic parameters 17 and 18 of the energy conversion systems 2 are used here.
  • the derived auxiliary variables 20 are particularly relevant, since only they make it possible to compensate for the loss of information that occurred during the data aggregation 19 and to implement a reliable disaggregation 21.
  • a schedule or schedule is determined by the deployment planning, this is translated into a schedule or schedule for each individual energy conversion system 2 using the abstract model 16. This has the advantage that not every energy conversion system 2 has to be integrated into the energy management system 1 for communication purposes, but the integration of the aggregated model 16 (system) is sufficient.
  • limits in the models of the energy conversion system 2 makes it possible to achieve a reliable distribution.
  • Such limits can be, for example, requirements 4 to be covered (heat requirements), availability of an energy conversion system 2, time schedules, maximum possible or minimum necessary feed into the supply network 3 or storage charge states.
  • the abstract model 16 enables a uniform interface to the sub-functionalities of the energy management system 1 such as deployment planning, control, regulation to be generated, after which these do not have to be adapted to the application.
  • the dynamic parameters 18, 18a, 18b, ..., 18n over different levels with different limits, such as schedules, blocking times, availability times or requirements, or optimization goals such as optimizations with regard to the energy efficiency of an individual energy wall treatment system 2, with regard to the energy efficiency of several energy conversion systems 2 or an optimization of internal requirements, can be processed.
  • the abstraction also allows restrictions in the electrical networks to be easily taken into account without further increasing the complexity of the energy management system 1. For example, the maximum allowable feed-in by the energy conversion system 2 and the network of energy conversion systems 2 can be taken into account as a function of the predicted feed-in behavior of photovoltaic systems in a local network.
  • the dynamic parameters 18, 18a, 18b, ..., 18n are of particular relevance in the method, since this enables the energy management system 1 to deliver valid solutions regardless of the procedure, which system parameters Meter 17 and 18, energy requirement 4, restrictions 32 for local system operation and local optimizations. With the optimization in the sense of the energy management system 1, parallel use cases can be fulfilled, ie various optimization goals can be implemented without great effort.
  • the use of the abstract model 16 is not limited to a control and regulation unit 7. It can also be used in the energy control center of a superordinate energy management system 1b.
  • the energy management system 1 shown in FIG. 5 is used to describe the method for controlling an energy management system in an exemplary embodiment.
  • this energy management system 1 there is an electrical general consumption 40, a photovoltaic system 41 (PV system), an energy storage device 5 in the form of a battery storage device and an electric vehicle 42 which is connected to the charging box 43 via a connection socket 45 and charged can be.
  • PV system photovoltaic system 41
  • an energy storage device 5 in the form of a battery storage device
  • an electric vehicle 42 which is connected to the charging box 43 via a connection socket 45 and charged can be.
  • the battery storage 5 and the charging box 43 are controllable systems, that is to say the charging or discharging can be specified by the control and regulation unit 7 of the energy management system 1 by means of control commands 25.
  • the PV system 41 is viewed as a non-controllable system, ie the provision of power cannot or should not be influenced by the control and regulation unit 7.
  • the control and regulation unit 7 records the energy flows 13 for both energy conversion systems 2, i.e. the electrical consumer 40 and the charging box 43, as well as the PV system 41 via the sensors 6a, 6b, 6c and 6d, which can also be part of the energy management system 1 .
  • the first sensor 6a determines the power PSP from or to the energy store 5.
  • the second sensor 6b determines the power PPV of the PV system 41, while the third sensor 6c determines the power PE-FZG to the charging box 43 or to the electric vehicle 42.
  • a sensor 6d is provided for detecting the power PHaus to the house or from the house, the energy management system 1 being on in this example System for a house with its components 40, 41, 42 and 5 is.
  • the sensor 6d is, for example, the electrical energy meter or main meter in the house, which is connected to the control and regulation unit 7 and which is relevant to accounting.
  • the sensor 6d or main meter in the house is connected to a general supply network 44.
  • the illustration in FIG. 5 shows that the sensors 6a to 6d transmit their measurement data 9 to the control and regulation unit 7 and the control and regulation unit 7 can send control commands 25 to the energy store 5 and the charging box 43.
  • controllable system is the charging box 43, which is controlled by means of the control commands 25 transmitted by the control and regulation unit 7.
  • control commands 25 transmitted by the control and regulation unit 7.
  • the battery 46 with its capacity is to be understood as the energy storage device in the electric vehicle 42.
  • the need is the mobility of the electric vehicle 42, which, however, cannot be recorded for the energy management 1.
  • the requirement thus arises from the necessary energy that has to be recharged when the electric vehicle 42 is connected to the charging box 43, for example via the connection socket 45.
  • FIG. 6 also shows a battery inverter 47, which is directly connected to the rechargeable battery 46, as well as the motor 48 of the electric vehicle 42.
  • the structure for the battery storage 5 is shown in FIG.
  • the Batteriespei cher 5 is special in structure because it has no need.
  • the battery storage 5 is to be understood as a combination of a controllable generator 49, a second accumulator 50 and a controllable consumer 51.
  • An energy conversion system 2 in this context means that two forms of energy are coupled to one another using an internal process.
  • One of the two forms of energy (can also be identical) is to be regarded as the primary form of energy (form of energy 1). This essentially serves as a variable for marketing / optimization in the energy management system 1.
  • Example charging box for an electric vehicle is
  • Energy form 1 electrical energy
  • Energy form 2 thermal energy
  • the main output variables are the system parameters, i.e. the static parameters 17 and the dynamic parameters 18.
  • these can be, for example:
  • Power control mode Mr Ah ⁇ o Corresponds to the power control mode (discrete control, modulating power control) o
  • discrete control, modulating power control discrete
  • Switch-off time constant TAbsAni o Corresponds to a period of time for the switch-off of a system (important for control) o Taken from the performance curve for the electric vehicle o E.g. TAbsAnF 30 min
  • Energy conversion index: o corresponds to a universal conversion code between the power in energy form 1 and the power in energy form 2 in depen dependence of the power levels o Since, in the electric vehicle 42, the primary and secondary energy form is identical, the factor takes into account only the losses of the Encrypt averaging unit and is approximately a to
  • the storage capacity corresponds to a storable energy in the storage, which is assigned to the energy conversion system and is based on the energy conversion number on the primary energy form 1.
  • the dynamic parameters 18 of an energy conversion system 2 in this case the electric vehicle 42, essentially consist of:
  • the creation of the lower power limit curve 52 Pprog min and the upper power limit curve 53 Pprog max is described. These describe what power an energy conversion system 2 can be specified at a point in time.
  • the static parameters 17 of the energy conversion system 2 and the restrictions 32 for the system operation are used.
  • the first-mentioned essentially includes the Pi_s Ani performance levels.
  • the possible charging periods ie the periods of time in which the electric vehicle 42 is connected to the charging box 43, should be mentioned as a restriction 32 for the plant operation.
  • the information is combined during processing.
  • the power limit curves 52 and 53 result from the minimum and maximum power level.
  • the power limit curves 52 and 53 are shown in FIG. FIG. 8 shows a predicted power P 54 over time.
  • the areas B2, B3 and B4 shown represent time periods in which the electric vehicle 42 is connected to the charging box 43 via the connection socket 45 and can be charged.
  • the dash-dot line represents the lower power limit curve 52 Pprog min, while the dash-dash line shows the upper power limit curve 53 Pprog max.
  • area B3 for example, it is possible to charge the electric vehicle 42 between 6 p.m. and 6 a.m. the following day.
  • the lower energetic limit curve 27 Eprog min and the upper energetic limit curve 28 Eprog max are created.
  • the starting point for the creation of the dynamic parameters 18 is the creation of a demand forecast for a period in the future and for which the energy management system is to carry out an optimization with regard to various possible optimization goals.
  • the demand prognosis 29 is created for each energy conversion system 2 with an energy demand 4 and indicates the future demand over time. It is created from the measured values on demand / storage behavior or from derived variables.
  • the prognosis can be obtained from the power curve of the charging process and the storage states, as is shown by way of example in FIG.
  • FIG. 9 shows the course of the storage charge state 58 Esp act over time.
  • the actual charging power Pist is shown in the direction of the left Y-axis in FIG.
  • a reload dependent on the current charge of the battery 46 of the electric vehicle 42 takes place.
  • the charging time is dependent on the energy consumption from the battery 46 between 6 a.m. and 6 p.m., this being linearly interpolated.
  • processing is carried out using mathematical algorithms. For this purpose, the cumulative sum 56 Esum prog for the forecasted charging capacity (mobility requirement) is first formed.
  • E sum prog for all ie [0 ... t], where i ... corresponds to a counting index for the performance values.
  • FIG. 11 shows the course of the forecast charging power 56 in its course over time.
  • the static parameters 17 or system parameters by means of the storage capacity Es P ka P , the storage state of charge at the time Es P (t a w) and the lower and upper power limit curves 52 and 53, the lower and upper energetic limit curves are ven 27 and 28 determined (Eprog min, E P rog max).
  • the aim here is also to rule out impermissible conditions.
  • FIG. 12 shows the time course of the charging power Esum prog 56, which runs between the lower energetic limit curve 27 Eprog min and the upper energetic limit curve 28 Eprog max. In the direction of the Y axis in FIG. 9, the cumulative sum 57 Esum is shown.
  • FIG. B1 represents an area with an impermissible state.
  • B2, B3 and B4 are areas in which charging is possible, so-called possible charging periods. All 4 areas are taken into account in that the lower and upper power limit curves 52 and 53 are taken into account.
  • the lower energetic limit curve 27 is processed on the basis of the restrictions 32 for free system operation.
  • system optimizations can be taken into account. This could, for example, be the requirement that charging always takes place at the end of the possible reloading period. However, such a system optimization is not necessary for the electric vehicle 42 due to the low standstill losses.
  • the following are the static and dynamic parameters of the battery storage model.
  • the individual system of the battery storage 5 has no need to cover the secondary form of energy. Therefore, the rise in the lower and upper energetic limit curve 27 and 28 is zero. Since the battery storage 5 can also assume negative power values, in the case of a feed, the result with the lower and upper energetic limit curves 27 and 28 is an axis-parallel band to the abscissa, as shown in FIG.
  • the lower power limit curve 52 associated with this battery storage device 5 and the upper power limit curve 53 are shown in FIG.
  • the two energy conversion systems 2 have no jointly covered needs.
  • An example for this case would be, for example, if two CHP systems covered the heating demand of a building via the same heating circuit.
  • a reference system is only necessary if two or more energy conversion systems 2 jointly cover an energy demand 4.
  • a reference system must then be specified for the aggregation 19, which is usually the prioritized system and is primarily used.
  • the individual static parameters 17 and 17a can be superimposed, for example, using the algorithms mentioned below:
  • Power levels P LS1 o
  • Power levels P LS1 o
  • discrete power levels aggregation by forming all possible combinations without repetition, addition of values and ascending sorting o
  • Possible further processing is, among other things, the reduction of power levels
  • Switch-off time constant TAbs o Switch-off time constant results from the maximum of all switch-off time constants
  • auxiliary variable 20 is derived.
  • This auxiliary variable 20 is a performance vector, which results from the performance levels, the energy conversion indicators, the knowledge of joint needs 37 to be covered and the specified reference system. It is shown below as P LS and supplements the static parameters 17.
  • the dynamic parameters 18 and 18a of the two energy conversion systems 2 must also be aggregated.
  • the lower and upper limit curves 27, 27 ' and 28, 28 ' of the two energy conversion systems 2 are added.
  • the knowledge of the energy requirements 37 to be covered jointly and the reference system must also be considered in the aggregation 19.
  • the result of the aggregation 19 is shown in FIGS. 18 and 19.
  • FIG. 18 shows in a common representation the lower and upper energetic limit curves 27 and 28 for the electric vehicle 42 as well as the lower and upper energetic limit curves 27 ' and 28 ' for the battery storage 5.
  • the result of the processing according to the method results in the aggregated lower energetic limit curve 59 and the aggregated upper energetic limit curve 60, as shown in FIG.
  • the Y-axis corresponds to a cumulative sum.
  • FIG. 19 shows a common representation of the lower and upper power limit curves 52 and 53 for the electric vehicle 42 and the lower and upper power limit curves 52 ' and 53 ' for the battery storage device 5.
  • the result of the processing according to the method is the aggregated lower one Power limit curve 65 and the aggregated upper limit curve 66, as shown in FIG.
  • the Y-axis shows the predicted power P.
  • the aggregated lower power limit curve 65 covers the lower power limit curve 52 'of the battery store.
  • an auxiliary variable 20a is derived again as part of the aggregation process, which describes how long an energy conversion system 2 or a combination of energy conversion system 2n must be in operation at maximum power in order to meet the lower energetic limit curve 27.
  • This auxiliary variable supplements the dynamic parameters 18.
  • the systems that cannot be influenced such as a photovoltaic system 42 and the electrical consumer 40, can still be taken into account.
  • An optimization is possible here both in the energetic limit curves 59 and 60 according to FIG. 18 and in the power limit curves 65 and 66 according to FIG. 19.
  • the power limit curves with the prognoses in FIG. 20 can be seen as an example.
  • FIG. 20 shows, between the aggregated lower power limit curve 65 and the aggregated upper power limit curve 66, a demand prognosis 29 of the energy demand and a generation prognosis 39.
  • the controllable energy conversion systems 2 can be operated at a minimum and maximum, taking into account the non-controllable energy conversion systems 2.
  • the maximum permissible power i.e. the aggregated to reduce upper power limit curve 66 at least partially.
  • the reduction can be different, depending on how high the "level" of optimization should be.
  • FIG. 21 the power limit curves optimized in this way, that is to say the adapted aggregated lower power limit curve 61 and the adapted aggregated upper power limit curve 62 are shown.
  • the space between the lower power limit curve 61 and the upper power limit curve 62 is the area available at the time in which the energy management system 1 can control individual energy conversion systems 2 using the corresponding control and regulation unit 7.
  • PV system Photovoltaic system
  • Controllable energy generator further battery controllable consumer lower power limit curve upper power limit curve predicted power P predicted mobility demand curve predicted charging power Esum prog cumulative total Esum storage state of charge Esp act aggregated lower energetic limit curve aggregated upper energetic limit curve adapted aggregated lower power limit curve adapted aggregated upper power limit curve processing second optimization aggregated lower power limit curve aggregated upper power limit curve
  • Anl switch-off time constant currently corresponds to the duration required for the process of switching off an energy conversion system (2)
  • -Anl Energy conversion index of an energy conversion system (2) corresponds to the ratio between the power on the side of energy form 1 to the power on the side of energy form 2
  • P Sp ka P Ani EFi Electrical storage capacity related to energy form 1 corresponds to the storable energy in the memory (5), which is assigned to the energy conversion system (2), related to the side of energy form 1
  • P Sp kaP Ani EF2 Electrical storage capacity related to energy form 2 corresponds to the storable energy in the storage unit (5), which is assigned to the energy conversion system (2), related to the side of energy form 2
  • the E-FZG storage capacity of an electric vehicle (42) based on the energy form 1 sR Ah1 power noise of an energy conversion system (2) corresponds to a percentage value that describes how great the undesired fluctuation in the electrical power of the energy conversion system (2) is in operation , related to energy form 1
  • ⁇ progmax power curve according to the upper power limit curve (53), corresponds to forecast values p rogmin cumulative energy curve of the lower energetic limit curve (27), corresponds to forecast values p rogmax cumulative energy curve of the upper energetic limit curve (28), corresponds to forecast values
  • £ Sp is the curve of the energy stored at the current point in time in a memory (5) that is assigned to an energy conversion system (2), here for an electric vehicle (42)
  • P is the curve of the electrical power for an energy conversion system (2), here the charging power for an electric vehicle (42)
  • P prog Predicted output for an energy conversion system (2), which is to be covered as demand by the energy conversion system (2), here the forecasted charging capacity of an electric vehicle (42)
  • TA t bs switch-off time constant corresponds to the maximum time that the process of switching off several energy conversion systems (2) requires a Energy conversion index for a combination of several energy conversion systems (2), corresponds to the ratio between the power on the energy form 1 side and the power on the energy form side 2
  • Electrical storage capacity related to energy form 1 corresponds to the storable energy of several storage units (5), which is assigned to several energy conversion systems (2), related to the side of energy form 1 s R power noise of several energy conversion systems (2), corresponds to a percentage value , which describes how great the undesired fluctuation of the electrical power of the energy conversion system (2) is in operation, based on energy form 1

Abstract

The invention relates to a method for modelling one or more energy conversion installations (2) in an energy management system (1) and addresses the problem of specifying a solution allowing an improved, more efficient and simple control of an energy management system (1). This problem is solved in that a technology-independent abstract model (26) is generated for each energy conversion installation (2) with its particular static parameters (17) and its particular dynamic parameters (18), wherein the parameters (17, 18) are uniform and independent of the type of energy conversion installation (2), wherein dynamic parameters (18) are formed by processing (63) by means of mathematical algorithms (33) and optimisations (34) on the basis of a demand forecast (29) and restrictions for the installation operation (32), and wherein static parameters (17) are formed by inputting technology-independent installation parameters.

Description

Verfahren zur Modellierung einer oder mehrerer Energiewandlungsanlagen in einem Energiemanagementsystem Method for modeling one or more energy conversion systems in an energy management system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modellierung einer oder mehrerer Energie wandlungsanlagen in einem Energiemanagementsystem, wobei in dem Energiema nagementsystem mindestens eine Energiewandlungsanlage und eine Steuerungs und Regelungseinheit bereitgestellt wird. The invention relates to a method for modeling one or more energy conversion systems in an energy management system, at least one energy conversion system and a control and regulation unit being provided in the energy management system.
Die politisch gewollte und getriebene Energiewende führt zu einer Dezentralisierung der Energiebereitstellung in den Sektoren Strom, Wärme/Kälte und Mobilität. Die Sektoren werden zunehmend miteinander vernetzt bzw. gekoppelt. Dies erfolgt bei spielsweise durch kleine, steuerbare Energiewandlungsanlagen, wie zum Beispiel Wärmepumpen, Blockheizkraftwerke oder Elektrofahrzeuge. Die Dezentralisierung führt dazu, dass große konventionelle Kraftwerke abgeschaltet werden können. Wei terhin besteht die Zielstellung einer Effizienzerhöhung bei der Energieerzeugung. The politically wanted and driven energy turnaround is leading to a decentralization of energy supply in the electricity, heating / cooling and mobility sectors. The sectors are increasingly being networked or coupled with one another. This is done, for example, with small, controllable energy conversion systems such as heat pumps, combined heat and power plants or electric vehicles. The decentralization means that large conventional power plants can be switched off. There is also the objective of increasing the efficiency of energy generation.
Diese Entwicklungen führen dazu, dass zunehmend sogenannte Energiemanage mentsysteme (EMS) installiert werden. Diese Energiemanagementsysteme können lokal an einem oder mehreren Energiewandlungsanlagen oder übergeordnet über ei nen Verbund von Energiewandlungsanlagen eingesetzt werden. Ein derartiges Ener giemanagementsystem kann die nachfolgend aufgezählten Komponenten umfassen: These developments mean that so-called energy management systems (EMS) are increasingly being installed. These energy management systems can be used locally on one or more energy conversion systems or at a higher level via a network of energy conversion systems. Such an energy management system can include the following components:
• ein oder mehrere Energiewandlungsanlagen, wie beispielsweise Kraft-Wärme- Kopplungsanlagen, Wärmepumpen, Brennstoffzellen, Heizstäbe, Elektrofahr zeug, Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlage), angeschlossen an ein oder mehrere Versorgungsnetze • one or more energy conversion systems, such as combined heat and power systems, heat pumps, fuel cells, heating rods, electric vehicles, photovoltaic systems (PV systems), connected to one or more supply networks
• Bedarfe (Verbraucher) in einem oder mehreren Sektoren (Strom / Wärme / Kälte / Mobilität) • Requirements (consumers) in one or more sectors (electricity / heating / cooling / mobility)
• Speichereinheiten, wie thermisch, chemisch oder elektrisch arbeitende Speicher• Storage units such as thermal, chemical or electrical storage units
• Sensorik / Zähler zur Erfassung relevanter energetischer Schnittstellen oder Kenngrößen von Energiewandlungsanlagen und Speichern • eine lokale Steuerungs- / Regelungseinheit, welche einzelnen oder einer Gruppe an Energiewandlungsanlagen zugeordnet ist / sind und deren Steuerung / Rege lung übernehmen sowie Messdaten der Sensorik erfassen • Sensors / meters for recording relevant energetic interfaces or parameters of energy conversion systems and storage • a local control / regulating unit which is / are assigned to individual or a group of energy conversion systems and which controls / regulates them and collects measurement data from the sensors
Bei einem sogenannten lokalen Energiemanagementsystem ist einer oder mehreren Energiewandlungsanlagen eine Steuerungs- / Regelungseinheit zugeordnet, auf wel cher die Teilfunktionalitäten des Energiemanagementsystem implementiert sind. In a so-called local energy management system, one or more energy conversion systems are assigned a control / regulating unit on which the sub-functionalities of the energy management system are implemented.
Im Falle eines sogenannten übergeordneten Energiemanagementsystems wird das Energiemanagementsystem durch einen Bestandteil einer Energieleitstelle für die Steuerung der untergeordneten Einheiten ergänzt. Hierfür besitzt entweder die Steu erungs- / Regelungseinheit zusätzlich die Funktionalität eines Gateways oder die Kommunikation erfolgt über ein separates Gateway. In the case of a so-called superordinate energy management system, the energy management system is supplemented by a component of an energy control center for controlling the subordinate units. For this purpose, either the control / regulation unit also has the functionality of a gateway or communication takes place via a separate gateway.
Aus dem Stand der Technik sind derartige Energiemanagementsystem in verschie denen Anwendungsfällen bekannt. Such energy management systems in various applications are known from the prior art.
Beispiel 1 : Virtuelle Kraftwerke zur Vermarktung der durch erneuerbare Energien ein gespeisten Energie an der Strombörse Example 1: Virtual power plants for marketing the energy fed in by renewable energies on the electricity exchange
Beispiel 2: Steuerung eines Batteriespeichers in einem System aus PV-Anlage, Bat teriespeicher und elektrischen Verbrauchern zur Erhöhung des Anteils der durch die PV-Anlage produzierten Energie am im System verbrauchter Energie (Eigenbedarfs deckung) Example 2: Control of a battery storage system in a system consisting of a PV system, battery storage and electrical consumers to increase the proportion of the energy produced by the PV system in relation to the energy consumed in the system (covering internal requirements)
Beispiel 3: Anbindung und Pooling (Gruppierung) von Blockheizkraftwerken (Kraft- Wärme-Kopplungsanlagen) zur Gewährleistung der notwendigen Mindestleistung für die Bereitstellung von Regelleistung als Systemdienstleistung im Rahmen eines Vir tuellen Kraftwerks Example 3: Connection and pooling (grouping) of combined heat and power plants (combined heat and power plants) to guarantee the necessary minimum power for the provision of control power as a system service in the context of a virtual power plant
Als Stand der Technik werden die nachfolgend benannten Dokumente angegeben: The documents named below are specified as the state of the art:
• DE 102009 044 161 A1 • DE 102009 044 161 A1
• DE 102005 056 084 A1 • DE 102005 056 084 A1
• US 2009 / 0088907 A1 • Hess, T.; Werner, J.; Schegner, P.: Konzepte für ein sektorenübergreifendes Energiemanagement, ETG Kongress 2019 • US 2009/0088907 A1 • Hess, T .; Werner, J .; Schegner, P .: Concepts for cross-sectoral energy management, ETG Congress 2019
• Seifert, J.; Werner, J.; Seidel, P.; u. a.: RVK II - Praxiserprobung des Regio nalen Virtuellen Kraftwerks auf Basis der Mikro-KWK-Technologie, ISBN 978- 3-8007-4630-9 • Seifert, J .; Werner, J .; Seidel, P .; inter alia: RVK II - practical testing of the regional virtual power plant based on micro-CHP technology, ISBN 978-3-8007-4630-9
• BTC AG: Broschüre BTC Virtual Power Plant - Verbraucher und Erzeuger bündeln und vermarkten, https://www.btc-ag.com/Angebote/BTC-VPP-Virtual- Power-Plant (Abrufdatum 03.07.2019) • BTC AG: Brochure BTC Virtual Power Plant - Consumers and producers bundle and market, https://www.btc-ag.com/Angebote/BTC-VPP-Virtual- Power-Plant (accessed on July 3, 2019)
Nachteilig an derartigen bekannten Systemen ist es, dass Optimierungen beispiels weise in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit nur begrenzt erfolgen. Außerdem werden Restriktionen für den Betrieb einer Energiewandlungsanlagen, wie beispielsweise Bedarfe, nur unzureichend in einer Einsatzplanung berücksichtigt. A disadvantage of such known systems is that optimizations, for example with regard to economic efficiency, are only carried out to a limited extent. In addition, restrictions for the operation of an energy conversion system, such as requirements, are only insufficiently taken into account in deployment planning.
Nach dem Stand der Technik müssen Anlagenmodelle für einzelne Energiewand lungsanlagen generiert werden und in die Einsatzplanung und Regelung eingebun den werden. Außerdem ist die Funktion des Energiemanagementsystems nicht unab hängig von der Technologie der Energiewandlungsanlagen. Somit ist die nutzbare Flexibilität zur Steuerung einer Energiewandlungsanlage nur unzureichend. According to the state of the art, system models must be generated for individual energy conversion systems and incorporated into the deployment planning and control. In addition, the function of the energy management system is not independent of the technology of the energy conversion systems. The flexibility that can be used to control an energy conversion system is therefore insufficient.
Somit besteht ein Bedarf an einer Lösung, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet und ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Energiema nagementsystems angibt. Thus, there is a need for a solution which overcomes the disadvantages of the prior art and provides an improved method for controlling an energy management system.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Verfahren zur Modellierung ei ner oder mehreren Energiewandlungsanlagen in einem Energiemanagementsystem (EMS) anzugeben, welches eine verbesserte, effizientere und einfache Steuerung ei ner oder mehrerer Energiewandlungsanlagen in einem Energiemanagementsystem ermöglicht. The object of the invention is now to provide a method for modeling one or more energy conversion systems in an energy management system (EMS) which enables an improved, more efficient and simple control of one or more energy conversion systems in an energy management system.
Ein bei einer derartigen Modellierung erzeugtes Modell, welches eine oder mehrere Energiewandlungsanlagen abbildet, kann beispielsweise zur Erzeugung eines Fahr plans zum Management einer Energiewandlungsanlage verwendet werden. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängi gen Patentansprüchen angegeben. A model generated during such modeling, which depicts one or more energy conversion systems, can be used, for example, to generate a timetable for managing an energy conversion system. The object is achieved by a method with the features according to claim 1 of the independent claims. Developments are given in the dependent claims.
Das Verfahren zur Steuerung eines Energiemanagementsystems sieht in einem der artigen System mindestens eine Energiewandlungsanlage und eine Steuerungs- und Regelungseinheit vor. The method for controlling an energy management system provides at least one energy conversion system and one control and regulation unit in one of these types of system.
Weiterhin vorgesehen ist es, dass in einem vorgelagerten Verfahrensschritt ein abs traktes Modell für jede Energiewandlungsanlage erzeugt wird, in welchem die Ener giewandlungsanlage mit ihren jeweiligen statischen Parametern und ihren jeweiligen dynamischen Parametern abgebildet wird. In diesem abstrakten Model sind die stati schen Parameter und dynamischen Parameter einheitlich und unabhängig vom Typ der Energiewandlungsanlage. Somit ändern sich nicht die Anzahl der verwendeten Parameter von Energiewandlungsanlage zu Energiewandlungsanlage, sondern nur der Inhalt beziehungsweise Wert eines Parameters ist von Energiewandlungsanlage zu Energiewandlungsanlage verschieden. It is also provided that in a preceding process step an abstract model is generated for each energy conversion system, in which the energy conversion system is mapped with its respective static parameters and its respective dynamic parameters. In this abstract model, the static parameters and dynamic parameters are uniform and independent of the type of energy conversion system. Thus, the number of parameters used does not change from energy conversion system to energy conversion system, but only the content or value of a parameter differs from energy conversion system to energy conversion system.
Das abstrakte Modell beinhaltet sämtliche Informationen, die ein Energiemanage mentsystem für einzelne Teilfunktionalitäten benötigt. Dieses abstrakte Modell ist stets unabhängig vom Typ der jeweiligen Energiewandlungsanlage mit ihren mögli chen Besonderheiten und ist somit allgemeingültig. Der Nachteil aus dem Stand der Technik, welcher verschiedene speziell an eine bestimmte Energiewandlungsanlage angepasste Modelle benötigt, ist durch das erfindungsgemäße technologieunabhän gige abstrakte Modell überwunden. The abstract model contains all the information that an energy management system needs for individual sub-functionalities. This abstract model is always independent of the type of energy conversion system with its possible special features and is therefore generally applicable. The disadvantage of the prior art, which requires different models specially adapted to a certain energy conversion system, is overcome by the technology-independent abstract model according to the invention.
Das abstrakte Modell definiert dabei nicht den Betrieb der Energiewandlungsanlage, sondern wird durch ein Energiemanagementsystem genutzt, um einen optimierten Betrieb zu bestimmen. Das abstrakte Modell definiert dabei die Grenzen, in denen sich ein optimierter Betrieb durch das Energiemanagementsystem bewegen muss, damit dieser erfüllbar ist. Mittels Sensoren werden Messdaten innerhalb des Energiemanagementsystems er fasst und an die Steuerungs- und Regelungseinheit übertragen. Auf der Grundlage dieser Messdaten wird eine Prognose eines zu erwartenden Energiebedarfs erstellt. The abstract model does not define the operation of the energy conversion system, but is used by an energy management system to determine optimized operation. The abstract model defines the limits within which an optimized operation must move through the energy management system so that it can be fulfilled. Using sensors, measurement data are recorded within the energy management system and transmitted to the control and regulation unit. On the basis of this measurement data, a prognosis of an expected energy demand is made.
Dieser Energiebedarf wird in Verbindung mit dem Speicherpotential (z.B. Kapazität eines elektrischen, thermischen, chemischen Speichers) in seinem zeitlichen Verlauf in einem sogenannten Energieband abgebildet, welches eine untere energetische Grenzkurve und eine obere energetische Grenzkurve aufweist. Innerhalb dieser energetischen Grenzkurven erfolgt die Steuerung der Energiewandlungsanlage. This energy requirement is mapped in connection with the storage potential (e.g. capacity of an electrical, thermal, chemical storage) in its time course in a so-called energy band, which has a lower energetic limit curve and an upper energetic limit curve. The energy conversion system is controlled within these energetic limit curves.
Vorgesehen ist es auch, dass die abstrakten Modelle mehrerer Energiewandlungsan lagen in einem abstrakten Modell mehrerer Energiewandlungsanlagen mittels einer Aggregation zusammengefasst werden und dass die untere energetische Grenz kurve und die obere energetische Grenzkurve auf der Grundlage des abstrakten Mo dells mehrerer Energiewandlungsanlagen bestimmt werden. Beispielsweise bei einer Aggregation statischen Parameter mehrerer abstrakter Modelle ändert sich nicht der Umfang der Parameter, in einem dann gebildeten abstrakten und aggregierten Mo dell, da diese ja einheitlich und unabhängig vom Typ der jeweiligen Energiewand lungsanlage sind. Lediglich die Werte der Parameter sind nach erfolgter Aggregation andere. Dies führt zu einer erfindungsgemäßen Standardisierung und Vereinheitli chung des Verfahrens zur Modellierung einer oder mehrerer Energiewandlungsanla gen in einem Energiemanagementsystem. It is also planned that the abstract models of several energy conversion systems are combined in an abstract model of several energy conversion systems by means of an aggregation and that the lower energetic limit curve and the upper energetic limit curve are determined on the basis of the abstract model of several energy conversion systems. For example, in the case of an aggregation of static parameters of several abstract models, the scope of the parameters does not change in an abstract and aggregated model that is then formed, since these are uniform and independent of the type of energy conversion system. Only the values of the parameters are different after aggregation. This leads to an inventive standardization and unification of the method for modeling one or more energy conversion systems in an energy management system.
Ebenfalls vorgesehen ist es, dass das abstrakte Modell unter Beachtung gemeinsa mer Energiebedarfe erzeugt wird. Derartige gemeinsame Energiebedarfe liegen dann vor, wenn zwei oder mehr Energiewandlungsanlagen gemeinsam den Bedarf eines Verbrauchers decken. Deckt beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage und eine Kraft- Wärme-Kopplungsanlage den Bedarf eines elektrischen Verbrauchers gemeinsam ab, besteht die Möglichkeit, dass die Photovoltaik-Anlage tagsüber einen größeren oder den gesamten Bedarf abdecken kann, während die Photovoltaik-Anlage in der Nacht nicht an der Deckung des Bedarfs des Verbrauchers beteiligt ist. It is also envisaged that the abstract model is generated taking common energy requirements into account. Such common energy needs exist when two or more energy conversion systems jointly cover the needs of a consumer. For example, if a photovoltaic system and a combined heat and power system cover the needs of an electrical consumer together, there is the possibility that the photovoltaic system can cover a greater or all of the demand during the day, while the photovoltaic system does not switch on at night is involved in meeting the needs of the consumer.
Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeich nungen besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigen: The foregoing features and advantages of this invention are not after carefully reading the following detailed description of those preferred herein restrictive example embodiments of the invention with the associated drawings to better understand and evaluate, which show:
Fig. 1: ein beispielhaftes Energiemanagementsystem mit verschiedenen Kom ponenten, Fig. 1: an exemplary energy management system with various components,
Fig. 2: ein abstraktes und aggregiertes Modell mit weiteren funktionalen Zu sammenhängen in einer Prinzipdarstellung, Fig. 2: an abstract and aggregated model with further functional interrelationships in a schematic diagram,
Fig. 3: ein abstraktes Anlagenmodell einer Energiewandlungsanlage,Fig. 3: an abstract system model of an energy conversion system,
Fig. 4: eine Darstellung prinzipieller verfahrenstechnischer Zusammenhänge bei einer Aggregation, Fig. 4: a representation of basic procedural relationships in an aggregation,
Fig. 5: ein beispielhaftes Energiemanagementsystem am Beispiel eines Hau- ses mit verschiedenen Komponenten, 5: an exemplary energy management system using the example of a house with various components,
Fig. 6: eine Prinzipdarstellung einer Energiewandlungsanlage Elektrofahrzeug,6: a schematic diagram of an energy conversion system for an electric vehicle,
Fig. 7: eine Prinzipdarstellung einer Energiewandlungsanlage Batteriespei cher, Fig. 7: a schematic diagram of an energy conversion system Batteriespei cher,
Fig. 8: eine Darstellung von Leistungsprognosen einer Energiewandlungsan lage Elektrofahrzeug, Fig. 8: a representation of performance forecasts of an energy conversion system electric vehicle,
Fig. 9: eine Darstellung von Lade- und Entladevorgängen eines Elektrofahr zeugs, Fig. 9: an illustration of charging and discharging processes of an electric vehicle,
Fig. 10: eine Darstellung eines prognostizierten Mobilitäts-Bedarfs eines Elekt rofahrzeugs, 10: an illustration of a forecast mobility requirement of an electric vehicle,
Fig. 11 : eine Darstellung einer prognostizierten Ladeleistung eines Elektrofahr zeugs, 11: a representation of a forecasted charging power of an electric vehicle,
Fig. 12: eine Darstellung von verfahrensgemäß erzeugten energetischen Grenz kurven, 12: an illustration of energetic limit curves generated according to the method,
Fig. 13: eine Darstellung von verfahrensgemäß erzeugten energetischen Grenz kurven in einer Zusammenschau mit möglichen Ladebereichen eines Elektrofahrzeuges, 13: an illustration of energetic limit curves generated according to the method in an overview with possible charging areas of an electric vehicle,
Fig. 14: eine Darstellung von verfahrensgemäß erzeugten und optimierten ener getischen Grenzkurven, 14: an illustration of energetic limit curves generated and optimized according to the method,
Fig. 15: eine Darstellung des Resultats der Optimierung der energetischen15: a representation of the result of the optimization of the energetic
Grenzkurven, Limit curves,
Fig. 16: eine Darstellung von energetischen Grenzkurven für einen Batteriespei cher, Fig. 17: eine Darstellung von Leistungsgrenzkurven einer prognostizierten Leis tung für einen Batteriespeicher, Fig. 16: a representation of energetic limit curves for a Batteriespei cher, 17: an illustration of power limit curves of a predicted power for a battery storage device,
Fig. 18: eine Darstellung von energetischen Grenzkurven zweier Energiewand lungsanlagen mit resultierenden aggregierten energetischen Grenzkur ven, Fig. 18: an illustration of energetic limit curves of two energy conversion systems with resulting aggregated energetic limit curves,
Fig. 19: eine weitere Darstellung von energetischen Grenzkurven zweier Ener giewandlungsanlagen mit resultierenden aggregierten energetischen Grenzkurven, 19: a further representation of energetic limit curves of two energy conversion systems with resulting aggregated energetic limit curves,
Fig. 20: eine Darstellung einer Bedarfs- und Erzeugungsprognose mit aggre gierten Leistungsgrenzkurven und 20: an illustration of a demand and generation forecast with aggregated power limit curves and
Fig. 21 : eine Darstellung von verfahrensgemäß angepasster aggregierter Leis tungsgrenzkurven. 21: a representation of aggregated power limit curves adapted according to the method.
In der Figur 1 ist ein beispielhaftes Energiemanagementsystem 1 mit verschiedenen Komponenten dargestellt. An exemplary energy management system 1 with various components is shown in FIG.
Das Energiemanagementsystem 1 umfasst eine oder mehrere Energiewandlungsan lagen 2. Derartige Energiewandlungsanlagen 2 können beispielsweise eine Kraft- Wärme-Kopplungsanlage, eine Wärmepumpe, eine Brennstoffzelle, ein Heizstab, ein Elektrofahrzeug oder ein Photovoltaik-Anlage sein. Hierbei ist es vorgesehen, dass die Energiewandlungsanlagen 2, welche Energie erzeugen oder verbrauchen kön nen, an ein Versorgungsnetz 3 oder an mehrere Versorgungsnetze 3 angeschlossen sein können. The energy management system 1 comprises one or more energy conversion systems 2. Such energy conversion systems 2 can be, for example, a combined heat and power plant, a heat pump, a fuel cell, a heating element, an electric vehicle or a photovoltaic system. It is provided here that the energy conversion systems 2, which can generate or consume energy, can be connected to a supply network 3 or to a plurality of supply networks 3.
Weiterhin gibt es Energiebedarfe 4 bzw. kurz Bedarfe 4, welche in den Sektoren Stromversorgung, Wärmeversorgung, Kälteversorgung oder Mobilität auftreten kön nen. Furthermore, there are energy requirements 4 or, for short, requirements 4, which can occur in the power supply, heating, cooling or mobility sectors.
Vorgesehen sind auch sogenannte Speichereinheiten 5 bzw. Energiespeicher 5, wel che beispielsweise als thermische, chemische oder elektrische Speichereinheiten 5 ausgelegt sein können. Das Energiemanagementsystem 1 umfasst weiterhin Sensoren 6 bzw. Zähler, wel che an verschiedenen relevanten energetischer Schnittstellen Parameter bzw. Kenn größen von Energiewandlungsanlagen 2, Versorgungsnetzen 3, Bedarfe 4 und/oder Energiespeichern 5 erfassen. So-called storage units 5 or energy storage units 5, which can be designed as thermal, chemical or electrical storage units 5, for example, are also provided. The energy management system 1 also includes sensors 6 or counters, wel che at various relevant energetic interfaces, detect parameters or parameters of energy conversion systems 2, supply networks 3, requirements 4 and / or energy stores 5.
Weiterhin ist eine lokale Steuerungs- und Regelungseinheit 7 vorgesehen, welche einzelnen oder einer Gruppe an Energiewandlungsanlagen 2 zugeordnet ist und de ren Steuerung bzw. Regelung übernimmt. Eine derartige Steuerung bzw. Regelung erfolgt beispielsweise mittels entsprechender durch die Steuerungs- und Regelungs einheit 7 erzeugter Steuerbefehle 8, welche im Beispiel der Figur 1 an eine Energie wandlungsanlagen 2 übertragen werden. Außerdem werden von der Steuerungs und Regelungseinheit 7 Messdaten 9 von den Sensoren 6 bzw. Zählern 6 empfan gen und verarbeitet. Furthermore, a local control and regulation unit 7 is provided, which is assigned to individual or to a group of energy conversion systems 2 and takes over the control or regulation thereof. Such a control or regulation takes place, for example, by means of corresponding control commands 8 generated by the control and regulation unit 7, which in the example of FIG. 1 are transmitted to an energy conversion system 2. In addition, the control and regulation unit 7 receives and processes measurement data 9 from the sensors 6 or counters 6.
Diese beschriebenen Bestandteile werden von einem sogenannten lokalen Ener giemanagementsystem 1a umfasst. These described components are included in what is known as a local energy management system 1a.
Im Falle eines übergeordneten Energiemanagementsystem 1 b wird das Energiema nagementsystem 1 durch einen Bestandteil der Energieleitstelle 10 ergänzt, wie es im oberen Teil der Figur 1 dargestellt ist. In the case of a higher-level energy management system 1 b, the energy management system 1 is supplemented by a component of the energy control center 10, as shown in the upper part of FIG.
Für eine derartige Ergänzung bzw. Erweiterung eines lokalen Energiemanagement systems 1a mit einem übergeordneten Energiemanagementsystem 1 b ist das über geordnete Energiemanagementsystem 1 b mit einer Schnittstelle 11 ausgestattet.For such a supplement or expansion of a local energy management system 1 a with a higher-level energy management system 1 b, the higher-level energy management system 1 b is equipped with an interface 11.
Über diese Schnittstelle 11 kann das übergeordnete Energiemanagementsystem 1 b direkt oder über ein Gateway 12, welches auch als eine Verbindungseinheit bezeich net werden kann, mit dem lokalen Energiemanagementsystem 1a zu einem beide Bestandteile beinhaltenden Energiemanagementsystem 1 gekoppelt werden. Als ein derartiges Gateway 12 bzw. eine Verbindungseinheit wird üblicherweise eine Kompo nente angesehen, welche eine Verbindung wie eine Datenverbindung zwischen zwei Systemen herstellt. Im Beispiel der Figur 1 stellt das Gateway 12 eine Datenverbin dung zwischen der Energieleitstelle 10 und der Steuerungs- und Regelungseinheit 7 her. Die Energieflüsse 13 sind mittels jeweiliger Strich-Strich-Linien dargestellt. The higher-level energy management system 1 b can be coupled via this interface 11 directly or via a gateway 12, which can also be referred to as a connection unit, to the local energy management system 1 a to form an energy management system 1 containing both components. Such a gateway 12 or a connection unit is usually regarded as a component which establishes a connection such as a data connection between two systems. In the example in FIG. 1, the gateway 12 establishes a data connection between the energy control center 10 and the control and regulation unit 7. The energy flows 13 are shown by means of respective dash-dash lines.
Vorgesehen sein kann es, dass beispielsweise der Steuerungs- und Regelungsein heit 7 Daten einer externen Prognose 14 übertragen werden. Derartige Daten einer externen Prognose 14 umfassen Informationen über beispielsweise die Temperatur oder Globalstrahlung am Standort des lokalen Energiemanagementsystems 1a über einen Prognosezeitraum von beispielsweise einem Tag in einer zeitlich aufgelösten Form von beispielsweise 15 min. It can be provided that, for example, the control and regulating unit 7 data of an external forecast 14 are transmitted. Such data of an external forecast 14 include information on, for example, the temperature or global radiation at the location of the local energy management system 1a over a forecast period of, for example, one day in a time-resolved form of, for example, 15 minutes.
Bei einem lokalen Energiemanagementsystem 1a ist einem oder mehreren Energie wandlungsanlagen 2 je eine Steuerungs- und Regelungseinheit 7 zugeordnet, auf welcher die benötigten Teilfunktionalitäten des Energiemanagementsystems 1a im plementiert sind. Diese Steuerungs- und Regelungseinheit 7 weist mindestens eine Recheneinheit sowie Einheiten zur Speicherung von Daten auf. Derartige Daten kön nen beispielsweise auch in einem Datenbanksystem gespeichert werden. In a local energy management system 1 a, one or more energy conversion systems 2 are each assigned a control and regulation unit 7 on which the required sub-functionalities of the energy management system 1 a are implemented. This control and regulation unit 7 has at least one computing unit and units for storing data. Such data can, for example, also be stored in a database system.
Das lokale Energiemanagementsystem 1a optimiert den Betrieb aller angeschlosse nen Energiewandlungsanlagen 2 nach verschiedenen Gesichtspunkten, wie bei spielsweise nach einer Wirtschaftlichkeit, einer Energieeffizienz oder anderen unter Beachtung des auftretenden Energiebedarfs 4. Ein derartiger Energiebedarf 4 ist ent weder bekannt oder kann in einem derartigen System auf der Steuerungs- und Re gelungseinheit 7 in geeigneter Weise prognostiziert werden. The local energy management system 1a optimizes the operation of all connected energy conversion systems 2 according to various aspects, such as economic viability, energy efficiency or others, taking into account the energy demand 4. Such an energy demand 4 is either known or can be used in such a system on the Control and regulation unit 7 can be predicted in a suitable manner.
Derartige Bedarfsprognosen 29 können beispielsweise auf Basis der im Energiema nagementsystem 1 gewonnenen Messdaten 9 erfolgen, welche mittels verschiedener Sensoren 6 oder Zähler 6 erfasst werden. Weiterhin können für derartige Bedarfs prognosen 29 externe Prognosen 14 wie beispielsweise Wetterdaten genutzt wer den, welche beispielsweise über das Internet 15 via Funknetz oder DSL-Anbindung oder eine Energieleitstelle 10 empfangen werden können. Demand forecasts 29 of this type can be made, for example, on the basis of the measurement data 9 obtained in the energy management system 1, which are recorded by means of various sensors 6 or counters 6. Furthermore, external forecasts 14 such as weather data can be used for such demand forecasts 29, which can be received, for example, via the Internet 15 via radio network or DSL connection or an energy control center 10.
Für die Anbindung der Sensoren 6 oder Zähler 6 besitzt das Energiemanagement system 1 eine zugeordnete Steuerungs- und Regelungseinheit 7 mit entsprechenden Schnittstellen zur Anbindung der übertragenen Messdaten 9. Die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 ist weiterhin mit entsprechenden Schnittstellen zur Verbindung mit einer oder mehreren Energiewandlungsanlagen 2 ausgestattet. Im Falle eines übergeordneten Energiemanagementsystems 1 b besitzt die Steuerungs- und Rege lungseinheit 7 zusätzlich eine Schnittstelle zu der übergeordneten Energieleit stelle 10. Für den Datenaustausch zwischen der Steuerungs- und Regelungsein heit 7 und dem übergeordneten Energiemanagementsystem 1 b kann eine Verbin dungseinheit 12 wie ein Gateway vorgesehen werden. Alternativ kann die Funktiona lität der Verbindungseinheit 12 auch in die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 inte griert werden. To connect the sensors 6 or counters 6, the energy management system 1 has an associated control and regulation unit 7 with corresponding interfaces for connecting the transmitted measurement data 9. The control and regulation unit 7 is furthermore equipped with corresponding interfaces for connection equipped with one or more energy conversion systems 2. In the case of a superordinate energy management system 1b, the control and regulation unit 7 also has an interface to the superordinate energy management point 10. For the exchange of data between the control and regulation unit 7 and the superordinate energy management system 1b, a connection unit 12 such as a gateway can be used are provided. Alternatively, the functionality of the connection unit 12 can also be integrated into the control and regulation unit 7.
Im Falle eines übergeordneten Energiemanagementsystems 1 b koordiniert das über geordnete Energiemanagementsystem 1 b mehrere untergelagerte lokale Energiema nagementsysteme 1a, welche wiederum aus einer oder mehreren Energiewand lungsanlagen 2 und einer zugeordneten Steuerungs- und Regelungseinheit 7 beste hen können. In the case of a higher-level energy management system 1 b, the higher-level energy management system 1 b coordinates several subordinate local energy management systems 1 a, which in turn can consist of one or more energy conversion systems 2 and an associated control and regulation unit 7.
Die Koordination eines derartigen Energiemanagementsystems 1 , umfassend ein lo kales und ein übergeordnetes Energiemanagementsystem 1a, 1 b erfolgt anhand ver schiedener Zielgrößen, wie beispielsweise Wirtschaftlichkeit, Energieeffizienz, Spit- zenlastkappung und anderen mehr. Die Funktion des Energiemanagementsystems 1 basiert auf den erfassten Messdaten 9, welche durch die Verbindungseinheit 12 (Ga teway) oder die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 mit Verbindungseinheit-Funktio nalität an das übergeordnete Energiemanagementsystem 1 b weitergeleitet werden. The coordination of such an energy management system 1, comprising a local and a superordinate energy management system 1a, 1b, takes place on the basis of various target variables, such as economic viability, energy efficiency, peak load capping and others. The function of the energy management system 1 is based on the recorded measurement data 9, which are forwarded to the higher-level energy management system 1b by the connection unit 12 (gateway) or the control and regulation unit 7 with connection unit functionality.
Informationen zur Koordination der einzelnen Energiewandlungsanlagen 2 werden von der Energieleitstelle 10 des übergeordneten Energiemanagementsystems 1b an die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 übermittelt, welche diese an die untergeord neten Energiewandlungsanlagen 2 übergeben. Diese Informationen zur Koordination können im einfachsten Fall direkte Steuerbefehle wie Einschalten (AN) oder Aus schalten (AUS) der eine Sollleistungsvorgabe (Psoii) für die entsprechende Energie wandlungsanlage 2 sein. Information on the coordination of the individual energy conversion systems 2 is transmitted from the energy control center 10 of the higher-level energy management system 1b to the control and regulation unit 7, which transfers it to the subordinate energy conversion systems 2. In the simplest case, this information for coordination can be direct control commands such as switching on (ON) or switching off (OFF) of a target output specification (Psoii) for the corresponding energy conversion system 2.
Für die Funktionsweise eines derartigen Energiemanagementsystems 1 ist mindes tens ein das Energiemanagementsystem 1 abbildendes Modell hinterlegt. Mehrere Modelle mit verschiedenen Szenarien können ebenfalls hinterlegt werden. Anhand eines derartigen Modells kann das Energiemanagementsystem 1 eine Ein satzplanung für die Energiewandlungsanlagen 2 vornehmen. Alternativ kann eine Betriebsüberwachung des Energiemanagementsystems 1 mittels der Steuerungs und Regelungseinheiten 7 im Echtzeitbetrieb vorgenommen werden. For the functioning of such an energy management system 1, at least one model representing the energy management system 1 is stored. Several models with different scenarios can also be stored. The energy management system 1 can use such a model to plan the use of the energy conversion systems 2. Alternatively, the operation of the energy management system 1 can be monitored by means of the control and regulation units 7 in real-time operation.
Derartige Modelle müssen daher sämtliche relevanten Eigenschaften der Energie wandlungsanlagen 2 enthalten. Such models must therefore contain all relevant properties of the energy conversion systems 2.
Hierzu gehören Daten, wie zum Beispiel die Erzeugungsleistungen oder Verbrauchs leistungen jeder Energiewandlungsanlage 2 an allen energetischen Schnittstellen der jeweiligen Anlage oder beispielsweise Anlauf- und Abschaltzeitkonstanten einer Energiewandlungsanlage 2 oder Leistungsrauschen. This includes data such as the generation output or consumption of each energy conversion system 2 at all energy interfaces of the respective system or, for example, start-up and shutdown time constants of an energy conversion system 2 or power noise.
Zusätzlich müssen innerhalb des Energiemanagementsystems 1 relevante Parame ter zum energetischen Verschiebepotential, zu den Bedarfsprognosen 29 sowie zum aktuellen Systemzustand vorrätig sein. Das energetische Verschiebepotential sagt aus, wie lange eine Energiewandlungsanlage 2 ausgeschaltet werden kann, ohne Restriktionen wie beispielsweise einen Wärmebedarf zu verletzen bzw. wie lange eine Energiewandlungsanlage 2 angeschaltet bleiben kann, bis der Speicher bzw. Energiespeicher 5 maximal gefüllt ist. In addition, within the energy management system 1, relevant parameters for the energetic shift potential, for the demand forecasts 29 and for the current system status must be available. The energetic shift potential indicates how long an energy conversion system 2 can be switched off without violating restrictions such as a heat requirement or how long an energy conversion system 2 can remain switched on until the storage or energy storage 5 is filled to the maximum.
Die Teilfunktionalitäten des Energiemanagementsystems 1 , welche meist anwen dungsfallspezifisch entwickelt werden, kombinieren in der Regel ein statisches Mo dell mit unveränderlichen Informationen bzw. Parametern über mindestens eine zu steuernde Energiewandlungsanlage 2 mit den zusätzlich notwendigen Informationen, wie beispielsweise Prognosen auf Basis externer Prognosen 14 oder aktueller techni scher und/oder energetischer Systemzustand der Energiewandlungsanlage 2. Somit kann eine Einsatzplanung, also eine Prognose des zukünftigen, gewollten Betriebs der steuerbaren Energiewandlungsanlagen 2 vorgenommen werden. The sub-functionalities of the energy management system 1, which are usually developed application-specific, usually combine a static model with unchangeable information or parameters about at least one energy conversion system 2 to be controlled with the additional information required, such as forecasts based on external forecasts 14 or more recent technical and / or energetic system state of the energy conversion system 2. Thus, an application planning, that is to say a prognosis of the future, desired operation of the controllable energy conversion systems 2 can be undertaken.
Die Teilfunktionalitäten, die ein Energiemanagementsystem 1 aufweisen muss, las sen sich gliedern in die Einsatzplanung, Steuerung/Regelung und Betriebsüberwa chung. Für die Umsetzung einer Anwendung, zum Beispiel die Reduktion der Spit- zenlast in einem elektrischen Versorgungsnetz 3, müssen die sich aus der Anwen dung ergebenden logischen Verknüpfungen berücksichtigt werden und werden daher im Modell abgebildet. Eine logische Verknüpfung stellt dabei dar, wie zum Beispiel eine spezifische Energiewandlungsanlage 2, zum Beispiel ein Elektrofahrzeug 42, zur Reduktion der Spitzenlast in einem elektrischen Versorgungsnetz 3 beitragen kann, dabei die Verfügbarkeit des Elektrofahrzeugs 42 berücksichtigt wird und gleich zeitig gewährleistet wird, dass für den Bedarf 4 an Mobilität immer ausreichend Ener gie im Speicher des Elektrofahrzeugs 42 zur Verfügung steht. The partial functionalities that an energy management system 1 must have can be broken down into operational planning, control / regulation and operational monitoring. For the implementation of an application, for example reducing the peak zenload in an electrical supply network 3, the logical links resulting from the application must be taken into account and are therefore mapped in the model. A logical connection is how, for example, a specific energy conversion system 2, for example an electric vehicle 42, can contribute to reducing the peak load in an electrical supply network 3, taking into account the availability of the electric vehicle 42 and at the same time ensuring that the Demand 4 for mobility is always sufficient energy in the storage of the electric vehicle 42 is available.
Für die Prognosen werden in der Regel Bedarfsprognosen 29 zu Energiebedarf 4 so wie Erzeugungsprognosen 39 zur Einspeisung von nicht steuerbaren Energiewand lungsanlagen 2 als Parameter für das Energiemanagementsystem 1 genutzt. Eine derartige nicht steuerbare Energiewandlungsanlage 2 ist beispielsweise eine Photo- voltaik-Anlagen. For the forecasts, demand forecasts 29 for energy demand 4 as well as generation forecasts 39 for feeding in non-controllable energy conversion systems 2 are used as parameters for the energy management system 1. Such a non-controllable energy conversion system 2 is, for example, a photovoltaic system.
Zusätzlich verwendet das Energiemanagementsystem 1 die Modelle, um den geplan ten Betrieb für die Energiewandlungsanlagen 2 im Echtzeitbetrieb umzusetzen. Hier bei muss gesteuert bzw. geregelt und überwacht werden. Ausfälle und/oder Abwei chungen müssen zeitnah erkannt und ausgeglichen werden. In addition, the energy management system 1 uses the models to implement the planned operation for the energy conversion systems 2 in real time. Here at must be controlled or regulated and monitored. Failures and / or deviations must be recognized promptly and compensated for.
Energiemanagementsysteme nach dem bekannten Stand der Technik basieren da rauf, dass die Modelle der Energiewandlungsanlagen 2 als einzelne Modelle mit ih ren statischen Parametern manuell konfiguriert werden. Jede Energiewandlungsan lage 2 wird dabei stets über ein eigenes hersteiler- bzw. technologiespezifisches Mo dell beschrieben. Energy management systems according to the known prior art are based on the fact that the models of the energy conversion systems 2 are configured manually as individual models with their static parameters. Each energy conversion system 2 is always described using its own manufacturer or technology-specific model.
Somit muss das Energiemanagementsystem mit seinen Teilfunktionalitäten Einsatz planung, Steuerung/Regelung und Betriebsüberwachung spezifisch an den jeweili gen Anwendungsfall angepasst werden, das heißt die verschiedenen hersteiler- bzw. technologiespezifischen Modelle müssen in das Verfahren integriert werden. Gleich zeitig müssen verschiedene Ziele für den Betrieb oder Grenzen, die den Betrieb der Energiewandlungsanlagen 2 einschränken, gesondert im Energiemanagementsys tem und in den Verfahren für die Einsatzplanung, Steuerung/ Regelung und Betriebs überwachung berücksichtigt werden. Beispiele für Betriebsgrenzen von derartigen Anlagen sind z.B.: The energy management system with its sub-functionalities of deployment planning, control / regulation and operational monitoring must therefore be specifically adapted to the respective application, i.e. the various manufacturer-specific or technology-specific models must be integrated into the process. At the same time, different goals for the operation or limits that restrict the operation of the energy conversion systems 2 must be taken into account separately in the energy management system and in the procedures for deployment planning, control / regulation and operational monitoring. Examples of operating limits of such systems are, for example:
• der Wärmebedarf, wenn zwei Energiewandlungsanlagen 2 an der Wärmebereit stellung beteiligt sind • The heat demand if two energy conversion systems 2 are involved in the provision of heat
• die Verfügbarkeit eines Elektrofahrzeugs 42 (E-Fahrzeug ist an Steckdose an geschlossen) • the availability of an electric vehicle 42 (electric vehicle is connected to the socket)
• der Speicherladezustand eines thermischen oder elektrischen Speichers 5 • the storage charge status of a thermal or electrical storage unit 5
• maximale mögliche oder minimal notwendige Einspeisung in elektrische Versor gungsnetze 3 • maximum possible or minimum necessary feed-in into electrical supply networks 3
Insbesondere bei einer Abbildung mehrerer Energiewandlungsanlagen 2, welche in einem logischen Zusammenhang stehen, wird die Umsetzung eines Energiemanage mentsystems nach dem Stand der Technik schwierig. Implementing an energy management system according to the state of the art becomes difficult, in particular when mapping several energy conversion systems 2 that are logically related.
In einem logischen Zusammenhang bzw. einer logischen Verknüpfung stehen bei spielsweise zwei oder mehr Energiewandlungsanlagen 2, welche einen gemeinsam Energiebedarf 4 decken oder an einer Steuerungs- und Regelungseinheit 7 ange schlossen sind und in einem funktionalen Zusammenhang stehen. Ein derartiger funktionaler Zusammenhang besteht beispielsweise in einem System, bestehend aus zwei Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen 2, welche gemeinsam den thermischen Be darf 4 in einem Gebäude decken. For example, two or more energy conversion systems 2, which cover a common energy requirement 4 or are connected to a control and regulation unit 7 and are functionally related, are in a logical connection or a logical connection. Such a functional relationship exists, for example, in a system consisting of two combined heat and power plants 2, which together cover the thermal requirements 4 in a building.
Durch die feste, logische Integration von hersteiler- bzw. technologiespezifischen Mo dellen und Grenzen in die Verfahren für die Einsatzplanung, Steuerung/Regelung und Betriebsüberwachung wird die Entwicklung eines Energiemanagementsystems erschwert. Benötigt wird daher eine, dem Energiemanagementsystem vorgelagerte Abstraktionsebene, durch die verschiedene Energiewandlungsanlagen 2 und ver schiedene Grenzen abgedeckt werden können und die die Anwendung im Ener giemanagementsystem standardisieren und vereinheitlichen. Die Erfindung basiert darauf, dass alle Informationen, die ein Energiemanagement system 1 für die einzelnen Teilfunktionalitäten benötigt, mit einem abstrakten und ag gregierten Modell 16 abgebildet werden. In der Figur 2 ist dieses Modell 16 mit weite ren funktionalen Zusammenhängen dargestellt. The fixed, logical integration of manufacturer or technology-specific models and limits in the procedures for deployment planning, control / regulation and operational monitoring makes the development of an energy management system more difficult. What is needed is an abstraction level upstream of the energy management system, through which various energy conversion systems 2 and various limits can be covered and which standardize and unify the application in the energy management system. The invention is based on the fact that all information that an energy management system 1 needs for the individual sub-functionalities is mapped with an abstract and aggregated model 16. This model 16 is shown in FIG. 2 with further functional relationships.
Dem Modell 16 übergeordnet ist ein Energiemanagementsystem 1 mit seinen Teil funktionalitäten wie einer Einsatzplanung bezüglich der verfügbaren Ressourcen Energiewandlungsanlagen 2, Energiespeicher 5 sowie der Energiebedarfe 4. Weitere Teilfunktionalitäten sind die Steuerung und/oder Regelung sowie die Betriebsüberwa chung der zum Energiemanagementsystem 1 gehörenden Energiewandlungsanla gen 2. An energy management system 1 is superordinate to model 16 with its partial functionalities such as deployment planning with regard to the available resources of energy conversion systems 2, energy storage 5 and energy requirements 4. Further partial functionalities are the control and / or regulation as well as the operational monitoring of the energy conversion systems 2 belonging to the energy management system 1 .
Ein derartiges abstraktes, aggregiertes Modell 16 beschreibt dabei die Kombination von mehreren einzelnen abstrakten Modellen 26 je einer realen Energiewandlungs anlage 2. Es stellt somit ein Modell 16 eines Gesamtsystems in einem Energiemana gementsystem 1 dar und beinhaltet alle zugehörigen untergeordneten bzw. unterge lagerten Anlagen bzw. Bestandteile wie Energiewandlungsanlagen 2. Durch Abstrak tion sowohl einzelner Modelle aber auch des Gesamtsystems (mehrere Anlagen) können die Teilfunktionalitäten des Energiemanagementsystems 1 unabhängig vom eigentlichen Typ der Energiewandlungsanlage 2 beschrieben werden. Hierbei kann eine Energiewandlungsanlage 2 sowohl eine Brennstoffzelle als auch eine Wärme pumpe oder eine andere Anlage sein. Such an abstract, aggregated model 16 describes the combination of several individual abstract models 26 each of a real energy conversion system 2. It thus represents a model 16 of an overall system in an energy management system 1 and includes all associated subordinate or subordinate systems or systems. Components such as energy conversion systems 2. By abstracting both individual models and the overall system (several systems), the partial functionalities of the energy management system 1 can be described independently of the actual type of energy conversion system 2. Here, an energy conversion system 2 can be both a fuel cell and a heat pump or another system.
Zusätzlich ist ein weiterer Vorteil dieser Abstraktion darin zu sehen, dass die Umset zung eines Energiemanagementsystems 1 unabhängig von der Menge der Energie wandlungsanlagen 2 im Gesamtsystem ist, da es die Aggregation unterschiedlichster Anlagentypen erlaubt. Die einfache Abbildung mehrerer Energiewandlungsanlagen 2 mit ihren Speichern und/oder Bedarfen, welche in einem logischen Zusammenhang stehen, also einen gemeinsamen Bedarfe decken bzw. zu einer Steuerungs- und Re gelungseinheit 7 zugeordnet sind und in einem funktionalen Zusammenhang stehen, wird somit möglich. Eine Umsetzung von Energiemanagementsystemen 1 wird derart deutlich vereinfacht. Das abstrakte Modell 16 ist Bestandteil des Energiemanagementsystems 1 , jedoch den einzelnen Teilfunktionalitäten vorgelagert. Es ist implementiert auf der Steue- rungs- und Regelungseinheit 7 bei einem lokalen Energiemanagementsystem 1a o- der bei einem übergeordneten Energiemanagementsystem 1 b. Bei einem übergeord neten Energiemanagementsystem 1 b ist die Implementierung auch in der Energieleit stelle 10 möglich. In addition, a further advantage of this abstraction can be seen in the fact that the implementation of an energy management system 1 is independent of the amount of energy conversion systems 2 in the overall system, since it allows the aggregation of a wide variety of system types. The simple mapping of several energy conversion systems 2 with their stores and / or requirements, which are logically related, that is, cover a common requirement or are assigned to a control and regulation unit 7 and are functionally related, is thus possible. Implementation of energy management systems 1 is significantly simplified in this way. The abstract model 16 is part of the energy management system 1, but upstream of the individual sub-functionalities. It is implemented on the control and regulation unit 7 in a local energy management system 1 a or in a higher-level energy management system 1 b. In the case of a superordinate energy management system 1 b, implementation in the energy control point 10 is also possible.
Wie in der Figur 2 gezeigt, besteht das abstrakte Modell 16 aus statischen Parame tern 17 und dynamischen Parametern 18. As shown in FIG. 2, the abstract model 16 consists of static parameters 17 and dynamic parameters 18.
Vorgesehen ist es, dass das abstrakte Modell 16 auf zwei Ebenen eingesetzt wird bzw. dass sich das abstrakte Modell 16 über zwei Ebenen erstreckt. Zum einen auf der zweiten Ebene 23 der einzelnen Energiewandlungsanlagen 2, zum anderen auf einer überlagerten ersten Ebene 22. It is provided that the abstract model 16 is used on two levels or that the abstract model 16 extends over two levels. On the one hand on the second level 23 of the individual energy conversion systems 2, on the other hand on a superimposed first level 22.
In der Figur 2 ist auch der Vorgang einer Disaggregation 21 gezeigt, bei welchem aus Sollbefehlen 24 und Daten aus dem zur Verfügung stehenden Modell 16 Steuer befehle 25 zur Steuerung der einzelnen Energiewandlungsanlagen 2 erzeugt wer den. FIG. 2 also shows the process of disaggregation 21, in which control commands 25 for controlling the individual energy conversion systems 2 are generated from target commands 24 and data from the available model 16.
Von jeder Energiewandlungsanlage 2, welche einer Steuerungs- und Regelungsein heit 7 zugeordnet ist, werden zunächst die statischen Parameter 17a je Energie wandlungsanlage 2 in einem allgemeingültigen, diese Energiewandlungsanlage 2 ab bildendes Modell 26a einmalig konfiguriert. Einem derartigen Modell 26a kann eine Energiewandlungsanlage 2a, ein Energiespeicher 5a und ein zu deckender Energie bedarf 4a zugeordnet sein, wie es in der Figur 3 dargestellt ist. Somit umfassen die statischen Parameter 17a die Parameter der Energiewandlungsanlage 2a, des Ener giespeichers 5a und den zu deckenden Energiebedarf 4a. From each energy conversion system 2, which is assigned to a control and regulating unit 7, the static parameters 17a for each energy conversion system 2 are first configured once in a general model 26a that depicts this energy conversion system 2. An energy conversion system 2a, an energy store 5a and an energy requirement 4a to be covered can be assigned to such a model 26a, as is shown in FIG. The static parameters 17a thus include the parameters of the energy conversion system 2a, the energy storage device 5a and the energy demand 4a to be covered.
Die Parameter 17 und 18 sind dabei einheitlich und unabhängig vom Typ der Ener giewandlungsanlage 2. Die statischen Parameter 17a, 17b, ... ,17n mehrerer abstrak ter Modelle auf Ebene einer einzelnen Anlage werden im Anschluss einer Aggrega tion 19 zugeführt, wie es in der Figur 2 und 4 gezeigt ist. Hierzu wird zunächst ein geeignetes Bezugssystem 38 festgelegt, zum Beispiel die primäre, wichtigste Energiewandlungsanlage 2. Dieses Bezugssystem 38 wird bei sämtlichen Aggregationschritten 19 und Disaggregationsschritten 21 bis zum überge ordneten abstrakten Modell genutzt. Anhand von mathematischen Algorithmen, wel che abhängig vom jeweils zu aggregierenden, statischen Parameter sind, erfolgt die Aggregation 19, d.h. die Verknüpfung von Modellen auf Anlagenebene. Hierbei müs sen zusätzlich gemeinsame Energiebedarfe 4, die durch die Anlagen gedeckt wer den müssen sowie die energetischen Schnittstellen berücksichtigt werden. The parameters 17 and 18 are uniform and independent of the type of energy conversion system 2. The static parameters 17a, 17b, ..., 17n of several abstract models at the level of an individual system are then fed to an aggregation 19, as shown in FIG Figures 2 and 4 is shown. For this purpose, a suitable reference system 38 is first established, for example the primary, most important energy conversion system 2. This reference system 38 is used in all aggregation steps 19 and disaggregation steps 21 up to the higher-level abstract model. The aggregation 19, ie the linking of models at the system level, takes place on the basis of mathematical algorithms which are dependent on the respective static parameters to be aggregated. In this case, joint energy requirements 4 that must be covered by the systems and the energy interfaces must also be taken into account.
Im Anschluss werden verschiedene Hilfsgrößen 20 unter Anwendung mathemati scher Verfahren abgeleitet und wieder aggregiert, wie es beispielhaft in der Figur 4 dargestellt ist. Diese Hilfsgrößen 20 werden in Kombination mit den dynamischen Pa rametern 18 der Anlagenmodelle für die Einsatzplanung durch das Energiemanage mentsystem 1 genutzt. Als Ergebnis ergeben sich die statischen Parameter 17 einer Gruppe an Anlagen, die dieselben Parameter wie das Modell einer Einzelanlage be inhaltet und von den Hilfsgrößen erweitert wird. Various auxiliary variables 20 are then derived using mathematical methods and aggregated again, as is shown by way of example in FIG. These auxiliary variables 20 are used in combination with the dynamic parameters 18 of the system models for deployment planning by the energy management system 1. The result is the static parameters 17 of a group of systems that contain the same parameters as the model of a single system and are expanded by the auxiliary variables.
Neben den statischen Parametern 17 besitzen die dynamischen Parameter 18 einen besonderen Rang. Die dynamischen Parameter 18 dienen im Wesentlichen dem Energiemanagementsystem 1 zur Einsatzplanung. Es handelt sich hierbei um konti nuierlich sich verändernde Werte. Sie beschreiben, in welchen energetischen Gren zen eine Anlage bzw. eine Kombination an Anlagen gesteuert werden kann. Dies wird für eine Energiewandlungsanlage 2 durch zwei energetische Grenzkurven 27,In addition to the static parameters 17, the dynamic parameters 18 have a special rank. The dynamic parameters 18 essentially serve the energy management system 1 for deployment planning. These are continuously changing values. They describe the energetic limits within which a system or a combination of systems can be controlled. For an energy conversion system 2, this is indicated by two energetic limit curves 27,
28 definiert. Innerhalb dieser energetischen Grenzkurven 27, 28 ist es durch das Energiemanagementsystem 1 möglich, einen Betrieb für die Anlage oder die Anlagen zu organisieren, ohne dass Energiebedarfe 4 nicht erfüllt werden oder Einschränkun gen für den freien Anlagenbetrieb missachtet werden. Für mehrere Energiewand lungsanlagen 2 werden entsprechend erzeugte sogenannte aggregierte Grenzkur ven 59, 60 genutzt. 28 defined. Within these energetic limit curves 27, 28 it is possible through the energy management system 1 to organize an operation for the system or systems without energy requirements 4 not being met or restrictions for free system operation being ignored. For several energy conversion systems 2, so-called aggregated limit curves 59, 60 are used accordingly.
Einschränkungen für den freien Anlagenbetrieb können sein: Restrictions for free plant operation can be:
Zeitpläne (Betrieb der Anlage zu gewünschten Zeiten gewollt), Sperrzeiten (Anlagenbetrieb aufgrund von z.B. Geräuschemissionen verboten), Schedules (operation of the system at the desired times desired), Blocking times (system operation prohibited due to e.g. noise emissions),
• Verfügbarkeitszeiten (Elektrofahrzeug ist an das Stromnetz angeschlossen), • Availability times (electric vehicle is connected to the power grid),
• Maximal mögliche und minimal notwendige Einspeisung in das elektrische Netz oder • Maximum possible and minimum necessary feed into the electrical network or
• Speicherladezustände von elektrischen und thermischen Speichern • Storage states of charge of electrical and thermal storage systems
Die erste und die zweite energetische Grenzkurve 27 und 28 beschreiben somit das zukünftige energetische sogenannte Verschiebepotential, welches durch eine Ener giewandlungsanlage 2 gegeben ist. Ergänzt werden die dynamischen Parameter 18 durch ein sogenanntes Regelpotential, welches die Regelbarkeit der Energiewand lungsanlage 2 bezüglich ihrer Leistung beschreibt. The first and the second energetic limit curve 27 and 28 thus describe the future energetic so-called shift potential, which is given by an energy conversion system 2. The dynamic parameters 18 are supplemented by a so-called control potential, which describes the controllability of the energy conversion system 2 with regard to its performance.
Die Anwendung dynamischer Parameter 18 bzw. 18a, 18b, ..., 18n erfolgt auf zwei Ebenen. Zum einen auf Ebene des Modells 26 bzw. 26a, 26b, ..., 26n einer einzel nen Energiewandlungsanlage 2, wie in der Figur 3 dargestellt. The application of dynamic parameters 18 or 18a, 18b, ..., 18n takes place on two levels. On the one hand at the level of the model 26 or 26a, 26b,..., 26n of an individual energy conversion system 2, as shown in FIG.
Diese dynamischen Parameter 18 bzw. 18a, 18b, ..., 18n werden ermittelt basierend auf Bedarfsprognosen 29, welche für die durch die jeweilige Energiewandlungsan lage 2 zu deckenden Energiebedarfe 4 zu prognostizieren sind. Die Bedarfsprogno sen 29 werden erstellt anhand von externen Prognosen 14, wie beispielsweise Wet terprognosen und historischen Messwerten 31 , welche durch die Verbindungsein heit 12 (Gateway) erfasst und zwischengespeichert wurden. These dynamic parameters 18 or 18a, 18b,..., 18n are determined based on demand forecasts 29, which are to be predicted for the energy demands 4 to be covered by the respective energy conversion system 2. The demand forecasts 29 are created on the basis of external forecasts 14, such as weather forecasts and historical measured values 31, which have been recorded and temporarily stored by the connection unit 12 (gateway).
Die Bedarfsprognosen 29 werden unter Anwendung mathematischer Algorithmen 33 unter Berücksichtigung der Einschränkungen 32 für den freien Betrieb der Energie wandlungsanlage 2 und der statischen Parameter 17 sowie mittels Messdaten 9 in einen Verarbeitungsschritt 63 verarbeitet. The demand forecasts 29 are processed in a processing step 63 using mathematical algorithms 33 taking into account the restrictions 32 for the free operation of the energy conversion system 2 and the static parameters 17 as well as by means of measurement data 9.
Zusätzlich wird ein sogenanntes Regelpotential, welches sogenannte Leistungs grenzkurven 52 und 53 bzw. energetische Grenzkurven 27 und 28 festlegt, innerhalb derer eine Regelung erfolgen kann, der Energiewandlungsanlage 2 erstellt. Hierfür werden die statischen Parameter 17 und die Einschränkungen 32 für den freien Be trieb der Energiewandlungsanlage 2 genutzt. Diese Einschränkungen 32 können bei spielsweise mittels einer Konfiguration 35 erzeugt werden. In addition, a so-called control potential, which defines so-called power limit curves 52 and 53 or energetic limit curves 27 and 28, within which regulation can take place, is created for the energy conversion system 2. Therefor the static parameters 17 and the restrictions 32 for the free operation of the energy conversion system 2 are used. These restrictions 32 can be generated by means of a configuration 35, for example.
Derart werden die erste und die zweite energetische Grenzkurve 27 und 28 sowie das Regelpotential bzw. die Leistungsgrenzkurven 52 und 53 für den Betrieb einer einzelnen Energiewandlungsanlage 2 bereitgestellt. In this way, the first and the second energetic limit curves 27 and 28 as well as the control potential or the power limit curves 52 and 53 for the operation of an individual energy conversion system 2 are provided.
Vorgesehen ist es weiterhin, dass erste Optimierungen 34 direkt an den energeti schen Grenzkurven 27 und 28 vorgenommen werden können. Eine derartige erste Optimierung 34 können beispielsweise gewünschte Zeiten des Betriebs einer Ener giewandlungsanlage 2, den energetisch effizienten Betrieb der Energiewandlungsan lage 2 oder auch ein Speicherlademanagement z.B. eines an die Energiewandlungs anlage 2 angeschlossenen Speichers 5 betreffen. Beispielsweise könnte es vorgese hen sein, dass eine Energiewandlungsanlage 2 nachts nicht betrieben werden soll.It is also intended that first optimizations 34 can be carried out directly on the energetic limit curves 27 and 28. Such a first optimization 34 can relate, for example, to desired times of the operation of an energy conversion system 2, the energetically efficient operation of the energy conversion system 2 or also a storage charge management e.g. of a storage unit 5 connected to the energy conversion system 2. For example, it could be provided that an energy conversion system 2 should not be operated at night.
Im Resultat einer derartigen nicht zwingenden ersten Optimierung 34 werden bei spielsweise die dynamischen Parameter 18a einer ersten Energiewandlungsanlage 2 bereitgestellt, wie es in der Figur 3 gezeigt ist. As a result of such a non-mandatory first optimization 34, the dynamic parameters 18a of a first energy conversion system 2 are provided, for example, as shown in FIG.
Die Erstellung der dynamischen Parameter 18 bzw. 18a, 18b, ... , 18n erfolgt für jede einzelne Energiewandlungsanlage 2. Ein Vorteil hierbei besteht darin, dass diese Pa rameter anhand mathematischer Verfahren bzw. eines mathematischen Algorith mus 33 in einem Schritt der Aggregation 19 bereitgestellt werden können. Dieser Schritt der Aggregation 19 ist in der Figur 4 sowohl für statische Parameter 17 als auch für dynamische Parameter 18 gezeigt. The dynamic parameters 18 or 18a, 18b,..., 18n are created for each individual energy conversion system 2. One advantage here is that these parameters are based on mathematical methods or a mathematical algorithm 33 in one step of the aggregation 19 can be provided. This step of the aggregation 19 is shown in FIG. 4 both for static parameters 17 and for dynamic parameters 18.
Bei der Aggregation 19 muss jedoch insbesondere berücksichtigt werden, wenn ver schiedene Energiewandlungsanlagen 2 gemeinsam einen Energiebedarf 4 oder ge meinsam mehrere Energiebedarfe 4 decken. Daher werden bei der Aggregation 19 die energetischen Schnittstellen 36 bzw. gemeinsamen Bedarfe 37 berücksichtigt. In the case of the aggregation 19, however, it must be taken into account in particular if ver different energy conversion systems 2 jointly cover an energy requirement 4 or jointly cover several energy requirements 4. Therefore, in the aggregation 19, the energetic interfaces 36 or common requirements 37 are taken into account.
Ebenso wird wiederum das Bezugssystem 38 genutzt. Bei der Aggregation 19 wer den wieder Hilfsgrößen 20 abgeleitet. Im Anschluss können die dynamischen Para meter 18 um zweite Optimierungen 64 ergänzt werden. Im Unterschied zur zweiten Ebene 23 einer einzelnen Energiewandlungsanlage 2 sind hierbei insbesondere übergreifende Optimierungen zwischen verschiedenen Energiewandlungsanlagen 2 und unter Berücksichtigung von nicht steuerbaren Ener- giebedarfen 4 und/oder Energieerzeugungen 39 von Interesse. Ebenso wie die Ener- giebedarfe 4 mittels einer Bedarfsprognose 29 vorauskalkuliert werden können, kön nen die Energieerzeugungen 39 mittels einer Erzeugungsprognose 39 kalkuliert wer den. The reference system 38 is also used again. In aggregation 19, auxiliary variables 20 are derived again. The dynamic parameters 18 can then be supplemented by second optimizations 64. In contrast to the second level 23 of an individual energy conversion system 2, comprehensive optimizations between different energy conversion systems 2 and taking into account non-controllable energy requirements 4 and / or energy generation 39 are of particular interest. Just as the energy requirements 4 can be calculated in advance by means of a demand forecast 29, the energy generation 39 can be calculated using a generation forecast 39.
In einem weiteren Schritt wird es möglich, die Grenzen im Sinne vorgelagerter zwei ter Optimierungen 64 des Betriebs der Energiewandlungsanlagen 2 zu modifizieren. Zweite Optimierungen 64 können zum Beispiel die Energieeffizienz eines Gesamt systems oder die Eigenbedarfsoptimierung sein, d.h. die maximale Nutzung der Er zeugung durch Energiewandlungsanlagen 2 für Bedarfe und Vermeidung der Ein speisung in Versorgungsnetze 3. Dies wird insbesondere in übergeordneten Ener giemanagementsystemen 1 b relevant, um verschiedene lokale Ziele in der Einsatz planung zu berücksichtigen. Hierzu können durch einen Optimierungsalgorithmus ge wünschte Betriebszeiten bestimmt werden, wodurch die dynamischen Parame ter 18a, 18b, ... , 18n modifiziert werden. Dies führt zur Eingrenzung der energeti schen Grenzkurven 27 und 28 und somit einer Beschränkung des nutzbaren energe tischen Verschiebepotentials. Für die Einsatzplanung bedeutet dies jedoch, dass ver schiedene Ziele parallel erfüllt werden können. Dies steigert die Wirtschaftlichkeit ei nes übergeordneten Energiemanagementsystems 1 b. In a further step, it becomes possible to modify the limits in terms of the upstream second optimizations 64 of the operation of the energy conversion systems 2. Second optimizations 64 can be, for example, the energy efficiency of an overall system or the optimization of internal requirements, i.e. the maximum use of the generation by energy conversion systems 2 for requirements and avoidance of feeding into supply networks 3. This is particularly relevant in higher-level energy management systems 1b to various to take local targets into account in operational planning. For this purpose, desired operating times can be determined by an optimization algorithm, whereby the dynamic parameters 18a, 18b, ..., 18n are modified. This leads to the limitation of the energetic limit curves 27 and 28 and thus a limitation of the usable energetic shift potential. For operational planning, however, this means that various goals can be met in parallel. This increases the profitability of a higher-level energy management system 1 b.
Sämtliche verwendete mathematische Verfahren sind umkehrbar gestaltet, so dass die Disaggregation 21 in Figur 2 ermöglicht wird, bei welcher die Steuerbefehle 25 zur Steuerung der einzelnen Energiewandlungsanlagen 2 erzeugt werden. Hierbei werden insbesondere die statischen und dynamischen Parameter 17 und 18 der Energiewandlungsanlagen 2 genutzt. Besondere Relevanz besitzen die abgeleiteten Hilfsgrößen 20, da nur sie es erlauben, den bei der Datenaggregation 19 aufgetrete nen Informationsverlust auszugleichen und eine zuverlässige Disaggregation 21 zu realisieren. Bei der Bestimmung eines Ablaufplans bzw. Fahrplans durch die Einsatzplanung wird dieser unter Nutzung des abstrakten Modells 16 in einen Ablaufplan bzw. Fahr plan für jede einzelne Energiewandlungsanlage 2 übersetzt. Dies hat von Vorteil, dass in das Energiemanagementsystem 1 nicht jede Energiewandlungsanlage 2 kommunikationstechnisch eingebunden werden muss, sondern die Einbindung des aggregierten Modells 16 (Systems) ausreichend ist. Die Verarbeitung aller Grenzen in den Modellen der Energiewandlungsanlage 2 ermöglicht es, eine zuverlässige Auf teilung zu erreichen. Als derartige Grenzen können beispielsweise zu deckende Be- darfe 4 (Wärmebedarfe), Verfügbarkeit einer Energiewandlungsanlage 2, Zeitpläne, maximal mögliche oder minimal notwendige Einspeisung in das Versorgungsnetz 3 oder Speicherladezustände genannt werden. All the mathematical methods used are designed to be reversible, so that the disaggregation 21 in FIG. 2 is made possible, in which the control commands 25 for controlling the individual energy conversion systems 2 are generated. In particular, the static and dynamic parameters 17 and 18 of the energy conversion systems 2 are used here. The derived auxiliary variables 20 are particularly relevant, since only they make it possible to compensate for the loss of information that occurred during the data aggregation 19 and to implement a reliable disaggregation 21. When a schedule or schedule is determined by the deployment planning, this is translated into a schedule or schedule for each individual energy conversion system 2 using the abstract model 16. This has the advantage that not every energy conversion system 2 has to be integrated into the energy management system 1 for communication purposes, but the integration of the aggregated model 16 (system) is sufficient. The processing of all limits in the models of the energy conversion system 2 makes it possible to achieve a reliable distribution. Such limits can be, for example, requirements 4 to be covered (heat requirements), availability of an energy conversion system 2, time schedules, maximum possible or minimum necessary feed into the supply network 3 or storage charge states.
Das abstrakte Modell 16 ermöglicht es, dass eine einheitliche Schnittstelle zu den Teilfunktionalitäten des Energiemanagementsystems 1 wie einer Einsatzplanung, Steuerung, Regelung erzeugt werden kann, wonach diese nicht an die Anwendung angepasst werden müssen. The abstract model 16 enables a uniform interface to the sub-functionalities of the energy management system 1 such as deployment planning, control, regulation to be generated, after which these do not have to be adapted to the application.
Von weiterem Vorteil ist, dass die dynamischen Parameter 18, 18a, 18b, ... ,18n über verschiedene Ebenen mit verschiedenen Grenzen, wie zum Beispiel Zeitpläne, Sperrzeiten, Verfügbarkeitszeiten oder Bedarfe, oder Optimierungszielen wie zum Beispiel Optimierungen bezüglich der Energieeffizienz einer einzelnen Energiewand lungsanlage 2, bezüglich der Energieeffizienz mehrerer Energiewandlungsanlagen 2 oder eine Eigenbedarfsoptimierung, verarbeitet werden können. So erlaubt die Abs traktion, auch Restriktionen in den elektrischen Netzen einfach zu berücksichtigen, ohne die Komplexität des Energiemanagementsystems 1 weiter zu erhöhen. So kann zum Beispiel die maximal zulässige Einspeisung durch die Energiewandlungsan lage 2 und den Verbund von Energiewandlungsanlagen 2 in Abhängigkeit vom prog nostizierten Einspeiseverhalten von Photovoltaik-Anlagen in einem Ortsnetz berück sichtigt werden. Another advantage is that the dynamic parameters 18, 18a, 18b, ..., 18n over different levels with different limits, such as schedules, blocking times, availability times or requirements, or optimization goals such as optimizations with regard to the energy efficiency of an individual energy wall treatment system 2, with regard to the energy efficiency of several energy conversion systems 2 or an optimization of internal requirements, can be processed. Thus, the abstraction also allows restrictions in the electrical networks to be easily taken into account without further increasing the complexity of the energy management system 1. For example, the maximum allowable feed-in by the energy conversion system 2 and the network of energy conversion systems 2 can be taken into account as a function of the predicted feed-in behavior of photovoltaic systems in a local network.
Die dynamischen Parameter 18, 18a, 18b, ... ,18n sind in dem Verfahren von beson derer Relevanz, da hierdurch das Energiemanagementsystem 1 in der Lage ist, un abhängig von der Verfahrensweise gültige Lösungen zu liefern, welche Anlagenpara- meter 17 und 18, Energiebedarfs 4, Einschränkungen 32 für den lokalen Anlagenbe trieb und lokale Optimierungen berücksichtigen. Mit der Optimierung im Sinne des Energiemanagementsystems 1 können hierdurch parallele Anwendungsfälle erfüllt werden, d.h. ohne hohen Aufwand können verschiedene Optimierungsziele umge setzt werden. The dynamic parameters 18, 18a, 18b, ..., 18n are of particular relevance in the method, since this enables the energy management system 1 to deliver valid solutions regardless of the procedure, which system parameters Meter 17 and 18, energy requirement 4, restrictions 32 for local system operation and local optimizations. With the optimization in the sense of the energy management system 1, parallel use cases can be fulfilled, ie various optimization goals can be implemented without great effort.
Der Einsatz des abstrakten Modells 16 ist hierbei nicht auf eine Steuerungs- und Re geleinheit 7 begrenzt. Ebenso ist ein Einsatz in der Energieleitstelle eines übergeord neten Energiemanagementsystems 1 b möglich. The use of the abstract model 16 is not limited to a control and regulation unit 7. It can also be used in the energy control center of a superordinate energy management system 1b.
Zur Beschreibung des Verfahrens zur Steuerung eines Energiemanagementsystems in einer beispielhaften Ausführung wird das in der Figur 5 dargestellte Energiemana gementsystem 1 genutzt. The energy management system 1 shown in FIG. 5 is used to describe the method for controlling an energy management system in an exemplary embodiment.
In diesem Energiemanagementsystem 1 existiert ein elektrischer Allgemeinver brauch 40, eine Photovoltaik-Anlage 41 (PV-Anlage), ein Energiespeicher 5 in einer Ausführung als ein Batteriespeicher und ein Elektro-fahrzeug 42, welches über eine Anschlusssteckdose 45 an die Ladebox 43 angeschlossen und geladen werden kann. In this energy management system 1 there is an electrical general consumption 40, a photovoltaic system 41 (PV system), an energy storage device 5 in the form of a battery storage device and an electric vehicle 42 which is connected to the charging box 43 via a connection socket 45 and charged can be.
Der Batteriespeicher 5 und die Ladebox 43 sind steuerbare Systeme, d.h. die La dung bzw. Entladung kann mittels Steuerbefehlen 25 durch die Steuerungs- und Re gelungseinheit 7 des Energiemanagementsystems 1 vorgegeben werden. Die PV- Anlage 41 wird als nicht steuerbares System betrachtet, d.h. die Leistungsbereitstel lung kann bzw. soll nicht durch die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 beeinflusst werden. Die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 erfasst die Energieflüsse 13 für beide Energiewandlungsanlagen 2, also den elektrischen Verbraucher 40 und der Ladebox 43, sowie die PV-Anlage 41 über die Sensoren 6a, 6b, 6c und 6d, welche auch Bestandteil der Energiemanagementsystems 1 sein können. Hierbei ermittelt der erste Sensor 6a die Leistung PSP vom bzw. zum Energiespeicher 5. Der zweite Sensor 6b ermittelt die Leistung PPV der PV-Anlage 41 , während der dritte Sensor 6c die Leistung PE-FZG zur Ladebox 43 bzw. zum Elektrofahrzeug 42 ermittelt. Darüber hinaus ist ein Sensor 6d zur Erfassung der Leistung PHaus zum Haus hin oder vom Haus vorgesehen, wobei in diesem Beispiel das Energiemanagementsystem 1 ein System für ein Haus mit seinen Komponenten 40, 41 , 42 und 5 ist. Der Sensor 6d ist beispielsweise der Elektroenergiezähler bzw. Hauptzähler im Haus, welcher an die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 angeschlossen ist und welcher abrechnungsre levant ist. Der Sensor 6d bzw. Hauptzähler im Haus ist mit einem allgemeinen Ver sorgungsnetz 44 verbunden. Die Darstellung in der Figur 5 zeigt, dass die Senso ren 6a bis 6d ihre Messdaten 9 an die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 übermit teln und die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 Steuerbefehle 25 an den Energie speicher 5 und die Ladebox 43 senden kann. The battery storage 5 and the charging box 43 are controllable systems, that is to say the charging or discharging can be specified by the control and regulation unit 7 of the energy management system 1 by means of control commands 25. The PV system 41 is viewed as a non-controllable system, ie the provision of power cannot or should not be influenced by the control and regulation unit 7. The control and regulation unit 7 records the energy flows 13 for both energy conversion systems 2, i.e. the electrical consumer 40 and the charging box 43, as well as the PV system 41 via the sensors 6a, 6b, 6c and 6d, which can also be part of the energy management system 1 . The first sensor 6a determines the power PSP from or to the energy store 5. The second sensor 6b determines the power PPV of the PV system 41, while the third sensor 6c determines the power PE-FZG to the charging box 43 or to the electric vehicle 42. In addition, a sensor 6d is provided for detecting the power PHaus to the house or from the house, the energy management system 1 being on in this example System for a house with its components 40, 41, 42 and 5 is. The sensor 6d is, for example, the electrical energy meter or main meter in the house, which is connected to the control and regulation unit 7 and which is relevant to accounting. The sensor 6d or main meter in the house is connected to a general supply network 44. The illustration in FIG. 5 shows that the sensors 6a to 6d transmit their measurement data 9 to the control and regulation unit 7 and the control and regulation unit 7 can send control commands 25 to the energy store 5 and the charging box 43.
Die Struktur für die Einheit Ladebox 43 und Elektrofahrzeug 42 ist in der Figur 6 ge nauer dargestellt. Die steuerbare Anlage ist in diesem Fall die Ladebox 43, welche mittels der von der Steuerungs- und Regelungseinheit 7 übermittelten Steuerbe fehle 25 gesteuert wird. Alternativ könnte auch eine Möglichkeit des Aktivierens und des Deaktivierens des Ladevorgangs über das Elektrofahrzeug 42 selbst bestehen. The structure for the unit charging box 43 and electric vehicle 42 is shown in greater detail in FIG. In this case, the controllable system is the charging box 43, which is controlled by means of the control commands 25 transmitted by the control and regulation unit 7. Alternatively, there could also be a possibility of activating and deactivating the charging process via the electric vehicle 42 itself.
Als Energiespeicher im Elektrofahrzeug 42 ist im Rahmen des Verfahrensbeispiels der Akku 46 mit dessen Kapazität zu verstehen. Der Bedarf ist die Mobilität des Elektrofahrzeugs 42, welcher jedoch für das Energiemanagement 1 nicht erfasst wer den kann. Der Bedarf ergibt sich somit aus der notwendigen Energie, die nachgela den werden muss, wenn das Elektrofahrzeug 42 an der Ladebox 43 beispielsweise über die Anschlusssteckdose 45 angeschlossen ist. Die Figur 6 zeigt auch einen Bat teriewechselrichter 47, welcher unmittelbar mit dem Akku 46 verbunden ist sowie den Motor 48 des Elektrofahrzeugs 42. In the context of the exemplary method, the battery 46 with its capacity is to be understood as the energy storage device in the electric vehicle 42. The need is the mobility of the electric vehicle 42, which, however, cannot be recorded for the energy management 1. The requirement thus arises from the necessary energy that has to be recharged when the electric vehicle 42 is connected to the charging box 43, for example via the connection socket 45. FIG. 6 also shows a battery inverter 47, which is directly connected to the rechargeable battery 46, as well as the motor 48 of the electric vehicle 42.
Die Struktur für den Batteriespeicher 5 ist in der Figur 7 dargestellt. Der Batteriespei cher 5 ist in seiner Struktur besonders, da er keinen Bedarf besitzt. Im Rahmen der Verfahrensbeschreibung ist der Batteriespeicher 5 als eine Kombination aus einem steuerbaren Erzeuger 49, einem zweiten Akku 50 und einem steuerbaren Verbrau cher 51 zu verstehen. The structure for the battery storage 5 is shown in FIG. The Batteriespei cher 5 is special in structure because it has no need. In the context of the description of the method, the battery storage 5 is to be understood as a combination of a controllable generator 49, a second accumulator 50 and a controllable consumer 51.
Innerhalb dieses Systems existieren zwei Einzelanlagen, welche durch Energiewand lungsanlagen 2, Speicherkapazitäten und Energiebedarfe 4 geprägt sind. Eine Ener giewandlungsanlage 2 bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zwei Energiefor men anhand eines internen Prozesses miteinander gekoppelt werden. Eine der beiden Energieformen (können auch identisch sein) ist hierbei als primäre Energieform anzusehen (Energieform 1 ). Diese dient im Wesentlichen als Größe für eine Vermarktung / Optimierung im Energiemanagementsystem 1. Within this system, there are two individual systems, which are characterized by energy conversion systems 2, storage capacities and 4 energy requirements. An energy conversion system 2 in this context means that two forms of energy are coupled to one another using an internal process. One of the two forms of energy (can also be identical) is to be regarded as the primary form of energy (form of energy 1). This essentially serves as a variable for marketing / optimization in the energy management system 1.
Die andere Energieform, auf deren Seite dann i.d.R. der mit der Energiewandlungs anlage 2 verbundene Energiebedarf 4 liegt, ist als Restriktion für den Betrieb der An lage anzusehen (Energieform 2). Hier wird nur untergeordnet optimiert. The other form of energy, on whose side the energy demand 4 associated with the energy conversion system 2 is usually located, is to be seen as a restriction for the operation of the system (form of energy 2). Optimization is only subordinate here.
Nachfolgend einige Beispiele zur Verdeutlichung der Zusammenhänge beider Ener gieformen in einer Energiewandlungsanlage 2: Below are a few examples to illustrate the relationships between the two forms of energy in an energy conversion system 2:
Beispiel Ladebox für Elektrofahrzeug: Example charging box for an electric vehicle:
• Energieform 1 : Elektroenergie (auf Seite des elektrischen Versorgungs netzes 3) • Energy form 1: electrical energy (on the side of the electrical supply network 3)
• Energieform 2: Elektroenergie (auf Seite des Elektrofahrzeugs 42) Beispiel Batteriespeicher: • Energy form 2: Electric energy (on the side of the electric vehicle 42) Example of battery storage:
• Energieform 1 : Elektroenergie (auf Seiten des elektrischen Versor gungsnetzes 3) • Energy form 1: electrical energy (on the side of the electrical supply network 3)
• Energieform 2: Elektroenergie (auf Seite des Akkus 46) • Energy form 2: electrical energy (on the battery 46 side)
Beispiel Kraft-Wärme-Kopplungsanlage: Example of a combined heat and power plant:
• Energieform 1 : Elektroenergie • Energy form 1: electrical energy
• Energieform 2: Wärmenergie • Energy form 2: thermal energy
Beispiel Wärmepumpe: Example heat pump:
Energieform 1 : Elektroenergie Energieform 2: Wärmeenergie Energy form 1: electrical energy Energy form 2: thermal energy
Nachfolgend erfolgt die beispielhafte Verfahrensbeschreibung zur Bildung des abs trakten, aggregierten Anlagenmodells. Ausgehend von den statischen Parametern 17 des abstrakten Modells 26 einer Energiewandlungsanlage 2, Prognosen zu Bedar- fen 29 und Einschränkungen für den Anlagenbetrieb 32 werden zunächst die Verfah rensschritte The following is an exemplary description of the process for creating the abstract, aggregated system model. On the basis of the static parameters 17 of the abstract model 26 of an energy conversion system 2, forecasts of requirements 29 and restrictions for the system operation 32, the procedural steps are first of all
Verarbeitung 63 und erste Optimierung 34 für das Elektrofahrzeug 42 (E-FZG) für das abstrakte Anlagenmodell 26 einer einzelnen Energiewandlungsanlage 2 und im Anschluss die Verfahrensschritte Processing 63 and first optimization 34 for the electric vehicle 42 (E-FZG) for the abstract system model 26 of an individual energy conversion system 2 and then the method steps
Aggregation 19 und 19a, Ableitung von Hilfsgrößen 20 und 20a und die zweiten Opti mierungen 64 für das abstrakte, aggregierte Anlagenmodell 16 aller zugehörigen Energiewandlungsanlagen 2 erläutert. Die Bildung des abstrakten Anlagenmodells 16 einer Energiewandlungsanlage 2 soll am Beispiel des Elektrofahrzeugs 42 erfolgen. Verfahrenswesentliche Ausgangsgrö ßen sind die Anlagenparameter, also die statischen Parameter 17 und die dynami schen Parameter 18. Für ein Elektrofahrzeug 42 können dies zum Beispiel sein: Aggregation 19 and 19a, derivation of auxiliary variables 20 and 20a and the second optimizations 64 for the abstract, aggregated system model 16 of all associated energy conversion systems 2 are explained. The formation of the abstract system model 16 of an energy conversion system 2 should take place using the example of the electric vehicle 42. The main output variables are the system parameters, i.e. the static parameters 17 and the dynamic parameters 18. For an electric vehicle 42, these can be, for example:
• Leistungsstufen, welche eingestellt werden können zur Ladung des Elektro- fahrzeugs 42 • Power levels that can be set for charging the electric vehicle 42
• Speicherkapazität des Akkus 46 • Storage capacity of the battery 46
• Leistungsverlauf für typischen Ladevorgang • Power curve for a typical charging process
Verluste des Akkus 46 Im nachfolgenden Verfahrensschritt werden anhand dieser Informationen die stati schen Parameter 17 der Energiewandlungsanlage 2, in diesem Fall des Elektrofahr zeugs 42, gebildet. Nachfolgend werden einige der statischen Parameter 17 beispiel haft aufgezeigt und deren Bedeutung am Beispiel des Elektrofahrzeugs 42 erläutert: Battery losses 46 In the following process step, the static parameters 17 of the energy conversion system 2, in this case the electric vehicle 42, are formed using this information. Some of the static parameters 17 are shown below by way of example and their meaning is explained using the example of the electric vehicle 42:
• Leistungsstufen der Anlage PLS An|: o Entspricht den Leistungsstufen der Anlage auf der Seite der primären Energieform 1 (Elektroenergie) • System performance levels P LS An | : o Corresponds to the performance levels of the system on the side of primary energy form 1 (electrical energy)
° ^LS Anl = [^E-FZG LS0< < ^E-FZG LSmax] ^E-FZG LSmax > ^E-FZG LSO > 0 ° ^ LS Anl = [^ E-FZG LS0 <<^ E-FZG LSmax] ^ E-FZG LSmax> ^ E-FZG LSO> 0
• Modus Leistungsregelung MrAhί o Entspricht dem Modus der Leistungsregelung (diskrete Regelung, mo dulierende Leistungsregelung) o Hier: diskret • Power control mode Mr Ahί o Corresponds to the power control mode (discrete control, modulating power control) o Here: discrete
• Leistung Zustand AUS Paus Ani o Leistung der Anlage im Zustand aus • Power state OFF P off Ani o Power of the system in the off state
° ^aus Anl = -PE-FZG LSO ° ^ from Anl = -PE-FZG LSO
• Abschaltzeitkonstante: TAbsAni o Entspricht einer Zeitdauer für die Abschaltung einer Anlage (für Rege lung wichtig) o Für das Elektrofahrzeug aus der Leistungskurve entnommen o Z.B. TAbsAnF 30 min • Switch-off time constant: TAbsAni o Corresponds to a period of time for the switch-off of a system (important for control) o Taken from the performance curve for the electric vehicle o E.g. TAbsAnF 30 min
• Energiewandlungskennzahl: o Entspricht einer allgemeingültigen Wandlungskennzahl zwischen der Leistung in Energieform 1 und der Leistung in Energieform 2 in Abhän gigkeit der Leistungsstufen o Da beim Elektrofahrzeug 42 die primäre und sekundäre Energieform identisch ist, berücksichtigt der Faktor nur die Verluste der Umwand lungseinheit und beträgt ca. aAn| « [1, ... 1] • Speicherkapazität: üsp kapAni EFI. - a sp kapAniEF2 bzw. üsp kapAni EFI - a • Energy conversion index: o corresponds to a universal conversion code between the power in energy form 1 and the power in energy form 2 in depen dependence of the power levels o Since, in the electric vehicle 42, the primary and secondary energy form is identical, the factor takes into account only the losses of the Encrypt averaging unit and is approximately a to | « [1, ... 1] • Storage capacity: üsp k ap Ani EFI . - a sp k ap Ani EF2 or üsp k ap Ani EFI - a
(?Sp kap Anl EF 2 o Die Speicherkapazität entspricht einer speicherbaren Energie im Spei cher, welcher der Energiewandlungsanlage zugeordnet ist und wird an hand der Energiewandlungszahl auf die primäre Energieform 1 bezo gen. o Für das Elektrofahrzeug ergibt sich: £Sp kap E-FZG = 1 SP kap Akku (? Sp kap Anl EF 2 o The storage capacity corresponds to a storable energy in the storage, which is assigned to the energy conversion system and is based on the energy conversion number on the primary energy form 1. o For the electric vehicle: £ S p k ap E -FZG = 1 S P k ap A kk u
• Leistungsrauschen sRAh1 o Das Leistungsrauschen entspricht einem prozentualen Wert, welcher beschreibt, wie groß die ungewünschte Fluktuation der Leistung im lau fenden Betrieb ist. Der Wert ist insbesondere für die Regelung notwen dig. o Beispielhaft sei hier sR = 0 angenommen. • Power noise s RAh1 o The power noise corresponds to a percentage value that describes how great the undesired fluctuation in power is during operation. The value is particularly necessary for the regulation. o As an example, let s R = 0 be assumed here.
Die dynamischen Parameter 18 einer Energiewandlungsanlage 2, in diesem Fall des Elektrofahrzeugs 42, bestehen im Wesentlichen aus: The dynamic parameters 18 of an energy conversion system 2, in this case the electric vehicle 42, essentially consist of:
• Untere und obere Leistungsgrenzkurve 52 und 53 • Lower and upper power limit curves 52 and 53
• Untere und obere energetische Grenzkurve 27 und 28 • Lower and upper energetic limit curves 27 and 28
Zunächst wird die Erstellung der unteren Leistungsgrenzkurve 52 Pprog min und der oberen Leistungsgrenzkurve 53 Pprog max beschrieben. Diese beschreiben, welche Leistung einer Energiewandlungsanlage 2 zu einem Zeitpunkt vorgegeben werden kann. Hierfür werden die statischen Parameter 17 der Energiewandlungsanlage 2 so wie die Einschränkungen 32 für den Anlagenbetrieb genutzt. Zu erstgenanntem ge hören im Wesentlichen die Leistungsstufen Pi_s Ani. Als Einschränkung 32 für den An lagenbetrieb sind im Sinne des Elektrofahrzeugs 42 insbesondere die möglichen La dezeiträume zu nennen, d.h. die Zeiträume, in denen das Elektrofahrzeug 42 an die Ladebox 43 angeschlossen ist. Im Rahmen der Verarbeitung werden die Informatio nen kombiniert. Während der Ladezeiträume ergeben sich die Leistungsgrenzkurven 52 und 53 aus der minimalen und maximalen Leistungsstufe. Außerhalb dieser Zeit entspricht Pprog max =Pprog min =PE-FZG LSO. Die Leistungsgrenzkurve 52 und 53 sind bei spielhaft der Figur 8 dargestellt. Die Figur 8 zeigt eine prognostizierte Leistung P 54 in einem zeitlichen Verlauf. Die dargestellten Bereiche B2, B3 und B4 stellen Zeitbereiche dar, in welchen das Elekt rofahrzeug 42 über die Anschlusssteckdose 45 mit der Ladebox 43 verbunden ist und geladen werden kann. Die Strich-Punkt-Linie stellt die unteren Leistungsgrenz kurve 52 Pprog min dar, während mit der Strich-strich-Linie die oberen Leistungsgrenz kurve 53 Pprog max gezeigt ist. So besteht beispielsweise im Bereich B3 in einer Zeit zwischen 18 Uhr und 6 Uhr des Folgetags die Möglichkeit das Elektrofahrzeug 42 aufzuladen. First, the creation of the lower power limit curve 52 Pprog min and the upper power limit curve 53 Pprog max is described. These describe what power an energy conversion system 2 can be specified at a point in time. For this purpose, the static parameters 17 of the energy conversion system 2 and the restrictions 32 for the system operation are used. The first-mentioned essentially includes the Pi_s Ani performance levels. In terms of the electric vehicle 42, the possible charging periods, ie the periods of time in which the electric vehicle 42 is connected to the charging box 43, should be mentioned as a restriction 32 for the plant operation. The information is combined during processing. During the charging periods, the power limit curves 52 and 53 result from the minimum and maximum power level. Outside this time, Pprog max = Pprog min = PE-FZG LSO The power limit curves 52 and 53 are shown in FIG. FIG. 8 shows a predicted power P 54 over time. The areas B2, B3 and B4 shown represent time periods in which the electric vehicle 42 is connected to the charging box 43 via the connection socket 45 and can be charged. The dash-dot line represents the lower power limit curve 52 Pprog min, while the dash-dash line shows the upper power limit curve 53 Pprog max. In area B3, for example, it is possible to charge the electric vehicle 42 between 6 p.m. and 6 a.m. the following day.
Ergänzend zur den Leistungsgrenzkurven 52 und 53 erfolgt die Erstellung der unte ren energetischen Grenzkurve 27 Eprog min und der oberen energetischen Grenz kurve 28 Eprog max. Ausgangspunkt für die Erstellung der dynamischen Parameter 18 ist die Erstellung einer Bedarfsprognose für einen Zeitraum, der in der Zukunft liegt und für den das Energiemanagementsystem eine Optimierung bzgl. verschiedener, möglicher Optimierungsziele vornehmen soll. Die Bedarfsprognose 29 wird für jede Energiewandlungsanlage 2 mit Energiebedarf 4 erstellt und gibt den Bedarf der Zu kunft in einem zeitlichen Verlauf an. Sie wird aus den Messwerten zum Bedarf / zum Speicherverhalten oder aus abgeleiteten Größen erstellt. In addition to the power limit curves 52 and 53, the lower energetic limit curve 27 Eprog min and the upper energetic limit curve 28 Eprog max are created.The starting point for the creation of the dynamic parameters 18 is the creation of a demand forecast for a period in the future and for which the energy management system is to carry out an optimization with regard to various possible optimization goals. The demand prognosis 29 is created for each energy conversion system 2 with an energy demand 4 and indicates the future demand over time. It is created from the measured values on demand / storage behavior or from derived variables.
Im Falle eines Elektrofahrzeugs 42 kann die Prognose aus dem Leistungsverlauf des Ladevorgangs und den Speicherzuständen gewonnen werden, wie es beispielhaft in der Figur 9 gezeigt ist. Figur 9 zeigt den zeitlichen Verlauf des Speicherladezu stands 58 Esp ist. In Richtung der linken Y-Achse der Figur 9 ist die Ist-Ladeleis- tung Pist dargestellt. Beispielsweise in einem Zeitbereich zwischen 18 Uhr und 6 Uhr des Folgetags erfolgt eine von der aktuellen Ladung des Akkus 46 des Elektrofahr zeuges 42 abhängige Nachladung. Hierbei ist die Ladedauer abhängig vom Energie verbrauch aus dem Akku 46 im Zeitraum zwischen 6 Uhr und 18 Uhr, wobei dieser linear interpoliert wird. In the case of an electric vehicle 42, the prognosis can be obtained from the power curve of the charging process and the storage states, as is shown by way of example in FIG. FIG. 9 shows the course of the storage charge state 58 Esp act over time. The actual charging power Pist is shown in the direction of the left Y-axis in FIG. For example, in a time range between 6 p.m. and 6 a.m. the following day, a reload dependent on the current charge of the battery 46 of the electric vehicle 42 takes place. The charging time is dependent on the energy consumption from the battery 46 between 6 a.m. and 6 p.m., this being linearly interpolated.
Wichtig ist es, zu beachten, dass die Nachladung eines Elektrofahrzeugs 42 nicht dem eigentlichen Bedarf entspricht (Bedarf = „Fahren des E-Fahrzeugs“). Dies be deutet, dass der Bedarf aus dem Leistungsverlauf des Ladevorgangs bzw. den Spei cherladezuständen abgeleitet werden muss, um eine Prognose durchführen zu kön nen. Für die Ableitung werden zusätzlich die Abwesenheitszeiten, in welchen das Elektrofahrzeugs 42 nicht an Ladebox 43 angeschlossen ist, und die Annahme einer mittleren Leistung genutzt. Ein derart entstehender prognostizierter Mobilitäts-Be darf 55 ist in der Figur 10 in seinem zeitlichen Verlauf dargestellt. In Richtung der Y- Achse der Figur 10 ist prognostizierter Mobilitäts-Bedarf Pprog dargestellt. It is important to note that the recharging of an electric vehicle 42 does not correspond to the actual need (need = “driving the electric vehicle”). This means that the demand must be derived from the power curve of the charging process or the storage charge states in order to be able to carry out a forecast. For the derivation, the absence times in which the Electric vehicle 42 is not connected to charging box 43, and the assumption of a medium power is used. A forecast mobility requirement 55 that arises in this way is shown in FIG. 10 in its time course. In the direction of the Y axis of FIG. 10, the forecast mobility requirement Pprog is shown.
Für die Prognose kommen u.a. folgende Verfahren in Frage: The following methods can be used for the prognosis:
• Künstliche Neuronale Netze, • Artificial Neural Networks,
• Das Naive Prognoseverfahren, • The naive prognosis method,
• Regressionsverfahren • Regression method
Basierend auf der Bedarfsprognose 29 erfolgt die Verarbeitung anhand von mathe matischen Algorithmen. Hierfür wird zunächst die kumulierte Summe 56 Esum prog für die prognostizierte Ladeleistung (Mobilitätsbedarf) gebildet. Based on the demand forecast 29, processing is carried out using mathematical algorithms. For this purpose, the cumulative sum 56 Esum prog for the forecasted charging capacity (mobility requirement) is first formed.
Für die nachfolgenden Betrachtungen wird davon ausgegangen, dass die prognosti zierten Leistungsverläufe diskret vorliegen mit einem Zeitabstand von beispielsweise At=15 min. Die Leistungen entsprechen somit Mittelwerten über den Zeitraum At. So mit gilt For the following considerations, it is assumed that the forecasted performance curves are available discretely with a time interval of, for example, At = 15 min. The performances thus correspond to mean values over the period At. So with applies
E sum prog für alle i e[0...t], wobei i ... einem Zählindex zu den Leistungswerten entspricht. E sum prog for all ie [0 ... t], where i ... corresponds to a counting index for the performance values.
Das Ergebnis ist in der Figur 11 dargestellt. Figur 11 zeigt den Verlauf der prognosti zierten Ladeleistung 56 in ihren zeitlichen Verlauf. In einem nächsten Schritt wird an hand der statischen Parameter 17 bzw. Anlagenparameter mittels der Speicherkapa zität EsP kaP, dem Speicherladezustand zum Zeitpunkt EsP (taw) und der unteren und oberen Leistungsgrenzkurve 52 und 53 die untere und obere energetische Grenzkur ven 27 und 28 ermittelt (Eprog min , EProg max). Ziel hierbei ist es auch, unzulässige Zu stände auszuschließen. Die vorab genannten Punkte können für das maximale Energieband der Energie wandlungsanlage 2 formeltechnisch wie folgt beschrieben werden: The result is shown in FIG. FIG. 11 shows the course of the forecast charging power 56 in its course over time. In a next step, using the static parameters 17 or system parameters by means of the storage capacity Es P ka P , the storage state of charge at the time Es P (t a w) and the lower and upper power limit curves 52 and 53, the lower and upper energetic limit curves are ven 27 and 28 determined (Eprog min, E P rog max). The aim here is also to rule out impermissible conditions. The points mentioned above can be described in terms of a formula for the maximum energy band of energy conversion system 2 as follows:
Die Figur 12 zeigt hierzu den zeitlichen Verlauf der Ladeleistung Esum prog 56, welche zwischen der unteren energetischen Grenzkurve 27 Eprog min und der oberen energeti schen Grenzkurve 28 Eprog max verläuft. In Richtung der Y-Achse der Figur 9 ist die kumulierte Summe 57 Esum dargestellt. FIG. 12 shows the time course of the charging power Esum prog 56, which runs between the lower energetic limit curve 27 Eprog min and the upper energetic limit curve 28 Eprog max. In the direction of the Y axis in FIG. 9, the cumulative sum 57 Esum is shown.
In der Figur 13 sind vier Bereiche B1 , B2, B3 und B4 dargestellt. B1 stellt einen Be reich mit einem unzulässigen Zustand dar. B2, B3 und B4 sind Bereiche, in denen eine Ladung möglich ist, sogenannte mögliche Ladezeiträume. Alle 4 Bereiche wer den beachtet, indem die untere und obere Leistungsgrenzkurve 52 und 53 berück sichtigt wird. Four areas B1, B2, B3 and B4 are shown in FIG. B1 represents an area with an impermissible state. B2, B3 and B4 are areas in which charging is possible, so-called possible charging periods. All 4 areas are taken into account in that the lower and upper power limit curves 52 and 53 are taken into account.
Eine Weiterverarbeitung bzw. Optimierung kann beispielsweise notwendig sein, wenn gefordert ist, dass am Ende des Ladezyklus der Akku 46 des Elektrofahr zeugs 42 zu mindestens 50% geladen sein muss. Diese Anforderung in Verbindung mit den möglichen Ladezeiträumen hat direkten Einfluss auf die untere Grenze. Nach einer derartigen Optimierung der unteren energetischen Grenzkurve 27 wird eine be arbeitetet untere energetische Grenzkurve 27a erzeugt. Further processing or optimization may be necessary, for example, if it is required that the battery 46 of the electric vehicle 42 must be charged to at least 50% at the end of the charging cycle. This requirement in connection with the possible charging periods has a direct influence on the lower limit. After such an optimization of the lower energetic limit curve 27, a processed lower energetic limit curve 27a is generated.
Bearbeitung der unteren energetischen Grenzkurve 27 erfolgt auf Basis der Ein schränkungen 32 für den freien Anlagenbetrieb. The lower energetic limit curve 27 is processed on the basis of the restrictions 32 for free system operation.
Die Bearbeitung der unteren energetischen Grenzkurve ist in Figur 14 ersichtlich. Diese Bearbeitung muss unter Beachtung der statischen Parameter 17 bzw. Anla genparameter erfolgen. Die nachfolgend in Klammer stehenden Ziffern 1 bis 7 kor respondieren mit den in der Figur 14 gezeigten Ziffern. The processing of the lower energetic limit curve can be seen in FIG. This processing must be carried out taking into account the static parameters 17 or the system parameters. The numbers 1 to 7 in brackets below correspond to the numbers shown in FIG.
(1 ) Negative Werte für die kumulierte energetische Grenzkurve sind aufgrund positi ver Werte der Leistungsstufen unzulässig. (2), (3) Es ist gefordert, dass ein Speicherladezustand von 50% am Ende des mögli chen Ladezeitraums erreicht sein muss. Dies erfordert, dass die untere Grenzkurve diesen Punkt (3) schneidet. Der Anstieg der unteren Grenzkurve (2) muss der maxi malen Leistung der Anlage entsprechen. (1) Negative values for the cumulative energetic limit curve are not permitted due to positive values of the power levels. (2), (3) It is required that a storage capacity of 50% must be reached at the end of the possible charging period. This requires that the lower limit curve intersect this point (3). The rise in the lower limit curve (2) must correspond to the maximum output of the system.
(4), (5) Am Ende des mögliche Ladezeitraums B3 muss ein Speicherladezustand er reicht sein, dass der darauffolgende, prognostizierte Bedarf erfüllt werden kann. Im Falle des Elektrofahrzeugs bedeutet dies, dass zum Beginn des nächsten Nachlade zeitraums B4 der minimale Speicherladezustand vorhanden ist. Um den notwendigen Speicherladezustand in B3 zu erreichen, muss rechtzeitig geladen werden. Der An stieg (4) entspricht wiederum die maximale Leistung der Anlage. (4), (5) At the end of the possible charging period B3, a storage charge state must be sufficient so that the subsequent, forecast demand can be met. In the case of the electric vehicle, this means that the minimum storage charge state is present at the beginning of the next recharging period B4. In order to achieve the necessary storage charge status in B3, charging must be carried out in good time. The increase (4) in turn corresponds to the maximum output of the system.
(6), (7) analog zu (2), (3), entspricht der Forderung nach einem Speicherladezustand von 50% am Ende eines möglichen Nachladezeitraums. (6), (7) analogous to (2), (3), corresponds to the requirement for a storage battery charge of 50% at the end of a possible recharging period.
Im nächsten Schritt können Anlagenoptimierungen berücksichtigt werden. Dies könnte zum Beispiel die Forderung sein, dass eine Ladung möglichst immer am Ende des möglichen Nachladezeitraums erfolgt. Für das Elektrofahrzeug 42 ist eine solche Anlagenoptimierung aufgrund geringer Stillstandsverluste jedoch nicht not wendig. In the next step, system optimizations can be taken into account. This could, for example, be the requirement that charging always takes place at the end of the possible reloading period. However, such a system optimization is not necessary for the electric vehicle 42 due to the low standstill losses.
Unter Berücksichtigung aller beschriebenen Bearbeitungsschritte ergibt sich final die untere und obere energetische Grenzkurve 27a und 28a, wie in der Figur 15 darge stellt ist. Taking into account all the processing steps described, the lower and upper energetic limit curves 27a and 28a are finally obtained, as shown in FIG.
Nachfolgend wird die Bildung eines aggregierten, abstrakten Anlagenmodells 16 an einem Beispiel eines aus der Figur 7 bekannten Batteriespeichers 5 beschrieben. The formation of an aggregated, abstract system model 16 is described below using an example of a battery store 5 known from FIG.
Nachfolgend sind die statischen und dynamischen Parameter des Modells des Batte riespeichers. The following are the static and dynamic parameters of the battery storage model.
Statische Parameter 17 Static parameters 17
• Leistungsstufen der Anlage P\_s An\-• Performance levels of the system P \ _s An \ -
° ^LS Anl = [PBSP LS0< < ^BSP LSmax] ^BSP LS0 < 0, Rb SP LSmax > 0° ^ LS Anl = [PBSP LS0 <<^ BSP LSmax] ^ BSP LS0 <0, Rb SP LSmax> 0
• Modus Leistungsregelung MPAnl o diskret • Power control mode M PAnl o discreet
• Leistung Zustand AUS Paus Ani o Leistung der Anlage im Zustand aus • Power state OFF P off Ani o Power of the system in the off state
° Paus Anl = 0VK ° Paus Anl = 0VK
• Abschaltzeitkonstante: TAbsAni o TAbs Ani = 0 min • Switch-off time constant: TAbsAni o TAbs Ani = 0 min
• Energiewandlungskennzahl: o aAn * [1, • Energy conversion index: oa An * [1,
• Speicherkapazität: Psp kapAni EFI . = a sp kapAniEF2 bzw. Psp kapAni EFI = a • Storage capacity: Psp k ap Ani EFI. = a sp k ap Ani EF2 or Psp k ap Ani EFI = a
Q Sp kap Anl EF 2 Q Sp cap Anl EF 2
° ^SP kap BSP = 1 ' ^Sp kap Akku ° ^ SP cap BSP = 1 ' ^ Sp cap battery
• Leistungsrauschen sRAh1 = 0 • Power noise s RAh1 = 0
Dynamische Parameter 18 Dynamic parameters 18
Die Einzelanlage des Batteriespeichers 5 hat keinen Bedarf auf Seite der sekundä ren Energieform zu decken. Daher ist der Anstieg der unteren und oberen energeti schen Grenzkurve 27 und 28 gleich null. Da der Batteriespeicher 5 auch negative Leistungswerte annehmen kann, im Falle einer Einspeisung, ergibt sich mit der unte ren und oberen energetischen Grenzkurve 27 und 28 ein achsenparalleles Band zur Abszisse, wie es in der Figur 16 gezeigt ist. Die zu diesem Batteriespeicher 5 zuge hörige untere Leistungsgrenzkurve 52 und die obere Leistungsgrenzkurve 53 sind in der Figur 17 dargestellt. The individual system of the battery storage 5 has no need to cover the secondary form of energy. Therefore, the rise in the lower and upper energetic limit curve 27 and 28 is zero. Since the battery storage 5 can also assume negative power values, in the case of a feed, the result with the lower and upper energetic limit curves 27 and 28 is an axis-parallel band to the abscissa, as shown in FIG. The lower power limit curve 52 associated with this battery storage device 5 and the upper power limit curve 53 are shown in FIG.
Nachfolgend erfolgt eine Überlagerung der statischen Parameter 17 und 17a der bei den Energiewandlungsanlagen 2, also dem Batteriespeicher 5 und dem Elektrofahr zeug 42. The static parameters 17 and 17a of the energy conversion systems 2, that is to say the battery storage unit 5 and the electric vehicle 42, are then superimposed.
Die statischen Parameter 17 und 17a der beiden Energiewandlungsanlagen 2 müs sen im nächsten Schritt überlagert werden. Hierzu werden u.a. folgende Verfahren / Maßnahmen genutzt: The static parameters 17 and 17a of the two energy conversion systems 2 must be superimposed in the next step. The following procedures / measures are used for this purpose:
• mathematische Algorithmen, • mathematical algorithms,
• Kenntnisse zu Bedarfen, die durch beide Einzelanlagen gleichermaßen gedeckt werden können, • Knowledge of requirements that can be met equally by both individual systems,
Definition eines Bezugssystems In dem dargestellten Beispiel besitzen beide Energiewandlungsanlagen 2 keine ge meinsam gedeckten Bedarfe. Ein Beispiel für diesen Fall wäre, wenn zum Beispiel zwei KWK-Anlagen den Heizwärmebedarf eines Gebäudes über den gleichen Hei zungskreis decken würden. Definition of a reference system In the example shown, the two energy conversion systems 2 have no jointly covered needs. An example for this case would be, for example, if two CHP systems covered the heating demand of a building via the same heating circuit.
Da im Beispiel keine gemeinsamen Bedarfe existieren, ist auch kein Bezugssystem zu definieren. Ein Bezugssystem ist nur dann notwendig, wenn zwei oder mehr Ener giewandlungsanlagen 2 gemeinsam einen Energiebedarf 4 decken. Dann muss für die Aggregation 19 eine Bezugsanlage festgelegt werden, welche i.d.R. die priori- sierte Anlage ist und primär eingesetzt wird. Since there are no common requirements in the example, no reference system needs to be defined. A reference system is only necessary if two or more energy conversion systems 2 jointly cover an energy demand 4. A reference system must then be specified for the aggregation 19, which is usually the prioritized system and is primarily used.
Die Überlagerung der einzelnen statischen Parameter 17 und 17a kann beispiels weise anhand der nachfolgend genannten Algorithmen erfolgen: The individual static parameters 17 and 17a can be superimposed, for example, using the algorithms mentioned below:
• Leistungsstufen PLS1 : o Überlagerung abhängig von dem Modus der Leistungsregelung der An lagen: o Z.B. bei diskreten Leistungsstufen: Aggregation durch Bildung aller möglichen Kombinationen ohne Wiederholung, Addition der Werte und aufsteigende Sortierung o Mögliche Weiterverarbeitung ist u.a. die Reduktion der Leistungsstufen• Power levels P LS1 : o Superimposition depending on the power control mode of the systems: o For example, with discrete power levels: aggregation by forming all possible combinations without repetition, addition of values and ascending sorting o Possible further processing is, among other things, the reduction of power levels
• Modus Leistungsregelung MP o Ergibt sich aus der Methodik der Aggregation der Leistungsstufen o Z.B. bei Überlagerung diskreter Leistungsstufen -> diskret, ebenso• Power control mode M P o This results from the method of aggregating the power levels o Eg when discrete power levels are superimposed -> discrete, as well
• Leistung Zustand AUS Paus o Addition der Leistung im Zustand AUS aller Einzelanlagen • Power state OFF P off o Addition of the power in the OFF state of all individual systems
• Abschaltzeitkonstante: TAbs o Abschaltzeitkonstante ergibt sich aus dem Maximum aller Abschaltzeit konstanten • Switch-off time constant: TAbs o Switch-off time constant results from the maximum of all switch-off time constants
• Energiewandlungskennzahl: a = [ ?EF 1 LS 0 , Pef 1 LS max] • Energy conversion index : a = [ ? EF 1 LS 0 , Pef 1 LS max ]
PEF 2 LS 0 PEF 2 LS max o Überlagerung abhängig vom Modus der Leistungsregelung der Anlagen o Z.B. bei diskreten Leistungsstufen: Aggregation durch Bildung aller möglichen Kombinationen ohne Wiederholung, Multiplikation Werte und Sortierung gemäß den Zuordnungen zu den aggregierten Leistungsstu fen P EF 2 LS 0 P EF 2 LS max o Superimposition depending on the power control mode of the systems o For example, with discrete power levels: aggregation by forming all possible combinations without repetition, multiplication of values and Sorting according to the assignments to the aggregated performance levels
• Speicherkapazität: ESP kap o Addition der Speicherkapazitäten aller Einzelanlagen • Storage capacity: E SP kap o Addition of the storage capacities of all individual systems
• Leistungsrauschen sR = 0 o Addition des Leistungsrauschen aller Einzelanlagen • Power noise s R = 0 o Addition of the power noise of all individual systems
Im Anschluss an die Überlagerung der statischen Parameter 17 und 17a wird eine Hilfsgröße 20 abgeleitet. Diese Hilfsgröße 20 ist ein Leistungsvektor, der sich von den Leistungsstufen, den Energiewandlungskennzahlen, dem Wissen über gemein sam zu deckende Bedarfe 37 und dem festgelegten Bezugssystem ergibt. Er wird nachfolgend als PLS dargestellt und ergänzt die statischen Parameter 17. Following the superposition of the static parameters 17 and 17a, an auxiliary variable 20 is derived. This auxiliary variable 20 is a performance vector, which results from the performance levels, the energy conversion indicators, the knowledge of joint needs 37 to be covered and the specified reference system. It is shown below as P LS and supplements the static parameters 17.
Neben den statischen Parametern 17 und 17a aller Energiewandlungs-anlagen 2 müssen auch die dynamischen Parameter 18 und 18a der beiden Energiewand lungsanlagen 2 aggregiert werden. Hierbei werden zunächst die unteren und oberen Grenzkurven 27, 27' und 28, 28' der beiden Energiewandlungsanlagen 2 addiert. Hierzu muss gegebenenfalls analog zur Aggregation 19 der statischen Parameter 17 und 17a die Kenntnis über gemeinsam zu deckende Energiebedarfe 37 und dem Be zugssystem mit in der Aggregation 19 betrachtet werden. Das Ergebnis der Aggrega tion 19 ist in den Figuren 18 und 19 dargestellt. In addition to the static parameters 17 and 17a of all energy conversion systems 2, the dynamic parameters 18 and 18a of the two energy conversion systems 2 must also be aggregated. First, the lower and upper limit curves 27, 27 ' and 28, 28 ' of the two energy conversion systems 2 are added. For this purpose, analogously to the aggregation 19 of the static parameters 17 and 17a, the knowledge of the energy requirements 37 to be covered jointly and the reference system must also be considered in the aggregation 19. The result of the aggregation 19 is shown in FIGS. 18 and 19.
Die Figur 18 zeigt in einer gemeinsamen Darstellung die untere und obere energeti sche Grenzkurve 27 und 28 für das Elektrofahrzeug 42 als auch die untere und obere energetische Grenzkurve 27' und 28'für den Batteriespeicher 5. Im Ergebnis der verfahrensgemäßen Verarbeitung ergeben sich die aggregierte untere energeti sche Grenzkurve 59 und die aggregierte obere energetische Grenzkurve 60, wie in der Figur 18 dargestellt. Die Y-Achse entspricht einer kumulierten Summe. FIG. 18 shows in a common representation the lower and upper energetic limit curves 27 and 28 for the electric vehicle 42 as well as the lower and upper energetic limit curves 27 ' and 28 ' for the battery storage 5. The result of the processing according to the method results in the aggregated lower energetic limit curve 59 and the aggregated upper energetic limit curve 60, as shown in FIG. The Y-axis corresponds to a cumulative sum.
Die Figur 19 zeigt in einer gemeinsamen Darstellung die untere und obere Leistungs grenzkurve 52 und 53 für das Elektrofahrzeug 42 als auch die untere und obere Leis tungsgrenzkurve 52' und 53' für den Batteriespeicher 5. Im Ergebnis der verfahrens gemäßen Verarbeitung ergeben sich die aggregierte untere Leistungsgrenzkurve 65 und die aggregierte obere Grenzkurve 66, wie in der Figur 19 dargestellt. Die Y- Achse bildet die prognostizierte Leistung P ab. Die aggregierte untere Leistungs grenzkurve 65 überdeckt im Beispiel der Figur 19 die untere Leistungsgrenz kurve 52'des Batteriespeichers. 19 shows a common representation of the lower and upper power limit curves 52 and 53 for the electric vehicle 42 and the lower and upper power limit curves 52 ' and 53 ' for the battery storage device 5. The result of the processing according to the method is the aggregated lower one Power limit curve 65 and the aggregated upper limit curve 66, as shown in FIG. The Y-axis shows the predicted power P. In the example in FIG. 19, the aggregated lower power limit curve 65 covers the lower power limit curve 52 'of the battery store.
In einem zweiten Schritt wird wiederum im Rahmen des Aggregationsvorgangs eine Hilfsgröße 20a abgeleitet, welche beschreibt, wie lange eine Energiewandlungsan lage 2 bzw. eine Kombination von Energiewandlungsanlage 2n bei maximaler Leis tung in Betrieb sein muss, um die untere energetische Grenzkurve 27 zu erfüllen. Diese Hilfsgröße ergänzt die dynamischen Parameter 18. In a second step, an auxiliary variable 20a is derived again as part of the aggregation process, which describes how long an energy conversion system 2 or a combination of energy conversion system 2n must be in operation at maximum power in order to meet the lower energetic limit curve 27. This auxiliary variable supplements the dynamic parameters 18.
In einem weiteren Schritt können die unbeeinflussbaren Systeme wie beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage 42 und der elektrische Verbraucher 40 noch berücksichtigt werden. Eine Optimierung ist hierbei sowohl bei den energetischen Grenzkurven 59 und 60 gemäß Figur 18 als auch bei den Leistungsgrenzkurven 65 und 66 gemäß Fi gur 19 möglich. In a further step, the systems that cannot be influenced, such as a photovoltaic system 42 and the electrical consumer 40, can still be taken into account. An optimization is possible here both in the energetic limit curves 59 and 60 according to FIG. 18 and in the power limit curves 65 and 66 according to FIG. 19.
Im gezeigten Beispiel ist es sinnvoll, die Lastgänge in den Leistungsgrenzkurven zu berücksichtigen. Beispielhaft seien die Leistungsgrenzkurven mit den Prognosen in der Figur 20 ersichtlich. In the example shown, it makes sense to take the load profiles into account in the power limit curves. The power limit curves with the prognoses in FIG. 20 can be seen as an example.
Figur 20 zeigt zwischen der aggregierte untere Leistungsgrenzkurve 65 und der ag gregierte oberen Leistungsgrenzkurve 66 eine Bedarfsprognose 29 des Energiebe darfs sowie eine Erzeugungsprognose 39. FIG. 20 shows, between the aggregated lower power limit curve 65 and the aggregated upper power limit curve 66, a demand prognosis 29 of the energy demand and a generation prognosis 39.
Im Rahmen der Optimierung kann vorgegeben werden, mit welcher Leistung die steuerbaren Energiewandlungsanlagen 2 minimal und maximal betrieben werden sol len unter Beachtung der nicht steuerbaren Energiewandlungsanlagen 2. So ist es beispielsweise möglich, im Falle eines nicht steuerbaren Verbrauchs die maximale zulässige Leistung, also die aggregierte obere Leistungsgrenzkurve 66 zumindest teilweise zu reduzieren. Die Reduktion kann unterschiedlich hoch ausfallen, je nach dem wie hoch das „Maß“ der Optimierung sein soll. Eine derartige Optimierung ist beispielhaft in der Figur 21 dargestellt. In der Figur 21 sind die derart optimierten Leistungsgrenzkurven, also die ange passte aggregierte untere Leistungsgrenzkurve 61 sowie die angepasste aggregierte obere Leistungsgrenzkurve 62 dargestellt. Der Raum zwischen der unteren Leis tungsgrenzkurve 61 und der oberen Leistungsgrenzkurve 62 ist der zum jeweiligen Zeitpunkt zur Verfügung stehende Bereich in welchem das Energiemanagementsys tem 1 mittels der entsprechenden Steuerungs- und Regelungseinheit 7 eine Steue rung bzw. Regelung einzelner Energiewandlungsanlagen 2 vornehmen kann. As part of the optimization, it can be specified with which power the controllable energy conversion systems 2 should be operated at a minimum and maximum, taking into account the non-controllable energy conversion systems 2. For example, in the case of non-controllable consumption, the maximum permissible power, i.e. the aggregated to reduce upper power limit curve 66 at least partially. The reduction can be different, depending on how high the "level" of optimization should be. Such an optimization is shown as an example in FIG. In FIG. 21, the power limit curves optimized in this way, that is to say the adapted aggregated lower power limit curve 61 and the adapted aggregated upper power limit curve 62 are shown. The space between the lower power limit curve 61 and the upper power limit curve 62 is the area available at the time in which the energy management system 1 can control individual energy conversion systems 2 using the corresponding control and regulation unit 7.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN LIST OF REFERENCES
1 Energiemanagementsystem 1 energy management system
1a lokales Energiemanagementsystem 1a local energy management system
1b übergeordnetes Energiemanagementsystem1b superordinate energy management system
2 Energiewandlungsanlage 2 energy conversion system
3 Versorgungsnetz 3 supply network
4 Energiebedarf / Bedarf 4 energy demand / demand
5 Energiespeicher 5 energy storage
6, 6a, 6b, ..., 6n Sensor/ Zähler 6, 6a, 6b, ..., 6n sensor / counter
7 Steuerungs- und Regelungseinheit 7 Control and regulation unit
8 Steuerbefehl 8 control command
9 Messdaten 9 measurement data
10 Energieleitstelle 11 Schnittstelle 12 Verbindungseinheit / Gateway 10 Energy control center 11 Interface 12 Connection unit / gateway
13 Energiefluss 13 Energy Flow
14 externe Prognose 14 external forecast
15 Internet 15 Internet
16 abstraktes und aggregiertes Modell16 abstract and aggregated model
17, 17a, 17b, ..., 17n statische Parameter 17, 17a, 17b, ..., 17n static parameters
18, 18a, 18b, ..., 18n dynamische Parameter 18, 18a, 18b, ..., 18n dynamic parameters
19, 19a, 19b Aggregation 19, 19a, 19b aggregation
20, 20a, 20b Hilfsgrößen 21 Disaggregation 20, 20a, 20b auxiliary variables 21 disaggregation
22 erste Ebene 22 first level
23 zweite Ebene 23 second level
24 Sollbefehl 24 Setpoint command
25 Steuerbefehl abstraktes Modell einer Energiewandlungsanlage, 27a erste (untere) energetische Grenzkurve , 28a zweite (obere) energetische Grenzkurve25 control command abstract model of an energy conversion system, 27a first (lower) energetic limit curve, 28a second (upper) energetic limit curve
Bedarfprognose Demand forecast
Historische Messwerte Historical readings
Einschränkungen zum AnlagenbetriebPlant operation restrictions
Mathematische Algorithmen erste Optimierungen Mathematical algorithms first optimizations
Konfiguration configuration
Energetische Schnittstelle gemeinsamer Energiebedarf Energetic interface of common energy requirements
Bezugssystem Reference system
Erzeugungsprognose elektrischer Verbraucher Generation forecast of electrical consumers
Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage)Photovoltaic system (PV system)
Elektrofahrzeug Electric vehicle
Ladebox Charging box
Anschlusssteckdose erster Akku Batteriewechselrichter Motor Connection socket for the first battery, battery inverter, motor
Steuerbarer Energieerzeuger weiter Akku steuerbarer Verbraucher untere Leistungsgrenzkurve obere Leistungsgrenzkurve prognostizierte Leistung P prognostizierter Mobilitäts-Bedarf Verlauf prognostizierte Ladeleistung Esum prog kumulierte Summe Esum Speicherladezustand Esp ist aggregierte untere energetische Grenzkurve aggregierte obere energetische Grenzkurve angepasste aggregierte untere Leistungsgrenzkurve angepasste aggregierte obere Leistungsgrenzkurve Verarbeitung zweite Optimierung aggregierte untere Leistungsgrenzkurve aggregierte obere Leistungsgrenzkurve Controllable energy generator further battery controllable consumer lower power limit curve upper power limit curve predicted power P predicted mobility demand curve predicted charging power Esum prog cumulative total Esum storage state of charge Esp act aggregated lower energetic limit curve aggregated upper energetic limit curve adapted aggregated lower power limit curve adapted aggregated upper power limit curve processing second optimization aggregated lower power limit curve aggregated upper power limit curve
Formelzeichen Bedeutungen Formula symbols meanings
PAV Elektrische Leistung des Allgemeinverbrauchs (elektrischer Verbraucher) (40) PAV Electrical power of general consumption (electrical consumers) (40)
^E-FZG Elektrische Leistung, die durch ein Elektrofahrzeug (42) auf genommen oder abgegeben wird ^ E-FZG Electrical power that is consumed or output by an electric vehicle (42)
P LS Anl Leistungen zu den Leistungsstufen einer Energiewandlungs anlage (2) auf der Seite der primären Energieform 1 (z.B. Elektroenergie) P LS Anl Services for the output levels of an energy conversion system (2) on the side of the primary energy form 1 (e.g. electrical energy)
^E-FZG LSO Leistung bei Leistungsstufe 0 eines Elektrofahrzeugs (42) auf der Seite der primären Energieform 1 (z.B. Elektroenergie) ^ E-FZG LSO performance at performance level 0 of an electric vehicle (42) on the side of primary energy form 1 (e.g. electrical energy)
^E-FZG LSmax Leistung bei maximaler Leistungsstufe eines Elektrofahr zeugs (42) auf der Seite der primären Energieform 1 (z.B. Elektroenergie) ^ E-FZG LSmax power at the maximum power level of an electric vehicle (42) on the side of primary energy form 1 (e.g. electrical energy)
Mp Anl Modus der Leistungsregelung einer Energiewandlungsanlage (2), zum Beispiel kontinuierliche Leistungsregelung oder dis krete Leistungsregelung in Stufen p r aus Anl Elektrische Leistung im Zustand aus der Energiewandlungs anlage (2) Mp Anl Mode of the power control of an energy conversion system (2), for example continuous power control or discrete power control in stages p r from Anl Electrical power in the state from the energy conversion system (2)
^Abs Anl Abschaltzeitkonstante, entspricht derzeitdauer, die der Vor gang der Abschaltung einer Energiewandlungsanlage (2) be nötigt -Anl Energiewandlungskennzahl einer Energiewandlungsanlage (2), entspricht dem Verhältnis zwischen der Leistung auf Seite der Energieform 1 zur Leistung auf Seite der Energie form 2 ^ Abs Anl switch-off time constant, currently corresponds to the duration required for the process of switching off an energy conversion system (2) -Anl Energy conversion index of an energy conversion system (2), corresponds to the ratio between the power on the side of energy form 1 to the power on the side of energy form 2
PAHI EF I LS O Leistung der Energiewandlungsanlage (2) bei Leistungsstufe 0 auf Seite der Energieform 1 PA H I EF I LS O Power of the energy conversion system (2) at power level 0 on the energy form 1 side
PAni EF2 Lso Leistung der Energiewandlungsanlage (2) bei Leistungsstufe 0 auf Seite der Energieform 2 P Ani EF 2 L so power of the energy conversion system (2) at power level 0 on the side of energy form 2
PAni EF i LSmax Leistung der Energiewandlungsanlage (2) bei maximaler Leistungsstufe auf Seite der Energieform 1 P Ani EF i LSmax Power of the energy conversion system (2) at maximum power level on the energy form 1 side
^Anl EF 2 LS max Leistung der Energiewandlungsanlage (2) bei maximaler Leistungsstufe auf Seite der Energieform 2 ^ Anl EF 2 LS max power of the energy conversion system (2) at maximum power level on the energy form 2 side
PSp kaP Ani EFi Elektrische Speicherkapazität bezogen auf Energieform 1 , entspricht der speicherbaren Energie im Speicher (5), wel cher der Energiewandlungsanlage (2) zugeordnet ist, bezo gen auf die Seite der Energieform 1 P Sp ka P Ani EFi Electrical storage capacity related to energy form 1, corresponds to the storable energy in the memory (5), which is assigned to the energy conversion system (2), related to the side of energy form 1
PSp kaP Ani EF2 Elektrische Speicherkapazität bezogen auf Energieform 2, entspricht der speicherbaren Energie im Speicher (5), wel cher der Energiewandlungsanlage (2) zugeordnet ist, bezo gen auf die Seite der Energieform 2 P Sp kaP Ani EF2 Electrical storage capacity related to energy form 2, corresponds to the storable energy in the storage unit (5), which is assigned to the energy conversion system (2), related to the side of energy form 2
C?Sp kap Anl EF2 Thermische Speicherkapazität bezogen auf Energieform 2, entspricht der thermisch speicherbaren Energie im Speicher (5), welcher der Energiewandlungsanlage (2) zugeordnet ist, bezogen auf die Seite der Energieform 2 C? Sp kap Anl EF2 Thermal storage capacity related to energy form 2, corresponds to the thermally storable energy in the storage (5), which is assigned to the energy conversion system (2), based on the energy form 2 side
Esp kap Akku Speicherkapazität des Akkus eines Elektrofahrzeugs (42) für die Energieform 2 Esp kap accumulator Storage capacity of the accumulator of an electric vehicle (42) for energy form 2
Es kap E-FZG Speicherkapazität eines Elektrofahrzeugs (42) bezogen auf die Energieform 1 sR Ah1 Leistungsrauschen einer Energiewandlungsanlage (2), ent spricht einem prozentualen Wert, welcher beschreibt, wie groß die ungewünschte Fluktuation der elektrischen Leistung der Energiewandlungsanlage (2) im Betrieb ist, bezogen auf Energieform 1 The E-FZG storage capacity of an electric vehicle (42) based on the energy form 1 sR Ah1 power noise of an energy conversion system (2) corresponds to a percentage value that describes how great the undesired fluctuation in the electrical power of the energy conversion system (2) is in operation , related to energy form 1
^progmin Leistungsverlauf gemäß der unteren Leistungsgrenz kurve (52), entspricht prognostizierten Werten ^ progmin Performance curve according to the lower performance limit curve (52), corresponds to forecast values
^progmax Leistungsverlauf gemäß der oberen Leistungsgrenz kurve (53), entspricht prognostizierten Werten progmin Kumulierter Energieverlauf der unteren energetische Grenz kurve (27), entspricht prognostizierten Werten progmax Kumulierter Energieverlauf der oberen energetischen Grenz kurve (28), entspricht prognostizierten Werten ^ progmax power curve according to the upper power limit curve (53), corresponds to forecast values p rogmin cumulative energy curve of the lower energetic limit curve (27), corresponds to forecast values p rogmax cumulative energy curve of the upper energetic limit curve (28), corresponds to forecast values
£Sp ist Verlauf der zum aktuellen Zeitpunkt gespeicherte Energie in einem Speicher (5), der einer Energiewandlungsanlage (2) zugeordnet ist, hier für ein Elektrofahrzeug (42) Pist Verlauf der elektrischen Leistung für eine Energiewandlungs anlage (2), hier die Ladeleistung für ein Elektrofahrzeug (42) £ Sp is the curve of the energy stored at the current point in time in a memory (5) that is assigned to an energy conversion system (2), here for an electric vehicle (42) P is the curve of the electrical power for an energy conversion system (2), here the charging power for an electric vehicle (42)
Pprog Prognostizierte Leistung für eine Energiewandlungsanlage (2), die als Bedarf durch die Energiewandlungsanlage (2) zu decken ist, hier die prognostizierte Ladeleistung eines Elekt rofahrzeugs (42) P prog Predicted output for an energy conversion system (2), which is to be covered as demand by the energy conversion system (2), here the forecasted charging capacity of an electric vehicle (42)
^sumprog Kumulierte Summe der Energie, die ausgehend von der prognostizierten Leistung für eine Energiewandlungsanlage (2) Pprog sich ergibt, hier kumulierte Summe der prognostizier ten Ladeleistung eines Elektrofahrzeugs (42) i Zählschritt t Zeitabstand zwischen zwei Zählschritten i t Anzahl der maximaler Zählschritte unter Beachtung einer zu betrachtenden Zeitdauer (Prognosedauer) und einem Zeitab stand zwischen den Zählschritten ^ sumprog Cumulative sum of the energy that results from the predicted power for an energy conversion system (2) P prog , here the cumulative sum of the predicted charging power of an electric vehicle (42) i counting step t time interval between two counting steps it number of maximum counting steps taking into account a time to be considered (forecast duration) and a time interval between the counting steps
PLSmax Leistung bei maximaler Leistungsstufe P LSmax power at maximum power level
PB SP LSO Leistung bei Leistungsstufe 0 eines Batteriespeichers (5) auf der Seite der primären Energieform 1 (z.B. Elektroenergie) ißspLSmax Leistung bei maximaler Leistungsstufe eines Batteriespei chers (5) auf der Seite der primären Energieform 1 (z.B. Elektroenergie) Psp kap E-FZG Speicherkapazität eines Batteriespeichers (5) bezogen auf die Energieform 1 P B SP LSO power at power level 0 of a battery storage (5) on the side of primary energy form 1 ( e.g. electrical energy) i ß sp LSmax performance at maximum power level of a battery storage (5) on the side of primary energy form 1 (e.g. electrical energy) Psp kap E-FZG Storage capacity of a battery storage system (5) based on energy form 1
P JS Leistungen zu den Leistungsstufen mehrerer Energiewand lungsanlagen (2) auf der Seite der primären Energieform 1 (z.B. Elektroenergie) P JS Services for the performance levels of several energy conversion systems (2) on the side of primary energy form 1 (e.g. electrical energy)
MP Modus der Leistungsregelung mehrerer Energiewandlungs anlagen (2), zum Beispiel kontinuierliche Leistungsregelung oder diskrete Leistungsregelung in Stufen M P Power control mode for several energy conversion systems (2), for example continuous power control or discrete power control in stages
Paus Elektrische Leistung im Zustand mehrerer Energiewand lungsanlagen (2) P from electrical power in the state of several energy conversion systems (2)
T At bs Abschaltzeitkonstante, entspricht der zeitdauer, die der Vor gang der Abschaltung mehrerer Energiewandlungsanlagen (2) maximal benötigt a Energiewandlungskennzahl einer Kombination mehrerer Energiewandlungsanlagen (2), entspricht dem Verhältnis zwi schen der Leistung auf Seite der Energieform 1 zur Leistung auf Seite der Energieform 2 TA t bs switch-off time constant, corresponds to the maximum time that the process of switching off several energy conversion systems (2) requires a Energy conversion index for a combination of several energy conversion systems (2), corresponds to the ratio between the power on the energy form 1 side and the power on the energy form side 2
PEF I LS O Leistung mehrerer Energiewandlungsanlagen (2) bei Leis tungsstufe 0 auf Seite der Energieform 1 PEF I LS O Performance of several energy conversion systems (2) at performance level 0 on the energy form 1 side
PEF2 LS O Leistung mehrerer Energiewandlungsanlagen (2) bei Leis tungsstufe 0 auf Seite der Energieform 2 ^EF 1 LS max Leistung mehrerer Energiewandlungsanlagen (2) bei maxi maler Leistungsstufe auf Seite der Energieform 1 PEF2 LS O Performance of several energy conversion systems (2) at performance level 0 on the energy form 2 side ^ EF 1 LS max power of several energy conversion systems (2) at maximum power level on the energy form 1 side
Ppp 2 LS max Leistung der Energiewandlungsanlage (2) bei maximaler Leistungsstufe auf Seite der Energieform 2 P pp 2 LS max power of the energy conversion system (2) at maximum power level on the energy form 2 side
^sp kap Elektrische Speicherkapazität bezogen auf Energieform 1 , entspricht der speicherbaren Energie mehrerer Speicher (5), welche mehreren Energiewandlungsanlage (2) zugeordnet ist, bezogen auf die Seite der Energieform 1 sR Leistungsrauschen mehrerer Energiewandlungsanlage (2), entspricht einem prozentualen Wert, welcher beschreibt, wie groß die ungewünschte Fluktuation der elektrischen Leistung der Energiewandlungsanlage (2) im Betrieb ist, bezogen auf Energieform 1 ^ s p kap Electrical storage capacity related to energy form 1, corresponds to the storable energy of several storage units (5), which is assigned to several energy conversion systems (2), related to the side of energy form 1 s R power noise of several energy conversion systems (2), corresponds to a percentage value , which describes how great the undesired fluctuation of the electrical power of the energy conversion system (2) is in operation, based on energy form 1
PLS Hilfsgröße als Ableitung aus den Leistungsstufen, den Ener giewandlungskennzahlen, dem Wissen über zu deckende Bedarfe (4) und dem festzulegenden Bezugssystem P LS Auxiliary variable as a derivation from the performance levels, the energy conversion indicators, the knowledge of the needs to be covered (4) and the reference system to be determined

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Verfahren zur Modellierung einer oder mehrerer1. Method for modeling one or more
Energiewandlungsanlagen (2) in einem Energiemanagementsystem (1), wobei in dem Energiemanagementsystem (1) mindestens eine Energiewandlungsanlage (2) und eine Steuerungs- und Regelungseinheit (7) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein technologieunabhängiges abstraktes Modell (26) für jede Energiewandlungsanlage (2) mit ihren jeweiligen statischenEnergy conversion systems (2) in an energy management system (1), at least one energy conversion system (2) and a control unit (7) being provided in the energy management system (1), characterized in that a technology-independent abstract model (26) for each energy conversion system (2) with their respective static
Parametern (17) und ihren jeweiligen dynamischen Parametern (18) erzeugt wird, wobei die Parameter (17, 18) einheitlich und unabhängig vom Typ der jeweiligen Energiewandlungsanlage (2) sind, wobei dynamische Parameter (18) durch eine Verarbeitung (63) mittels mathematischer Algorithmen (33) sowie Optimierungen (34) auf Grundlage einer Bedarfsprognose (29) und Einschränkungen für den Anlagenbetrieb (32) gebildet werden und wobei statische Parameter (17) durch die Eingabe von technologieunabhängigen Anlagenparametern gebildet werden. Parameters (17) and their respective dynamic parameters (18) is generated, the parameters (17, 18) being uniform and independent of the type of the respective energy conversion system (2), with dynamic parameters (18) being processed (63) using mathematical Algorithms (33) and optimizations (34) are formed on the basis of a demand forecast (29) and restrictions for the system operation (32) and static parameters (17) are formed by entering technology-independent system parameters.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus zwei oder mehr abstrakten Modellen (26) je einer Energiewandlungsanlage (2) mittels einer Aggregation (19) ein abstraktes und aggregiertes Modell (16) gebildet wird, welches mindestens die statischen Parameter (17a, 17b, ... ,17n) und die dynamischen Parameter (18a, 18b, ... , 18n) der zwei oder mehr Energiewandlungsanlagen (2) abbildet. 2. The method according to claim 1, characterized in that an abstract and aggregated model (16) is formed from two or more abstract models (26) each of an energy conversion system (2) by means of an aggregation (19), which at least the static parameters (17a , 17b, ..., 17n) and the dynamic parameters (18a, 18b, ..., 18n) of the two or more energy conversion systems (2).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aggregation (19) unter zu Hilfenahme energetischer Schnittstellen (36), eines Bezugssystems (38), mathematischer Algorithmen (33) und gemeinsamer Energiebedarfe (37) erfolgt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that an aggregation (19) with the help of energetic interfaces (36), a reference system (38), mathematical algorithms (33) and common energy requirements (37) takes place.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Aggregation (19) Hilfsgrößen (20) gebildet werden, wobei die aus den statischen Parametern (17a) und (17b) der abstrakten Modelle (26) bei der Aggregation (19) gebildeten Hilfsgrößen (20) in den statischen Parametern (17) des abstrakten und aggregierten Modells (16) abgespeichert werden und wobei die aus den dynamischen Parametern (18a) und (18b) der abstrakten Modelle (26) bei der Aggregation (19) gebildeten Hilfsgrößen (20) in den dynamischen Parametern (18) des abstrakten und aggregierten Modells (16) gespeichert werden. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that during the aggregation (19) auxiliary variables (20) are formed, the static parameters (17a) and (17b) of the abstract models (26) during the aggregation (19) formed auxiliary variables (20) are stored in the static parameters (17) of the abstract and aggregated model (16) and the from the dynamic parameters (18a) and (18b) of the abstract models (26) during the aggregation (19 ) formed auxiliary variables (20) are stored in the dynamic parameters (18) of the abstract and aggregated model (16).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamischen Parameter (18) des abstrakten und aggregierten Modells (16) durch zweite Optimierungen (64) gebildet werden, wobei statische Parameter (17) des abstrakten und aggregierten Anlagenmodells (16) sowie Ausgangsgrößen der Aggregation (19b), der Bedarfsprognose (29) und der Erzeugungsprognose (39) genutzt werden. 5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the dynamic parameters (18) of the abstract and aggregated model (16) are formed by second optimizations (64), static parameters (17) of the abstract and aggregated system model ( 16) as well as the output variables of the aggregation (19b), the demand forecast (29) and the generation forecast (39) can be used.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerbefehle (25) für Energiewandlungsanlagen (2) mittels einer Disaggregation (21) unter Verwendung von Sollbefehlen (24) aus dem Energiemanagementsystem (1) sowie der statischen Parameter (17) und der dynamischen Parameter (18) des abstrakten und aggregierten Modells (16) gebildet werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that control commands (25) for energy conversion systems (2) by means of a disaggregation (21) using set commands (24) from the energy management system (1) and the static parameters (17) and the dynamic parameters (18) of the abstract and aggregated model (16) are formed.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Optimierung (34) nach vorgegebenen Zeiten des Betriebs einer Energiewandlungsanlage (2) oder einem energetisch effizienten Betrieb der Energiewandlungsanlage (2) erfolgt. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the first optimization (34) takes place after predetermined times of the operation of an energy conversion system (2) or an energetically efficient operation of the energy conversion system (2).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Optimierung (64) nach Wirtschaftlichkeit, Energieeffizienz oder Spitzenlastkappung erfolgt. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the second optimization (64) takes place according to economy, energy efficiency or peak load capping.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsgrenzen wie ein zu erfüllender Wärmebedarf durch die Energiewandlungsanlage (2), eine Verfügbarkeit eines Elektrofahrzeugs (42), ein Speicherzustand eines thermischen oder elektrischen Speichers (5) und eine maximal mögliche oder minimal notwendige Einspeisung in elektrische Versorgungsnetze (3) berücksichtigt werden. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that operating limits such as a heat demand to be met by the energy conversion system (2), an availability of an electric vehicle (42), a storage status of a thermal or electrical storage (5) and a maximum possible or the minimum necessary feed into electrical supply networks (3).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiemanagementsystem (1) ein lokales Energiemanagementsystem (1a) oder ein übergeordnetes Energiemanagementsystem (1b) ist. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the energy management system (1) is a local energy management system (1a) or a superordinate energy management system (1b).
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