EP4100897A1 - Method for the control of an energy system, and associated device - Google Patents

Method for the control of an energy system, and associated device

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Publication number
EP4100897A1
EP4100897A1 EP20829550.1A EP20829550A EP4100897A1 EP 4100897 A1 EP4100897 A1 EP 4100897A1 EP 20829550 A EP20829550 A EP 20829550A EP 4100897 A1 EP4100897 A1 EP 4100897A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optimization
energy
control
variables
variable
Prior art date
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Pending
Application number
EP20829550.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sebastian Schreck
Sebastian THIEM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4100897A1 publication Critical patent/EP4100897A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
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    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 9.
  • Energy systems typically include several energy-technical systems for energy conversion, energy consumption and / or energy storage.
  • the conversion, consumption, storage and transport of the energy should be carried out as efficiently as possible.
  • local energy generation and local energy consumption of several energy systems must be brought into line with each other as well as possible.
  • mathematical optimizations are used which, for example, are carried out in a centralized manner with regard to several energy systems by a local energy market.
  • Such a local energy market (energy market platform, trading platform) is known, for example, from document EP 3518369 A1.
  • the present invention is based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages of the prior art, in particular of providing a technically optimal solution.
  • the method according to the invention is characterized in that the optimization is based on a first and second optimization variable, with a first optimization being used to calculate a plurality of optimal solutions of the values of the variables with respect to the first optimization variable, and by means of a second optimization one of the calculated solutions which are calculated with respect to the second option is optimal, is determined as the values of the variables for the control and used for the control.
  • the concept of controlling includes regulating.
  • the IPCC Fifth Assessment Report in particular defines an energy system as: "All components that relate to the generation, conversion, delivery and use of energy.”
  • the method according to the present invention and / or one of its configurations and / or one or more functions, features and / or steps of the method or its configurations can be at least partially or completely computer-aided.
  • a mathematical optimization or optimization within the meaning of the present invention is a method for minimizing or maximizing an optimization variable, which is also referred to as a target function.
  • the minimization or maximization of the optimization variable is typically extremely complex and can therefore only be done numerically.
  • the optimization variable typically characterizes a technical property or a size of the system, for example the carbon dioxide emissions or the operating costs of an energy system.
  • the optimization variable has technical parameters and variables.
  • the result of the optimization are the values of the variables, from which an associated optimal value of the optimization variable results (objective function value).
  • the variables are typically technical variables such as performance.
  • the parameters are fixed and parameterize the optimization variable specific to the system. Furthermore, the optimization is typically carried out taking several secondary conditions into account.
  • the energy conversion, energy storage, energy transport and / or energy Energy consumption within the energy system and / or for several energy systems at the same time optimized by means of the optimization.
  • values of variables of the optimization problem provided for the control are calculated.
  • the determined values correspond to specific performance values of individual energy systems and / or flexible consumers.
  • the values determine the power with which which system is operated at least in a time range, in particular in a coming future time range.
  • a model-predictive control or regulation is provided by the present invention.
  • the optimization that is to say the determination of optimal values of the technical variables provided for the control, comprises two partial optimizations, namely the first and second optimization.
  • the first and second optimization each have an associated optimization variable or target function.
  • Solutions are basically equivalent here if they are a solution to the optimization for the same value of the optimization variables. In other words, the solution, i.e. the values of the variables, is not unique. This is particularly the case when the first optimization variable represents an economic optimization variable, such as the total costs.
  • the present invention solves this technical problem by performing the second optimization which is based on the second optimization variable, which is typically different from the first optimization variable and is of a technical nature.
  • one of the solutions of the first optimization is created as a technically optimal solution by means of the second optimization, in particular after the first optimization. averages. This results in the advantage that from the large number of equivalent solutions of the first optimization, figuratively according to at least one further technical criterion that is modeled by the second optimization variable, one of the solutions is selected as the equally technically optimal solution.
  • control according to the invention enables improved network-friendly charging or improved network-friendly operation of the energy system.
  • the device according to the invention is designed to carry out a method according to one of the present invention and / or one of its configurations.
  • the device preferably comprises a control platform which is designed to carry out the first and second optimization.
  • the control platform is particularly preferably designed as a local energy market platform, the energy system and the local energy market platform being coupled at least for the exchange of data or associated information.
  • the first and second optimization variables are determined according to a fixed priority.
  • the objective functions first and second optimization variables
  • a multiple optimization problem English: multi-objective
  • two or more target functions are defined, which are sorted according to their priority.
  • the economically optimal solutions are determined after the first objective function, which are then sorted according to the subordinate second objective function according to the technical second optimization variable (technical criterion).
  • the utilization of an electrical network the peak power, generation peaks and / or load peaks, a prioritization according to the type of loads, a prioritization according to an uncertainty of a load, the availability of one or more energy-technical systems and / or an emission, in particular a specific carbon dioxide emission and / or a specific nitrogen oxide emission, who / is used.
  • the second optimization variable is particularly preferably a technical variable or represents a technically advantageous criterion.
  • the Pareto principle is used to determine the optimal solution with regard to the second optimization variable.
  • the total amount of energy converted is used as the first optimization variable.
  • the first optimization variable advantageously also characterizes a technical criterion, namely the maximum converted, stored, transported, exchanged and / or consumed energy within a time range. It is advantageous here to maximize the amount of energy converted, that is to say with regard to a local energy market, the traded volume or energy volume.
  • the energy system comprises several electrical consumers as flexible consumers vehicles within a time range, the total charging energy within the time range being used as the first optimization variable and the total power being used as the second optimization variable, the total charging energy being minimized by means of the first optimization and the total output being minimized by means of the second optimization.
  • the total charging energy and the total power is advantageously minimized within the time range. Due to the typically constant charge for the energy consumption by charging, several equal solutions result, with the second optimization symbolically selecting the solution that has the lowest overall performance with regard to the several solutions of the first optimization.
  • the electric vehicles are charged at the same time within the energy system.
  • the electric vehicles can be charged flexibly with the nominal power P Nennn, t within a charging period T.
  • the total energy E tota ⁇ are provided, where Dt t corresponds to a time step of the charging period T, which is divided into time steps.
  • the consumer was ready for every kilowatt de (kWh) a particular fee ü t to pay for example 15 cents per kilowatt hour.
  • the technically optimal solution according to the second optimization problem can be searched for.
  • the first and second optimization are carried out by a local energy market platform, the local energy market platform transmitting a control signal intended for the control to the energy system, the control signal being based on the optimal solution with regard to the second optimization variable.
  • the energy system takes part in a local energy market together with other energy systems.
  • the first and second optimization by the local energy market platform is carried out centrally with regard to the energy systems.
  • the local energy market platform thus ascertains values of the variables, in particular power values, for the energy system, in particular for all participating energy systems, and transmits them to the respective energy system for control.
  • Every measure of the local energy market platform which in principle has at least a direct or indirect partial effect on the actual energy exchange, should be understood as a control by the local energy market platform.
  • the energy exchanges are carried out by a data signal, which includes the values of the variables as control data, and by the local energy market platform is transmitted to the respective energy systems, controlled.
  • the data signal is used to switch on, switch on, switch off and / or change their operation, for example, power engineering systems of the energy system (s), with the actual direct operational control of the systems being left to the energy system and / or an energy management system of the energy system.
  • the signal from the local energy market platform only forms the trigger for the operational processes mentioned, which then ultimately lead to the exchange of energy, that is to say to the provision of energy and / or to energy consumption.
  • the signal from the control platform is a price signal, that is to say a data signal which characterizes cost-effective provision and / or cost-effective consumption.
  • provision is advantageous if more energy is to be consumed locally than is provided locally.
  • a local block-type thermal power station is switched on by the price signal.
  • Local consumption is particularly cost-effective when more energy is provided locally than is consumed locally. For example, with increased photovoltaic electricity generation in the afternoon.
  • the price signal also improves the energy efficiency of the local energy market, since the local supply of energy and its local consumption can be brought into better agreement and thus less reserve energy has to be made available and / or used.
  • the energy system transmits technical data, in particular with regard to its energy-related systems and / or with regard to its flexible consumers, for the first and / or second optimization to the local energy market platform.
  • the technical data can preferably be part of offers to the local energy market platform.
  • the technical data encompass a maximum of that which can be provided, generated and / or generated within a time range storable energies with regard to the energy system and / or with regard to its energy-technical systems and / or its flexible consumers.
  • FIGURE shows a schematic sequence of a method for control according to an embodiment of the present invention.
  • the figure shows a device 3 and a sequence of a method according to an embodiment of the present invention.
  • the exemplary device 3 comprises an energy system 1 and a local energy market platform 4.
  • the energy system 1 is connected to a power grid 2 (electrical network) or is connected to it for the exchange of electrical energy.
  • the energy system 1 comprises several energy systems, in particular one or more wind turbines, one or more combined heat and power plants, one or more photovoltaic systems and several flexible loads 12, in particular charging stations or electric vehicles to be charged or charged by means of these.
  • the energy system is a residential building and / or an office building.
  • the energy system 1 can basically comprise one or more of the following components: power generators, combined heat and power systems, in particular combined heat and power units, gas boilers, diesel generators, heat pumps, compression refrigeration machines, absorption refrigeration machines, pumps, district heating networks, energy transfer lines, wind turbines or wind power systems, Charging stations for electric vehicles, biomass systems, biogas systems, waste incineration systems, industrial systems, conventional power plants and / or the like.
  • offers relating to the generation, storage and / or consumption of energy within a time range, in particular for a coming 15 minutes, are provided by the energy system 1 with technical data of the energy systems 11 and / or flexible consumers 12 as the local Energy market platform. This is done, for example, by an energy management system of the energy system 1 and / or an edge device of the energy system 1 and / or associated energy systems 11 and / or flexible loads 12.
  • the local energy market platform 4 carries out a first and second optimization 41, 42 based on the transmitted data from all participating energy systems, in particular energy system 1.
  • the optimization variable associated with the first optimization 41 are, for example, the total costs and / or the traded amount of energy, that is to say the trading volume / energy volume.
  • the first optimization variable that is to say in the present case the amount of energy traded in the time domain, is maximized or the total costs incurred in the time domain are minimized.
  • the variables of the first optimization variable typically have several equivalent values. In other words, the first optimization problem has several equivalent solutions (values of the variables).
  • the variables are, for example, the performance of the energy systems within a certain time range.
  • the first optimization 41 is followed by the second (technical) optimization 42, by means of which a technical criterion, which is characterized by the second optimization variable, is optimized.
  • a technically optimal solution with regard to the technical second optimization variable is determined from the several equivalent solutions of the first optimization 41.
  • the values of the variables associated with this optimal solution are sent to control signals. reasons that are transmitted through the local energy market platform 4 to the energy systems, in particular to the energy system 1.
  • the corresponding data exchange between the energy system 1 and the local energy market platform 4 is indicated by arrows in the figure.
  • the energy system 1 or its power engineering systems 11 and / or its flexible consumers 12 according to the transmitted and received possibly processed control signal, i.e. according to the calculated optimal values, in particular power values, within a certain period of time, in particular within the next 15 minutes.
  • an economically and technically optimal operation of the energy system 1 can advantageously be ensured.

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Abstract

The invention relates to a method for the control of the energy conversion, energy storage, energy transport and/or energy consumption of: - a plurality of energy installations (11) of an energy system (1), more particularly of a building, and/or - a plurality of flexible-load consumers (12) of the energy system (1), more particularly electric vehicles, which method is based on a mathematical optimization, wherein values of variables provided for the control, more particularly of power levels of the energy installations (11) and/or of the flexible consumers (12), are calculated by means of the optimization. The method according to the invention is characterized in that the optimization is based on a first and a second optimization quantity, wherein a plurality of solutions of the values of the variables, which solutions are optimal with respect to the first optimization quantity, is calculated by means of a first optimization (41), and one of the calculated solutions which is optimal with respect to the second optimization quantity is determined, by means of a second optimization (42), as values of the variables for the control and is used for the control. The invention also relates to an associated device (3).

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Steuerung eines Energiesystems sowie zugehörige Vorrichtung Method for controlling an energy system and associated device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Ober begriff des Patentanspruches 9. The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 9.
Energiesysteme, beispielsweise Stadtviertel, Gemeinden oder Gebäude, umfassen typischerweise mehrere energietechnische Anlagen zur Energiewandlung, zum Energieverbrauch und/oder zur Energiespeicherung. Hierbei soll die Wandlung, der Ver brauch, die Speicherung und der Transport der Energie mög lichst effizient erfolgen. Insbesondere müssen eine lokale Energiegewinnung und ein lokaler Energieverbrauch mehrerer Energiesysteme bestmöglich in Übereinstimmung gebracht wer den. Hierzu werden mathematische Optimierungen verwendet, die beispielsweise bezüglich mehrerer Energiesysteme zentrali siert durch einen lokalen Energiemarkt durchgeführt werden. Energy systems, for example city districts, communities or buildings, typically include several energy-technical systems for energy conversion, energy consumption and / or energy storage. The conversion, consumption, storage and transport of the energy should be carried out as efficiently as possible. In particular, local energy generation and local energy consumption of several energy systems must be brought into line with each other as well as possible. For this purpose, mathematical optimizations are used which, for example, are carried out in a centralized manner with regard to several energy systems by a local energy market.
Bekannte lokale Energiemärkte führen für jeden Zeitschrift eine gemeinsame Optimierung für alle beteiligten Energiesys teme durch. Hierbei kann es dazu kommen, dass durch den loka len Energiemarkt keine eindeutige optimale Lösung ermittelt werden kann, sondern mehrere Lösungen gleichberechtigt sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Energiesystem flexible Verbraucher, das heißt Verbraucher, die insbesondere bezüglich ihrem Energieverbrauch zeitlich flexibel sind, um fasst. Well-known local energy markets carry out a joint optimization for all participating energy systems for each magazine. It can happen that the local energy market cannot find a clear optimal solution, but that several solutions are equally important. This is particularly the case when the energy system comprises flexible consumers, that is to say consumers who are flexible in terms of time, in particular with regard to their energy consumption.
Eine solcher lokaler Energiemarkt (Energiemarktplattform, Handelsplattform) ist beispielsweise aus dem Dokument EP 3518369 Al bekannt. Such a local energy market (energy market platform, trading platform) is known, for example, from document EP 3518369 A1.
Insbesondere werden für mehrere Elektrofahrzeuge beziehungs weise für die zugehörigen Ladestationen, jeweils gleichartige Kaufangebote für elektrischen Strom an den lokalen Energie- markt übermittelt. Werden als Optimierungsgröße (Zielfunkti on) die Gesamtkosten herangezogen, so ergeben sich typischer weise mehrere gleichwertige Lösungen der Optimierung, bei spielsweise alle Elektrofahrzeuge um 15:00 Uhr oder 18:00 Uhr zu laden. Die Lösungen sind somit ökonomisch gleichwertig. Nachteilig hieran ist, dass die Lösungen jedoch nicht tech nisch gleichwertig sind. So ist technisch ein gleichzeitiges Laden aller Elektrofahrzeuge nicht erstrebenswert, da dadurch beispielsweise eine Überlastung des Stromnetzes vorliegen kann. Mit anderen Worten ist die ökonomisch beste Lösung nicht zwingend die technisch optimalste Lösung. In particular, for several electric vehicles or for the associated charging stations, similar purchase offers for electric power at the local energy market transmitted. If the total costs are used as the optimization variable (target function), this typically results in several equivalent optimization solutions, for example charging all electric vehicles at 3:00 p.m. or 6:00 p.m. The solutions are therefore economically equivalent. The disadvantage here is that the solutions are not technically equivalent. Simultaneous charging of all electric vehicles is technically not desirable, since this can result in an overload of the power grid, for example. In other words, the economically best solution is not necessarily the technically most optimal solution.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere eine technisch optimale Lösung bereitzustellen. The present invention is based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages of the prior art, in particular of providing a technically optimal solution.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 9 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausge staltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. The object is achieved by a method with the features of independent patent claim 1 and by a device with the features of independent patent claim 9. In the dependent claims, advantageous designs and developments of the invention are given.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Ener giewandlung, einer Energiespeicherung, eines Energietranspor tes und/oder eines Energieverbrauches von mehreren energie technischen Anlagen eines Energiesystems, insbesondere eines Gebäudes, und/oder von mehreren bezüglich ihrer Last flexib len Verbraucher des Energiesystems, insbesondere Elektrofahr zeuge, werden basierend auf einer mathematischen Optimierung, Werte von für die Steuerung vorgesehenen Variablen, insbeson dere von Leistungen der energietechnischen Anlagen und/oder der flexiblen Verbraucher, berechnet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet dadurch, dass die Optimierung auf einer ersten und zweiten Optimierungsgröße basiert, wobei mittels einer ersten Optimierung mehrere bezüglich der ersten Optimierungsgröße optimale Lösungen der Werte der Variablen berechnet werden, und mittels einer zweiten Optimierung eine der berechneten Lösungen, welche bezüglich der zweiten Opti- mierungsgröße optimal ist, als Werte der Variablen zur Steue rung ermittelt und für die Steuerung verwendet wird. In the method according to the invention for controlling energy conversion, energy storage, energy transport and / or energy consumption of several energy-technical systems of an energy system, in particular of a building, and / or of several consumers of the energy system that are flexible with regard to their load, in particular electric vehicles , based on a mathematical optimization, values of variables provided for the control, in particular of the performance of the power engineering systems and / or the flexible consumers, are calculated. The method according to the invention is characterized in that the optimization is based on a first and second optimization variable, with a first optimization being used to calculate a plurality of optimal solutions of the values of the variables with respect to the first optimization variable, and by means of a second optimization one of the calculated solutions which are calculated with respect to the second option is optimal, is determined as the values of the variables for the control and used for the control.
Vorliegend umfasst der Begriff des Steuerns ein Regeln. In the present case, the concept of controlling includes regulating.
Aus struktureller Sicht definiert insbesondere der IPCC Fifth Assessment Report ein Energiesystem als: „Alle Komponenten, die sich auf die Erzeugung, Umwandlung, Lieferung und Nutzung von Energie beziehen." From a structural point of view, the IPCC Fifth Assessment Report in particular defines an energy system as: "All components that relate to the generation, conversion, delivery and use of energy."
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen und/oder eine oder mehrere Funktionen, Merkmale und/oder Schritte des Verfahrens beziehungsweise seiner Ausgestaltungen können wenigstens teilweise oder voll ständig computergestützt sein. The method according to the present invention and / or one of its configurations and / or one or more functions, features and / or steps of the method or its configurations can be at least partially or completely computer-aided.
Eine mathematische Optimierung beziehungsweise Optimierung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Mini mierung oder Maximierung einer Optimierungsgröße, die eben falls als Zielfunktion bezeichnet wird. Die Minimierung be ziehungsweise Maximierung der Optimierungsgröße ist typi scherweise äußerst komplex und kann daher lediglich numerisch erfolgen. Die Optimierungsgröße charakterisiert hierbei typi scherweise eine technische Eigenschaft oder eine Größe des Systems, beispielsweise die Kohlenstoffdioxidemissionen oder die Betriebskosten eines Energiesystems. Die Optimierungsgrö ße weist technische Parameter und Variablen auf. Das Ergebnis der Optimierung sind die Werte der Variablen, woraus sich ein zugehöriger optimaler Wert der Optimierungsgröße ergibt (Zielfunktionswert). Die Variablen sind typischerweise tech nische Variablen, wie beispielsweise Leistungen. Die Parame ter sind fest und parametrisieren die für das System spezifi sche Optimierungsgröße. Weiterhin erfolgt die Optimierung ty pischerweise unter einer Berücksichtigung mehrerer Nebenbe dingungen. A mathematical optimization or optimization within the meaning of the present invention is a method for minimizing or maximizing an optimization variable, which is also referred to as a target function. The minimization or maximization of the optimization variable is typically extremely complex and can therefore only be done numerically. The optimization variable typically characterizes a technical property or a size of the system, for example the carbon dioxide emissions or the operating costs of an energy system. The optimization variable has technical parameters and variables. The result of the optimization are the values of the variables, from which an associated optimal value of the optimization variable results (objective function value). The variables are typically technical variables such as performance. The parameters are fixed and parameterize the optimization variable specific to the system. Furthermore, the optimization is typically carried out taking several secondary conditions into account.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Energiewandlung, Energiespeicherung, der Energietransport und/oder der Ener- gieverbrauch innerhalb des Energiesystem und/oder für mehrere Energiesysteme gleichzeitig, mittels der Optimierung opti miert. Hierzu werden für die Steuerung vorgesehene Werte von Variablen des Optimierungsproblems berechnet. Beispielsweise entsprechen die ermittelten Werte bestimmten Leistungswerten einzelner energietechnischer Anlagen und/oder flexiblen Ver brauchern. Mit anderen Worten legen in diesem Fall die Werte fest, mit welcher Leistung welche Anlage zumindest in einem Zeitbereich, insbesondere in einem kommenden zukünftigen Zeitbereich, betrieben wird. In diesem Sinne wird eine mo dellprädikative Steuerung beziehungsweise Regelung durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt. According to the present invention, the energy conversion, energy storage, energy transport and / or energy Energy consumption within the energy system and / or for several energy systems at the same time, optimized by means of the optimization. For this purpose, values of variables of the optimization problem provided for the control are calculated. For example, the determined values correspond to specific performance values of individual energy systems and / or flexible consumers. In other words, in this case the values determine the power with which which system is operated at least in a time range, in particular in a coming future time range. In this sense, a model-predictive control or regulation is provided by the present invention.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Optimierung, das heißt das Ermitteln optimaler Werte der für die Steuerung vorgesehenen technischen Variablen, zwei Teiloptimierungen, namentlich die erste und zweite Optimierung. Hierbei weisen die erste und zweite Optimierung jeweils eine zugehörige Op timierungsgröße beziehungsweise Zielfunktion auf. According to the present invention, the optimization, that is to say the determination of optimal values of the technical variables provided for the control, comprises two partial optimizations, namely the first and second optimization. The first and second optimization each have an associated optimization variable or target function.
Nach der Durchführung der ersten Optimierung liegen mehrere äquivalente Lösungen zur Steuerung vor. Hierbei sind Lösungen grundsätzlich äquivalent, wenn sie eine Lösung der Optimie rung zum selben Wert der Optimierungsgrößen sind. Mit anderen Worten ist die Lösung, das heißt die Werte der Variablen, nicht eindeutig. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die erste Optimierungsgröße eine ökonomische Optimierungsgrö ße, wie beispielsweise die Gesamtkosten, darstellt. After the first optimization has been carried out, there are several equivalent control solutions. Solutions are basically equivalent here if they are a solution to the optimization for the same value of the optimization variables. In other words, the solution, i.e. the values of the variables, is not unique. This is particularly the case when the first optimization variable represents an economic optimization variable, such as the total costs.
Problematisch ist somit, welche dieser Vielzahl von Lösungen eine technisch möglichst optimale Lösung ist. Die vorliegende Erfindung löst diese technische Aufgabe durch das Durchführen der zweiten Optimierung, die auf der zweiten Optimierungsgrö ße, die typischerweise von der ersten Optimierungsgröße ver schieden und technischer Art ist, basiert. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß eine der Lösungen der ersten Optimierung als technisch optimale Lösung mittels der zweiten, insbeson dere der ersten Optimierung nachgelagerten, Optimierung er- mittelt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass aus der Viel zahl der äquivalenten Lösungen der ersten Optimierung sinn bildlich nach wenigstens einem weiteren technischen Kriteri um, das durch die zweite Optimierungsgröße modelliert wird, eine der Lösung als die ebenso technisch optimale Lösung aus gewählt wird. Beispielsweise werden dadurch beim Laden von Elektrofahrzeugen Netzrandbedingungen des zugehörigen ener giesysteminternen und/oder energiesystemexternen Stromnetzes berücksichtigbar und einhaltbar. In diesem Fall ermöglicht die erfindungsgemäße Steuerung ein verbessertes netzdienli ches Laden beziehungsweise einen verbesserten netzdienlichen Betrieb des Energiesystems. It is therefore problematic which of these multitude of solutions is the technically optimal solution. The present invention solves this technical problem by performing the second optimization which is based on the second optimization variable, which is typically different from the first optimization variable and is of a technical nature. In other words, according to the invention, one of the solutions of the first optimization is created as a technically optimal solution by means of the second optimization, in particular after the first optimization. averages. This results in the advantage that from the large number of equivalent solutions of the first optimization, figuratively according to at least one further technical criterion that is modeled by the second optimization variable, one of the solutions is selected as the equally technically optimal solution. For example, when charging electric vehicles, network boundary conditions of the associated energy system-internal and / or energy system-external power network can be taken into account and complied with. In this case, the control according to the invention enables improved network-friendly charging or improved network-friendly operation of the energy system.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können weitere Optimierungen mit zugehörigen Optimierungsgrößen vorgesehen sein. Insbeson dere ist das der Fall, falls das zweite Optimierungsproblem ebenfalls mehrere äquivalente Lösungen aufweist. According to the present invention, further optimizations with associated optimization variables can be provided. This is especially the case if the second optimization problem also has several equivalent solutions.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu ausgestaltet ein Verfahren gemäß einem der vorliegenden Erfindung und/oder ei ner ihrer Ausgestaltungen durchzuführen. The device according to the invention is designed to carry out a method according to one of the present invention and / or one of its configurations.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung hierzu eine Steuerungs plattform, die dazu ausgestaltet ist, die erste und zweite Optimierung durchzuführen. Die Steuerungsplattform ist beson ders bevorzugt als lokale Energiemarktplattform ausgestaltet, wobei das Energiesystem und die lokale Energiemarktplattform wenigstens zum Austausch von Daten beziehungsweise zugehöri gen Informationen gekoppelt sind. For this purpose, the device preferably comprises a control platform which is designed to carry out the first and second optimization. The control platform is particularly preferably designed as a local energy market platform, the energy system and the local energy market platform being coupled at least for the exchange of data or associated information.
Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile und/oder Ausgestaltungen der er findungsgemäßen Vorrichtung. Similar and equivalent advantages and / or configurations of the device according to the invention result for the method according to the invention.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die erste und zweite Optimierungsgröße nach einer festgeleg ten Priorität festgelegt. Mit anderen Worten werden die Zielfunktionen (erste und zwei te Optimierungsgröße) nach ihrer Priorität sortiert. Es wird somit ein multiples Optimierungsproblem (englisch: multi- objective) aufgestellt. Hierbei werden zwei oder mehr Ziel funktionen (Optimierungsgrößen) festgelegt, die nach ihrer Priorität sortiert werden. Beispielsweise werden nach der ersten Zielfunktion die ökonomisch optimalen Lösungen ermit telt, die anschließend nach der nachrangigen zweiten Ziel funktion gemäß der technischen zweiten Optimierungsgröße (technisches Kriterium) sortiert werden. According to an advantageous embodiment of the invention, the first and second optimization variables are determined according to a fixed priority. In other words, the objective functions (first and second optimization variables) are sorted according to their priority. A multiple optimization problem (English: multi-objective) is thus set up. Here, two or more target functions (optimization parameters) are defined, which are sorted according to their priority. For example, the economically optimal solutions are determined after the first objective function, which are then sorted according to the subordinate second objective function according to the technical second optimization variable (technical criterion).
Grundsätzlich sind hierbei folgende technische Kriterien denkbar: In principle, the following technical criteria are conceivable:
- Minimierung der Spitzenlasten; - minimization of peak loads;
- Minimierung von Erzeugungs- und Lastspitzen; - minimization of generation and load peaks;
- Maximierung von Puffern zu einer ausgewählten Verfügbarkeit von Energie, insbesondere bezüglich Elektrofahrzeugen; - Maximizing buffers for a selected availability of energy, in particular with regard to electric vehicles;
- Priorisierung nach Art und/oder Wichtigkeit der Lasten, beispielsweise langsamere Ladekurven für Batteriespeicher;- Prioritization according to the type and / or importance of the loads, for example slower charging curves for battery storage;
- Priorisierung nach Unsicherheiten von Lasten, beispielswei se Minimierung des gleichzeitigen Auftretens unsicherer Las ten, damit ein möglichst stabiler Betrieb des Energiesystems sichergestellt wird; und/oder - Prioritization according to uncertainties of loads, for example minimizing the simultaneous occurrence of unsafe loads, so that the most stable possible operation of the energy system is ensured; and or
- Minimierung von spezifischen Emissionen, beispielsweise im Hinblick auf mehrere ökonomisch äquivalente Verkaufsangebote zu verschiedenen Zeiten mit verschiedenen spezifischen Emis sionen, beispielsweise Gramm Kohlenstoffdioxid pro Kilowatt stunde, könnte der Verkauf an eine Last zum Zeitpunkt priori- siert werden, an welchem Zeitpunkt die spezifischen Emissio nen am geringsten sind. - Minimizing specific emissions, for example with regard to several economically equivalent sales offers at different times with different specific emissions, for example grams of carbon dioxide per kilowatt hour, sales to a load could be prioritized at the point in time at which the specific emissions are the least.
Mit anderen Worten ist es vorteilhaft, wenn als zweite Opti mierungsgröße eine Auslastung eines elektrischen Netzes, die Spitzenleistung, Erzeugungsspitzen und/oder Lastspitzen, eine Priorisierung nach Art der Lasten, eine Priorisierung nach einer Unsicherheit einer Last, eine Verfügbarkeit einer oder mehrerer energietechnischen Anlagen und/oder eine Emission, insbesondere eine spezifische Kohlenstoffdioxidemission und/oder eine spezifische Stickoxidemission, verwendet wer den/wird. In other words, it is advantageous if, as the second optimization variable, the utilization of an electrical network, the peak power, generation peaks and / or load peaks, a prioritization according to the type of loads, a prioritization according to an uncertainty of a load, the availability of one or more energy-technical systems and / or an emission, in particular a specific carbon dioxide emission and / or a specific nitrogen oxide emission, who / is used.
Besonders bevorzugt ist die zweite Optimierungsgröße eine technische Größe beziehungsweise repräsentiert ein technisch vorteilhaftes Kriterium. The second optimization variable is particularly preferably a technical variable or represents a technically advantageous criterion.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zum Ermitteln der bezüglich der zweiten Optimierungsgröße optima len Lösung das Pareto-Prinzip verwendet. In an advantageous development of the invention, the Pareto principle is used to determine the optimal solution with regard to the second optimization variable.
Hierbei liegt ebenfalls ein multiples Optimierungsproblem (englisch: multi-objective) vor. Allerdings wird alternativ zur obengenannten Sortierung nach dem Pareto-Prinzip ein Kom promiss oder ein Ausgleich (englisch: Trade-Off) zwischen den Optimierungsgrößen angestrebt (Pareto-Optima). Mittels der genannten Pareto-Optima wird eine nach den wenigstens zwei Optimierungsgrößen optimale Lösung ermittelt, die zur Steue rung herangezogen wird. Dadurch können vorteilhafterweise ne ben reinen ökonomischen Kriterien der ersten Optimierungsgrö ße, beispielsweise ein Gesamtkostenminimum, zusätzlich tech nische Randbedingungen, wie beispielsweise obenstehend aufge zählt, berücksichtigt werden. Here, too, there is a multiple optimization problem (English: multi-objective). However, as an alternative to the above-mentioned sorting according to the Pareto principle, a compromise or a trade-off between the optimization parameters is sought (Pareto optima). By means of the Pareto optima mentioned, an optimal solution based on the at least two optimization variables is determined, which is used for the control. As a result, in addition to pure economic criteria of the first optimization variable, for example a minimum total cost, additional technical boundary conditions, such as those listed above, can advantageously be taken into account.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als erste Optimierungsgröße die gesamt umgesetzte Energiemen ge verwendet. According to an advantageous embodiment of the invention, the total amount of energy converted is used as the first optimization variable.
Dadurch kennzeichnet die erste Optimierungsgröße vorteilhaf terweise ebenfalls ein technisches Kriterium, nämlich die in nerhalb eines Zeitbereiches maximal gewandelte, gespeicherte, transportierte, ausgetauschte und/oder verbrauchte Energie. Hierbei ist es vorteilhaft, die umgesetzte Energiemenge, das heißt im Hinblick auf einen lokalen Energiemarkt, das gehan delte Volumen beziehungsweise Energievolumen zu maximieren. As a result, the first optimization variable advantageously also characterizes a technical criterion, namely the maximum converted, stored, transported, exchanged and / or consumed energy within a time range. It is advantageous here to maximize the amount of energy converted, that is to say with regard to a local energy market, the traded volume or energy volume.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Energiesystem als flexible Verbraucher mehrere Elektro- fahrzeuge innerhalb eines Zeitbereiches, wobei als erste Op- timierungsgröße die Gesamtladeenergie innerhalb des Zeitbe reiches verwendet wird, und als zweite Optimierungsgröße die Gesamtleistung verwendet wird, wobei mittels der ersten Opti mierung die Gesamtladeenergie und mittels der zweiten Opti mierung die Gesamtleistung minimiert wird. In an advantageous development of the invention, the energy system comprises several electrical consumers as flexible consumers vehicles within a time range, the total charging energy within the time range being used as the first optimization variable and the total power being used as the second optimization variable, the total charging energy being minimized by means of the first optimization and the total output being minimized by means of the second optimization.
Mit anderen Worten wird innerhalb des Zeitbereiches vorteil hafterweise die Gesamtladeenergie und die Gesamtleistung mi nimiert. Hierbei ergeben sich aufgrund des typischerweise konstanten Entgeltes für den Energieverbrauch durch das Laden mehrere gleichberechtigte Lösungen, wobei durch die zweite Optimierung die Lösung sinnbildlich ausgewählt wird, die be züglich der mehreren Lösungen der ersten Optimierung, die ge ringste Gesamtleistung aufweist. In other words, the total charging energy and the total power is advantageously minimized within the time range. Due to the typically constant charge for the energy consumption by charging, several equal solutions result, with the second optimization symbolically selecting the solution that has the lowest overall performance with regard to the several solutions of the first optimization.
Beispielsweise werden innerhalb des Energiesystems mehrere Elektrofahrzeuge gleichzeitig geladen. Die Elektrofahrzeuge können mit der Nennleistung PNennn,t innerhalb von einem Lade zeitraum T zeitlich flexibel geladen werden. Innerhalb des genannten Ladezeitraumes muss somit die Gesamtenergie Etota\ = bereitgestellt werden, wobei Dtt einem Zeit schritt des in Zeitschritte unterteilten Ladezeitraumes T entspricht. Der Verbraucher sei bereit für jede Kilowattstun de (kWh) ein bestimmtes Entgelt üt, beispielsweise 15 Cent pro Kilowattstunde zu zahlen. Die erste Optimierung ist dann durch min Zt,n^Nenn,n,t Att at) unter der Nebenbedingung i' total = ' M t ' w ί die erste Op timierungsgröße, vorliegend die Gesamtkosten, ist. In diesem Fall ergeben sich mehrere äquivalente Lösungen der ersten Op timierung, da das Entgelt üt als konstant angesehen wurde. For example, several electric vehicles are charged at the same time within the energy system. The electric vehicles can be charged flexibly with the nominal power P Nennn, t within a charging period T. The total energy E tota \ = are provided, where Dt t corresponds to a time step of the charging period T, which is divided into time steps. The consumer was ready for every kilowatt de (kWh) a particular fee ü t to pay for example 15 cents per kilowatt hour. The first optimization is then by min Z t, n ^ nominal, n, t At t a t ) under the constraint i ' total = ' M t' w ί is the first optimization variable, in this case the total costs. In this case, there are several equivalent solutions for the first optimization, since the remuneration ü t was viewed as constant.
Die vorliegende Erfindung und/oder eine ihrer Ausgestaltungen vermeidet vorteilhafterweise, dass der Löser des ersten Opti mierungsproblems eine beliebige der Lösungen, beispielsweise ein Laden zwischen den Zeitpunkten t= 1 bis t= 5, sinnbild lich auswählt. Das ist deshalb der Fall, da basierend auf den mittels der ersten Optimierung ermittelten oder berechneten Lösungen eine zweite Optimierung gemäß einer zweiten Optimie rungsgröße durchgeführt wird. Beispielsweise ist die zweite Optimierungsgröße die Gesamtlast Ptotai = die tech nisch zu minimieren ist, das heißt die zweite Optimierung ist durch festgelegt. Die zweite Optimierung wird somit der ersten Optimierung angehängt. In dem zweiten Opti mierungsproblem beziehungsweise bei der zweiten Optimierung kann innerhalb der nach dem ersten Optimierungsproblem bezie hungsweise ersten Optimierung zulässigen optimalen Lösungen nach der gemäß dem zweiten Optimierungsproblem auch technisch optimalen Lösung gesucht werden. The present invention and / or one of its refinements advantageously prevents the solver of the first optimization problem from symbolically selecting any of the solutions, for example loading between times t = 1 to t = 5. This is the case because it is based on the values determined or calculated by means of the first optimization Solutions a second optimization is carried out according to a second optimization variable. For example, the second optimization variable is the total load P totai = which has to be minimized technically, i.e. the second optimization is through set. The second optimization is thus attached to the first optimization. In the second optimization problem or in the second optimization, within the optimal solutions permissible after the first optimization problem or first optimization, the technically optimal solution according to the second optimization problem can be searched for.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die erste und zweite Optimierung durch eine lokale Energiemarkt plattform durchgeführt, wobei die lokale Energiemarktplatt form ein für die Steuerung vorgesehenes Steuerungssignal an das Energiesystem übermittelt, wobei das Steuersignal auf der bezüglich der zweiten Optimierungsgröße optimalen Lösung ba siert. In an advantageous development of the invention, the first and second optimization are carried out by a local energy market platform, the local energy market platform transmitting a control signal intended for the control to the energy system, the control signal being based on the optimal solution with regard to the second optimization variable.
Mit anderen Worten nimmt das Energiesystem zusammen mit wei teren Energiesystemen an einem lokalen Energiemarkt teil. Hierbei wird die erste und zweite Optimierung durch die loka le Energiemarktplattform somit zentral bezüglich der Energie systeme ausgeführt. Die lokale Energiemarktplattform ermit telt somit für das Energiesystem, insbesondere für alle teil nehmenden Energiesysteme, Werte der Variablen, insbesondere Leistungswerte, und übermittelt diese an das jeweilige Ener giesystem zur Steuerung. In other words, the energy system takes part in a local energy market together with other energy systems. Here, the first and second optimization by the local energy market platform is carried out centrally with regard to the energy systems. The local energy market platform thus ascertains values of the variables, in particular power values, for the energy system, in particular for all participating energy systems, and transmits them to the respective energy system for control.
Hierbei ist der Begriff des Steuerns weit auszulegen. Insbe sondere soll jede Maßnahme der lokalen Energiemarktplattform, die grundsätzlich wenigstens eine unmittelbare oder mittelba re Teilwirkung auf die tatsächlichen Energieaustausche hat, als Steuerung durch die lokale Energiemarktplattform verstan den werden. Beispielsweise werden die Energieaustauche durch ein Datensignal, welches die Werte der Variablen als Steue rungsdaten umfasst und durch die lokale Energiemarktplattform an die jeweiligen Energiesysteme übermittelt wird, gesteuert. Durch das Datensignal werden beispielsweise energietechnische Anlagen des oder der Energiesysteme angeschaltet, zugeschal tet, abgeschaltet und/oder in ihrem Betrieb verändert, wobei die tatsächliche unmittelbare Betriebssteuerung der Anlagen hierbei dem Energiesystem und/oder einem Energiemanagement system des Energiesystems überlassen werden kann. Das Signal der lokalen Energiemarktplattform bildet hierbei lediglich den Auslöser für die genannten betrieblichen Abläufe aus, die dann letztlich zum Energieaustausch, das heißt zur Energiebe reitstellung und/oder zum Energieverbrauch, führen. Insbeson dere ist das Signal der Steuerungsplattform ein Preissignal, das heißt ein Datensignal, welches eine kostenvorteilhafte Bereitstellung und/oder einen kostenvorteilhaften Verbrauch kennzeichnet. Beispielsweise ist eine Bereitstellung kosten vorteilhaft, wenn mehr Energie lokal verbraucht werden soll, als lokal bereitgestellt wird. Beispielsweise wird durch das Preissignal ein lokales Blockheizkraftwerk angeschaltet. Ein lokaler Verbrauch ist insbesondere dann kostenvorteilhaft, wenn mehr Energie lokal bereitgestellt wird, als lokal ver braucht wird. Beispielsweise bei einer erhöhten Photovoltaik- stromerzeugung am Nachmittag. Somit wird durch das Preissig nal ebenfalls die energetische Effizienz des lokalen Energie marktes verbessert, da die lokale Bereitstellung von Energie und ihr lokaler Verbrauch verbessert in Übereinstimmung ge bracht werden können und somit weniger Reserveenergie bereit gestellt und/oder verwendet werden muss. Here, the concept of taxation is to be interpreted broadly. In particular, every measure of the local energy market platform, which in principle has at least a direct or indirect partial effect on the actual energy exchange, should be understood as a control by the local energy market platform. For example, the energy exchanges are carried out by a data signal, which includes the values of the variables as control data, and by the local energy market platform is transmitted to the respective energy systems, controlled. The data signal is used to switch on, switch on, switch off and / or change their operation, for example, power engineering systems of the energy system (s), with the actual direct operational control of the systems being left to the energy system and / or an energy management system of the energy system. The signal from the local energy market platform only forms the trigger for the operational processes mentioned, which then ultimately lead to the exchange of energy, that is to say to the provision of energy and / or to energy consumption. In particular, the signal from the control platform is a price signal, that is to say a data signal which characterizes cost-effective provision and / or cost-effective consumption. For example, provision is advantageous if more energy is to be consumed locally than is provided locally. For example, a local block-type thermal power station is switched on by the price signal. Local consumption is particularly cost-effective when more energy is provided locally than is consumed locally. For example, with increased photovoltaic electricity generation in the afternoon. Thus, the price signal also improves the energy efficiency of the local energy market, since the local supply of energy and its local consumption can be brought into better agreement and thus less reserve energy has to be made available and / or used.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung über mittelt das Energiesystem technische Daten, insbesondere be züglich seiner energietechnischen Anlagen und/oder bezüglich seiner flexiblen Verbraucher, für die erste und/oder zweite Optimierung an die lokale Energiemarktplattform. According to an advantageous embodiment of the invention, the energy system transmits technical data, in particular with regard to its energy-related systems and / or with regard to its flexible consumers, for the first and / or second optimization to the local energy market platform.
Hierbei können die technischen Daten bevorzugt Bestandteil von Angeboten an die lokale Energiemarktplattform sein. Ins besondere umfassen die technischen Daten maximal innerhalb eines Zeitbereiches bereitstellbare, erzeugbare und/oder speicherbare Energien bezüglich des Energiesystems und/oder bezüglich seiner energietechnischen Anlagen und/oder seiner flexiblen Verbraucher. Here, the technical data can preferably be part of offers to the local energy market platform. In particular, the technical data encompass a maximum of that which can be provided, generated and / or generated within a time range storable energies with regard to the energy system and / or with regard to its energy-technical systems and / or its flexible consumers.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei spielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur einen schematisierten Ablauf eines Verfahrens zur Steu erung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Further advantages, features and details of the invention he will play from the Ausführungsbei described below and based on the drawing. The single FIGURE shows a schematic sequence of a method for control according to an embodiment of the present invention.
Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente kön nen in der Figur mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Identical, equivalent or equivalent elements can be provided with the same reference symbols in the figure.
Die Figur zeigt eine Vorrichtung 3 sowie ein Ablauf eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfin dung. The figure shows a device 3 and a sequence of a method according to an embodiment of the present invention.
Die exemplarische Vorrichtung 3 umfasst ein Energiesystem 1 und eine lokale Energiemarktplattform 4. Hierbei ist das Energiesystem 1 an ein Stromnetz 2 (elektrisches Netz) ange schlossen beziehungsweise mit diesem zum Austausch elektri scher Energie verbunden. The exemplary device 3 comprises an energy system 1 and a local energy market platform 4. In this case, the energy system 1 is connected to a power grid 2 (electrical network) or is connected to it for the exchange of electrical energy.
Das Energiesystem 1 umfasst mehrere energietechnische Anla gen, insbesondere eine oder mehrere Windkraftanlagen, ein o- der mehrere Blockheizkraftwerke, ein oder mehrere Photovolta ikanlagen sowie mehrere flexible Verbraucher 12, insbesondere Ladestationen beziehungsweise mittels diesen zu ladende oder ladende Elektrofahrzeuge. Insbesondere ist das Energiesystem ein Wohngebäude und/oder ein Bürogebäude. The energy system 1 comprises several energy systems, in particular one or more wind turbines, one or more combined heat and power plants, one or more photovoltaic systems and several flexible loads 12, in particular charging stations or electric vehicles to be charged or charged by means of these. In particular, the energy system is a residential building and / or an office building.
Als energietechnische Anlagen kann das Energiesystem 1 grund sätzlich eine oder mehrere der folgenden Komponenten umfas sen: Stromgeneratoren, Kraftwärmekopplungsanlagen, insbeson dere Blockheizkraftwerke, Gasboiler, Dieselgeneratoren, Wär mepumpen, Kompressionskältemaschinen, Absorptionskältemaschi nen, Pumpen, Fernwärmenetzwerke, Energietransferleitungen, Windkrafträder oder Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, Ladestationen für Elektrofahrzeuge, Biomasseanlagen, Biogas anlagen, Müllverbrennungsanlagen, industrielle Anlagen, kon ventionelle Kraftwerke und/oder dergleichen. As energy systems, the energy system 1 can basically comprise one or more of the following components: power generators, combined heat and power systems, in particular combined heat and power units, gas boilers, diesel generators, heat pumps, compression refrigeration machines, absorption refrigeration machines, pumps, district heating networks, energy transfer lines, wind turbines or wind power systems, Charging stations for electric vehicles, biomass systems, biogas systems, waste incineration systems, industrial systems, conventional power plants and / or the like.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Angebote bezüglich der Gewinnung, der Speicherung und/oder dem Verbrauch von Energie innerhalb eines Zeitbereiches, insbesondere für kom mende 15 Minuten, durch das Energiesystem 1 mit technischen Daten der energietechnischen Anlagen 11 und/oder flexiblen Verbraucher 12 als die lokale Energiemarktplattform übermit telt. Dies erfolgt beispielsweise durch ein Energiemanage mentsystem des Energiesystems 1 und/oder einem Edge-Device des Energiesystems 1 und/oder zugehörigen energietechnischen Anlagen 11 und/oder flexiblen Verbraucher 12. According to the present invention, offers relating to the generation, storage and / or consumption of energy within a time range, in particular for a coming 15 minutes, are provided by the energy system 1 with technical data of the energy systems 11 and / or flexible consumers 12 as the local Energy market platform. This is done, for example, by an energy management system of the energy system 1 and / or an edge device of the energy system 1 and / or associated energy systems 11 and / or flexible loads 12.
Die lokale Energiemarktplattform 4 führt basierend auf den übermittelten Daten aller teilnehmenden Energiesysteme, ins besondere des Energiesystems 1, eine erste und zweite Opti mierung 41, 42 aus. Die der ersten Optimierung 41 zugehörige Optimierungsgröße sind beispielsweise die Gesamtkosten und/oder die gehandelte Energiemenge, das heißt das Handels volumen/Energievolumen. Hierbei wird die erste Optimierungs größe, das heißt vorliegend die im Zeitbereich gehandelte Energiemenge, maximiert beziehungsweise die im Zeitbereich anfallenden Gesamtkosten minimiert. Typischerweise weisen hierbei die Variablen der ersten Optimierungsgröße mehrere gleichwertige Werte auf. Mit anderen Worten weist das erste Optimierungsproblem mehrere äquivalente Lösungen (Werte der Variablen) auf. Die Variablen sind beispielsweise Leistungen der Energiesysteme innerhalb eines bestimmten Zeitbereiches. Der ersten Optimierung 41 nachgelagert ist die zweite (tech nische) Optimierung 42, mittels welcher ein technisches Kri terium, das durch die zweite Optimierungsgröße charakteri siert wird, optimiert wird. Mit anderen Worten wird aus den mehreren äquivalenten Lösungen der ersten Optimierung 41 eine technisch im Hinblick auf die technische zweite Optimierungs größe optimale Lösung bestimmt. Die zu dieser optimalen Lö sung zugehörigen Werte der Variablen liegen Steuersignale zu- gründe, die durch die lokale Energiemarktplattform 4 an die Energiesysteme, insbesondere an das Energiesystem 1, übermit telt werden. Der korrespondierende Datenaustausch zwischen dem Energiesystem 1 und der lokalen Energiemarktplattform 4 ist durch Pfeile in der Figur gekennzeichnet. Anschließend wird das Energiesystems 1 beziehungsweise seine energietech nischen Anlagen 11 und/oder seine flexiblen Verbraucher 12 gemäß dem übermittelten und empfangenen gegebenenfalls verar beiteten Steuersignal, das heißt gemäß der berechneten opti- malen Werte, insbesondere Leistungswerte, innerhalb eines be stimmten Zeitraumes, insbesondere innerhalb der nächsten 15 Minuten, betrieben. Dadurch kann vorteilhafterweise ein öko nomisch und technisch optimaler Betrieb des Energiesystems 1 sichergestellt werden. The local energy market platform 4 carries out a first and second optimization 41, 42 based on the transmitted data from all participating energy systems, in particular energy system 1. The optimization variable associated with the first optimization 41 are, for example, the total costs and / or the traded amount of energy, that is to say the trading volume / energy volume. Here, the first optimization variable, that is to say in the present case the amount of energy traded in the time domain, is maximized or the total costs incurred in the time domain are minimized. In this case, the variables of the first optimization variable typically have several equivalent values. In other words, the first optimization problem has several equivalent solutions (values of the variables). The variables are, for example, the performance of the energy systems within a certain time range. The first optimization 41 is followed by the second (technical) optimization 42, by means of which a technical criterion, which is characterized by the second optimization variable, is optimized. In other words, a technically optimal solution with regard to the technical second optimization variable is determined from the several equivalent solutions of the first optimization 41. The values of the variables associated with this optimal solution are sent to control signals. reasons that are transmitted through the local energy market platform 4 to the energy systems, in particular to the energy system 1. The corresponding data exchange between the energy system 1 and the local energy market platform 4 is indicated by arrows in the figure. Subsequently, the energy system 1 or its power engineering systems 11 and / or its flexible consumers 12 according to the transmitted and received possibly processed control signal, i.e. according to the calculated optimal values, in particular power values, within a certain period of time, in particular within the next 15 minutes. As a result, an economically and technically optimal operation of the energy system 1 can advantageously be ensured.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein geschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hie- raus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been illustrated and described in more detail by the preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples or other variations can be derived from them by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Energiesystem 1 energy system
2 Stromnetz 2 power grid
3 Vorrichtung 3 device
4 lokale Energiemarktplattform4 local energy market platform
11 energietechnische Anlage 11 power engineering system
12 flexible Verbraucher 12 flexible consumers
41 erste Optimierung 41 first optimization
42 zweite Optimierung 42 second optimization

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Steuerung einer Energiewandlung, einer Ener giespeicherung, eines Energietransportes und/oder eines Ener gieverbrauches von mehreren energietechnischen Anlagen (11) eines Energiesystems (1), insbesondere eines Gebäudes, und/oder von mehreren bezüglich ihrer Last flexiblen Verbrau cher (12) des Energiesystems (1), insbesondere Elektrofahr zeuge, basierend auf einer mathematischen Optimierung, wobei durch die Optimierung Werte von für die Steuerung vorgesehe nen Variablen, insbesondere von Leistungen der energietechni schen Anlagen (11) und/oder der flexiblen Verbraucher (12), berechnet werden, gekennzeichnet dadurch, dass die Optimie rung auf einer ersten und zweiten Optimierungsgröße basiert, wobei mittels einer ersten Optimierung (41) mehrere bezüglich der ersten Optimierungsgröße optimale Lösungen der Werte der Variablen berechnet werden, und mittels einer zweiten Opti mierung (42) eine der berechneten Lösungen, welche bezüglich der zweiten Optimierungsgröße optimal ist, als Werte der Va riablen zur Steuerung ermittelt und für die Steuerung verwen det wird. 1. A method for controlling an energy conversion, an energy storage, an energy transport and / or an energy consumption of several energy-technical systems (11) of an energy system (1), in particular of a building, and / or of several consumers (12 ) of the energy system (1), in particular electric vehicles, based on a mathematical optimization, whereby the optimization results in values of variables provided for the control, in particular of the performance of the energy-technical systems (11) and / or the flexible consumers (12), are calculated, characterized in that the optimization is based on a first and second optimization variable, with a first optimization (41) being used to calculate a plurality of optimal solutions of the values of the variables with respect to the first optimization variable, and a second optimization (42) one of the calculated solutions which are optimal with respect to the second optimization variable is determined as the values of the variables for the control and used for the control.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die erste und zweite Optimierungsgröße nach einer festgeleg ten Priorität festgelegt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the first and second optimization variables are determined according to a fixed priority.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass als zweite Optimierungsgröße eine Auslastung eines elektrischen Netzes, die Spitzenleistung, Erzeugungsspitzen und/oder Lastspitzen, eine Priorisierung nach Art der Lasten, eine Priorisierung nach einer Unsicherheit einer Last, eine Verfügbarkeit einer oder mehrerer energietechnischen Anlagen und/oder eine Emission, insbesondere eine spezifische Kohlen stoffdioxidemission und/oder eine spezifische Stickoxidemis sion, verwendet werden/wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a utilization of an electrical network, the peak power, generation peaks and / or load peaks, a prioritization according to the type of loads, a prioritization according to an uncertainty of a load, an availability of an or several power engineering systems and / or an emission, in particular a specific carbon dioxide emission and / or a specific nitrogen oxide emission, are / will be used.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet dadurch, dass zum Ermitteln der bezüglich der zweiten Optimierungsgröße optimalen Lösung das Pareto-Prinzip verwendet wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that to determine the with respect to second optimization variable optimal solution the Pareto principle is used.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet dadurch, dass als erste Optimierungsgröße die gesamt umgesetzte Energiemenge verwendet wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the total amount of energy converted is used as the first optimization variable.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet dadurch, dass das Energiesystem (1) als flexible Verbraucher (12) mehrere Elektrofahrzeuge innerhalb eines Zeitbereiches umfasst, und als erste Optimierungsgröße die Gesamtladeenergie innerhalb des Zeitbereiches verwendet wird, und als zweite Optimierungsgröße die Gesamtleistung verwendet wird, wobei mittels der ersten Optimierung die Gesamtlade energie und mittels der zweiten Optimierung die Gesamtleis tung minimiert wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the energy system (1) as a flexible consumer (12) comprises several electric vehicles within a time range, and the total charging energy within the time range is used as the first optimization variable, and the total power as the second optimization variable is used, the total charging energy being minimized by means of the first optimization and the total power being minimized by means of the second optimization.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet dadurch, dass die erste und zweite Optimierung (41, 42) durch eine lokale Energiemarktplattform (4) durchge führt werden, wobei die lokale Energiemarktplattform (4) ein für die Steuerung vorgesehenes Steuerungssignal an das Ener giesystem (1) übermittelt, wobei das Steuersignal auf der be züglich der zweiten Optimierungsgröße optimalen Lösung ba siert. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first and second optimization (41, 42) are carried out by a local energy market platform (4), the local energy market platform (4) sending a control signal provided for the control to the Energy system (1) transmitted, the control signal being based on the optimal solution with regard to the second optimization variable.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass das Energiesystem (1) technische Daten, insbesondere bezüg lich seiner energietechnischen Anlagen (11) und/oder bezüg lich seiner flexiblen Verbraucher (12), für die erste und/oder zweite Optimierung (41, 42) an die lokale Energie marktplattform (4) übermittelt. 8. The method according to claim 7, characterized in that the energy system (1) has technical data, in particular with regard to its energy-related systems (11) and / or with regard to its flexible consumers (12), for the first and / or second optimization (41 , 42) transmitted to the local energy market platform (4).
9. Vorrichtung (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrich tung (3) dazu ausgestaltet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen. 9. The device (3), characterized in that the Vorrich device (3) is designed to carry out a method according to one of the preceding claims.
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