EP4176504A1 - Network for distributing electrical energy - Google Patents

Network for distributing electrical energy

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Publication number
EP4176504A1
EP4176504A1 EP21720781.0A EP21720781A EP4176504A1 EP 4176504 A1 EP4176504 A1 EP 4176504A1 EP 21720781 A EP21720781 A EP 21720781A EP 4176504 A1 EP4176504 A1 EP 4176504A1
Authority
EP
European Patent Office
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network
limits
area
network area
components
Prior art date
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Pending
Application number
EP21720781.0A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Monika FREUNEK
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BKW Energie AG
Original Assignee
BKW Energie AG
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Filing date
Publication date
Application filed by BKW Energie AG filed Critical BKW Energie AG
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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
    • H02J13/00Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00004Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by the power network being locally controlled
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10Geometric CAD
    • G06F30/18Network design, e.g. design based on topological or interconnect aspects of utility systems, piping, heating ventilation air conditioning [HVAC] or cabling
    • 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
    • G06Q50/00Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
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    • H02J3/144Demand-response operation of the power transmission or distribution network
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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
    • Y04S10/12Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation

Definitions

  • the invention relates to a network for the distribution of electrical energy. It also relates to a computer-implemented method for structuring an existing network for the distribution of electrical energy, comprising as network components at least sources, loads, lines, sensor, switching and converter components that are interconnected in an output topology, a method for operating a network for Distribution of electrical energy and computer programs for implementing the structuring method and the operating method.
  • Networks for the distribution of electrical energy comprise a network of electrical lines (namely overhead lines and underground cables) and other network components that are interconnected with the lines in a specific topology.
  • the other network components include sources, e.g. B. the generators of power plants or intermediate storage such.
  • the topology is divided into several network levels. Starting from a generator such as a power plant, the large-scale distribution initially takes place via a transmission network with maximum voltage (e.g. 380 or 220 kV). National distribution networks with high voltage (e.g. 36-150 kV) are connected to these via substations with transformers regional distribution networks with medium voltage (e.g. 1-36 kV) via further transformers. The local distribution network with low voltage (e.g. 400 V - 1 kV) is then connected via further transformers, which (if necessary via transformer stations) to the house connections and thus to the end consumer (including private households, industrial, commercial and agricultural operations) leads.
  • a transmission network with maximum voltage e.g. 380 or 220 kV
  • National distribution networks with high voltage e.g. 36-150 kV
  • transformers regional distribution networks with medium voltage e.g. 1-36 kV
  • the local distribution network with low voltage e.g. 400 V - 1 kV
  • further transformers which (
  • the specific topology with the components present in the network has grown historically, depending on the locations and services of the producers (power plants) and consumers. Changes to the topology usually require additional or differently running or dimensioned electrical lines and are therefore complex.
  • Electric vehicles in particular lead to an increase in the power required at times, and their charging behavior is also stochastic and difficult to predict.
  • control or regulation of the network which aims to ensure safe operation and specifically to ensure that specified control limits (e.g. with regard to frequency, voltage, current) are adhered to, is usually organized hierarchically, which means that the Requirements have risen sharply and more frequent interventions are necessary to maintain operational reliability.
  • so-called “smart meters” are increasingly used today, which record information, namely consumption information, directly from the consumers and via a communication network to higher-level facilities of the network, z. B. a central collection point transferred.
  • control commands are to be generated based on simulation and optimization, high-performance computers must be used at this superordinate point in order to process the most comprehensive information possible at short notice. This is particularly due to the enormous amounts of data that arise that have to be processed within a short period of time.
  • EP 3 323 183 B1 (Siemens Aktiengesellschaft) relates to a method for computer-aided control of the power in an electrical power network with several interconnected nodes, each of which contains a first energy generator and / or a second energy generator and / or an energy consumer.
  • a power estimate is specified for each node, which is composed of an estimate of the future load of the consumer or an estimate of the future output of the second, regenerative energy producer in the node.
  • fluctuations of the first type and the second type of the power estimates are permitted in predetermined tolerance ranges, the fluctuations of the first type being compensated for by primary control power and the fluctuations of the second type by secondary control power in the power grid.
  • an optimization problem is solved for the assignment of the control power, in the context of which a steady state of the power grid is modeled with a steady grid frequency and whose boundary conditions include compliance with the grid frequency within specified tolerances and maximum power on the power lines of the power grid.
  • the method described requires a central control for a number of nodes in order to create sufficient degrees of freedom for the optimization. It is assumed that the estimate includes all nodes and has some reliability. In practice, this results in problems because - as mentioned above - often not all of the necessary information is available and because the stochastic behavior of many producers and consumers results in dynamic changes.
  • WO 2018/1 1 404 A1 (BKW Energy AG) describes a method for structuring an existing network for the distribution of electrical energy, the network comprising at least sources, loads, lines, sensor, switching and converter components as network components, which are included in an output topology are interconnected, the network components in a plurality of local, self-regulating ones are based on property variables of the network components and specifiable control limits Function groups summarized. Control processes are assigned to each local function group, which include actions that are carried out when trigger criteria are reached in order to comply with the control limits.
  • the method leads to a network that is restructured with regard to the regulation, which as far as possible dispenses with a hierarchical structure with regard to regulation and is instead made up of local, self-regulating function groups in normal operation .
  • This approach avoids the disadvantages of the centralized approaches of the prior art.
  • the structuring of an overall network by providing appropriate functional groups is complex, however, and additional measures must be taken to limit influences from neighboring networks.
  • the object of the invention is to create a power network belonging to the technical field mentioned at the beginning, which enables simple structuring with local functional groups and the systematic consideration of the influences of neighboring networks and network sections.
  • the network comprises a) a first network area, consisting of a plurality of local, self-regulating function groups with first sources, loads, lines and / or sensor, switching or converter components, each of the function groups for maintaining assigned control limits for Voltage quality variables are formed in the network and wherein the first network area has a first variable; b) a second network area with second sources, loads, lines and / or sensor, switching or converter components, the second network area being one the estimated total variance of the voltage quality variables is assigned and wherein the second network area has a second variable;
  • the control limits of the function groups and the first variable are selected in such a way that, taking into account the second variable and the estimated total variance, predetermined target operating range limits are maintained for the entire network.
  • a local function group in the sense of the method according to the invention is formed by components interconnected with one another in accordance with a topology, with an individual network component also being able to form a function group in the extreme case.
  • “local” does not necessarily mean that all components of a functional group must be located within a certain spatial area. However, if the latency of the information transmission and the distance over which information has to be transmitted are taken into account when grouping network components into function groups, this should generally mean that all local function groups are limited to relatively small geographical areas. As a rule, a functional group will not contain any "holes" or any areas that are isolated from the rest of the network components it comprises.
  • Function groups can basically be nested within one another, whereby an inner function group can be viewed as a network component of the outer function group.
  • the local function groups regulate themselves in normal operation. They can be formed and operated, for example, in accordance with WO 2018/1 14404 A1 (BKW Energy AG). Thus, through respective actions by the control processes assigned to the function groups, measures outside the respective function group can be triggered if trigger criteria are met.
  • the rule processes can provide for further actions which only work within the function group.
  • the term "control process” refers to both interventions in the operation of network components and the sending of certain information from one network component to certain other network components (the same function group, another function group or a higher or secondary position).
  • the local functional groups include sensors (e.g. current or voltage sensors), actuators (e.g. switching or regulating devices for generators and / or loads) and control means (computers or controls).
  • the control means trigger actions as a function of the data recorded by the sensors. These can in particular include rule actions by controlling the aforementioned actuators as well as communication actions to secondary or superordinate function groups or entities with the help of suitable communication means.
  • the function groups enable a quick and local reaction. Due to the decentralized arrangement of the computing means, the amounts of data to be transmitted to other functional groups or a higher-level logic are minimized, and costly central calculations are avoided. In addition, there is a reduction in communication times, including latency times, which enables faster reactions. The risk of a failure of a central control with far-reaching consequences is avoided.
  • the failure of a computer unit or a communication channel generally has no, but at most a small influence on the overall stability of the network.
  • the sizes of the network areas can be characterized in different ways.
  • a suitable measure is, for example, the average total electricity volume in the corresponding network area.
  • Other quantities which characterize, for example, a total output or total capacity of the facilities in a network area, are also suitable.
  • the first network area and the second network area are constructed similarly, e.g. B. with regard to the type and distribution of consumers and producers, the number of the respective network components can also simply be used. In the case of a more or less homogeneous density of the network, the area covered in each case may also suffice.
  • the second network area should not be empty. In addition, it is not structured like the first network area, ie it is not made up of local function groups that regulate themselves to comply with assigned control limits.
  • the second network area acts In particular, it is an existing, hierarchically controlled network with a network topology that has evolved over time, or a sub-area thereof.
  • the first network area comprises, in particular, several functional groups, and the size of the second network area is at least one third, in particular at least half of the first network area.
  • Voltage quality variables include, for example, the frequency, the network voltage (voltage level or effective value) or statistical and / or dynamic parameters in relation to such parameters; current-related variables can also be used as voltage quality variables.
  • the target operating range limits can be defined with the aid of such voltage quality variables, with target ranges being specified for several such variables as a rule. Alternatively or additionally, other criteria can be used, e.g. B. Maximum failure rates.
  • the uncertainty of the overall network is thus distributed between the controlled first network area and the uncontrolled second network area. If the sizes of the first network area and the second network area (or a ratio between these parameters) and the control limits for the first network area are known, a statement about the behavior of the corresponding voltage quality parameters for the entire network is possible.
  • the topology and network capacities between the function groups can be specifically taken into account or included in the calculation of the uncertainties as a lump sum.
  • a voltage of at least 222 V should be guaranteed in the network.
  • a voltage of at least 224 V is guaranteed due to the self-regulating function groups, in particular because the minimum voltage is specified as the control limit.
  • the voltage quality in the first network area is therefore always better than the specification for the entire network. If now the ratio between the second size and the first Size does not exceed a certain ratio, due to the guaranteed voltage quality in the first network area, the target value for the entire network, including the non-specifically regulated second network area, can be achieved.
  • the relationship between the variables that must be observed results from the estimated total variance of the voltage quality variable assigned to the second network area and the
  • Worst-case values are assumed for the estimation of the total variance of the voltage quality variable in the second network area.
  • the estimation can be based on measured values, models and / or simulations.
  • machine learning approaches can be used for the modeling.
  • the network according to the invention is distinguished by the fact that target operating area limits can be adhered to for the entire network, including a second network area without self-regulating function groups. Accordingly, it is not necessary to restructure the entire network. It can be more cost-effective to structure only part of the network with self-regulating function groups and to assign stricter control limits to them than to structure the entire network with somewhat less strict control limits. It can thus initially z. B. structure those areas of a network in which this process is associated with the lowest costs, e.g. B. new network areas, network areas that are being refurbished anyway or network areas that are particularly suitable for structuring due to their existing structure. Also the Availability of information can be relevant when selecting the network area to be structured.
  • strategically important network sections can be secured, e.g. B. by the network according to the invention is designed so that particularly strict target operating range limits are met.
  • the estimated total variance advantageously covers an expected network operation for a period of at least one year. Seasonal fluctuations are thus taken into account.
  • the configuration of the network according to the invention is therefore suitable for continuous operation and, as a rule, has to be adapted above all in the following cases: if relevant properties change in the second network area which result in a different estimated total variance; when the second size changes.
  • the total variance in the second network area for a shorter period of time, e.g. For example, if a network structure is only supposed to exist for a limited period of time anyway or if the structure of the network is updated at regular intervals (e.g. every six months).
  • the network preferably comprises at least one switching device in order to decouple the network from higher-level and / or secondary networks for distributing electrical energy.
  • Networks for the distribution of electrical energy e.g. B. a network of a certain network operator or electricity supplier, are usually not isolated, but connected to other networks. With the help of the switching device you can now excessively If necessary, disruptive influences from neighboring networks can be avoided by temporarily decoupling them.
  • a subordinate further network can be a defined part of the distribution network of the operator who operates the network according to the invention.
  • the total variance of which is included in the dimensioning of the network according to the invention there is also a third area that can be decoupled from the first and second network area if necessary.
  • This network is therefore outside the system limits of the network according to the invention, but cannot destabilize it despite its connection to the two network areas because it can be decoupled if necessary.
  • a maximum expansion of the functional groups is preferably selected such that a maximum signal propagation time is maintained within the functional groups.
  • switching times in the ms or even ps range should be possible, e. B. for switching operations in emergencies or for trading. In practice, such switching times can only be reliably achieved with a decentralized control or regulation, as it takes place within the framework of the network according to the invention in the first network area.
  • a network can be created by means of a computer-implemented method for structuring which comprises the following steps: a) recording the existing network within specified system boundaries; b) Detection of control limits for local, self-regulating function groups; c) Detection of target operating range limits for the structured network to be created; d) performing an optimization of an objective function by varying
  • variable network properties where e) the variable network properties have at least one assignment of
  • Network components to one of several local functional groups of a first network area or an assignment of network components to a second
  • Target operating area limits are specified, which are checked taking into account the control limits of the functional groups, a first size of the first network area and a second size of the second network area and the total variance of the second network area.
  • An "existing network” can be a section of a larger network.
  • the user can specify the scope of the procedure, i. H. determine which network components are to be taken into account at all.
  • a “source” in the sense of the method according to the invention can be a generator, a battery (which delivers current) or another energy storage device or simply an “input” of the network or network section under consideration.
  • “Loads” in the sense of the method are consumers, batteries or other energy storage devices in charging mode or simply an “output” of the network or network section under consideration.
  • certain network components can temporarily represent sources or loads.
  • There are also network components that combine several functions e.g. load and sensor components, source and converter components, etc.).
  • the existing network can be represented by means of a topology with additional information, information on the geographical location of the network components and / or a network plan are also information on the existing network that is included in the process can be recorded. By recording the existing network, the system boundaries are also initialized. If necessary, they can still be adjusted later - as described below.
  • the recorded control limits relate both to the current control limits of already existing function groups and to control limits that are to be adhered to by function groups to be created.
  • any function groups that have already been defined, including current control limits and other parameters, are also recorded.
  • the procedure can also be used if no function groups have yet been defined within the system boundaries.
  • the network components can be assigned to an existing function group as well as to a newly formed function group within the framework of the variation of the network properties.
  • the number of functional groups is therefore variable. This also applies to the size of the first network area and the size of the second network area, which change when a network component of the second network area is assigned to a function group, i.e. when a network component is transferred from the second network area to the first network area.
  • variable network properties can also include the control limits for one, several or all of the function groups, so that a comprehensive optimization of the entire network is made possible within the system limits, taking into account the given boundary conditions.
  • the presence and / or placement of (additional) switching and control devices for existing consumers and / or generators can also be part of the variable network properties.
  • individual sub-areas of the second network area can be treated in a special way, e.g. B. those for which more detailed information is available or which are known to be characterized by a comparatively low variance.
  • This also includes transition zones, which have already been partially adapted as part of a restructuring of the network.
  • the acquisition steps a) -c) do not have to be carried out in the specified order.
  • Several of the information to be recorded can be obtained from the same data source It is also possible to generate individual pieces of information to be recorded by combining data from several data sources.
  • the optimization is, in particular, an optimization with the aid of a numerical optimization method, e.g. B. a method of linear optimization.
  • Suitable algorithms include e.g. B. Simplex method or interior point method. Due to the complexity of a distribution network and the many degrees of freedom, optimization cannot be carried out without using computer-aided numerics.
  • raw data sets are advantageously only used where this is unavoidable. Otherwise, the optimization is preferably based on data sets that have been obtained through machine learning on the basis of high-quality historical data.
  • the total variance of the voltage quality variables for the second network area is estimated based on historical operating data.
  • the historical operating data can in particular include the temporal course of the current (balanced or over three phases), the voltage (balanced or over three phases) and / or the electrical power (balanced or over three phases).
  • the historical operating data relate to a period of at least one year.
  • seasonal fluctuations can be taken into account.
  • the fluctuations from year to year can also be taken into account by using longer time series and / or through estimates, preferably with the help of corresponding data-supported computer-implemented simulation and measurement methods.
  • historical operating data is not used.
  • the estimate is based on simulations and / or model calculations.
  • variable network properties advantageously include the presence and / or placement of an additional switching device for the selective decoupling of a part of the second network area and / or an additional device for power and / or voltage limitation.
  • the network to be structured can also be automatically optimized with regard to its system limits.
  • the switching devices can also be used to decouple higher-level networks or third-party networks.
  • Voltage limitation can also protect the network to be structured or parts of it from external influences. With the help of the switching devices and / or the devices for power or voltage limitation, it can be ensured that the system limits defined or obtained in the course of the optimization can also always be adhered to.
  • variable network properties advantageously include the presence and / or placement of an additional storage facility and / or an additional production facility.
  • the first network area which is made up of self-regulating function groups, can be expanded automatically.
  • variable network properties advantageously include an expansion of the specified system limits.
  • the maximum system limits e.g. B. include all networks that are in the sphere of influence of the network operator. If the target size can now be better achieved in the course of optimization by expanding the system limits, the system limits are expanded within the framework of the maximum system limits. For example, network components can be integrated into existing or newly created functional groups outside the initial system limits.
  • Network components are assigned. Existing or possible additional switching devices are also taken into account.
  • the iterative expansion can still take place in a later phase, after an optimization within the system limits.
  • system limits are fixed. They can be changed by the user when the method is initialized in order to check different scenarios.
  • Maximum communication times between several function groups can advantageously be specified as a further boundary condition for the optimization. Compliance with maximum communication times ensures that the control limits are adhered to again within the necessary period. Furthermore, local regulation of the network as possible is promoted. A maximum communication time within a function group can also advantageously be specified as a boundary condition. As a result, as part of the optimization, functional groups that are as local as possible are formed, which can react quickly to changing requirements.
  • the target function is advantageously dependent on an amount of data transmitted between the network components for regulating the network, and the optimization favors a minimization of this amount of data.
  • This criterion also leads to a network that is regulated as locally as possible.
  • a reduction in the amount of data transferred leads to a lower absolute number of errors for a given error rate.
  • the disruption rate in the overall network is thus reduced.
  • the objective function is advantageously dependent on the costs of an adaptation between the existing network and the structured network to be created, and the numerical optimization favors a minimization of these costs.
  • the costs of the adaptation include costs for additional network components.
  • the objective function can depend on further criteria, e.g. B. Local prices for the local functional groups (nodal pricing).
  • Another optimization criterion can be the C0 2 saving, it should be noted that additional actuators, sensors, computing systems, etc. represent an additional C0 2 load.
  • the method according to the invention is in any case advantageous over conventional centralized approaches due to the local processing of sensor data and the reduction of data transmitted over long distances. The invention can thus also be used to achieve CO 2 targets through optimal use of resources.
  • a computer-implemented method for operating a network for distributing electrical energy comprises the following steps: a) in a first network area, operating a plurality of local, self-regulating function groups with first sources, loads, lines and / or sensor, switching or converter components, so that each of the function groups complies with the control limits for voltage quality variables in the network; b) Operating second sources, loads, lines and / or sensor, switching or
  • Converter components of a second network area so that an overall variance of voltage quality variables is maintained in the second network area; wherein c) the first network area has a first size and the second network area has a second size; and e) the control limits of the function groups and the first variable are selected so that, taking into account the second variable and the total variance, predetermined target operating range limits for the entire network of the first and second
  • Network area are complied with.
  • the local functional groups include sensors (e.g. current or voltage sensors), actuators (e.g. switching or regulating devices for generators and / or loads) and control means (computers or controls). With the help of the sensors it is checked in particular whether the assigned control limits are adhered to.
  • Control means solve depending on the data recorded by the sensors
  • Actions assigned to a function group to ensure compliance with the control limits can in particular include rule actions by controlling the aforementioned actuators as well as communication actions to secondary or superordinate function groups or entities with the help of suitable communication means.
  • the sizes of the network areas can be characterized in different ways.
  • a suitable measure is, for example, the average total electricity volume in the corresponding network area.
  • the second network area should not be empty. In addition, it is not structured like the first network area, ie it is not made up of local function groups that regulate themselves to comply with assigned control limits.
  • the second network area is, in particular, an existing network with a network topology that has evolved over time.
  • Voltage quality variables include, for example, the frequency, the network voltage (voltage level or effective value) or curve-related variables; current-related variables can also be used as voltage quality variables.
  • the target operating range limits can be defined with the aid of such voltage quality variables, with target ranges being specified for several such variables as a rule. Alternatively or additionally, other criteria can be used, e.g. B. Maximum failure rates.
  • the current structure of the network in the first network area and the second network area and the structure of the first network area in local functional groups can be checked periodically or continuously during operation. In this way, it is immediately recognized whether a change in the division into network areas or the assignment to function groups and / or an adjustment of the control processes would be useful due to changed framework conditions. Such a change can then be implemented at an appropriate time.
  • Compliance with the specified target operating range limits is advantageously monitored, and if the target operating range limits are not complied with, at least one device for limiting one of the power supplied to the functional groups is actuated.
  • the facility can form part of a functional group and limit the external power supplied to this functional group. It can also be superordinate to function groups and limit the power supplied to several function groups up to the entire first network area.
  • excess power can be dissipated using components such as resistance heating.
  • storage devices including charging devices, supercaps and batteries.
  • at least one switching device for decoupling the network from higher-level and / or secondary networks for distributing electrical energy and / or at least one switching device for decoupling part of the second network area is advantageously actuated.
  • the decoupling takes place in particular when the measures to limit power reach their limits and even with such measures, the compliant operation of the network can no longer be guaranteed.
  • a decoupling can also be useful in other situations, e.g. B. when a dissipation of energy to the outside can be prevented.
  • B when a dissipation of energy to the outside can be prevented.
  • a computer program according to the invention for carrying out the method according to the invention for structuring an existing network for distributing electrical energy or for operating the network according to the invention is adapted in such a way that it executes a corresponding method when it is run on a computer.
  • the computer program will comprise a number of components which, under certain circumstances, run on different processors of a distributed computer system.
  • 1 shows a schematic representation of a network according to the invention for distributing electrical energy
  • 2A shows the course of a voltage quality variable in a period in the first
  • FIG. 1 is a schematic representation of a network 1 according to the invention for distributing electrical energy. It comprises a first network area 10, which is structured according to the teaching of WO 2018/1 14404 A1 (BKW Energy AG) in eight largely self-regulating function groups 1 1.1 ... 8, and a second network area 20 without such a structure.
  • the network has four connecting lines 2.1 ... 4 to adjacent, superordinate or subordinate further networks.
  • a connecting line 2.1 opens out from the second function group 1 1.2
  • another connecting line 2.2 opens out from the seventh function group 1 1.7
  • two further connecting lines 2.3, 2.4 open out from the second network area 20.
  • the function groups 11.1 ... 8 each comprise several elements of the network and components connected to them, namely sources, loads, lines, sensor, switching and converter components.
  • Each of the function groups 1 1. 1 ... 8 comprises a computer unit 12.1 (symbolized by a rectangle). . .8th. This can be an independent unit, a dedicated microprocessor attached to a component, or an existing element of a component.
  • At least one sensor unit (not shown here) which measures one or more relevant variables and transmits them to the corresponding computer unit 12.1.
  • actuators by means of which, triggered by the respective computer unit 12.1.
  • five function groups 1 1.4 ... 8 are combined to form a cluster.
  • a switching device 14.2, 14.7, 24.1, 24.2 is arranged in each of the connecting lines 2.1 ... 4. It can be used to temporarily disconnect the connection.
  • Two switching devices 14.2, 14.7 are each assigned to the corresponding function group 1 1.2, 1 1.7 and are controlled by the corresponding
  • Two further switching devices 24.1, 24.2 in the second network area are controlled directly by the central computer 3.
  • Each function group 1 1. 1 ... 8 is assigned control limits, i.e. target ranges of the variables to be controlled.
  • each of the function groups 1 1. 1 ... 8 are assigned rules, possible actions and required information in order to be able to check whether trigger criteria for the actions are met.
  • an orientation is based on existing components and / or standards (e.g. maximum permissible current for a cable) or - in the case of a new building - on the connection system and a requested maximum output.
  • the projections of the future services are carried out with the usual methods of network planning, but in particular with the use of simulations and modeling and machine learning.
  • Each action comprises one or more measures, in particular activating an actuator and / or sending a message to other components.
  • the actions are assigned to the individual function groups. If actions are defined, which affect several function groups, actions can also be assigned to specific combinations of (interconnected) function groups.
  • PV counter with Harmonisc 0 20 Save number of control output he exceedances and interrupters, if more than
  • Further possible actions include, for example, the time shifting of the operation of consumers or the loading of stores or the time control of the production output of producers or the unloading of stores.
  • Communication takes place in first priority within a given function group, in second priority between function groups or in the cluster and only in third priority to the central computer, i.e. to the control center.
  • FIG. 2A shows the course of a voltage quality variable over a period of time in the first network area and in the second network area.
  • FIG. 2B shows the course of the voltage quality variable over the period in the entire network.
  • the state of a network for the distribution of electrical energy is determined by the temporal progression of voltage quality variables, e.g. B. the phased voltages, phased currents and phases defined. These time courses can be mapped by a time-dependent vector-valued function F (t) with components F, (t).
  • F (t) time-dependent vector-valued function
  • both the function F (t) and the variances of the individual component functions are largely unknown.
  • the function F ultimately results from a large number of sub-functions for individual components of the distribution network, for which no complete information is available, it is also difficult in practice to reproduce the function F (t).
  • a maximum permitted variance s (F (t)) is assigned to the distribution network characterized by the function F (t), within which the security of supply and / or other optimization parameters are ensured within a given confidence range.
  • the parameters to be observed accordingly can result from a legal requirement, e.g. B. for the permissible voltage and / or frequency ranges.
  • the corresponding setpoint range 35 for a component F is shown in FIGS. 2A, 2B. It should be noted that the target size and / or the width of the target range can vary over time depending on the cutting quality size.
  • 2A shows the curve 31 for the voltage quality variable F in the first network area and the curve 32 for the voltage quality variable F in the second network area, these curves being based on the assumption that the individual network areas are operated independently of one another (i.e. not with one another are coupled).
  • the corresponding fluctuation bands 33, 34 are also shown. It can be seen that in this case the specifications (target area 35) are not complied with in the second network area.
  • Voltage quality variable F in the overall network, which complies with the specifications according to target area 35 (see FIG. 2B).
  • the factors on which k (t) and m (t) are based can now be varied.
  • B. the maximum tolerable fluctuation of the frequency and / or (if known) of the power and / or voltage tolerance bands per network level are set.
  • the factors include, in particular, the assignment of network components to function groups: If further network components are assigned to a function group, the size of the second network area becomes smaller, and the estimated variance (s (m (t)) decreases accordingly.
  • the contribution to the variance s Reliably calculate (k (t)) of the first network area.
  • Other variables relate to the control limits assigned to the function groups, the addition of additional components (sources, loads, switching devices, etc.), the expansion or restriction of the system limits, etc. Certain production or consumption outputs are optional (e.g. from storage power plants, heat storage systems or batteries) a time flexibility is assigned as an optimization parameter.
  • the optimization can be used to build the network, i. H. starting from an existing network in which no local self-regulating function groups have yet been defined, or for its further development, i.e. starting from a network that is already (partially) structured accordingly. It can be proceeded in an iterative manner: It is started with a core cell. If the result is satisfactory and leaves room for maneuver, the area can be expanded in a further optimization step.
  • a run would not include one reference year, but several.
  • an objective function is defined. It contains the desired optimization parameters for the overall system. The optimization can be carried out with a view to the following optimization goals: a) Minimizing the number of required functional groups; b) Proximity of the position of the functional groups to predetermined positions or areas; c) minimizing the costs for stable operation; d) Minimizing the control limits of existing function groups.
  • the corresponding parameters can be optimized against each other.
  • the weighting depends on the goals of the user, usually an energy supplier, its regulatory options, the importance of economic factors and geographical limitations, if any.
  • boundary conditions can be included in the optimization: a) Limitations on the transferable power, e.g. B. due to cable cross-sections; b) the maximum permitted signal transmission time and the resulting maximum possible distance between functional groups in order to be able to communicate with one another and, if necessary, to carry out switching operations, control interventions or trading transactions; c) maximum permitted signal transmission time, resulting from this the maximum possible distance between one, several, or all function groups and another unit, such as the central computer, in order to be able to communicate with one another and, if necessary, to carry out switching operations, control interventions or trading transactions; d) Time restrictions, e.g. for postponements or limitations of services; e) geographical / topological conditions (exclusion of certain areas or definition of certain areas as functional groups); f) economic criteria; g) regulatory criteria.
  • a) Limitations on the transferable power e.g. B. due to cable cross-sections
  • Control processes ultimately include the determination of one or more measured variables, the processing to determine the action (s) to be taken and the implementation of the action up to influencing the controlled variable.
  • the maximum signal transmission times do not have to be the same for all control processes, because certain controls have to take place faster than others if the operation of the network is not to be negatively affected.
  • certain scenarios can be eliminated immediately that are not compatible with the required communication times (taking into account the latency times), e.g. For example, real-time control of a smart grid using smart meters when "real-time" is in the seconds range or when data is only transmitted once a day (e.g. from the household meter) and "real-time" means a maximum of 10 minutes.
  • boundary conditions inter alia ensure that the network found as part of the optimization can also function physically, in that the services to be compensated can be transmitted in the required time frame and without overloading lines (and possibly other components).
  • Strategically positioned functional groups can be essential when it comes to maintaining tension. It may therefore not be sufficient to just keep the total variance within a given range.
  • areas in the system in which at least one self-regulating function group should be arranged arise in the course of optimization in such cases.
  • Topological information of the network within the initial or maximum system limits for example in the form of a network plan, including network components and possibly existing switching devices; such information can e.g. B. obtained from a network-related geographical information system (GIS); b) Information on the system limits - the corresponding selection can be made in a manner known per se via a graphical interface, e.g. B. by selecting the parts of the network to be taken into account or those parts not to be taken into account
  • Parts are deselected; A restriction to certain network levels is also possible; c) the number and characteristics of the self-regulating function groups already present in the network (including size information, e.g. a temporal balance sheet total of the service in a reference period as well as control limits); d) per function group: temporal course of the current (on balance or over three phases) over a selected reference time, e.g. one year, voltage (on balance or over three phases) over a selected reference time, e.g. one year; alternatively electrical power (on balance or over three phases) over a selected reference time, e.g. one year; e) maximum permitted tolerances, e.g. B. in relation to the frequency and / or voltage, in general or at certain network positions; f) Environment information and weighting factors: technical factors, costs for technologies, energy prices, electricity tariffs, other economic factors.
  • Historical data from production and consumption or data from models and simulations that model can be used to generate the time courses. Physical limitations, e.g. B. due to installed transformers or production facilities can also be included in the estimate.
  • models with historical data and machine learning are linked to form reference profiles and, if necessary, adjusted more precisely, for example by means of a production or consumption profile that is adapted to regional conditions and habits. For consumption, this can include holidays or working hours and break habits, as well as a maximum possible for production Photovoltaic production based on global radiation data and available areas as well as their orientation.
  • the following variables stand out: a) Number of self-regulating function groups, information on the corresponding assignment of network components; b) costs associated with structuring and / or operating the network; c) the permitted tolerance bands to be specified for the functional groups; d) necessary communication, control and regulation units in function groups, central control units and at the system boundaries.
  • the method according to the invention for structuring can be used in different ways:
  • a central or decentralized control device e.g. the control center or a comparable device
  • the trade will be equipped with a communication interface to selected function groups and / or the control device.
  • Some or all of the functional groups are equipped with communication, control and regulation technology.
  • the individual function groups of the first network area regulate themselves as far as possible. If this is no longer possible within a function group without violating the control limits, communication with other function groups and / or higher-level bodies takes place starting from the function group according to a given scheme with several escalation levels. Different schemes can be specified for different function groups. In practice, the physical limits in relation to the signal propagation times must be taken into account.
  • the regulation takes place in first priority within the individual function groups, in second priority within the cluster and only in third priority if mutual compensation among the cluster function groups is no longer possible under Involvement of other functional groups or components.
  • a trigger criterion is formed by a specified value of a variable and by specifying whether the criterion is met when the value of an input variable (e.g. a measured variable) is exceeded or not reached.
  • a trigger criterion can, however, also be defined by specifying a range or be based on a more complex function, which in particular also includes logical (Boolean) operators.
  • a trigger criterion can relate to a current value of the input variable or several input variables, or a certain past time interval is taken into account.
  • Trigger criteria can also be dependent not only on the variables assigned to the respective control limit, but also on a rate of change of such variables (i.e. the time derivative). A rapid increase or rapid decrease in a variable can indicate that there is a need for action before the control limits are reached.
  • function group A If, for example, function group A has too little power due to an unusually high volume of electric cars and below-average PV production, a local computer unit of function group A sends a request signal to the local computer unit of neighboring function group B.
  • Function group B transmits the short and medium-term availability Power.
  • function group B then releases the service required at short notice.
  • Function group A decreases the performance.
  • function group B sends a signal to a communication interface of a virtual function group C. This is formed by the network of function groups DG, whose function group E includes a larger hydropower plant.
  • the communication interface of the virtual function group C sends a signal to the function group E containing, among other things, the required production output and the expected time period.
  • Function group E confirmed to the communication interface, this to function group A and / or B. Function group A ultimately decreases the performance.
  • Function group A recognizes this as a malfunction and sends an emergency call to a higher-level control center so that a fitter can dispose of it.
  • function group A requests the lost power from neighboring function group B at the highest priority level.
  • Function group B extends its tolerance range up to a maximum permissible value and regulates its controllable loads, storage units and production systems in such a way that the required power can be delivered.
  • both the local computer unit of function group A and the local computer unit of function group B send a signal to a communication center or to a locally stored list so that customers are informed of a malfunction with minor impairments.
  • an operation can also take place, the system boundaries of which vary depending on the operating situation. If, for example, it is too expensive for an energy supplier to plan and operate the entire network immediately according to the present patent, a core area can be started which consists of self-regulating functional groups and can be physically separated from the rest of the area if necessary.
  • transition zones In addition to the core area, there may be transition zones, some of which have already been optimized for stability, but are not yet able to be operated completely independently. For such transition zones, proportions of m (t) or s (m (t)) can be estimated more precisely, if necessary, so that the estimated variance s (m (t)) is reduced.
  • the switching devices 14.2, 14.7, 24.1, 24.2 (see FIG. 1), which are automatically or, if necessary, manually actuated after receiving a corresponding recommendation from the system, and / or control and regulating devices, are used for this purpose. If these are already available, a check is made as part of the optimization to determine whether additions are necessary, for example through communication connections. Otherwise the type, number and dimensioning of the existing disconnectors, control and regulating devices are the starting parameters.
  • interference occurs in a network due to influences outside the system limits of the optimized system, so that the necessary tolerances in phase, frequency, voltage or power can no longer be adhered to.
  • Several function groups transmit signals to the control center and / or to each other about violations of the tolerance limits. As soon as a function group or the control center has received or calculated a certain critical value, a control or regulation command for power regulation or decoupling is sent to some or all of the system limits and executed.
  • the invention creates a systematically feasible method for structuring a network for distributing electrical energy, which can be individually adapted to the given framework conditions, and also a distribution network with high security of supply and a method for operating the same.

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Abstract

The invention relates to a network (1) for distributing electrical energy, said network comprising: a first network area (10) consisting of a plurality of local, self-regulating functional groups (11.1...8) having first sources, loads, lines and/or sensor components, switching components or converter components, wherein each of the functional groups (11.1...8) is designed to satisfy assigned control limits for voltage quality variables in the network (1), and wherein the first network area (10) has a first size; and a second network area (20) having second sources, loads, lines and/or sensor components, switching components or converter components, wherein an estimated total variance of the voltage quality variables is assigned to the second network area (20), and wherein the second network area (20) has a second size. The control limits of the functional groups (11.1...8) and the first size are selected in such a way that, taking into account the second size and the estimated total variance, predefined target operating range limits are satisfied for the entire network (1).

Description

Netz zur Verteilung elektrischer Energie Network for the distribution of electrical energy
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft ein Netz zur Verteilung elektrischer Energie. Sie betrifft weiter ein computerimplementiertes Verfahren zur Strukturierung eines vorhandenen Netzes zur Verteilung von elektrischer Energie, umfassend als Netzkomponenten mindestens Quellen, Lasten, Leitungen, Sensor-, Schalt- und Wandlerkomponenten, die in einer Ausgangstopologie miteinander verschaltet sind, ein Verfahren zum Betreiben eines Netzes zur Verteilung elektrischer Energie und Computerprogramme zur Durchführung des Verfahrens zur Strukturierung und des Verfahrens zum Betreiben. The invention relates to a network for the distribution of electrical energy. It also relates to a computer-implemented method for structuring an existing network for the distribution of electrical energy, comprising as network components at least sources, loads, lines, sensor, switching and converter components that are interconnected in an output topology, a method for operating a network for Distribution of electrical energy and computer programs for implementing the structuring method and the operating method.
Stand der Technik State of the art
Netze zur Verteilung von elektrischer Energie (Stromnetze) umfassen ein Netzwerk von elektrischen Leitungen (namentlich Freileitungen und Erdkabel) und weitere Netzkomponenten, die mit den Leitungen in einer bestimmten Topologie miteinander verschaltet sind. Die weiteren Netzkomponenten umfassen Quellen, z. B. die Generatoren von Kraftwerken oder Zwischenspeicher wie z. B. Batterien, Lasten (Verbraucher), Sensorkomponenten zum Erfassen von Betriebsparametern des Netzes (Spannungen, Frequenz, Ströme, Leistungen, Temperaturen usw.), Schaltkomponenten zum Verbinden und Trennen von Komponenten oder Netzabschnitten sowie Wandlerkomponenten, z. B. Transformatoren, beispielsweise zum Verändern der Spannung. Networks for the distribution of electrical energy (power networks) comprise a network of electrical lines (namely overhead lines and underground cables) and other network components that are interconnected with the lines in a specific topology. The other network components include sources, e.g. B. the generators of power plants or intermediate storage such. B. Batteries, loads (consumers), sensor components for detecting operating parameters of the network (voltages, frequency, currents, powers, temperatures, etc.), switching components for connecting and disconnecting components or network sections and converter components, e.g. B. Transformers, for example to change the voltage.
Die Topologie ist in mehrere Netzebenen gegliedert. Ausgehend von einem Erzeuger wie einem Kraftwerk erfolgt die weiträumige Verteilung zunächst über ein Übertragungsnetz mit Höchstspannung (z. B. 380 bzw. 220 kV). Über Unterwerke mit Transformatoren sind überregionale Verteilnetze mit Hochspannung (z. B. 36-150 kV) angeschlossen, an diese über weitere Transformatoren wiederum regionale Verteilnetze mit Mittelspannung (z. B. 1- 36 kV). Über weitere Transformatoren erfolgt dann der Anschluss des lokalen Verteilnetzes mit Niederspannung (z. B. 400 V - 1 kV), welches (ggf. über Transformatorenstationen) zu den Hausanschlüssen und damit zum Endverbraucher (u. a. Privathaushalte, Industrie-, Gewerbe- und Landwirtschaftsbetriebe) führt. The topology is divided into several network levels. Starting from a generator such as a power plant, the large-scale distribution initially takes place via a transmission network with maximum voltage (e.g. 380 or 220 kV). National distribution networks with high voltage (e.g. 36-150 kV) are connected to these via substations with transformers regional distribution networks with medium voltage (e.g. 1-36 kV) via further transformers. The local distribution network with low voltage (e.g. 400 V - 1 kV) is then connected via further transformers, which (if necessary via transformer stations) to the house connections and thus to the end consumer (including private households, industrial, commercial and agricultural operations) leads.
Die spezifische Topologie mit den im Netz vorhandenen Komponenten ist historisch gewachsen, in Abhängigkeit der Standorte und Leistungen der Erzeuger (Kraftwerke) und der Verbraucher. Änderungen an der Topologie erfordern in der Regel zusätzliche bzw. anders verlaufende oder dimensionierte elektrische Leitungen und sind deshalb aufwendig.The specific topology with the components present in the network has grown historically, depending on the locations and services of the producers (power plants) and consumers. Changes to the topology usually require additional or differently running or dimensioned electrical lines and are therefore complex.
In den letzten Jahren haben sich - insbesondere aufgrund des Aufkommens lokaler Erzeuger wie z. B. Photovoltaik-Anlagen - die Anforderungen an das Stromnetz gewandelt. Es dient nicht mehr nur zur hierarchischen Verteilung von elektrischer Energie "von oben" (d. h. vom Kraftwerk) "nach unten" (d. h. zu den Verbrauchern), sondern die Stromflüsse können je nach Produktionsbedingungen (z. B. Sonneneinstrahlung) und Verbrauchs muster unterschiedlich verlaufen. Generell sind die Produktionsmuster vieler erneuerbarer Stromerzeuger stochastisch und mit Unsicherheiten verbunden. So sind z. B. die Produktionsleistungen von Photovoltaik- oder Windenergieanlagen stark wetterabhängig. Die zukünftige, kurz-, mittel- und langfristige Entwicklung der entsprechenden Produktionskapazitäten ist nicht bekannt und lässt sich nur schwer prognostizieren, weil viele der entsprechenden Anlagen von privaten und gewerblichen Erstellern gebaut werden, die unabhängig sind von den bisherigen Stromerzeugern oder Netzbetreibern.In recent years - especially due to the emergence of local producers such. B. Photovoltaic systems - the requirements for the power grid changed. It is no longer only used for the hierarchical distribution of electrical energy "from above" (ie from the power plant) "downwards" (ie to the consumers), but the electricity flows can vary depending on production conditions (e.g. solar radiation) and consumption patterns . In general, the production patterns of many renewable electricity producers are stochastic and associated with uncertainties. So are z. B. the production output of photovoltaic or wind turbines strongly dependent on the weather. The future, short, medium and long-term development of the corresponding production capacities is not known and is difficult to forecast because many of the corresponding systems are built by private and commercial manufacturers who are independent of the previous electricity producers or network operators.
Auch auf Verbraucherseite ergeben sich entscheidende Änderungen. Insbesondere elektrische Fahrzeuge führen zur Erhöhung der zeitweise benötigten Leistung, und ihr Ladeverhalten ist ebenfalls stochastisch und schwer prognostizierbar. There are also decisive changes on the consumer side. Electric vehicles in particular lead to an increase in the power required at times, and their charging behavior is also stochastic and difficult to predict.
Letztlich ergibt sich ein Betriebszustand des Stromnetzes mit chaotischem Verhalten.Ultimately, there is an operating state of the power grid with chaotic behavior.
Weiter ergibt sich aufgrund der klimatischen Entwicklung ein erhöhtes Risiko für Schäden an exponierten Leitungsabschnitten, z. B. aufgrund von Wald- bzw. Buschbränden, Stürmen, Starkniederschlagsereignissen oder Erdrutschen. All dies bringt Herausforderungen bei der Planung und dem Betrieb von ausfallsicheren Stromnetzen mit sich. Dazu kommt, dass die heutigen Stromversorgungsnetze verschiedener Betreiber eng verknüpft sind, so dass Probleme im Netz eines ersten Netzbetreibers innert kurzer Frist kaskadenartig zu Problemen in Netzen weiterer Betreiber führen können. Dies kann von Problemen bei der Frequenzeinhaltung bis zu Stromausfällen (Blackout) führen. Furthermore, due to the climatic development there is an increased risk of damage to exposed pipe sections, e.g. B. due to forest or bush fires, storms, heavy precipitation events or landslides. All of this brings challenges in the planning and operation of fail-safe power grids. In addition, today's power supply networks of different operators are closely linked, so that problems in the network of a first network operator can cascade-like problems in the networks of other operators within a short period of time. This can range from problems with frequency compliance to power outages (blackouts).
Die Steuerung bzw. Regelung des Netzes, welche einen sicheren Betrieb zum Ziel hat und namentlich sicherstellen soll, dass vorgegebene Regelgrenzen (z. B. hinsichtlich Frequenz, Spannung, Strom) eingehalten werden, ist in der Regel hierarchisch organisiert, was bedeutet, dass die Anforderungen stark gestiegen sind und häufigere Eingriffe notwendig sind, um die Betriebssicherheit zu erhalten. Um insbesondere verbraucherseitig weitere Informationen zu erlangen, welche in die Steuerung bzw. Regelung einfliessen können, werden heute vermehrt so genannte "Smart Meter" eingesetzt, welche Informationen, namentlich Verbrauchsinformationen, direkt bei den Verbrauchern erfassen und über ein Kommunikationsnetz an übergeordnete Einrichtungen des Netzes, z. B. eine zentrale Sammelstelle, übertragen. The control or regulation of the network, which aims to ensure safe operation and specifically to ensure that specified control limits (e.g. with regard to frequency, voltage, current) are adhered to, is usually organized hierarchically, which means that the Requirements have risen sharply and more frequent interventions are necessary to maintain operational reliability. In order to obtain further information on the consumer side, in particular, which can flow into the control or regulation, so-called "smart meters" are increasingly used today, which record information, namely consumption information, directly from the consumers and via a communication network to higher-level facilities of the network, z. B. a central collection point transferred.
Wenn nun gestützt auf eine Simulation und Optimierung Steuerbefehle generiert werden sollen, müssen bei dieser übergeordneten Stelle Hochleistungsrechner eingesetzt werden, um möglichst umfassende Informationen kurzfristig zu verarbeiten. Dies insbesondere auch wegen der enormen anfallenden Datenmengen, die innert kurzer Frist verarbeitet werden müssen. If control commands are to be generated based on simulation and optimization, high-performance computers must be used at this superordinate point in order to process the most comprehensive information possible at short notice. This is particularly due to the enormous amounts of data that arise that have to be processed within a short period of time.
Nebst dem enormen Aufwand für diese Berechnungen birgt ein solches zentralisiertes System auch diverse Fehlerquellen. So ist die Auswahl der im untergeordneten Netzabschnitt zu treffenden Massnahmen komplex, und bei Fehlern in der Übermittlung der Messsignale von den Smart Metern (und anderen Sensorkomponenten) zur übergeordneten Stelle bzw. der Steuersignale zurück zu den Komponenten im Netz drohen Betriebsstörungen. Zudem liegen kaum je alle potenziell relevanten Informationen vor, weil diese z. B. Netze benachbarter Netzbetreiber oder privat betriebene Stromerzeugungs anlagen betreffen. Dasselbe gilt für viele Verbraucher. Auf der anderen Seite werden bei der zentralen Datenverarbeitung Daten verarbeitet, die viel redundante Information umfassen, so dass letztlich für die Datenverarbeitung ein unnötig hoher Aufwand mit entsprechendem Energieverbrauch betrieben wird. In addition to the enormous effort involved in these calculations, such a centralized system also harbors various sources of error. The selection of the measures to be taken in the subordinate network section is complex, and errors in the transmission of the measurement signals from the smart meters (and other sensor components) to the higher-level unit or the control signals back to the components in the network can cause operational disruptions. In addition, all potentially relevant information is hardly ever available, because this z. B. concern networks of neighboring network operators or privately operated power generation plants. The same is true for many consumers. On the other hand, in the case of central data processing, data are processed that contain a lot of redundant information, so that ultimately an unnecessarily high effort with corresponding energy consumption is carried out for data processing.
Die EP 3 323 183 B 1 (Siemens Aktiengesellschaft) betrifft ein Verfahren zur rechnergestützten Steuerung der Leistung in einem elektrischen Stromnetz mit mehreren miteinander verbundenen Knoten, die jeweils einen ersten Energieerzeuger und/oder einen zweiten Energieerzeuger und/oder einen Energieverbraucher enthalten. Für jeden Knoten ist eine Leistungsschätzung vorgegeben, die sich aus einer Schätzung der zukünftigen Last des Verbrauchers oder einer Schätzung der zukünftigen Leistung des zweiten, regenerativen Energieerzeugers im Knoten zusammensetzt. Ferner sind Schwankungen erster Art und zweiter Art der Leistungsschätzungen in vorgegebenen Toleranzbereichen zugelassen, wobei die Schwankungen erster Art durch Primärregelleistung und die Schwankungen zweiter Art durch Sekundärregelleistung im Stromnetz kompensiert werden. Im beschriebenen Verfahren wird zur Zuweisung der Regelleistungen ein Optimierungsproblem gelöst, in dessen Rahmen ein stationärer Zustand des Stromnetzes, mit einer stationären Netzfrequenz, modelliert wird und dessen Randbedingungen die Einhaltung der Netzfrequenz innerhalb vorgegebener Toleranzen und von maximalen Leistungen auf den Stromleitungen des Stromnetzes umfassen. EP 3 323 183 B1 (Siemens Aktiengesellschaft) relates to a method for computer-aided control of the power in an electrical power network with several interconnected nodes, each of which contains a first energy generator and / or a second energy generator and / or an energy consumer. A power estimate is specified for each node, which is composed of an estimate of the future load of the consumer or an estimate of the future output of the second, regenerative energy producer in the node. Furthermore, fluctuations of the first type and the second type of the power estimates are permitted in predetermined tolerance ranges, the fluctuations of the first type being compensated for by primary control power and the fluctuations of the second type by secondary control power in the power grid. In the described method, an optimization problem is solved for the assignment of the control power, in the context of which a steady state of the power grid is modeled with a steady grid frequency and whose boundary conditions include compliance with the grid frequency within specified tolerances and maximum power on the power lines of the power grid.
Das beschriebene Verfahren erfordert eine zentrale Steuerung für eine Reihe von Knoten, um ausreichende Freiheitsgrade für die Optimierung zu schaffen. Es wird vorausgesetzt, dass die Schätzung alle Knoten umfasst und eine gewisse Verlässlichkeit hat. In der Praxis ergeben sich daraus Probleme, weil - wie oben erwähnt - oft nicht alle dazu notwendigen Informationen verfügbar sind und weil sich aufgrund des stochastischen Verhaltens vieler Produzenten und Verbraucher dynamische Änderungen ergeben. The method described requires a central control for a number of nodes in order to create sufficient degrees of freedom for the optimization. It is assumed that the estimate includes all nodes and has some reliability. In practice, this results in problems because - as mentioned above - often not all of the necessary information is available and because the stochastic behavior of many producers and consumers results in dynamic changes.
Die WO 2018/ 1 1 404 A1 (BKW Energie AG) beschreibt ein Verfahren zur Strukturierung eines vorhandenen Netzes zur Verteilung von elektrischer Energie, wobei das Netz als Netzkomponenten mindestens Quellen, Lasten, Leitungen, Sensor-, Schalt- und Wandlerkomponenten umfasst, die in einer Ausgangstopologie miteinander verschaltet sind, werden anhand von Eigenschaftsgrössen der Netzkomponenten und vorgebbaren Regelgrenzen die Netzkomponenten in einer Mehrzahl von lokalen, sich selbst regelnden Funktionsgruppen zusammengefasst. Jeder lokalen Funktionsgruppe werden Regelprozesse zugeordnet, welche Aktionen umfassen, welche beim Erreichen von Auslösekriterien zur Einhaltung der Regelgrenzen ausgeführt werden. Das Verfahren führt - ausgehend von einem vorhandenen Netz zur Verteilung von elektrischer Energie - zu einem hinsichtlich der Regelung neu strukturierten Netz, welches in Bezug auf die Regelung auf eine hierarchische Struktur soweit möglich verzichtet und stattdessen aus lokalen, sich im Normalbetrieb selbst regelnden Funktionsgruppen aufgebaut ist. Dadurch ergeben sich unter anderem eine Reduktion der Fehleranfälligkeit und dadurch eine Erhöhung der Betriebs- und Versorgungssicherheit. Mit diesem Ansatz lassen sich Nachteile der zentralisierten Ansätze des Standes der Technik vermeiden. Die Strukturierung eines Gesamtnetzes durch Vorsehen entsprechender Funktionsgruppen ist allerdings aufwendig, und es müssen zusätzliche Massnahmen getroffen werden, um Einflüsse aus benachbarten Netzen zu begrenzen.WO 2018/1 1 404 A1 (BKW Energie AG) describes a method for structuring an existing network for the distribution of electrical energy, the network comprising at least sources, loads, lines, sensor, switching and converter components as network components, which are included in an output topology are interconnected, the network components in a plurality of local, self-regulating ones are based on property variables of the network components and specifiable control limits Function groups summarized. Control processes are assigned to each local function group, which include actions that are carried out when trigger criteria are reached in order to comply with the control limits. Starting from an existing network for the distribution of electrical energy, the method leads to a network that is restructured with regard to the regulation, which as far as possible dispenses with a hierarchical structure with regard to regulation and is instead made up of local, self-regulating function groups in normal operation . This results in, among other things, a reduction in the susceptibility to errors and thus an increase in operational and supply security. This approach avoids the disadvantages of the centralized approaches of the prior art. The structuring of an overall network by providing appropriate functional groups is complex, however, and additional measures must be taken to limit influences from neighboring networks.
Darstellung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Stromnetz zu schaffen, welches eine einfache Strukturierung mit lokalen Funktionsgruppen und die systematische Berücksichtigung von Einflüssen benachbarter Netze und Netzabschnitte ermöglicht. DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the invention is to create a power network belonging to the technical field mentioned at the beginning, which enables simple structuring with local functional groups and the systematic consideration of the influences of neighboring networks and network sections.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfasst das Netz a) ein erstes Netzgebiet, bestehend aus einer Mehrzahl von lokalen, sich selbst regelnden Funktionsgruppen mit ersten Quellen, Lasten, Leitungen und/oder Sensor-, Schalt- oder Wandlerkomponenten, wobei jede der Funktionsgruppen zur Einhaltung zugeordneter Regelgrenzen für Spannungsqualitätsgrössen im Netz ausgebildet ist und wobei das erste Netzgebiet eine erste Grösse hat; b) ein zweites Netzgebiet mit zweiten Quellen, Lasten, Leitungen und/oder Sensor-, Schalt- oder Wandlerkomponenten, wobei dem zweiten Netzgebiet eine abgeschätzte Gesamtvarianz der Spannungsqualitätsgrössen zugeordnet ist und wobei das zweite Netzgebiet eine zweite Grösse hat; wobei die Regelgrenzen der Funktionsgruppen und die erste Grösse so gewählt sind, dass unter Berücksichtigung der zweiten Grösse und der abgeschätzten Gesamtvarianz vorgegebene Sollbetriebsbereichsgrenzen für das gesamte Netz eingehalten sind. The solution to the problem is defined by the features of claim 1. According to the invention, the network comprises a) a first network area, consisting of a plurality of local, self-regulating function groups with first sources, loads, lines and / or sensor, switching or converter components, each of the function groups for maintaining assigned control limits for Voltage quality variables are formed in the network and wherein the first network area has a first variable; b) a second network area with second sources, loads, lines and / or sensor, switching or converter components, the second network area being one the estimated total variance of the voltage quality variables is assigned and wherein the second network area has a second variable; The control limits of the function groups and the first variable are selected in such a way that, taking into account the second variable and the estimated total variance, predetermined target operating range limits are maintained for the entire network.
Eine lokale Funktionsgruppe im Sinn des erfindungsgemässen Verfahrens wird durch miteinander gemäss einer Topologie verschaltete Komponenten gebildet, wobei im Extremfall auch eine einzelne Netzkomponente eine Funktionsgruppe bilden kann. "Lokal" bedeutet in diesem Zusammenhang nicht zwingend, dass sich alle Komponenten einer Funktionsgruppe innerhalb eines bestimmten räumlichen Bereichs befinden müssen. Werden bei der Zusammenfassung von Netzkomponenten zu Funktionsgruppen die Latenzzeit der Informationsübertragung und die Distanz, über welche Informationen übertragen werden müssen, berücksichtigt, dürfte dies jedoch in der Regel dazu führen, dass sich alle lokalen Funktionsgruppen auf jeweils relativ kleine geografische Gebiete beschränken. In der Regel wird eine Funktionsgruppe keine "Löcher" und keine vom Rest der umfassten Netzkomponenten isolierten Bereiche umfassen. A local function group in the sense of the method according to the invention is formed by components interconnected with one another in accordance with a topology, with an individual network component also being able to form a function group in the extreme case. In this context, “local” does not necessarily mean that all components of a functional group must be located within a certain spatial area. However, if the latency of the information transmission and the distance over which information has to be transmitted are taken into account when grouping network components into function groups, this should generally mean that all local function groups are limited to relatively small geographical areas. As a rule, a functional group will not contain any "holes" or any areas that are isolated from the rest of the network components it comprises.
Funktionsgruppen können grundsätzlich ineinander verschachtelt sein, wobei eine innere Funktionsgruppe als Netzkomponente der äusseren Funktionsgruppe betrachtet werden kann. Function groups can basically be nested within one another, whereby an inner function group can be viewed as a network component of the outer function group.
Die lokalen Funktionsgruppen regeln sich im Normalbetrieb selbst. Sie können beispielsweise gemäss der WO 2018/ 1 14404 A1 (BKW Energie AG) gebildet sein und betrieben werden. So können durch jeweilige Aktionen von den Funktionsgruppen zugeordneten Regelprozessen Massnahmen ausserhalb der jeweiligen Funktionsgruppe ausgelöst werden, wenn Auslösekriterien erreicht werden. Die Regelprozesse können weitere Aktionen vorsehen, welche nur funktionsgruppenintern wirken. Grundsätzlich bezeichnet der Begriff "Regelprozess" dabei sowohl Eingriffe in den Betrieb von Netzkomponenten als auch das Senden bestimmter Informationen von einer Netzkomponente an bestimmte andere Netzkomponenten (derselben Funktionsgruppe, einer anderen Funktionsgruppe oder einer über- bzw. nebengeordneten Stelle). Zur Selbstregelung umfassen die lokalen Funktionsgruppen Sensoren (z. B. Strom- oder Spannungssensoren), Aktoren (z. B. Schalt- oder Regeleinrichtungen für Erzeuger und/oder Lasten) und Steuermittel (Rechner bzw. Steuerungen). Mit Hilfe der Sensoren wird insbesondere geprüft, ob die zugeordneten Regelgrenzen eingehalten sind. Die Steuermittel lösen in Abhängigkeit der von den Sensoren erfassten Daten Aktionen aus. Diese können insbesondere Regelaktionen durch Ansteuerung der genannten Aktoren sowie Kommunikationsaktionen zu neben- oder übergeordneten Funktionsgruppen oder Instanzen mit Hilfe geeigneter Kommunikationsmittel umfassen. The local function groups regulate themselves in normal operation. They can be formed and operated, for example, in accordance with WO 2018/1 14404 A1 (BKW Energie AG). Thus, through respective actions by the control processes assigned to the function groups, measures outside the respective function group can be triggered if trigger criteria are met. The rule processes can provide for further actions which only work within the function group. Basically, the term "control process" refers to both interventions in the operation of network components and the sending of certain information from one network component to certain other network components (the same function group, another function group or a higher or secondary position). For self-regulation, the local functional groups include sensors (e.g. current or voltage sensors), actuators (e.g. switching or regulating devices for generators and / or loads) and control means (computers or controls). With the help of the sensors it is checked in particular whether the assigned control limits are adhered to. The control means trigger actions as a function of the data recorded by the sensors. These can in particular include rule actions by controlling the aforementioned actuators as well as communication actions to secondary or superordinate function groups or entities with the help of suitable communication means.
Die Funktionsgruppen ermöglichen eine schnelle und lokale Reaktion. Aufgrund der dezentralen Anordnung der Rechenmittel werden die an andere Funktionsgruppen oder eine übergeordnete Logik zu übertragenden Datenmengen minimiert, und aufwendige zentrale Berechnungen werden vermieden. Zudem ergibt sich eine Verringerung der Kommunikationszeiten inklusive Latenzzeiten, wodurch schnellere Reaktionen möglich sind. Die Gefahr eines Ausfalls einer zentralen Steuerung mit weitreichenden Folgen wird vermieden. Im erfindungsgemässen Netz hat der Ausfall einer Rechnereinheit oder eines Kommunikationskanals in der Regel keinen, höchstens aber geringen Einfluss auf die Gesamtstabilität des Netzes. The function groups enable a quick and local reaction. Due to the decentralized arrangement of the computing means, the amounts of data to be transmitted to other functional groups or a higher-level logic are minimized, and costly central calculations are avoided. In addition, there is a reduction in communication times, including latency times, which enables faster reactions. The risk of a failure of a central control with far-reaching consequences is avoided. In the network according to the invention, the failure of a computer unit or a communication channel generally has no, but at most a small influence on the overall stability of the network.
Die Grössen der Netzgebiete lassen sich auf unterschiedliche Weise charakterisieren. Ein geeignetes Mass ist beispielsweise das durchschnittliche Gesamt-Stromaufkommen im entsprechenden Netzgebiet. Andere Grössen, welche beispielsweise eine gesamte Leistung oder gesamte Kapazität der Einrichtungen in einem Netzgebiet charakterisieren, sind ebenfalls geeignet. Es kann davon ausgegangen werden, dass das erste Netzgebiet und das zweite Netzgebiet ähnlich aufgebaut sind, z. B. was die Art und Verteilung der Verbraucher und Produzenten betrifft, kann auch einfach die Anzahl der jeweiligen Netzkomponenten herangezogen werden. Bei einer mehr oder weniger homogenen Dichte des Netzes kann auch die jeweils abgedeckte Fläche genügen. The sizes of the network areas can be characterized in different ways. A suitable measure is, for example, the average total electricity volume in the corresponding network area. Other quantities, which characterize, for example, a total output or total capacity of the facilities in a network area, are also suitable. It can be assumed that the first network area and the second network area are constructed similarly, e.g. B. with regard to the type and distribution of consumers and producers, the number of the respective network components can also simply be used. In the case of a more or less homogeneous density of the network, the area covered in each case may also suffice.
Das zweite Netzgebiet soll nicht leer sein. Es ist zudem auch nicht wie das erste Netzgebiet strukturiert, d. h. es ist nicht aus lokalen Funktionsgruppen aufgebaut, die sich zur Einhaltung zugeordneter Regelgrenzen selbst regeln. Beim zweiten Netzgebiet handelt es sich insbesondere um ein vorhandenes, hierarchisch gesteuertes Netz mit einer historisch gewachsenen Netztopologie oder ein Teilgebiet davon. The second network area should not be empty. In addition, it is not structured like the first network area, ie it is not made up of local function groups that regulate themselves to comply with assigned control limits. The second network area acts In particular, it is an existing, hierarchically controlled network with a network topology that has evolved over time, or a sub-area thereof.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Netzes umfasst das erste Netzgebiet insbesondere mehrere Funktionsgruppen, und eine Grösse des zweiten Netzgebiets beträgt mindestens ein Drittel, insbesondere mindestens die Hälfte des ersten Netzgebiets. In the context of the network according to the invention, the first network area comprises, in particular, several functional groups, and the size of the second network area is at least one third, in particular at least half of the first network area.
Spannungsqualitätsgrössen umfassen beispielsweise die Frequenz, die Netzspannung (Spannungshöhe bzw. -effektivwert) oder statistische und/oder dynamische Kenngrössen in Bezug auf solche Parameter, auch strombezogene Grössen können als Spannungsqualitätsgrössen herangezogen werden. Voltage quality variables include, for example, the frequency, the network voltage (voltage level or effective value) or statistical and / or dynamic parameters in relation to such parameters; current-related variables can also be used as voltage quality variables.
Die Sollbetriebsbereichsgrenzen können mit Hilfe solcher Spannungsqualitätsgrössen definiert sein, wobei in der Regel Sollbereiche für mehrere solcher Grössen vorgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich können andere Kriterien herangezogen werden, z. B. maximale Ausfallquoten. The target operating range limits can be defined with the aid of such voltage quality variables, with target ranges being specified for several such variables as a rule. Alternatively or additionally, other criteria can be used, e.g. B. Maximum failure rates.
Die Unsicherheit des Gesamtnetzes verteilt sich somit auf das kontrollierte erste Netzgebiet und das nicht kontrollierte zweite Netzgebiet. Wenn nun die Grössen des ersten Netzgebiets und des zweiten Netzgebiets (oder ein Verhältnis zwischen diesen Grössen) und die Regelgrenzen für das erste Netzgebiet bekannt sind, so ist auch eine Aussage über das Verhalten der entsprechenden Spannungsqualitätsgrössen für das gesamte Netz möglich. Die Topologie und Netzkapazitäten zwischen den Funktionsgruppen können spezifisch berücksichtigt oder pauschal in die Verrechnung der Unsicherheiten einbezogen werden. The uncertainty of the overall network is thus distributed between the controlled first network area and the uncontrolled second network area. If the sizes of the first network area and the second network area (or a ratio between these parameters) and the control limits for the first network area are known, a statement about the behavior of the corresponding voltage quality parameters for the entire network is possible. The topology and network capacities between the function groups can be specifically taken into account or included in the calculation of the uncertainties as a lump sum.
Aufgrund der vorhandenen Informationen zum ersten Netzgebiet, das aus sich selbst regelnden Funktionsgruppen besteht, lässt sich die Unsicherheit in Bezug auf das zweite Netzgebiet teilweise kompensieren. Gemäss einem vereinfachten Beispiel soll im Netz eine Spannung von mindestens 222 V gewährleistet sein. Im ersten Netzgebiet ist aufgrund der selbstregelnden Funktionsgruppen eine Spannung von mindestens 224 V gewährleistet, insbesondere weil die minimale Spannung als Regelgrenze vorgegeben ist. Die Spannungsqualität im ersten Netzgebiet ist also stets besser als die Vorgabe für das gesamte Netz. Falls nun das Verhältnis zwischen der zweiten Grösse und der ersten Grösse ein bestimmtes Verhältnis nicht übersteigt, kann aufgrund der zugesicherten Spannungsqualität im ersten Netzgebiet der Zielwert für das Gesamtnetz, unter Einschluss des nicht spezifisch geregelten zweiten Netzgebiets, erreicht werden. Das Verhältnis zwischen den Grössen, das einzuhalten ist, ergibt sich aus der dem zweiten Netzgebiet zugeordneten abgeschätzten Gesamtvarianz der Spannungsqualitätsgrösse und derBased on the information available on the first network area, which consists of self-regulating function groups, the uncertainty with regard to the second network area can be partially compensated. According to a simplified example, a voltage of at least 222 V should be guaranteed in the network. In the first network area, a voltage of at least 224 V is guaranteed due to the self-regulating function groups, in particular because the minimum voltage is specified as the control limit. The voltage quality in the first network area is therefore always better than the specification for the entire network. If now the ratio between the second size and the first Size does not exceed a certain ratio, due to the guaranteed voltage quality in the first network area, the target value for the entire network, including the non-specifically regulated second network area, can be achieved. The relationship between the variables that must be observed results from the estimated total variance of the voltage quality variable assigned to the second network area and the
Differenz zwischen der im ersten Netzgebiet gewährleisteten Spannungsqualität von der Vorgabe für das gesamte Netz. Difference between the voltage quality guaranteed in the first network area and the specification for the entire network.
Für die Abschätzung der Gesamtvarianz der Spannungsqualitätsgrösse im zweiten Netzgebiet werden worst-case-Werte angenommen. Die Abschätzung kann auf Messwerten, Modellen und/oder Simulationen basieren. Bei einer verbessertenWorst-case values are assumed for the estimation of the total variance of the voltage quality variable in the second network area. The estimation can be based on measured values, models and / or simulations. With an improved
Abschätzung ergibt sich eine geringere Gesamtvarianz, was im Rahmen des erfindungsgemässen Netzes folgendes ermöglicht: eine Lockerung der Regelgrenzen im ersten Netzgebiet, Estimation results in a lower overall variance, which enables the following within the framework of the network according to the invention: a relaxation of the control limits in the first network area,
(theoretisch) eine Verkleinerung des ersten Netzgebiets und/oder - eine Vergrösserung des zweiten Netzgebiets durch Ausweitung der Systemgrenzen.(theoretically) a reduction in the size of the first network area and / or - an enlargement of the second network area by expanding the system boundaries.
Für die Modellierung können beispielsweise machine-learning-Ansätze herangezogen werden. For example, machine learning approaches can be used for the modeling.
Nebst der lokalen Regelung der Funktionsgruppen im ersten Netzgebiet zeichnet sich das erfindungsgemässe Netz dadurch aus, dass Sollbetriebsbereichsgrenzen für das gesamte Netz, unter Einschluss eines zweiten Netzgebiets ohne selbstregelnde Funktionsgruppen, eingehalten werden können. Entsprechend ist es nicht notwendig, das gesamte Netz neu zu strukturieren. Es kann kostengünstiger sein, nur einen Teil des Netzes mit selbstregelnden Funktionsgruppen zu strukturieren und diesen strengere Regelgrenzen zuzuordnen als das gesamte Netz mit etwas weniger strengen Regelgrenzen zu strukturieren. Es lassen sich somit zunächst z. B. diejenigen Gebiete eines Netzes strukturieren, in denen dieser Prozess mit den geringsten Kosten verbunden ist, z. B. neue Netzbereiche, Netzbereiche, die ohnehin saniert werden oder Netzbereiche, die sich aufgrund ihrer vorhandenen Struktur besonders gut für die Strukturierung eignen. Auch die Verfügbarkeit von Informationen kann bei der Auswahl des zu strukturierenden Netzgebiets relevant sein. In addition to the local regulation of the functional groups in the first network area, the network according to the invention is distinguished by the fact that target operating area limits can be adhered to for the entire network, including a second network area without self-regulating function groups. Accordingly, it is not necessary to restructure the entire network. It can be more cost-effective to structure only part of the network with self-regulating function groups and to assign stricter control limits to them than to structure the entire network with somewhat less strict control limits. It can thus initially z. B. structure those areas of a network in which this process is associated with the lowest costs, e.g. B. new network areas, network areas that are being refurbished anyway or network areas that are particularly suitable for structuring due to their existing structure. Also the Availability of information can be relevant when selecting the network area to be structured.
Mit Hilfe eines erfindungsgemässen Netzes lassen sich strategisch wichtige Netzabschnitte absichern, z. B. indem das erfindungsgemässe Netz so ausgelegt wird, dass besonders strikte Sollbetriebsbereichsgrenzen erfüllt werden. With the help of a network according to the invention, strategically important network sections can be secured, e.g. B. by the network according to the invention is designed so that particularly strict target operating range limits are met.
Mit Vorteil deckt die abgeschätzte Gesamtvarianz einen zu erwartenden Netzbetrieb während einer Zeitdauer von mindestens einem Jahr ab. Damit werden saisonale Schwankungen mit berücksichtigt. Die Konfiguration des erfindungsgemässen Netzes ist somit für den Dauerbetrieb geeignet und muss in der Regel vor allem in den folgenden Fällen angepasst werden: wenn sich relevante Eigenschaften im zweiten Netzgebiet ändern, die eine andere abgeschätzte Gesamtvarianz zur Folge haben; wenn sich die zweite Grösse ändert. The estimated total variance advantageously covers an expected network operation for a period of at least one year. Seasonal fluctuations are thus taken into account. The configuration of the network according to the invention is therefore suitable for continuous operation and, as a rule, has to be adapted above all in the following cases: if relevant properties change in the second network area which result in a different estimated total variance; when the second size changes.
Änderungsbedarf ergibt sich natürlich auch dann, wenn bewusst neue Funktionsgruppen geschaffen oder Funktionsgruppen aufgehoben werden, wenn die Systemgrenzen geändert werden oder wenn die Regelgrenzen für Funktionsgruppen oder die Sollbetriebsbereichsgrenzen für das Gesamtnetz geändert werden. Of course, there is also a need for change if new function groups are deliberately created or function groups are canceled, if the system limits are changed or if the control limits for function groups or the target operating range limits for the entire network are changed.
Grundsätzlich ist es möglich, die Gesamtvarianz im zweiten Netzgebiet für einen kürzeren Zeitraum abzuschätzen, z. B. dann, wenn eine Netzstruktur ohnehin nur während eines begrenzten Zeitraums bestehen soll oder wenn die Strukturierung des Netzes in regelmässigen Abständen (z. B. halbjährlich) aktualisiert wird. In principle, it is possible to estimate the total variance in the second network area for a shorter period of time, e.g. For example, if a network structure is only supposed to exist for a limited period of time anyway or if the structure of the network is updated at regular intervals (e.g. every six months).
Bevorzugt umfasst das Netz mindestens eine Schalteinrichtung, um das Netz von über und/oder nebengeordneten weiteren Netzen zur Verteilung elektrischer Energie abzukoppeln. Netze zur Verteilung elektrischer Energie, z. B. ein Netz eines bestimmten Netzbetreibers oder Stromversorgers, sind üblicherweise nicht isoliert, sondern mit weiteren Netzen verbunden. Mit Hilfe der Schalteinrichtung können nun übermässig störende Einflüsse benachbarter Netze bei Bedarf vermieden werden, indem diese temporär abgekoppelt werden. The network preferably comprises at least one switching device in order to decouple the network from higher-level and / or secondary networks for distributing electrical energy. Networks for the distribution of electrical energy, e.g. B. a network of a certain network operator or electricity supplier, are usually not isolated, but connected to other networks. With the help of the switching device you can now excessively If necessary, disruptive influences from neighboring networks can be avoided by temporarily decoupling them.
Bei einem nebengeordneten weiteren Netz kann es sich um einen definierten Teil des Verteilnetzes desjenigen Betreibers handeln, der das erfindungsgemässe Netz betreibt. Es gibt in diesem Fall also nebst dem ersten Netzgebiet mit selbstregelnden Funktionsgruppen und dem zweiten Netzgebiet, dessen Gesamtvarianz in die Bemessung des erfindungsgemässen Netzes einfliesst, noch ein drittes Gebiet, das sich bei Bedarf vom ersten und zweiten Netzgebiet abkoppeln lässt. Dieses Netz liegt also ausserhalb der Systemgrenzen des erfindungsgemässen Netzes, kann aber dieses aber trotz seiner Anbindung an die zwei Netzgebiete nicht destabilisieren, weil es bei Bedarf abkoppelbar ist. A subordinate further network can be a defined part of the distribution network of the operator who operates the network according to the invention. In this case, in addition to the first network area with self-regulating function groups and the second network area, the total variance of which is included in the dimensioning of the network according to the invention, there is also a third area that can be decoupled from the first and second network area if necessary. This network is therefore outside the system limits of the network according to the invention, but cannot destabilize it despite its connection to the two network areas because it can be decoupled if necessary.
Mit Hilfe der Schalteinrichtung kann sichergestellt werden, dass die für die Definition der Funktionsgruppen, der Regelgrenzen und den Umfang des ersten und zweiten Netzgebiets berücksichtigten Systemgrenzen auch stets eingehalten werden können. Bevorzugt ist eine maximale Ausdehnung der Funktionsgruppen so gewählt, dass eine maximale Signallaufzeit innerhalb der Funktionsgruppen eingehalten ist. Bei echtzeitkritischen Anwendungen sollten Schaltzeiten im ms- oder gar ps-Bereich möglich sein, z. B. für Schalthandlungen in Notfällen oder für den Handel. Solche Schaltzeiten lassen sich in der Praxis verlässlich nur mit einer dezentralen Steuerung bzw. Regelung erreichen, wie sie im Rahmen des erfindungsgemässen Netzes im ersten Netzgebiet stattfindet. With the help of the switching device it can be ensured that the system limits taken into account for the definition of the function groups, the control limits and the scope of the first and second network area can always be adhered to. A maximum expansion of the functional groups is preferably selected such that a maximum signal propagation time is maintained within the functional groups. In real-time-critical applications, switching times in the ms or even ps range should be possible, e. B. for switching operations in emergencies or for trading. In practice, such switching times can only be reliably achieved with a decentralized control or regulation, as it takes place within the framework of the network according to the invention in the first network area.
Ausgehend von einem vorhandenen Netz zur Verteilung von elektrischer Energie, das als Netzkomponenten mindestens Quellen, Lasten, Leitungen, Sensor-, Schalt- und Wandlerkomponenten umfasst, die in einer Ausgangstopologie miteinander verschaltet sind, lässt sich ein erfindungsgemässes Netz mittels eines computerimplementierten Verfahrens zur Strukturierung schaffen, welches folgende Schritte umfasst: a) Erfassen des vorhandenen Netzes innerhalb vorgegebener Systemgrenzen; b) Erfassen von Regelgrenzen für lokale, sich selbst regelnde Funktionsgruppen; c) Erfassen von Sollbetriebsbereichsgrenzen für das zu schaffende strukturierte Netz; d) Durchführen einer Optimierung einer Zielfunktion durch Variieren vonStarting from an existing network for the distribution of electrical energy, which comprises at least sources, loads, lines, sensor, switching and converter components as network components, which are interconnected in an initial topology, a network according to the invention can be created by means of a computer-implemented method for structuring which comprises the following steps: a) recording the existing network within specified system boundaries; b) Detection of control limits for local, self-regulating function groups; c) Detection of target operating range limits for the structured network to be created; d) performing an optimization of an objective function by varying
Netzeigenschaften, wobei e) die variierbaren Netzeigenschaften mindestens eine Zuordnung vonNetwork properties, where e) the variable network properties have at least one assignment of
Netzkomponenten zu einer von mehreren lokalen Funktionsgruppen eines ersten Netzgebiets oder eine Zuordnung von Netzkomponenten zu einem zweitenNetwork components to one of several local functional groups of a first network area or an assignment of network components to a second
Netzgebiet umfassen, f) für das zweite Netzgebiet eine Gesamtvarianz von Spannungsqualitätsgrössen abgeschätzt wird; g) wobei als Randbedingung für die Optimierung eine Einhaltung derInclude network area, f) a total variance of voltage quality variables is estimated for the second network area; g) whereby the boundary condition for the optimization is compliance with
Sollbetriebsbereichsgrenzen vorgegeben ist, deren Prüfung unter Berücksichtigung der Regelgrenzen der Funktionsgruppen, einer ersten Grösse des ersten Netzgebiets und einer zweiten Grösse des zweiten Netzgebiets und der Gesamtvarianz des zweiten Netzgebiets erfolgt. Target operating area limits are specified, which are checked taking into account the control limits of the functional groups, a first size of the first network area and a second size of the second network area and the total variance of the second network area.
Ein "vorhandenes Netz" kann ein Abschnitt eines grösseren Netzes sein. Grundsätzlich kann der Nutzer den Anwendungsbereich des Verfahrens, d. h. welche Netzkomponenten überhaupt berücksichtigt werden sollen, festlegen. An "existing network" can be a section of a larger network. In principle, the user can specify the scope of the procedure, i. H. determine which network components are to be taken into account at all.
Eine "Quelle" im Sinn des erfindungsgemässen Verfahrens kann ein Generator, eine (Strom abgebende) Batterie oder ein anderer Energiespeicher oder einfach ein "Eingang" des betrachteten Netzes bzw. Netzabschnitts sein. "Lasten" im Sinn des Verfahrens sind Verbraucher, Batterien oder andere Energiespeicher im Ladebetrieb oder einfach ein "Ausgang" des betrachteten Netzes bzw. Netzabschnitts. Je nach Betriebszustand des Netzes können gewisse Netzkomponenten zeitweise Quellen oder Lasten darstellen. Ebenfalls existieren Netzkomponenten, die mehrere Funktionen (z. B. Last und Sensorkomponente, Quelle und Wandlerkomponenten usw.) in sich vereinigen. A “source” in the sense of the method according to the invention can be a generator, a battery (which delivers current) or another energy storage device or simply an “input” of the network or network section under consideration. "Loads" in the sense of the method are consumers, batteries or other energy storage devices in charging mode or simply an "output" of the network or network section under consideration. Depending on the operating status of the network, certain network components can temporarily represent sources or loads. There are also network components that combine several functions (e.g. load and sensor components, source and converter components, etc.).
Das vorhandene Netz kann mittels einer Topologie mit ergänzenden Angaben dargestellt werden, Angaben zur geografischen Lage der Netzkomponenten und/oder ein Netzplan sind ebenfalls Informationen zum bestehenden Netz, die im Rahmen des Verfahrens erfasst werden können. Durch die Erfassung des vorhandenen Netzes werden auch die Systemgrenzen initialisiert. Sie können gegebenenfalls später - wie weiter unten beschrieben - noch angepasst werden. The existing network can be represented by means of a topology with additional information, information on the geographical location of the network components and / or a network plan are also information on the existing network that is included in the process can be recorded. By recording the existing network, the system boundaries are also initialized. If necessary, they can still be adjusted later - as described below.
Die erfassten Regelgrenzen beziehen sich sowohl auf die aktuellen Regelgrenzen bereits vorhandener Funktionsgruppen als auch auf Regelgrenzen, die von zu schaffenden Funktionsgruppen einzuhalten sind. Bei der Erfassung des vorhandenen Netzes werden also allfällig bereits definierte Funktionsgruppen inkl. aktuelle Regelgrenzen und weitere Kenngrössen mit erfasst. Das Verfahren lässt sich aber auch anwenden, wenn innerhalb der Systemgrenzen noch keine Funktionsgruppen definiert wurden. The recorded control limits relate both to the current control limits of already existing function groups and to control limits that are to be adhered to by function groups to be created. When the existing network is recorded, any function groups that have already been defined, including current control limits and other parameters, are also recorded. However, the procedure can also be used if no function groups have yet been defined within the system boundaries.
Die Netzkomponenten können im Rahmen der Variation der Netzeigenschaften sowohl einer bestehenden als auch einer neu gebildeten Funktionsgruppe zugeordnet werden. Die Zahl der Funktionsgruppen ist somit variabel. Dies gilt auch für die Grösse des ersten Netzgebiets und die Grösse des zweiten Netzgebiets, die sich bei einer Zuordnung einer Netzkomponente des zweiten Netzgebiets zu einer Funktionsgruppe, also einem Transfer einer Netzkomponente aus dem zweiten Netzgebiet in das erste Netzgebiet, verändern.The network components can be assigned to an existing function group as well as to a newly formed function group within the framework of the variation of the network properties. The number of functional groups is therefore variable. This also applies to the size of the first network area and the size of the second network area, which change when a network component of the second network area is assigned to a function group, i.e. when a network component is transferred from the second network area to the first network area.
Die variierbaren Netzeigenschaften können auch die Regelgrenzen für eine, mehrere oder alle der Funktionsgruppen umfassen, so dass eine umfassende Optimierung des gesamten Netzes innerhalb der Systemgrenzen, unter Berücksichtigung der vorgegebenen Randbedingungen ermöglicht wird. Ebenfalls Teil der variierbaren Netzeigenschaften können das Vorhandensein und/oder die Platzierung von (zusätzlichen) Schalt- und Steuereinrichtungen für vorhandene Verbraucher und/oder Erzeuger sein. The variable network properties can also include the control limits for one, several or all of the function groups, so that a comprehensive optimization of the entire network is made possible within the system limits, taking into account the given boundary conditions. The presence and / or placement of (additional) switching and control devices for existing consumers and / or generators can also be part of the variable network properties.
Bei der Abschätzung der Gesamtvarianz im zweiten Netzgebiet lassen sich einzelne Teilbereiche des zweiten Netzgebiets besonders behandeln, z. B. solche, für welche detailliertere Informationen vorliegen oder die sich bekanntermassen durch eine vergleichsweise tiefe Varianz auszeichnen. Dazu gehören auch Übergangszonen, die im Rahmen einer Neustrukturierung des Netzes bereits teilweise angepasst wurden. When estimating the total variance in the second network area, individual sub-areas of the second network area can be treated in a special way, e.g. B. those for which more detailed information is available or which are known to be characterized by a comparatively low variance. This also includes transition zones, which have already been partially adapted as part of a restructuring of the network.
Die Erfassungsschritte a)-c) müssen nicht in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Mehrere der zu erfassenden Angaben können aus derselben Datenquelle stammen, es ist auch möglich einzelne zu erfassende Informationen durch die Kombination von Daten aus mehreren Datenquellen zu generieren. The acquisition steps a) -c) do not have to be carried out in the specified order. Several of the information to be recorded can be obtained from the same data source It is also possible to generate individual pieces of information to be recorded by combining data from several data sources.
Bei der Optimierung handelt es sich insbesondere um eine Optimierung mit Hilfe eines numerischen Optimierungsverfahrens, z. B. eines Verfahrens der linearen Optimierung. Geeignete Algorithmen umfassen z. B. Simplex-Verfahren oder Innere-Punkte-Verfahren. Aufgrund der Komplexität eines Verteilungsnetzes und der vielen Freiheitsgrade lässt sich die Optimierung ohne Heranziehung rechnergestützter Numerik nicht durchführen. The optimization is, in particular, an optimization with the aid of a numerical optimization method, e.g. B. a method of linear optimization. Suitable algorithms include e.g. B. Simplex method or interior point method. Due to the complexity of a distribution network and the many degrees of freedom, optimization cannot be carried out without using computer-aided numerics.
Mit Vorteil werden im Rahmen der numerischen Optimierung Rohdatensätze nur verwendet, wo dies unvermeidbar ist. Ansonsten basiert die Optimierung bevorzugt auf Datensätzen, die durch Maschinenlernen auf Basis hochqualitativer historischer Daten gewonnen wurden. In the context of numerical optimization, raw data sets are advantageously only used where this is unavoidable. Otherwise, the optimization is preferably based on data sets that have been obtained through machine learning on the basis of high-quality historical data.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Gesamtvarianz der Spannungsqualitätsgrössen für das zweite Netzgebiet gestützt auf historische Betriebsdaten abgeschätzt. In a preferred embodiment of the method, the total variance of the voltage quality variables for the second network area is estimated based on historical operating data.
Die historischen Betriebsdaten können insbesondere den zeitlichen Verlauf des Stroms (bilanziell oder über drei Phasen), die Spannung (bilanziell oder über drei Phasen) und/oder die elektrische Leistung (bilanziell oder über drei Phasen) umfassen. The historical operating data can in particular include the temporal course of the current (balanced or over three phases), the voltage (balanced or over three phases) and / or the electrical power (balanced or over three phases).
Wenn die abgeschätzte Gesamtvarianz den zu erwartenden Netzbetrieb dauerhaft abdecken soll, beziehen sich die historischen Betriebsdaten auf eine Zeitdauer von mindestens einem Jahr. So können saisonale Schwankungen mit berücksichtigt werden. Die Schwankungen von Jahr zu Jahr können durch das Heranziehen längerer Zeitreihen und/oder durch Abschätzungen zusätzlich berücksichtigt werden, bevorzugt mit Hilfe entsprechender datengestützter computerimplementierter Simulations- und Messverfahren. If the estimated total variance is to cover the expected network operation in the long term, the historical operating data relate to a period of at least one year. In this way, seasonal fluctuations can be taken into account. The fluctuations from year to year can also be taken into account by using longer time series and / or through estimates, preferably with the help of corresponding data-supported computer-implemented simulation and measurement methods.
Nebst den historischen Betriebsdaten können weitere Informationen in die Abschätzung einfliessen, beispielsweise Informationen über die Netztopologie und die Netzkomponenten und/oder Ergebnisse von Modellrechnungen oder Simulationen. So ist es beispielsweise möglich, den Netzkomponenten Referenzprofile zuzuordnen, wobei im Zweifelsfall worst-case-Abschätzungen herangezogen werden. In addition to the historical operating data, further information can flow into the estimation, for example information about the network topology and the network components and / or results of model calculations or simulations. So is For example, it is possible to assign reference profiles to the network components, with worst-case estimates being used in case of doubt.
In einer alternativen Ausführungsform wird auf das Heranziehen von historischen Betriebsdaten verzichtet. In diesem Fall wird die Abschätzung auf Simulationen und/oder Modellrechnungen gestützt. In an alternative embodiment, historical operating data is not used. In this case, the estimate is based on simulations and / or model calculations.
Mit Vorteil umfassen die variierbaren Netzeigenschaften ein Vorhandensein und/oder eine Platzierung einer zusätzlichen Schalteinrichtung zum selektiven Abkoppeln eines Teils des zweiten Netzgebiets und/oder einer zusätzlichen Einrichtung zur Leistungs- und/oder Spannungsbegrenzung. Mit Hilfe solcher Schalteinrichtungen lässt sich das zu strukturierende Netz auch im Hinblick auf seine Systemgrenzen automatisch optimieren. Die Schalteinrichtungen können auch zum Abkoppeln übergeordneter Netze oder von D rittnetzen eingesetzt werden. Die Einrichtungen zur Leistungs- und/oderThe variable network properties advantageously include the presence and / or placement of an additional switching device for the selective decoupling of a part of the second network area and / or an additional device for power and / or voltage limitation. With the help of such switching devices, the network to be structured can also be automatically optimized with regard to its system limits. The switching devices can also be used to decouple higher-level networks or third-party networks. The facilities for performance and / or
Spannungsbegrenzung können ebenfalls das zu strukturierende Netz oder Teile davon vor äusseren Einflüssen schützen. Mit Hilfe der Schalteinrichtungen und/oder der Einrichtungen zur Leistungs- bzw. Spannungsbegrenzung kann sichergestellt werden, dass die im Rahmen der Optimierung definierten bzw. erhaltenen Systemgrenzen auch stets eingehalten werden können. Voltage limitation can also protect the network to be structured or parts of it from external influences. With the help of the switching devices and / or the devices for power or voltage limitation, it can be ensured that the system limits defined or obtained in the course of the optimization can also always be adhered to.
Mit Vorteil umfassen die variierbaren Netzeigenschaften ein Vorhandensein und/oder eine Platzierung einer zusätzlichen Speicheranlage und/oder einer zusätzlichen Produktionsanlage. So lässt sich insbesondere das erste Netzgebiet automatisch erweitern, welches aus selbstregelnden Funktionsgruppen aufgebaut ist. Durch Berücksichtigung der Kosten zusätzlicher Speicher- bzw. Produktionsanlagen wird sichergestellt, dass die im Rahmen der Optimierung gefundene Lösung auch in ökonomischer Hinsicht vorteilhaft ist - zusätzliche solche Anlagen werden also nur vorgeschlagen, wenn sich die Strukturierung nicht ohne Weiteres auf eine andere Weise realisieren lässt. The variable network properties advantageously include the presence and / or placement of an additional storage facility and / or an additional production facility. In particular, the first network area, which is made up of self-regulating function groups, can be expanded automatically. By taking into account the costs of additional storage or production systems, it is ensured that the solution found in the course of the optimization is also advantageous from an economic point of view - additional such systems are only proposed if the structuring cannot easily be implemented in another way.
Bei der Platzierung der Speicher- bzw. Produktionsanlagen und der Zuordnung zu Funktionsgruppen werden insbesondere Signallaufzeiten und die Kapazitäten der Leitungen mit berücksichtigt. Mit Vorteil umfassen die variierbaren Netzeigenschaften eine Erweiterung der vorgegebenen Systemgrenzen. Beispielsweise werden bei der Initialisierung des erfindungsgemässen Verfahrens sowohl initiale Systemgrenzen als auch maximale Systemgrenzen vorgegeben, wobei die maximalen Systemgrenzen z. B. alle Netze umfassen, die im Einflussbereich des Netzbetreibers sind. Wenn nun im Rahmen der Optimierung durch eine Erweiterung der Systemgrenzen die Zielgrösse besser erreicht werden kann, werden die Systemgrenzen - im Rahmen der maximalen Systemgrenzen - erweitert. Beispielsweise lassen sich Netzkomponenten ausserhalb der initialen Systemgrenzen in vorhandene oder neu zu schaffende Funktionsgruppen integrieren. Bevorzugt können beim Erfassen des vorhandenen Netzes die vorgegebenenWhen placing the storage or production systems and assigning them to function groups, signal transit times and the capacities of the lines are also taken into account. The variable network properties advantageously include an expansion of the specified system limits. For example, both initial system limits and maximum system limits are specified when the method according to the invention is initialized, the maximum system limits e.g. B. include all networks that are in the sphere of influence of the network operator. If the target size can now be better achieved in the course of optimization by expanding the system limits, the system limits are expanded within the framework of the maximum system limits. For example, network components can be integrated into existing or newly created functional groups outside the initial system limits. The specified
Systemgrenzen so gewählt werden, dass das umfasste Netz dieSystem boundaries are chosen in such a way that the network encompasses the
Sollbetriebsbereichsgrenzen bereits einhält, wonach die Systemgrenzen iterativ erweitert werden, bis eine Einhaltung nicht mehr möglich ist oder andere Randbedingungen verletzt werden. In jedem Iterationsschritt wird die Optimierung durchgeführt, wobei weitereAlready complies with the target operating range limits, after which the system limits are iteratively expanded until compliance is no longer possible or other boundary conditions are violated. The optimization is carried out in each iteration step, with further
Netzkomponenten zugeordnet werden. Vorhandene bzw. mögliche zusätzliche Schalteinrichtungen werden mit berücksichtigt. Network components are assigned. Existing or possible additional switching devices are also taken into account.
Auch wenn das vorhandene Netz innerhalb der Systemgrenzen dieEven if the existing network within the system limits the
Sollbetriebsbereichsgrenzen noch nicht einhält, kann die iterative Erweiterung in einer späteren Phase, nach einer Optimierung innerhalb der Systemgrenzen, noch erfolgen.Does not yet comply with the target operating range limits, the iterative expansion can still take place in a later phase, after an optimization within the system limits.
Alternativ sind die Systemgrenzen fest vorgegeben. Sie können vom Nutzer bei der Initialisierung des Verfahrens verändert werden, um verschiedene Szenarien zu prüfen.Alternatively, the system limits are fixed. They can be changed by the user when the method is initialized in order to check different scenarios.
Mit Vorteil können als weitere Randbedingung für die Optimierung maximale Kommunikationszeiten zwischen mehreren Funktionsgruppen vorgegeben werden. Durch das Einhalten maximaler Kommunikationszeiten wird sichergestellt, dass die Regelgrenzen innerhalb der notwendigen Frist wieder eingehalten werden. Ferner wird eine möglichst lokale Regelung des Netzes begünstigt. Ebenfalls als Randbedingung vorgebbar ist mit Vorteil eine maximale Kommunikationszeit innerhalb einer Funktionsgruppe. Dies führt dazu, dass im Rahmen der Optimierung möglichst lokale Funktionsgruppen gebildet werden, die schnell auf wechselnde Anforderungen reagieren können. Maximum communication times between several function groups can advantageously be specified as a further boundary condition for the optimization. Compliance with maximum communication times ensures that the control limits are adhered to again within the necessary period. Furthermore, local regulation of the network as possible is promoted. A maximum communication time within a function group can also advantageously be specified as a boundary condition. As a result, as part of the optimization, functional groups that are as local as possible are formed, which can react quickly to changing requirements.
Bei der Zuordnung zu Funktionsgruppen können ferner die Anzahl derselben, deren geografische Lage, die Anzahl Nachbarn und weitere Parameter berücksichtigt werden.When assigning function groups, the number of these, their geographical location, the number of neighbors and other parameters can also be taken into account.
Mit Vorteil ist die Zielfunktion von einer zwischen den Netzkomponenten zur Regelung des Netzes übertragenen Datenmenge abhängig, und die Optimierung begünstigt eine Minimierung dieser Datenmenge. The target function is advantageously dependent on an amount of data transmitted between the network components for regulating the network, and the optimization favors a minimization of this amount of data.
Auch dieses Kriterium führt zu einem möglichst lokal geregelten Netz. Zudem führt eine Reduktion der übertragenen Datenmenge bei einer vorgegebenen Fehlerrate zu einer geringeren absoluten Anzahl an Fehlern. Die Störungsrate im Gesamtnetz wird somit reduziert. This criterion also leads to a network that is regulated as locally as possible. In addition, a reduction in the amount of data transferred leads to a lower absolute number of errors for a given error rate. The disruption rate in the overall network is thus reduced.
Mit Vorteil ist die Zielfunktion von Kosten einer Anpassung zwischen dem vorhandenen Netz und dem zu schaffenden strukturierten Netz abhängig, und die numerische Optimierung begünstigt eine Minimierung dieser Kosten. Die Kosten der Anpassung schliessen Kosten für zusätzliche Netzkomponenten ein. The objective function is advantageously dependent on the costs of an adaptation between the existing network and the structured network to be created, and the numerical optimization favors a minimization of these costs. The costs of the adaptation include costs for additional network components.
Die Zielfunktion kann von weiteren Kriterien abhängig sein, z. B. von lokalen Preisen für die lokalen Funktionsgruppen (nodal pricing). Ein weiteres Optimierungskriterium kann die C02-Einsparung sein, wobei zu beachten ist, dass zusätzliche Aktoren, Sensoren, Rechenanlagen usw. eine zusätzliche C02-Last darstellen. In dieser Hinsicht ist das erfindungsgemässe Verfahren aufgrund der lokalen Verarbeitung von Sensordaten und der Reduktion von über weite Strecken übertragenen Daten ohnehin vorteilhaft gegenüber herkömmlichen zentralisierten Ansätzen. Die Erfindung kann damit auch eingesetzt werden, um durch optimalen Betriebsmitteleinsatz C02-Ziele zu erreichen. The objective function can depend on further criteria, e.g. B. Local prices for the local functional groups (nodal pricing). Another optimization criterion can be the C0 2 saving, it should be noted that additional actuators, sensors, computing systems, etc. represent an additional C0 2 load. In this regard, the method according to the invention is in any case advantageous over conventional centralized approaches due to the local processing of sensor data and the reduction of data transmitted over long distances. The invention can thus also be used to achieve CO 2 targets through optimal use of resources.
Mithilfe des erfindungsgemässen Verfahrens lässt sich bei Bedarf direkt auch die Anzahl der benötigten Funktionsgruppen gemäss der WO 2018/ 1 14404 A1 (BKW Energie AG) innerhalb vorgegebener Systemgrenzen minimieren. Ein computerimplementiertes Verfahren zum Betreiben eines Netzes zur Verteilung elektrischer Energie umfasst folgende Schritte: a) in einem ersten Netzgebiet, Betreiben einer Mehrzahl von lokalen, sich selbst regelnden Funktionsgruppen mit ersten Quellen, Lasten, Leitungen und/oder Sensor-, Schalt- oder Wandlerkomponenten, so dass jede der Funktionsgruppen zugeordnete Regelgrenzen für Spannungsqualitätsgrössen im Netz einhält; b) Betreiben zweiten Quellen, Lasten, Leitungen und/oder Sensor-, Schalt- oderWith the aid of the method according to the invention, the number of function groups required according to WO 2018/1 14404 A1 (BKW Energie AG) can also be directly minimized within specified system limits, if required. A computer-implemented method for operating a network for distributing electrical energy comprises the following steps: a) in a first network area, operating a plurality of local, self-regulating function groups with first sources, loads, lines and / or sensor, switching or converter components, so that each of the function groups complies with the control limits for voltage quality variables in the network; b) Operating second sources, loads, lines and / or sensor, switching or
Wandlerkomponenten eines zweiten Netzgebiets , so dass eine Gesamtvarianz von Spannungsqualitätsgrössen im zweiten Netzgebiet eingehalten wird; wobei c) das erste Netzgebiet eine erste Grösse hat und das zweite Netzgebiet eine zweite Grösse hat; und e) die Regelgrenzen der Funktionsgruppen und die erste Grösse so gewählt sind, dass unter Berücksichtigung der zweiten Grösse und der Gesamtvarianz vorgegebene Sollbetriebsbereichsgrenzen für das gesamte Netz aus erstem und zweitemConverter components of a second network area, so that an overall variance of voltage quality variables is maintained in the second network area; wherein c) the first network area has a first size and the second network area has a second size; and e) the control limits of the function groups and the first variable are selected so that, taking into account the second variable and the total variance, predetermined target operating range limits for the entire network of the first and second
Netzgebiet eingehalten sind. Network area are complied with.
Zur Selbstregelung umfassen die lokalen Funktionsgruppen Sensoren (z. B. Strom- oder Spannungssensoren), Aktoren (z. B. Schalt- oder Regeleinrichtungen für Erzeuger und/oder Lasten) und Steuermittel (Rechner bzw. Steuerungen). Mit Hilfe der Sensoren wird insbesondere geprüft, ob die zugeordneten Regelgrenzen eingehalten sind. DieFor self-regulation, the local functional groups include sensors (e.g. current or voltage sensors), actuators (e.g. switching or regulating devices for generators and / or loads) and control means (computers or controls). With the help of the sensors it is checked in particular whether the assigned control limits are adhered to. the
Steuermittel lösen in Abhängigkeit der von den Sensoren erfassten Daten derControl means solve depending on the data recorded by the sensors
Funktionsgruppe zugeordnete Aktionen zur Einhaltung der Regelgrenzen aus. Diese können insbesondere Regelaktionen durch Ansteuerung der genannten Aktoren sowie Kommunikationsaktionen zu neben- oder übergeordneten Funktionsgruppen oder Instanzen mit Hilfe geeigneter Kommunikationsmittel umfassen. Actions assigned to a function group to ensure compliance with the control limits. These can in particular include rule actions by controlling the aforementioned actuators as well as communication actions to secondary or superordinate function groups or entities with the help of suitable communication means.
Die Grössen der Netzgebiete lassen sich auf unterschiedliche Weise charakterisieren. Ein geeignetes Mass ist beispielsweise das durchschnittliche Gesamt-Stromaufkommen im entsprechenden Netzgebiet. Das zweite Netzgebiet soll nicht leer sein. Es ist zudem auch nicht wie das erste Netzgebiet strukturiert, d. h. es ist nicht aus lokalen Funktionsgruppen aufgebaut, die sich zur Einhaltung zugeordneter Regelgrenzen selbst regeln. Beim zweiten Netzgebiet handelt es sich insbesondere um ein vorhandenes Netz mit einer historisch gewachsenen Netztopologie. The sizes of the network areas can be characterized in different ways. A suitable measure is, for example, the average total electricity volume in the corresponding network area. The second network area should not be empty. In addition, it is not structured like the first network area, ie it is not made up of local function groups that regulate themselves to comply with assigned control limits. The second network area is, in particular, an existing network with a network topology that has evolved over time.
Spannungsqualitätsgrössen umfassen beispielsweise die Frequenz, die Netzspannung (Spannungshöhe bzw. -effektivwert) oder kurvenformbezogene Grössen, auch strombezogene Grössen können als Spannungsqualitätsgrössen herangezogen werden.Voltage quality variables include, for example, the frequency, the network voltage (voltage level or effective value) or curve-related variables; current-related variables can also be used as voltage quality variables.
Die Sollbetriebsbereichsgrenzen können mit Hilfe solcher Spannungsqualitätsgrössen definiert sein, wobei in der Regel Sollbereiche für mehrere solcher Grössen vorgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich können andere Kriterien herangezogen werden, z. B. maximale Ausfallquoten. The target operating range limits can be defined with the aid of such voltage quality variables, with target ranges being specified for several such variables as a rule. Alternatively or additionally, other criteria can be used, e.g. B. Maximum failure rates.
Grundsätzlich können im Rahmen des Betriebs die aktuelle Strukturierung des Netzes in das erste Netzgebiet und das zweite Netzgebiet und die Strukturierung des ersten Netzgebiets in lokale Funktionsgruppen periodisch oder laufend überprüft werden. So wird umgehend erkannt, ob aufgrund geänderter Rahmenbedingungen eine Änderung der Aufteilung in Netzgebiete bzw. der Zuordnung zu Funktionsgruppen und/oder eine Anpassung der Regelprozesse sinnvoll wären. Eine solche Änderung kann dann zu einem geeigneten Zeitpunkt umgesetzt werden. In principle, the current structure of the network in the first network area and the second network area and the structure of the first network area in local functional groups can be checked periodically or continuously during operation. In this way, it is immediately recognized whether a change in the division into network areas or the assignment to function groups and / or an adjustment of the control processes would be useful due to changed framework conditions. Such a change can then be implemented at an appropriate time.
Mit Vorteil wird eine Einhaltung der vorgegebenen Sollbetriebsbereichsgrenzen überwacht, und bei einer Nichteinhaltung der Sollbetriebsbereichsgrenzen wird mindestens eine Einrichtung zur Begrenzung einer der Funktionsgruppen zugeführten Leistung betätigt. Die Einrichtung kann Teil einer Funktionsgruppe bilden und die dieser Funktionsgruppe von aussen zugeführte Leistung begrenzen. Sie kann auch funktionsgruppenübergeordnet sein und die zugeführte Leistung zu mehreren Funktionsgruppen bis zum gesamten ersten Netzgebiet begrenzen. Compliance with the specified target operating range limits is advantageously monitored, and if the target operating range limits are not complied with, at least one device for limiting one of the power supplied to the functional groups is actuated. The facility can form part of a functional group and limit the external power supplied to this functional group. It can also be superordinate to function groups and limit the power supplied to several function groups up to the entire first network area.
Kurzfristig lässt sich überschüssige Leistung mittels Komponenten wie Widerstandsheizungen abführen. In etwas längeren Zeitskalen können auch Speicher (u.a. Ladeeinrichtungen, Supercaps und Batterien) zum Einsatz kommen. Mit Vorteil wird bei der Nichteinhaltung der Sollbetriebsbereichsgrenzen mindestens eine Schalteinrichtung zur Abkopplung des Netzes von über- und/oder nebengeordneten weiteren Netzen zur Verteilung elektrischer Energie und/oder mindestens eine Schalteinrichtung zum Abkoppeln eines Teils des zweiten Netzgebiets betätigt. Die Abkopplung erfolgt insbesondere dann, wenn die Massnahmen zur Leistungsbegrenzung an ihre Grenzen gelangen und auch mit solchen Massnahmen der regelkonforme Betrieb des Netzes nicht mehr gewährleistet werden kann. In the short term, excess power can be dissipated using components such as resistance heating. In somewhat longer time scales, storage devices (including charging devices, supercaps and batteries) can also be used. If the target operating range limits are not adhered to, at least one switching device for decoupling the network from higher-level and / or secondary networks for distributing electrical energy and / or at least one switching device for decoupling part of the second network area is advantageously actuated. The decoupling takes place in particular when the measures to limit power reach their limits and even with such measures, the compliant operation of the network can no longer be guaranteed.
Eine Abkopplung (Inselbetrieb) kann auch in anderen Situation sinnvoll sein, z. B. dann wenn eine Abführung von Energie nach aussen verhindert werden kann. Mit Hilfe der Schalteinrichtungen kann sichergestellt werden, dass die im Rahmen der Optimierung definierten bzw. erhaltenen Systemgrenzen auch stets eingehalten werden können. A decoupling (island operation) can also be useful in other situations, e.g. B. when a dissipation of energy to the outside can be prevented. With the help of the switching devices, it can be ensured that the system limits defined or maintained as part of the optimization can always be adhered to.
Ein erfindungsgemässes Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Strukturierung eines vorhandenen Netzes zur Verteilung von elektrischer Energie bzw. zum Betreiben des erfindungsgemässen Netzes ist derart angepasst, dass es ein entsprechendes Verfahren ausführt, wenn es auf einem Rechner zum Ablauf gebracht wird. Das Computerprogramm wird in der Regel mehrere Komponenten umfassen, die u. U. auf verschiedenen Prozessoren eines verteilten Rechnersystems ablaufen. A computer program according to the invention for carrying out the method according to the invention for structuring an existing network for distributing electrical energy or for operating the network according to the invention is adapted in such a way that it executes a corresponding method when it is run on a computer. As a rule, the computer program will comprise a number of components which, under certain circumstances, run on different processors of a distributed computer system.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung. Further advantageous embodiments and combinations of features of the invention emerge from the following detailed description and the entirety of the patent claims.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen: The drawings used to explain the exemplary embodiment show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Netzes zur Verteilung elektrischer Energie; Fig. 2A den Verlauf einer Spannungsqualitätsgrösse in einem Zeitraum im ersten1 shows a schematic representation of a network according to the invention for distributing electrical energy; 2A shows the course of a voltage quality variable in a period in the first
Netzgebiet und im zweiten Netzgebiet; und Network area and in the second network area; and
Fig. 2B den Verlauf der Spannungsqualitätsgrösse im Zeitraum im gesamten Netz.2B shows the course of the voltage quality variable over the period in the entire network.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In principle, the same parts are provided with the same reference symbols in the figures.
Wege zur Ausführung der Erfindung Ways of Carrying Out the Invention
Die Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Netzes 1 zur Verteilung elektrischer Energie. Es umfasst ein erstes Netzgebiet 10, das gemäss der Lehre der WO 2018/ 1 14404 A1 (BKW Energie AG) in acht sich weitgehend selbstregelnden Funktionsgruppen 1 1.1 ...8 strukturiert ist, und ein zweites Netzgebiet 20 ohne eine solche Strukturierung. Das Netz weist vier Verbindungsleitungen 2.1...4 zu neben-, über- bzw. untergeordneten weiteren Netzen auf. Eine Verbindungsleitung 2. 1 mündet aus der zweiten Funktionsgruppe 1 1.2, eine weitere Verbindungsleitung 2.2 mündet aus der siebten Funktionsgruppe 1 1.7, zwei weitere Verbindungsleitungen 2.3, 2.4 münden aus dem zweiten Netzgebiet 20. FIG. 1 is a schematic representation of a network 1 according to the invention for distributing electrical energy. It comprises a first network area 10, which is structured according to the teaching of WO 2018/1 14404 A1 (BKW Energie AG) in eight largely self-regulating function groups 1 1.1 ... 8, and a second network area 20 without such a structure. The network has four connecting lines 2.1 ... 4 to adjacent, superordinate or subordinate further networks. A connecting line 2.1 opens out from the second function group 1 1.2, another connecting line 2.2 opens out from the seventh function group 1 1.7, and two further connecting lines 2.3, 2.4 open out from the second network area 20.
Wie aus der WO 2018/ 1 14404 A1 bekannt, umfassen die Funktionsgruppen 1 1. 1 ...8 jeweils mehrere Elemente des Netzes und daran angeschlossene Komponenten, namentlich Quellen, Lasten, Leitungen, Sensor-, Schalt- und Wandlerkomponenten. Jede der Funktionsgruppen 1 1. 1...8 umfasst eine (durch ein Rechteck symbolisierte) Rechnereinheit 12.1 . . .8. Dabei kann es sich um eine unabhängige Einheit, einen an einer Komponente angeordneten dedizierten Mikroprozessor oder ein vorhandenes Element einer Komponente handeln. Ebenfalls in jeder der dargestellten Funktionsgruppen 1 1. 1 ...8 ist mindestens eine (hier nicht dargestellte) Sensoreinheit vorhanden, die eine oder mehrere relevante Grössen misst und an die entsprechende Rechnereinheit 12.1 ...8 übermittelt. In einigen der Funktionsgruppen 1 1. 1 ...8 sind zudem Aktoren vorhanden, mittels welchen ausgelöst von der jeweiligen Rechnereinheit 12.1 ...8 die Funktionsweise der jeweiligen Funktionsgruppe 1 1. 1 ...8 beeinflusst werden kann. Im dargestellten Beispiel sind fünf Funktionsgruppen 1 1.4...8 zu einem Cluster zusammengeschlossen. Dies bedeutet, dass nebst den lokalen Rechnereinheiten 12. ...8 noch eine Cluster-Rechnereinheit 13 vorhanden ist, welche zum Austausch von Signalen mit den lokalen Rechnereinheiten 12.4...8 verbunden ist. Die Rechnereinheiten 12.1 ...8 benachbarter Funktionsgruppen 1 1. 1 ...8 sind ebenfalls zum Austausch von Signalen miteinander verbunden und können beim Auslösen entsprechender Aktionen Informationen austauschen. Im dargestellten Beispiel bestehen folgende Verbindungen: Sowohl die Rechnereinheiten 12.1...3 der nicht dem Cluster angeschlossenen Funktionsgruppen 1 1.1 ...3 als auch die Cluster-Rechnereinheit 13 sind zudem mit einem Zentralrechner 3 verbunden. Dieser bildet eine Leitstelle, im Gegensatz zu herkömmlichen Netzen wird diese in Bezug auf das erste Netzgebiet aber nur noch ausnahmsweise benötigt, wenn die Funktionsgruppen ein Ereignis nicht selbst lösen können. Die dargestellten Verbindungen sind als Beispiele zu verstehen. Die Darstellung bedeutet nicht, dass (direkte) physische Verbindungen zwischen den genannten Komponenten bestehen müssen, der Datenaustausch kann über eine beliebige Netztopologie zwischen den Komponenten erfolgen. As known from WO 2018/1 14404 A1, the function groups 11.1 ... 8 each comprise several elements of the network and components connected to them, namely sources, loads, lines, sensor, switching and converter components. Each of the function groups 1 1. 1 ... 8 comprises a computer unit 12.1 (symbolized by a rectangle). . .8th. This can be an independent unit, a dedicated microprocessor attached to a component, or an existing element of a component. At least one sensor unit (not shown here) which measures one or more relevant variables and transmits them to the corresponding computer unit 12.1. In some of the function groups 11.1... 8 there are also actuators, by means of which, triggered by the respective computer unit 12.1. In the example shown, five function groups 1 1.4 ... 8 are combined to form a cluster. This means that in addition to the local computer units 12... 8 there is also a cluster computer unit 13 which is connected to the local computer units 12. The computer units 12.1 ... 8 of adjacent function groups 1 1. 1 ... 8 are also connected to one another for the exchange of signals and can exchange information when corresponding actions are triggered. In the example shown, the following connections exist: Both the computer units 12.1 ... 3 of the function groups 1 1.1 ... 3 not connected to the cluster and the cluster computer unit 13 are also connected to a central computer 3. This forms a control center, but in contrast to conventional networks, this is only required in exceptional cases in relation to the first network area if the function groups cannot resolve an event themselves. The connections shown are to be understood as examples. The representation does not mean that (direct) physical connections between the named components must exist, the data exchange can take place via any network topology between the components.
Wie in der WO 2018/ 1 14404 A1 im Detail dargestellt, können sich Funktionsgruppen über mehrere Netzebenen erstrecken und u. a. Wandler umfassen. As shown in detail in WO 2018/1 14404 A1, functional groups can extend over several network levels and Include transducers.
Um nun bei Bedarf einzelne Funktionsgruppen oder das ganze Netz von weiteren Netzen abkoppeln zu können, ist bei allen Verbindungsleitungen 2.1...4 jeweils eine Schalteinrichtung 14.2, 14.7, 24. 1, 24.2 angeordnet. Mit ihr lässt sich die Verbindung temporär trennen. Zwei Schalteinrichtungen 14.2, 14.7 sind jeweils der entsprechenden Funktionsgruppe 1 1.2, 1 1.7 zugeordnet und werden von der entsprechendenIn order to be able to decouple individual function groups or the entire network from other networks if necessary, a switching device 14.2, 14.7, 24.1, 24.2 is arranged in each of the connecting lines 2.1 ... 4. It can be used to temporarily disconnect the connection. Two switching devices 14.2, 14.7 are each assigned to the corresponding function group 1 1.2, 1 1.7 and are controlled by the corresponding
Rechnereinheit 12.2, 12.7 gesteuert. Zwei weitere Schalteinrichtungen 24.1, 24.2 im zweiten Netzgebiet werden direkt vom Zentralrechner 3 gesteuert. Computer unit 12.2, 12.7 controlled. Two further switching devices 24.1, 24.2 in the second network area are controlled directly by the central computer 3.
Jede der Funktionsgruppen 1 1. 1 ...8 repräsentiert einen Netzabschnitt (d. h. einen zusammenhängenden Bereich des Netzes mit zugeordneten Netzkomponenten), der bestimmte Eigenschaften hinsichtlich Messgrössen und Messbereich sowie gegebenenfalls Regelbarkeit aufweist. Jeder Funktionsgruppe 1 1. 1 ...8 sind Regelgrenzen, also Sollbereiche der zu regelnden Grössen, zugeordnet. Each of the function groups 11.1. Each function group 1 1. 1 ... 8 is assigned control limits, i.e. target ranges of the variables to be controlled.
Für den Sollbetrieb sind jeder der Funktionsgruppen 1 1. 1 ...8 Regeln, mögliche Aktionen und benötigte Informationen zugeordnet, um prüfen zu können, ob Auslösekriterien für die Aktionen erfüllt sind. Zur Definition der Regelgrenzen erfolgt eine Orientierung an bestehenden Komponenten und/oder an Normen (etwa maximal zulässiger Strom für ein Kabel) oder etwa - im Falle eines Neubaus - am Anschlusswesen und einer beantragten Maximalleistung. For the target operation, each of the function groups 1 1. 1 ... 8 are assigned rules, possible actions and required information in order to be able to check whether trigger criteria for the actions are met. To define the control limits, an orientation is based on existing components and / or standards (e.g. maximum permissible current for a cable) or - in the case of a new building - on the connection system and a requested maximum output.
Die Projektionen der zukünftigen Leistungen erfolgen etwa mit gängigen Verfahren der Netzplanung, insbesondere aber unter Einsatz von Simulationen und Modellierungen und Maschinenlernen. The projections of the future services are carried out with the usual methods of network planning, but in particular with the use of simulations and modeling and machine learning.
Jede Aktion umfasst eine oder mehrere Massnahmen, insbesondere die Aktivierung eines Aktors und/oder der Versand einer Meldung an andere Komponenten. Die Aktionen werden den einzelnen Funktionsgruppen zugeordnet. Falls Aktionen definiert sind, welche mehrere Funktionsgruppen betreffen, können Aktionen auch spezifischen Kombinationen von (miteinander verschalteten) Funktionsgruppen zugeordnet werden. Each action comprises one or more measures, in particular activating an actuator and / or sending a message to other components. The actions are assigned to the individual function groups. If actions are defined, which affect several function groups, actions can also be assigned to specific combinations of (interconnected) function groups.
In der nachfolgenden Tabelle sind beispielsweise Parameter für den Sollbetrieb in einem lokalen Verteilnetz aufgeführt. Die in der letzten Spalte aufgeführte Aktion wird jeweils durchgeführt, wenn der Betriebsbereich nicht eingehalten ist, also ein entsprechendes Auslösekriterium erfüllt wird: In the following table, for example, parameters for target operation in a local distribution network are listed. The action listed in the last column is carried out if the operating range is not maintained, i.e. a corresponding triggering criterion is met:
Einheit Parameter unterer oberer Aktion Unit parameter lower upper action
BetriebsBetriebsbereich bereich Operating area
Zähler PV mit Frequenz 49.5 Hz 50.5 Hz Pactive senken, ab 52 Hz vomLower counter PV with frequency 49.5 Hz 50.5 Hz P active , from 52 Hz from
Steuerausgang Netz trennen und Unterbrecher Disconnect control output from mains and breaker
Zähler PV mit Spannung 207 V 253 V Blindleistung beziehen, fallsDraw PV meter with voltage 207 V 253 V reactive power, if
Steuerausgang das nicht reicht, Leistung und Unterbrecher senken Control output that is not enough, lower power and breaker
Zähler PV mit Strom 0 A 100 A Vom Netz trennen/Tarif Steuerausgang ändern/Nachricht senden und Unterbrecher Meter PV with current 0 A 100 A Disconnect from the grid / change tariff control output / send message and breaker
Zähler PV mit Harmonisc 0 20 Anzahl der Steuerausgang he Überschreitungen und Unterbrecher speichern, falls mehr alsPV counter with Harmonisc 0 20 Save number of control output he exceedances and interrupters, if more than
10, Nachricht an10, message to
Netzbetreiber senden/Kurzschlusstrom- verstärker oder Filter zuschalten/Kunden kontaktieren und Tarif ändern Send network operator / switch on short-circuit current amplifier or filter / contact customer and change tariff
Einheit Parameter unterer oberer Regel AktionUnit parameter lower upper rule action
Betriebs- Betriebsbereich bereich Zähler bei Spannung, EN 50160 EN 50160 Aktion bei Spannung aufOperating area Counter with voltage, EN 50160 EN 50160 action with voltage
Kunden mit Strom 0 x Erhalt der niedrigsten moderatem, Zeitinfor- Wert nach zeitlich mation EN50160 begrenztem senken, fallsCustomers with electricity 0 x receive the lowest moderate, time informa- tion according to time-limited mation EN50160 lower, if
Lastlimit Überschreiten des LastlimitsLoad limit Exceeding the load limit
Zähler bei Strom 0 x Oberen Strom auf Kunden mit Betriebs- oberen Lastlimit bereich Betriebsbereich einhalten begrenzen Counter for current 0 x upper current limit to customers with upper operating load limit range comply with operating range
Weitere mögliche Aktionen umfassen beispielsweise die zeitliche Verschiebung des Betriebs von Verbrauchern oder des Ladens von Speichern bzw. die zeitliche Steuerung der Produktionsleistung von Produzenten bzw. des Entladens von Speichern. Die Kommunikation erfolgt in erster Priorität innerhalb einer gegebenen Funktionsgruppe, in zweiter Priorität zwischen Funktionsgruppen bzw. im Cluster und erst in dritter Priorität zum Zentralrechner, also zur Leitstelle. Further possible actions include, for example, the time shifting of the operation of consumers or the loading of stores or the time control of the production output of producers or the unloading of stores. Communication takes place in first priority within a given function group, in second priority between function groups or in the cluster and only in third priority to the central computer, i.e. to the control center.
Die Figur 2A zeigt den Verlauf einer Spannungsqualitätsgrösse in einem Zeitraum im ersten Netzgebiet und im zweiten Netzgebiet. Die Figur 2B zeigt den Verlauf der Spannungsqualitätsgrösse im Zeitraum im gesamten Netz. FIG. 2A shows the course of a voltage quality variable over a period of time in the first network area and in the second network area. FIG. 2B shows the course of the voltage quality variable over the period in the entire network.
Der Zustand eines Netzes zur Verteilung elektrischer Energie ist durch die zeitlichen Verläufe von Spannungsqualitätsgrössen, z. B. der phasenweisen Spannungen, phasenweisen Ströme und Phasen, definiert. Diese zeitlichen Verläufe lassen sich durch eine zeitabhängige vektorwertige Funktion F(t) abbilden mit Komponenten F,(t). In vorhandenen Netzen sind sowohl die Funktion F(t) als auch die Varianzen der einzelnen Komponentenfunktionen weitgehend unbekannt. Weil sich die Funktion F letztlich aus einer Vielzahl von Teilfunktionen für einzelne Komponenten des Verteilungsnetzes ergibt, zu denen keine vollständigen Informationen vorliegen, ist es in der Praxis auch schwierig, die Funktion F(t) zu reproduzieren. Mathematisch lässt sich somit das beschriebene System nicht vollständig erfassen. Ansätze, um das stochastische Verhalten berechenbarer zu machen, können dieses Grundproblem nur teilweise lösen, unter anderem weil das System nicht gänzlich abgeschlossen ist und somit die Anzahl und Charakteristik nicht von sämtlichen Teilfunktionen von F(t) bekannt ist. The state of a network for the distribution of electrical energy is determined by the temporal progression of voltage quality variables, e.g. B. the phased voltages, phased currents and phases defined. These time courses can be mapped by a time-dependent vector-valued function F (t) with components F, (t). In existing networks, both the function F (t) and the variances of the individual component functions are largely unknown. Because the function F ultimately results from a large number of sub-functions for individual components of the distribution network, for which no complete information is available, it is also difficult in practice to reproduce the function F (t). Mathematically, therefore, the system described cannot be fully grasped. Approaches to make the stochastic behavior more predictable can only partially solve this basic problem, among other things because the system is not completely closed and thus the number and characteristics of all partial functions of F (t) are not known.
Im Rahmen der Erfindung wird entsprechend vorgeschlagen, folgende Schritte durchzuführen: In the context of the invention, it is accordingly proposed to carry out the following steps:
1. Dem durch die Funktion F(t) charakterisierten Verteilnetz wird eine maximale erlaubte Varianz s(F(t)) zugeordnet, innerhalb derer die Versorgungssicherheit und/oder andere Optimierungsparameter im Rahmen eines vorgegebenen Vertrauensbereichs sichergestellt sind. Die entsprechend einzuhaltenden Parameter können sich aus einer rechtlichen Vorgabe ergeben, z. B. für die zulässigen Spannungs- und/oder Frequenzbereiche. Der entsprechende Sollbereich 35 für eine Komponente F, ist in den Figuren 2A, 2B dargestellt. Es ist anzumerken, dass die Zielgrösse und/oder die Breite des Sollbereichs je nach Spanungsqualitätsgrösse zeitlich variabel sein können. 1. A maximum permitted variance s (F (t)) is assigned to the distribution network characterized by the function F (t), within which the security of supply and / or other optimization parameters are ensured within a given confidence range. The parameters to be observed accordingly can result from a legal requirement, e.g. B. for the permissible voltage and / or frequency ranges. The corresponding setpoint range 35 for a component F is shown in FIGS. 2A, 2B. It should be noted that the target size and / or the width of the target range can vary over time depending on the cutting quality size.
2. Sei F(t) = k(t)+m(t), wobei k(t) alle Einrichtungen in einem ersten Netzgebiet erfasst, das gemäss WO 2018/ 1 14404 A1 (BKW Energie AG) durch selbstregelnde Funktionsgruppen strukturiert ist. Weil diesen Funktionsgruppen Regelgrenzen zugeordnet sind, lassen sich für k(t) verlässliche Aussagen zur Varianz treffen. m(t) erfasst ein zweites Netzgebiet, das nicht durch selbstregelnde Funktionsgruppen mit vorgegebenen Regelgrenzen strukturiert ist. Auf der Basis von historischen Daten und/oder Simulationen bzw. Modellrechnungen lässt sich m(t) eine erwartete maximale Varianz zuordnen. Die Gesamtvarianz s(F(t)) ergibt sich dann aus den Varianzen s(k(t)) und s(m(t)). In der Figur 2A sind der Verlauf 31 für die Spannungsqualitätsgrösse F, im ersten Netzgebiet und der Verlauf 32 für die Spannungsqualitätsgrösse F, im zweiten Netzgebiet dargestellt, wobei diese Verläufe auf der Annahme basieren, dass die einzelnen Netzgebiete unabhängig voneinander betrieben werden (also nicht miteinander gekoppelt sind). Ebenfalls dargestellt sind die entsprechenden Schwankungsbänder 33, 34. Es ist ersichtlich, dass in diesem Fall im zweiten Netzgebiet die Vorgaben (Sollbereich 35) nicht eingehalten werden. 2. Let F (t) = k (t) + m (t), where k (t) includes all facilities in a first network area that is structured by self-regulating function groups according to WO 2018/1 14404 A1 (BKW Energie AG). Because control limits are assigned to these function groups, reliable statements about the variance can be made for k (t). m (t) covers a second network area that is not structured by self-regulating function groups with specified control limits. An expected maximum variance can be assigned to m (t) on the basis of historical data and / or simulations or model calculations. The total variance s (F (t)) then results from the variances s (k (t)) and s (m (t)). FIG. 2A shows the curve 31 for the voltage quality variable F in the first network area and the curve 32 for the voltage quality variable F in the second network area, these curves being based on the assumption that the individual network areas are operated independently of one another (i.e. not with one another are coupled). Are also shown the corresponding fluctuation bands 33, 34. It can be seen that in this case the specifications (target area 35) are not complied with in the second network area.
3. Weil die Vorgaben im ersten Netzgebiet übererfüllt werden, ergibt sich bei einem3. Because the requirements in the first network area are exceeded, this results in one
Zusammenkoppeln der beiden Netzgebiete ein Verlauf 36 derCoupling the two network areas together a course 36 of the
Spannungsqualitätsgrösse F, im Gesamtnetz, der die Vorgaben gemäss Sollbereich 35 einhält (vgl. Figur 2B). Voltage quality variable F, in the overall network, which complies with the specifications according to target area 35 (see FIG. 2B).
4. Im Rahmen einer Optimierung lassen sich nun die k(t) und m(t) zugrundeliegenden Faktoren variieren, wobei als Randbedingung die Vorgaben gemäss Sollbereich 35, z. B. die maximal tolerierbare Schwankung der Frequenz und/oder (falls bekannt) der Leistung und/oder Spannungstoleranzbänder pro Netzebene, gesetzt sind. Zu den Faktoren zählen insbesondere die Zuordnung von Netzkomponenten zu Funktionsgruppen: Wenn weitere Netzkomponenten einer Funktionsgruppe zugeordnet werden, wird die Grösse des zweiten Netzgebiets kleiner, entsprechend sinkt die abgeschätzte Varianz (s(m(t)). Zudem lässt sich der Beitrag zur Varianz s(k(t)) des ersten Netzgebiets verlässlich berechnen. Weitere Variablen betreffen die den Funktionsgruppen zugeordneten Regelgrenzen, die Hinzufügung zusätzlicher Komponenten (Quellen, Lasten, Schalteinrichtungen usw.), die Erweiterung oder Einschränkung der Systemgrenzen usw. Optional wird gewissen Produktions- oder Verbrauchsleistungen (z. B. von Speicherkraftwerken, Wärmespeichern oder Batterien) eine zeitliche Flexibilität als Optimierungsgrösse zugewiesen. 4. As part of an optimization, the factors on which k (t) and m (t) are based can now be varied. B. the maximum tolerable fluctuation of the frequency and / or (if known) of the power and / or voltage tolerance bands per network level are set. The factors include, in particular, the assignment of network components to function groups: If further network components are assigned to a function group, the size of the second network area becomes smaller, and the estimated variance (s (m (t)) decreases accordingly. In addition, the contribution to the variance s Reliably calculate (k (t)) of the first network area. Other variables relate to the control limits assigned to the function groups, the addition of additional components (sources, loads, switching devices, etc.), the expansion or restriction of the system limits, etc. Certain production or consumption outputs are optional (e.g. from storage power plants, heat storage systems or batteries) a time flexibility is assigned as an optimization parameter.
Die Optimierung kann dabei zum Aufbau des Netzes dienen, d. h. ausgehend von einem bestehenden Netz, in dem noch keine lokalen selbstregelnden Funktionsgruppen definiert sind, oder zu dessen Weiterentwicklung, also ausgehend von einem Netz, das bereits (teilweise) entsprechend strukturiert ist. Dabei kann iterierend vorgegangen werden: Es wird mit einer Kernzelle begonnen. Ist das Ergebnis zufriedenstellend und lässt Spielraum zu, kann das Gebiet in einem weiteren Optimierungsschritt erweitert werden. The optimization can be used to build the network, i. H. starting from an existing network in which no local self-regulating function groups have yet been defined, or for its further development, i.e. starting from a network that is already (partially) structured accordingly. It can be proceeded in an iterative manner: It is started with a core cell. If the result is satisfactory and leaves room for maneuver, the area can be expanded in a further optimization step.
In einer erweiterten Ausführung können auch Simulationen und Modelle von Technologieentwicklungen wie Effizienzsteigerungen oder Kostendegressionen in einen Optimierungslauf eingebaut werden. In diesem Fall würde ein Lauf nicht ein Referenzjahr umfassen, sondern mehrere. Zur (numerischen) Optimierung im 4. Schritt wird eine Zielfunktion definiert. Sie beinhaltet die gewünschten Optimierungsparameter des Gesamtsystems. Die Optimierung kann im Hinblick auf folgende Optimierungsziele durchgeführt werden: a) Minimierung der Anzahl benötigter Funktionsgruppen; b) Nähe der Position der Funktionsgruppen zu vorgegebenen Positionen oder Gebieten; c) Minimierung der Kosten für einen stabilen Betrieb; d) Minimierung der Regelgrenzen bestehender Funktionsgruppen. In an extended version, simulations and models of technological developments such as efficiency increases or cost reductions can also be built into an optimization run. In this case, a run would not include one reference year, but several. For the (numerical) optimization in the 4th step, an objective function is defined. It contains the desired optimization parameters for the overall system. The optimization can be carried out with a view to the following optimization goals: a) Minimizing the number of required functional groups; b) Proximity of the position of the functional groups to predetermined positions or areas; c) minimizing the costs for stable operation; d) Minimizing the control limits of existing function groups.
Die entsprechenden Parameter können gegeneinander optimiert werden. Die Gewichtung ist abhängig von den Zielen des Nutzers, in der Regel ein Energieversorger, dessen regulatorischen Möglichkeiten, der Wichtigkeit ökonomischer Faktoren und geographischer Limitierungen, falls vorhanden. The corresponding parameters can be optimized against each other. The weighting depends on the goals of the user, usually an energy supplier, its regulatory options, the importance of economic factors and geographical limitations, if any.
Nebst der erwähnten Randbedingung für die Netzstabilität können u. a. folgende Randbedingungen in die Optimierung einfliessen: a) Beschränkungen der übertragbaren Leistungen, z. B. aufgrund von Kabelquerschnitten; b) maximal erlaubte Signalübertragungszeit und resultierend maximal mögliche Distanz zwischen Funktionsgruppen untereinander, um miteinander kommunizieren und bei Bedarf Schalthandlungen, Regeleingriffe oder Handelstransaktionen durchführen zu können; c) maximal erlaubte Signal Übertragungszeit, daraus resultierend die maximal mögliche Distanz zwischen einem, mehreren, oder allen Funktionsgruppen und einer anderen Einheit, wie etwa dem Zentralrechner, um miteinander zu kommunizieren und bei Bedarf Schalthandlungen, Regeleingriffe oder Handelstransaktionen durchführen zu können; d) zeitliche Einschränkungen, etwa für Leistungsverschiebungen oder -begrenzungen; e) geographische/topologische Bedingungen (Ausschluss bestimmter Gebiete oder Festlegung bestimmter Gebiete als Funktionsgruppen); f) ökonomische Kriterien; g) regulatorische Kriterien. In addition to the above-mentioned boundary conditions for network stability, the following boundary conditions can be included in the optimization: a) Limitations on the transferable power, e.g. B. due to cable cross-sections; b) the maximum permitted signal transmission time and the resulting maximum possible distance between functional groups in order to be able to communicate with one another and, if necessary, to carry out switching operations, control interventions or trading transactions; c) maximum permitted signal transmission time, resulting from this the maximum possible distance between one, several, or all function groups and another unit, such as the central computer, in order to be able to communicate with one another and, if necessary, to carry out switching operations, control interventions or trading transactions; d) Time restrictions, e.g. for postponements or limitations of services; e) geographical / topological conditions (exclusion of certain areas or definition of certain areas as functional groups); f) economic criteria; g) regulatory criteria.
Regelvorgänge beinhalten letztlich die Ermittlung einer oder mehrerer Messgrössen, die Verarbeitung zur Bestimmung der zu treffenden Aktion(en) und die Durchführung der Aktion bis zur Beeinflussung der Regelgrösse. Je nach Komplexität des Regelvorgangs, der Verteilung der beteiligten Komponenten im Netz und dem Zeitbedarf für die Verarbeitung der Messgrössen ergibt sich eine gewisse Signalübertragungszeit. Die maximalen Signalübertragungszeiten müssen nicht für alle Regelvorgänge dieselben sein, weil gewisse Regelungen schneller erfolgen müssen als andere, wenn der Betrieb des Netzes nicht negativ beeinflusst werden soll. Durch einen Vergleich mit den physikalisch möglichen kleinsten Informationslatenzzeiten, können aber bestimmte Szenarien unmittelbar eliminiert werden, die mit den geforderten Kommunikationszeiten (unter Berücksichtigung der Latenzzeiten) nicht vereinbar sind, z. B. die Echtzeitsteuerung eines Smart Grid mittels Smart Metern, wenn "Echtzeit" im Sekundenbereich liegt oder wenn die Datenübertragung nur einmal täglich stattfindet (z. B. vom Haushaltszähler) und "Echtzeit" maximal 10 min bedeutet. Control processes ultimately include the determination of one or more measured variables, the processing to determine the action (s) to be taken and the implementation of the action up to influencing the controlled variable. Depending on the complexity of the control process, the distribution of the components involved in the network and the time required for processing the measured variables, there is a certain signal transmission time. The maximum signal transmission times do not have to be the same for all control processes, because certain controls have to take place faster than others if the operation of the network is not to be negatively affected. However, by comparing with the physically possible smallest information latency times, certain scenarios can be eliminated immediately that are not compatible with the required communication times (taking into account the latency times), e.g. For example, real-time control of a smart grid using smart meters when "real-time" is in the seconds range or when data is only transmitted once a day (e.g. from the household meter) and "real-time" means a maximum of 10 minutes.
Mit Hilfe geeigneter Randbedingungen lässt sich somit u. a. sicherstellen, dass das im Rahmen der Optimierung gefundene Netz auch physikalisch funktionieren kann, indem auszugleichende Leistungen im benötigten Zeitrahmen und ohne die Überlastung von Leitungen (und allenfalls weiterer Komponenten) übertragen werden können. Gerade in der Spannungshaltung können strategisch positionierte Funktionsgruppen essentiell sein. Es genügt somit u. U. nicht, nur die Gesamtvarianz innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zu halten. Mithilfe der erwähnten technischen Randbedingungen ergeben sich in solchen Fällen im Rahmen der Optimierung Bereiche im System, in denen mindestens eine selbstregelnde Funktionsgruppe angeordnet sein soll. With the help of suitable boundary conditions, inter alia ensure that the network found as part of the optimization can also function physically, in that the services to be compensated can be transmitted in the required time frame and without overloading lines (and possibly other components). Strategically positioned functional groups can be essential when it comes to maintaining tension. It may therefore not be sufficient to just keep the total variance within a given range. With the help of the technical boundary conditions mentioned, areas in the system in which at least one self-regulating function group should be arranged arise in the course of optimization in such cases.
Damit die Optimierung stattfinden kann, werden also folgende Informationen bereitgestellt: a) Topologische Informationen des Netzes innerhalb der initialen oder maximalen Systemgrenzen, etwa in Form eines Netzplans, inklusive Netzkomponenten und allenfalls vorhandene Schalteinrichtungen; solche Informationen können z. B. aus einem netzbezogenen Geografischen Informationssystem (GIS) bezogen werden; b) Angaben zu den Systemgrenzen - die entsprechende Auswahl kann in an sich bekannter Weise über eine grafische Schnittstelle erfolgen, z. B. indem die zu berücksichtigenden Teile des Netzes angewählt bzw. nicht zu berücksichtigendeSo that the optimization can take place, the following information is provided: a) Topological information of the network within the initial or maximum system limits, for example in the form of a network plan, including network components and possibly existing switching devices; such information can e.g. B. obtained from a network-related geographical information system (GIS); b) Information on the system limits - the corresponding selection can be made in a manner known per se via a graphical interface, e.g. B. by selecting the parts of the network to be taken into account or those parts not to be taken into account
Teile abgewählt werden; auch eine Beschränkung auf gewisse Netzebenen ist möglich; c) Anzahl und Eigenschaften der im Netz bereits vorhandenen selbstregelnden Funktionsgruppen (inklusive Grössenangaben, z. B. eine zeitliche Bilanzsumme der Leistung in einem Referenzzeitraum sowie Regelgrenzen); d) pro Funktionsgruppe: zeitlicher Verlauf des Stroms (bilanziell oder über drei Phasen) über eine gewählte Referenzzeit, z.B. ein Jahr, Spannung (bilanziell oder über drei Phasen) über eine gewählte Referenzzeit, z.B. ein Jahr; alternativ elektrische Leistung (bilanziell oder über drei Phasen) über eine gewählte Referenzzeit, z.B. ein Jahr; e) maximal erlaubte Toleranzen, z. B. in Bezug auf die Frequenz und/oder Spannung, generell oder an bestimmten Netzpositionen; f) Umfeldinformation und Gewichtungsfaktoren: technische Faktoren, Kosten für Technologien, Energiepreise, Stromtarife, sonstige wirtschaftliche Faktoren. Parts are deselected; A restriction to certain network levels is also possible; c) the number and characteristics of the self-regulating function groups already present in the network (including size information, e.g. a temporal balance sheet total of the service in a reference period as well as control limits); d) per function group: temporal course of the current (on balance or over three phases) over a selected reference time, e.g. one year, voltage (on balance or over three phases) over a selected reference time, e.g. one year; alternatively electrical power (on balance or over three phases) over a selected reference time, e.g. one year; e) maximum permitted tolerances, e.g. B. in relation to the frequency and / or voltage, in general or at certain network positions; f) Environment information and weighting factors: technical factors, costs for technologies, energy prices, electricity tariffs, other economic factors.
Für die Erzeugung der zeitlichen Verläufe können historische Daten aus Produktion und Verbrauch verwendet werden oder Daten aus Modellen und Simulationen, die etwa einen Generatortyp und den lokal typischen Verlauf einer Umweltgrösse modellieren oder einen Verbrauchertyp. Physikalische Begrenzungen, z. B. aufgrund installierter Transformatoren oder Produktionsanlagen können ebenfalls in die Abschätzung einfliessen. In einer bevorzugten Ausführung werden Modelle mit historischen Daten und Maschinenlernen zu Referenzprofilen verknüpft und bei Bedarf genauer adjustiert, etwa mittels eines Produktions- oder Verbrauchsprofils, das an regionale Gegebenheiten und Gewohnheiten angepasst ist. Dies kann für den Verbrauch etwa Feiertage oder Arbeitszeiten und Pausengewohnheiten umfassen sowie für die Produktion eine maximal mögliche Photovoltaikproduktion anhand von Globalstrahlungsdaten und verfügbaren Flächen sowie deren Orientierung. Historical data from production and consumption or data from models and simulations that model, for example, a generator type and the locally typical course of an environmental variable or a consumer type can be used to generate the time courses. Physical limitations, e.g. B. due to installed transformers or production facilities can also be included in the estimate. In a preferred embodiment, models with historical data and machine learning are linked to form reference profiles and, if necessary, adjusted more precisely, for example by means of a production or consumption profile that is adapted to regional conditions and habits. For consumption, this can include holidays or working hours and break habits, as well as a maximum possible for production Photovoltaic production based on global radiation data and available areas as well as their orientation.
Mit Hilfe statistischer Verfahren wie etwa Einsatz der Theorie der Stichprobe kann die Güte dieser Schätzungen auf ihre Zuverlässigkeit als "historisches Toleranzband" weiter verfeinert und implementiert werden. With the help of statistical methods such as the use of sample theory, the quality of these estimates can be further refined and implemented in terms of their reliability as a "historical tolerance band".
Zur Optimierung geeignet sind gängige numerische Optimierungsverfahren, z. B. Simplex oder Innere-Punkte-Verfahren. Aufgrund der vielen Freiheitsgrade ist die numerische Optimierung rechenaufwendig. Weil sie nicht den laufenden Betrieb des Netzes bestimmt, sondern dessen Struktur, ist der Optimierungsschritt aber nicht zeitkritisch. Der Rechenaufwand kann limitiert werden, indem die betrachteten oder maximalen Systemgrenzen reduziert werden oder indem auf gewisse Freiheitsgrade (z. B. in Bezug auf die bestehenden Funktionsgruppen oder in Bezug auf Massnahmen, die per se mit hohen Umsetzungskosten verbunden sind) verzichtet wird. Common numerical optimization methods are suitable for optimization, e.g. B. Simplex or interior point method. Due to the many degrees of freedom, numerical optimization is computationally expensive. Because it does not determine the ongoing operation of the network, but its structure, the optimization step is not time-critical. The computational effort can be limited by reducing the observed or maximum system limits or by foregoing certain degrees of freedom (e.g. with regard to the existing functional groups or with regard to measures that are per se associated with high implementation costs).
Aus der Optimierung gehen u. a. folgende Grössen hervor: a) Anzahl der selbstregelnden Funktionsgruppen, Angaben zur entsprechenden Zuordnung der Netzkomponenten; b) Kosten, die mit der Strukturierung und/oder dem Betrieb des Netzes verbunden sind; c) die vorzugebenden erlaubten Toleranzbänder der Funktionsgruppen; d) nötige Kommunikations-, Steuer- und Regeleinheiten in Funktionsgruppen, zentralen Steuereinheiten und an den Systemgrenzen. From the optimization go, inter alia. the following variables stand out: a) Number of self-regulating function groups, information on the corresponding assignment of network components; b) costs associated with structuring and / or operating the network; c) the permitted tolerance bands to be specified for the functional groups; d) necessary communication, control and regulation units in function groups, central control units and at the system boundaries.
Je nach Zielsetzung kann das erfindungsgemässe Verfahren zum Strukturieren auf unterschiedliche Weise eingesetzt werden: Depending on the objective, the method according to the invention for structuring can be used in different ways:
1. Wenn ein Energieversorger sich beispielsweise vor den Kettenreaktionen unvorhergesehener Grossereignisse im Netz schützen möchte, wird er ein System anstreben, bei dem im Notfall ein Inselbetrieb möglich ist. Gleichzeitig sollen die Kosten der Anpassungen jedoch minimiert werden. Ausgehend von einem Netz, das bereits über einige Funktionsgruppen verfügt, werden im Rahmen der Optimierung strategisch wichtige Funktionsgruppen lokalisiert, die zugebaut werden. Diesen Funktionsgruppen werden besonders enge Toleranzbänder zugeordnet, um die Zahl der Funktionsgruppen niedrig zu halten. Die Leitstelle wird mit einer Kommunikationsschnittstelle zu ausgewählten Funktionsgruppen ausgerüstet. Die Leitungen der Systemgrenzen werden mit Kommunikations- und Steuertechnik nachgerüstet. Einige Funktionsgruppen werden mit Kommunikations-, Steuer- und Regeltechnik ausgerüstet. 1. If an energy supplier wants to protect itself, for example, from the chain reactions of unforeseen major events in the network, it will strive for a system that allows isolated operation in an emergency. At the same time, however, the cost of the adjustments should be minimized. Starting from a network that already has some function groups, strategically important function groups that are built on are localized as part of the optimization. Particularly narrow tolerance bands are assigned to these functional groups in order to keep the number of functional groups low. The control center will be equipped with a communication interface to selected function groups. The lines of the system boundaries are retrofitted with communication and control technology. Some functional groups are equipped with communication, control and regulation technology.
2. Wenn ein Energieversorger primär seinen Handel, insbesondere mit regenerativer Energie, optimieren und planbarer gestalten will, wird er anstreben, dass Handelskontingente frühzeitig bekannt und zuverlässig verfügbar sind. 2. If an energy supplier primarily wants to optimize its trading, especially with renewable energy, and make it more predictable, it will strive for trading quotas to be known at an early stage and reliably available.
Ausgehend von einem Netz, das bereits über einige Funktionsgruppen verfügt, werden im Rahmen der Optimierung die Anzahl und Natur der noch benötigten Funktionsgruppen zum Erlangen stabiler Handelsprognosen identifiziert. Eine zentrale oder dezentrale Steuereinrichtung (z. B. die Leitstelle oder eine vergleichbare Einrichtung) wird mit einer Kommunikations-Schnittstelle zu ausgewählten Funktionsgruppen ausgerüstet. Der Handel wird mit einer Kommunikations-Schnittstelle zu ausgewählten Funktionsgruppen und/oder der Steuereinrichtung ausgerüstet. Einige oder alle Funktionsgruppen werden mit Kommunikations-, Steuer- und Regeltechnik ausgerüstet. Starting from a network that already has a number of functional groups, the number and nature of the functional groups still required to obtain stable trade forecasts are identified as part of the optimization. A central or decentralized control device (e.g. the control center or a comparable device) is equipped with a communication interface to selected function groups. The trade will be equipped with a communication interface to selected function groups and / or the control device. Some or all of the functional groups are equipped with communication, control and regulation technology.
Beim Betreiben des erfindungsgemässen Netzes regeln sich die einzelnen Funktionsgruppen des ersten Netzgebiets soweit wie möglich selbst. Wenn dies im Rahmen einer Funktionsgruppe nicht mehr möglich ist, ohne die Regelgrenzen zu verletzen, erfolgt ausgehend von der Funktionsgruppe die Kommunikation mit anderen Funktionsgruppen und/oder übergeordneten Stellen nach einem vorgegebenen Schema mit mehreren Eskalationsstufen. Für verschiedene Funktionsgruppen können unterschiedliche Schemata vorgegeben sein. In der Praxis sind insbesondere die physikalischen Grenzen in Bezug auf die Signallaufzeiten zu berücksichtigen. Bei der Zusammenfassung mehrerer Funktionsgruppen zu einem Cluster (virtuelle Funktionsgruppe) erfolgt die Regelung in erster Priorität innerhalb der einzelnen Funktionsgruppen, in zweiter Priorität innerhalb des Clusters und erst in dritter Priorität, wenn eine gegenseitige Kompensation unter den Cluster-Funktionsgruppen nicht mehr möglich ist, unter Mitwirkung weiterer Funktionsgruppen oder Komponenten. When operating the network according to the invention, the individual function groups of the first network area regulate themselves as far as possible. If this is no longer possible within a function group without violating the control limits, communication with other function groups and / or higher-level bodies takes place starting from the function group according to a given scheme with several escalation levels. Different schemes can be specified for different function groups. In practice, the physical limits in relation to the signal propagation times must be taken into account. When several function groups are grouped together to form a cluster (virtual function group), the regulation takes place in first priority within the individual function groups, in second priority within the cluster and only in third priority if mutual compensation among the cluster function groups is no longer possible under Involvement of other functional groups or components.
Ein Auslösekriterium wird in seiner einfachsten Form durch einen vorgegebenen Wert einer Grösse gebildet und durch eine Angabe, ob das Kriterium erfüllt ist, wenn der Wert einer Eingangsgrösse (z. B. einer Messgrösse) über- bzw. unterschritten ist. Ein Auslösekriterium kann aber auch durch eine Bereichsangabe definiert sein oder auf einer komplexeren Funktion beruhen, die insbesondere auch logische (boolesche) Operatoren einschliesst. Ein Auslösekriterium kann sich auf einen aktuellen Wert der Eingangsgrösse oder mehrerer Eingangsgrössen beziehen, oder es wird ein gewisses vergangenes Zeitintervall berücksichtigt. Auslösekriterien können zudem nicht nur von den der jeweiligen Regelgrenze zugeordneten Grössen abhängig sein, sondern auch von einer Änderungsrate solcher Grössen (also namentlich der zeitlichen Ableitung). So kann ein schneller Anstieg oder ein schnelles Absinken einer Grösse bereits anzeigen, dass Flandlungsbedarf besteht, bevor die Regelgrenzen erreicht werden. In its simplest form, a trigger criterion is formed by a specified value of a variable and by specifying whether the criterion is met when the value of an input variable (e.g. a measured variable) is exceeded or not reached. A trigger criterion can, however, also be defined by specifying a range or be based on a more complex function, which in particular also includes logical (Boolean) operators. A trigger criterion can relate to a current value of the input variable or several input variables, or a certain past time interval is taken into account. Trigger criteria can also be dependent not only on the variables assigned to the respective control limit, but also on a rate of change of such variables (i.e. the time derivative). A rapid increase or rapid decrease in a variable can indicate that there is a need for action before the control limits are reached.
Wenn beispielsweise die Funktionsgruppe A über zu wenig Leistung aufgrund eines ungewöhnlich hohen Aufkommens von Elektroautos und unterdurchschnittlicher PV- Produktion verfügt, sendet eine lokale Rechnereinheit der Funktionsgruppe A ein Anfragesignal an die lokale Rechnereinheit der benachbarten Funktionsgruppe B. Die Funktionsgruppe B übermittelt die kurz und mittelfristig verfügbare Leistung. Auf Anforderung der Funktionsgruppe A gibt sodann die Funktionsgruppe B die kurzfristig benötigte Leistung frei. Die Funktionsgruppe A nimmt die Leistung ab. Da die Leistung mittelfristig nicht deckend ist, sendet die Funktionsgruppe B ein Signal an eine Kommunikationsschnittstelle einer virtuellen Funktionsgruppe C. Diese wird durch den Verbund der Funktionsgruppen D-G gebildet, deren Funktionsgruppe E u. a. eine grössere Wasserkraftanlage enthält. Die Kommunikationsschnittstelle der virtuellen Funktionsgruppe C sendet ein Signal an die Funktionsgruppe E, enthaltend u. a. die benötigte Produktionsleistung den erwarteten Zeitraum. Die Funktionsgruppe E bestätigt an die Kommunikationsschnittstelle, diese an die Funktionsgruppe A und/oder B. Die Funktionsgruppe A nimmt letztlich die Leistung ab. If, for example, function group A has too little power due to an unusually high volume of electric cars and below-average PV production, a local computer unit of function group A sends a request signal to the local computer unit of neighboring function group B. Function group B transmits the short and medium-term availability Power. At the request of function group A, function group B then releases the service required at short notice. Function group A decreases the performance. Since the service is not sufficient in the medium term, function group B sends a signal to a communication interface of a virtual function group C. This is formed by the network of function groups DG, whose function group E includes a larger hydropower plant. The communication interface of the virtual function group C sends a signal to the function group E containing, among other things, the required production output and the expected time period. Function group E confirmed to the communication interface, this to function group A and / or B. Function group A ultimately decreases the performance.
In einem anderen Szenario ist im Gebiet der Funktionsgruppe A durch einen Sturm ein Leitungsmast zerstört worden. Die Funktionsgruppe A erkennt dies als Störung und setzt einen Notruf an eine übergeordnete Leitstelle zur Disposition eines Monteurs ab. Gleichzeitig fordert die Funktionsgruppe A die weg gefallene Leistung von der benachbarten Funktionsgruppe B auf höchster Prioritätsstufe an. Die Funktionsgruppe B erweitert ihren Toleranzbereich bis zu einem maximal zulässigen Wert und regelt ihre regelbaren Lasten, Speichereinheiten und Produktionsanlagen so, dass die benötigte Leistung abgegeben werden kann. Weil letztlich innerhalb der Funktionsgruppen A und B nicht alle angeforderte Leistung bereitgestellt werden kann bzw. einzelne (unkritische) Verbraucher ausgeschaltet bzw. zurückgeregelt werden müssen, senden sowohl die lokale Rechnereinheit der Funktionsgruppe A als auch die lokale Rechnereinheit der Funktionsgruppe B ein Signal an eine Kommunikationszentrale oder an eine lokal hinterlegte Liste, damit die Kunden über eine Störung mit leichten Beeinträchtigungen informiert werden. In another scenario, a line mast was destroyed in the area of function group A by a storm. Function group A recognizes this as a malfunction and sends an emergency call to a higher-level control center so that a fitter can dispose of it. At the same time, function group A requests the lost power from neighboring function group B at the highest priority level. Function group B extends its tolerance range up to a maximum permissible value and regulates its controllable loads, storage units and production systems in such a way that the required power can be delivered. Because ultimately not all of the requested power can be provided within function groups A and B or individual (non-critical) consumers have to be switched off or regulated back, both the local computer unit of function group A and the local computer unit of function group B send a signal to a communication center or to a locally stored list so that customers are informed of a malfunction with minor impairments.
Basierend auf dem erfindungsgemässen Verfahren zum Strukturieren des Netzes kann auch ein Betrieb erfolgen, dessen Systemgrenzen je nach Betriebssituation variieren. Ist es etwa für einen Energieversorger zu teuer, sofort das gesamte Netz nach dem vorliegenden Patent zu planen und zu betreiben, kann mit einem Kerngebiet begonnen werden, das aus selbstregelnden Funktionsgruppen besteht und bei Bedarf physisch vom Rest des Gebietes trennbar ist. Based on the method according to the invention for structuring the network, an operation can also take place, the system boundaries of which vary depending on the operating situation. If, for example, it is too expensive for an energy supplier to plan and operate the entire network immediately according to the present patent, a core area can be started which consists of self-regulating functional groups and can be physically separated from the rest of the area if necessary.
Neben dem Kerngebiet können Übergangszonen bestehen, die teilweise bereits stabilitätsoptimiert wurden, aber noch nicht in der Lage sind, vollständig autark betrieben werden zu können. Für solche Übergangszonen können bedarfsweise Anteile von m(t) bzw. s(m(t)) präziser abgeschätzt werden, so dass die abgeschätzte Varianz s(m(t)) reduziert wird. In addition to the core area, there may be transition zones, some of which have already been optimized for stability, but are not yet able to be operated completely independently. For such transition zones, proportions of m (t) or s (m (t)) can be estimated more precisely, if necessary, so that the estimated variance s (m (t)) is reduced.
In der Regel wird es nötig sein, das optimierte und betriebene Gebiet von angrenzenden herkömmlich betriebenen Netzen abzukoppeln, wenn diese den definierten Sollbetrieb gefährden und stabilisierende Massnahmen innerhalb der im Rahmen der Optimierung betrachteten Systemgrenzen nicht ausreichen. Dazu dienen die Schalteinrichtungen 14.2, 14.7, 24.1, 24.2 (siehe Figur 1), die automatisiert oder gegebenenfalls nach Erhalt einer entsprechenden Empfehlung des Systems manuell betätigt werden, und/oder Steuer- und Regeleinrichtungen. Sind diese schon vorhanden, wird im Rahmen der Optimierung geprüft, ob Ergänzungen nötig sind, etwa durch Kommunikationsanbindungen. Andernfalls sind die Art, Zahl und Dimensionierung der vorhandenen Trennschalter, Steuer- und Regeleinrichtungen Ausgangsgrössen. As a rule, it will be necessary to decouple the optimized and operated area from adjacent, conventionally operated networks if they meet the defined target operation endangered and stabilizing measures within the system boundaries considered in the context of optimization are not sufficient. The switching devices 14.2, 14.7, 24.1, 24.2 (see FIG. 1), which are automatically or, if necessary, manually actuated after receiving a corresponding recommendation from the system, and / or control and regulating devices, are used for this purpose. If these are already available, a check is made as part of the optimization to determine whether additions are necessary, for example through communication connections. Otherwise the type, number and dimensioning of the existing disconnectors, control and regulating devices are the starting parameters.
In einem entsprechenden Szenario treten in einem Netz durch Einflüsse ausserhalb der Systemgrenzen des optimierten Systems Störungen auf, so dass die nötigen Toleranzen in Phase, Frequenz, Spannung oder Leistung nicht mehr eingehalten werden können. Massive Geräteschäden, Produktionsverluste, Ausfälle kritischer Infrastrukturen oder ein Black Out drohen. Mehrere Funktionsgruppen übermitteln an die Leitstelle und/oder untereinander Signale über die Verletzungen der Toleranzgrenzen. Sobald eine Funktionsgruppe bzw. die Leitstelle einen bestimmten kritischen Wert erhalten oder berechnet haben, wird ein Steuer- oder Regelbefehl zur Leistungsregelung oder Abkopplung an einige oder alle Systemgrenzen gesandt und ausgeführt. In a corresponding scenario, interference occurs in a network due to influences outside the system limits of the optimized system, so that the necessary tolerances in phase, frequency, voltage or power can no longer be adhered to. There is a risk of massive equipment damage, production losses, failure of critical infrastructures or a blackout. Several function groups transmit signals to the control center and / or to each other about violations of the tolerance limits. As soon as a function group or the control center has received or calculated a certain critical value, a control or regulation command for power regulation or decoupling is sent to some or all of the system limits and executed.
Analog kann im Rahmen des Betriebs des erfindungsgemässen Netzes im Hinblick auf die Kosten- bzw. Handelsoptimierung auch eine preisgeführte Leistungsfreigabe sowie Produktions- und Ladesteuerung erfolgen. Similarly, in the context of the operation of the network according to the invention, with a view to optimizing costs or trade, a price-controlled release of services as well as production and charging control can also take place.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung ein systematisch durchführbares Verfahren zur Strukturierung eines Netzes zur Verteilung elektrischer Energie schafft, das vorgegebenen Rahmenbedingungen individuell anpassbar ist, und weiter ein Verteilnetz mit hoher Versorgungssicherheit und ein Verfahren zum Betreiben desselben. In summary, it can be stated that the invention creates a systematically feasible method for structuring a network for distributing electrical energy, which can be individually adapted to the given framework conditions, and also a distribution network with high security of supply and a method for operating the same.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Netz zur Verteilung elektrischer Energie, umfassend a) ein erstes Netzgebiet, bestehend aus einer Mehrzahl von lokalen, sich selbst regelnden Funktionsgruppen mit ersten Quellen, Lasten, Leitungen und/oder Sensor-, Schalt- oder Wandlerkomponenten, wobei jede der Funktionsgruppen zur Einhaltung zugeordneter Regelgrenzen für Spannungsqualitätsgrössen im Netz ausgebildet ist und wobei das erste Netzgebiet eine erste Grösse hat; b) ein zweites Netzgebiet mit zweiten Quellen, Lasten, Leitungen und/oder Sensor-, Schalt- oder Wandlerkomponenten, wobei dem zweiten Netzgebiet eine abgeschätzte Gesamtvarianz der Spannungsqualitätsgrössen zugeordnet ist und wobei das zweite Netzgebiet eine zweite Grösse hat; wobei die Regelgrenzen der Funktionsgruppen und die erste Grösse so gewählt sind, dass unter Berücksichtigung der zweiten Grösse und der abgeschätzten Gesamtvarianz vorgegebene Sollbetriebsbereichsgrenzen für das gesamte Netz eingehalten sind. 1. Network for the distribution of electrical energy, comprising a) a first network area, consisting of a plurality of local, self-regulating function groups with first sources, loads, lines and / or sensor, switching or converter components, each of the function groups for compliance associated control limits for voltage quality variables is formed in the network and wherein the first network area has a first variable; b) a second network area with second sources, loads, lines and / or sensor, switching or converter components, the second network area being assigned an estimated total variance of the voltage quality parameters and the second network area having a second size; The control limits of the function groups and the first variable are selected in such a way that, taking into account the second variable and the estimated total variance, predetermined target operating range limits are maintained for the entire network.
2. Netz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschätzte Gesamtvarianz einen zu erwartenden Netzbetrieb während einer Zeitdauer von mindestens einem Jahr abdeckt. 2. Network according to claim 1, characterized in that the estimated total variance covers an expected network operation for a period of at least one year.
3. Netz nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens eine Schalteinrichtung, um das Netz von über- und/oder nebengeordneten weiteren Netzen zur Verteilung elektrischer Energie abzukoppeln. 3. Network according to claim 1 or 2, characterized by at least one switching device to decouple the network from higher-level and / or secondary networks for distributing electrical energy.
4. Netz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Ausdehnung der Funktionsgruppen so gewählt ist, dass eine maximale Signallaufzeit innerhalb der Funktionsgruppen eingehalten ist. 4. Network according to one of claims 1 to 3, characterized in that a maximum extent of the functional groups is selected so that a maximum signal propagation time is maintained within the functional groups.
5. Computerimplementiertes Verfahren zur Strukturierung eines vorhandenen Netzes zur5. Computer-implemented method for structuring an existing network for
Verteilung von elektrischer Energie, umfassend als Netzkomponenten mindestens Quellen, Lasten, Leitungen, Sensor-, Schalt- und Wandlerkomponenten, die in einer Ausgangstopologie miteinander verschaltet sind, zur Schaffung eines Netzes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend folgende Schritte: a) Erfassen des vorhandenen Netzes innerhalb vorgegebener Systemgrenzen; b) Erfassen von Regelgrenzen für lokale, sich selbst regelnde Funktionsgruppen; c) Erfassen von Sollbetriebsbereichsgrenzen für das zu schaffende strukturierte Netz; d) Durchführen einer Optimierung einer Zielfunktion durch Variieren vonDistribution of electrical energy, comprising as network components at least sources, loads, lines, sensor, switching and converter components that are in a Output topology are interconnected to create a network according to one of claims 1 to 4, comprising the following steps: a) detecting the existing network within predetermined system limits; b) Detection of control limits for local, self-regulating function groups; c) Detection of target operating range limits for the structured network to be created; d) performing an optimization of an objective function by varying
Netzeigenschaften, wobei e) die variierbaren Netzeigenschaften mindestens eine Zuordnung vonNetwork properties, where e) the variable network properties have at least one assignment of
Netzkomponenten zu einer von mehreren lokalen Funktionsgruppen eines ersten Netzgebiets oder eine Zuordnung von Netzkomponenten zu einem zweiten Netzgebiet umfassen, f) für das zweite Netzgebiet eine Gesamtvarianz von Spannungsqualitätsgrössen abgeschätzt wird; g) wobei als Randbedingung für die Optimierung eine Einhaltung derComprise network components to one of several local functional groups of a first network area or an assignment of network components to a second network area, f) an overall variance of voltage quality parameters is estimated for the second network area; g) whereby the boundary condition for the optimization is compliance with
Sollbetriebsbereichsgrenzen vorgegeben ist, deren Prüfung unter Berücksichtigung der Regelgrenzen der Funktionsgruppen, einer ersten Grösse des ersten Netzgebiets und einer zweiten Grösse des zweiten Netzgebiets und der Gesamtvarianz des zweiten Netzgebiets erfolgt. Target operating area limits are specified, which are checked taking into account the control limits of the functional groups, a first size of the first network area and a second size of the second network area and the total variance of the second network area.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtvarianz der Spannungsqualitätsgrössen für das zweite Netzgebiet gestützt auf historische Betriebsdaten abgeschätzt wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that the total variance of the voltage quality variables for the second network area is estimated based on historical operating data.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die variierbaren Netzeigenschaften ein Vorhandensein und/oder eine Platzierung einer zusätzlichen7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the variable network properties a presence and / or a placement of an additional
Schalteinrichtung zum selektiven Abkoppeln eines Teils des zweiten Netzgebiets und/oder einer zusätzlichen Einrichtung zur Leistungs- und/oder Spannungsbegrenzung umfassen. Switching device for selectively decoupling a part of the second network area and / or an additional device for power and / or voltage limitation.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die variierbaren Netzeigenschaften ein Vorhandensein und/oder eine Platzierung einer zusätzlichen Speicheranlage und/oder einer zusätzlichen Produktionsanlage umfassen. 8. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the variable network properties include the presence and / or placement of an additional storage facility and / or an additional production facility.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die variierbaren Netzeigenschaften eine Erweiterung der vorgegebenen Systemgrenzen umfassen. 9. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the variable network properties include an expansion of the specified system limits.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erfassen des vorhandenen Netzes die vorgegebenen Systemgrenzen so gewählt werden, dass das umfasste Netz die Sollbetriebsbereichsgrenzen bereits einhält, wonach die Systemgrenzen iterativ erweitert werden, bis eine Einhaltung nicht mehr möglich ist oder andere Randbedingungen verletzt werden. 10. The method according to claim 9, characterized in that when the existing network is recorded, the specified system limits are selected so that the network included already complies with the target operating range limits, after which the system limits are iteratively expanded until compliance is no longer possible or other boundary conditions are violated will.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Randbedingung für die Optimierung maximale Kommunikationszeiten zwischen mehreren Funktionsgruppen vorgegeben werden. 1 1. The method according to any one of claims 5 to 10, characterized in that maximum communication times between several function groups are specified as a further boundary condition for the optimization.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass die12. The method according to any one of claims 5 to 1 1, characterized in that the
Zielfunktion von einer zwischen den Netzkomponenten zur Regelung des Netzes übertragenen Datenmenge abhängig ist und dass die Optimierung eine Minimierung dieser Datenmenge begünstigt. The objective function is dependent on a data volume transmitted between the network components for regulating the network and that the optimization favors a minimization of this data volume.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielfunktion von Kosten einer Anpassung zwischen dem vorhandenen Netz und dem zu schaffenden strukturierten Netz abhängig ist und dass die numerische Optimierung eine Minimierung dieser Kosten begünstigt. 13. The method according to any one of claims 5 to 12, characterized in that the objective function is dependent on the costs of an adaptation between the existing network and the structured network to be created and that the numerical optimization favors a minimization of these costs.
14. Computerimplementiertes Verfahren zum Betreiben eines Netzes zur Verteilung elektrischer Energie, insbesondere eines Netzes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend folgende Schritte: a) in einem ersten Netzgebiet, Betreiben einer Mehrzahl von lokalen, sich selbst regelnden Funktionsgruppen mit ersten Quellen, Lasten, Leitungen und/oder Sensor-, Schalt- oder Wandlerkomponenten, so dass jede der Funktionsgruppen zugeordnete Regelgrenzen für Spannungsqualitätsgrössen im Netz einhält; b) Betreiben zweiten Quellen, Lasten, Leitungen und/oder Sensor-, Schalt- oder Wandlerkomponenten eines zweiten Netzgebiets , so dass eine Gesamtvarianz von Spannungsqualitätsgrössen im zweiten Netzgebiet eingehalten wird; wobei c) das erste Netzgebiet eine erste Grösse hat und das zweite Netzgebiet eine zweite Grösse hat; und e) die Regelgrenzen der Funktionsgruppen und die erste Grösse so gewählt sind, dass unter Berücksichtigung der zweiten Grösse und der Gesamtvarianz vorgegebene Sollbetriebsbereichsgrenzen für das gesamte Netz aus erstem und zweitem Netzgebiet eingehalten sind. 14. Computer-implemented method for operating a network for distributing electrical energy, in particular a network according to one of claims 1 to 4, comprising the following steps: a) in a first network area, operating a plurality of local, self-regulating function groups with first sources, loads , Lines and / or Sensor, switching or converter components, so that each of the function groups complies with the control limits assigned to the voltage quality variables in the network; b) operating second sources, loads, lines and / or sensor, switching or converter components of a second network area, so that an overall variance of voltage quality parameters in the second network area is maintained; wherein c) the first network area has a first size and the second network area has a second size; and e) the control limits of the functional groups and the first variable are selected so that, taking into account the second variable and the total variance, predetermined target operating range limits are maintained for the entire network comprising the first and second network areas.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einhaltung der vorgegebenen Sollbetriebsbereichsgrenzen überwacht wird und bei einer Nichteinhaltung der Sollbetriebsbereichsgrenzen mindestens eine Einrichtung zur15. The method according to claim 14, characterized in that compliance with the specified target operating range limits is monitored and, in the event of non-compliance with the target operating range limits, at least one device for
Begrenzung einer der Funktionsgruppen zugeführten Leistung betätigt wird. Limitation of one of the function groups supplied power is operated.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Nichteinhaltung der Sollbetriebsbereichsgrenzen mindestens eine Schalteinrichtung zur Abkopplung des Netzes von über- und/oder nebengeordneten weiteren Netzen zur Verteilung elektrischer Energie und/oder mindestens eine Schalteinrichtung zum Abkoppeln eines Teils des zweiten Netzgebiets betätigt wird. 16. The method according to claim 15, characterized in that if the target operating range limits are not adhered to, at least one switching device for decoupling the network from higher-level and / or secondary networks for distributing electrical energy and / or actuating at least one switching device for decoupling part of the second network area will.
17. Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 16. 17. Computer program for performing the method according to one of claims 5 to 16.
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