EP4186137A1 - Method for operating an energy system, and energy system - Google Patents

Method for operating an energy system, and energy system

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Publication number
EP4186137A1
EP4186137A1 EP21786826.4A EP21786826A EP4186137A1 EP 4186137 A1 EP4186137 A1 EP 4186137A1 EP 21786826 A EP21786826 A EP 21786826A EP 4186137 A1 EP4186137 A1 EP 4186137A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy system
energy
control unit
value
system component
Prior art date
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Pending
Application number
EP21786826.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sascha Schulte
Alexander POLLETI
Christian Stahl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4186137A1 publication Critical patent/EP4186137A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an energy system with at least two energy system components and an energy system.
  • an energy supply network can extend to the electrical components of a building. It can also extend to cities or individual city districts.
  • a power or amount of energy requested in an energy supply network is currently distributed in a controlled manner by means of load balancing in such a way that power peaks are avoided and individual components are not overloaded or underloaded.
  • Control is currently typically carried out centrally.
  • the control is based on numerical optimization based on a large number of parameters of the electrical components.
  • a disadvantage of such a control based on numerical optimization is that it is complex, expensive and sensitive to disturbances in terms of preparation, maintenance and execution.
  • the object of the present invention is therefore to specify a method for operating an energy system and an energy system which enable reliable, less complex and economical control of heterogeneous decentralized energy supply networks.
  • the object is achieved according to the invention with a method according to claim 1 and an energy system according to claim 12 .
  • the method according to the invention for operating an energy system comprises a number of steps.
  • the energy system comprising a central control unit and at least a first energy system component and a second energy system component.
  • Each energy system component has a control unit and is connected to the central control unit.
  • a self-assessment value of a first energy system component is determined in its control unit based on at least one first state value.
  • a second self-assessment value of a second energy system component is determined in its control unit based on at least one second state value.
  • the central control unit is given a currently maximum possible amount of power of the first energy system components te and the second energy system component provided.
  • a request for a required electrical power is recorded in the central control unit.
  • a distribution variable for the required power for each energy system component is then determined in the central control unit based on the self-assessment values and the maximum power output quantity in each case.
  • the required electrical power is then distributed to the energy system components according to the determined distribution variables.
  • the energy system according to the invention for carrying out the method according to the invention comprises at least one central control unit and two energy system components.
  • Each energy system component has a control unit. Furthermore, each energy system component is connected to the central control unit.
  • the currently maximum possible amount of power is understood to mean the maximum possible power based on the design and the component limits. This maximum possible performance can also vary over time, depending, in particular, on aging processes. The maximum possible amount of power can thus change if the method according to the invention is repeated several times. This changed value is then understood to mean a currently maximum possible amount of power.
  • the self-assessment value of the respective energy system component is determined based on at least one first state value. Determining the self-assessment value using the state value is comparable to determining member values of predetermined member functions in a fuzzy logic system.
  • the energy system is provided with predetermined status value functions, which are used to assign the current status value of the energy system component. Based on that, a self-assessment value determined.
  • the self-assessment value of an energy system component can also be determined based on several status values.
  • the self-assessment value is determined at the local level, ie in each energy system component.
  • the required electrical power can be understood as a power output or power consumption.
  • any number of energy system components of different system types and different types can be included in the central control unit when distributing the electrical power.
  • this load distribution can be carried out automatically, ie without human intervention.
  • the load distribution can be adapted to new topologies without having to intervene in the central controller. This advantageously enables the energy system components involved in the distribution to be expanded automatically, ie without the intervention of a specialist.
  • a complex system modeling including a numerical optimization or manual adjustment of individual parameters of individual energy system components is advantageously not necessary.
  • an energy generator unit, an energy consumer unit or an energy storage unit are used as energy system components.
  • the energy storage unit is in particular a battery store.
  • the energy system is heterogeneous and decentralized and includes a wide variety of energy system components.
  • a self-assessment value, which is included in the distribution of the required electrical power, is advantageously determined for each of the energy system components, regardless of their type. The distribution is therefore advantageously carried out independently of how precisely the energy system is designed with regard to the energy system components.
  • the self-assessment values for an energy release are included in the determination of the distribution variable in the central control unit separately from the self-assessment values for an energy intake. A self-assessment value is therefore also determined for each energy system component. This is transmitted to the central control unit. To determine the distribution variable, the central control unit records whether it is a self-assessment value for energy intake or energy output. The inclusion in the distribution variable takes place in particular by using opposite signs for the energy uptake and energy release when determining the distribution variable. Energy storage units can thus advantageously be included in the automated determination of the distribution variable, depending on whether they are being charged or discharged, without human intervention being necessary.
  • the state value functions provide state values as a function of a physical input variable.
  • the status functions can also be used as input variables.
  • a physical input variable is in particular a storage temperature and/or a state of charge of an energy storage unit or an ambient temperature of an energy system component.
  • each energy system component determines a self-assessment value for itself by assigning the status value to a status function, with the status function being able to depend on physical input variables or non-physical input variables.
  • At least two first status values and/or at least two second status values are determined.
  • a state value can be based on a non-physical input variable and another state value can be based on a physical input variable.
  • the first self-assessment value is particularly advantageously determined as the product of the respective at least two first state values for the first energy system component.
  • the second self-assessment value is determined as the product of the respective at least two second state values.
  • a ratio of the self-assessment value and the maximum power of an energy system component to the sum of all self-assessment values and their respective maximum power is used as the distribution variable.
  • an energy system component is based their self-assessment value and maximum performance in relation to the overall self-assessment value and maximum performance of the system. Equation 1 illustrates this procedure. This shows the distribution variable w of the first energy system component ES I as a function of the first self-assessment value SA ES I and the maximum power of the first energy system component P max ,Esi .
  • self-assessment values SA are determined for all n energy system components. Furthermore, the maximum power for all n energy systems is included in the calculation of the distribution size.
  • the class of the energy system component and its maximum output are transmitted to the central control unit.
  • each energy system component transmits its class to the central control unit.
  • a system prioritization value is determined for each energy system component, the system prioritization value depending on a status value which describes the class of the energy system component and the maximum Performance of the energy system component is determined.
  • this can be an evaluation of a diesel unit or an evaluation of a photovoltaic system as a class. It is thus advantageously possible to easily include the class of the energy system component when determining the distribution variable.
  • regenerative energy generation units can be evaluated with a higher system priority value.
  • a predetermined state value function is used to determine the system prioritization value, which state values are provided as a function of a physical input variable, a cost-dependent input variable and/or an emission-dependent input variable.
  • An emission-dependent input variable is in particular a carbon dioxide emission-dependent input variable.
  • a value for security of supply can be included as an input variable in the status value function for the system prioritization value. In this way, the class of the respective energy system component can be evaluated with regard to a wide variety of aspects. It is sufficient that this assessment is carried out only once by creating the predetermined state value functions.
  • the system prioritization value is included in the distribution variable, in particular by means of a product.
  • Equation 2 shows a possible way of calculating the distribution variable w′ as a function of the system prioritization value CA of the first energy system component, the self-assessment values SA and the maximum power P max of the energy system components.
  • Equation 2 With the inclusion of the system prioritization value in the distribution variable, complex energy systems can advantageously be operated via a simple calculation, in particular as shown in Equation 2, in such a way that all energy system components are taken into account when distributing a requested power, regardless of their class and size.
  • the energy system component is a virtual power plant or an energy subsystem.
  • a virtual power plant is a combination of different energy system components, such as in particular a diesel generator, a photovoltaic system and/or a battery storage system, which are controlled by a control unit that does not reveal the individual energy system components to the outside world.
  • a virtual power plant is represented as a single energy system component independently of the individual energy system components to the outside, that is to say in relation to the central control unit.
  • the virtual power plant has its own control unit, which communicates with the central control unit of the energy system.
  • an energy subsystem which in turn includes different energy system components, exactly one energy system component is shown to the outside, ie in relation to the central control unit of the energy system.
  • At least one self-assessment value and/or one system prioritization value are thus determined overall for the virtual power plant and/or the energy subsystem. It is then advantageously possible to integrate the virtual power plant or the energy subsystem into the energy system as precisely one energy system component. It is then also possible to assign a predetermined class, in particular a diesel generator or a battery store, to the virtual power plant or the energy subsystem. Thus, the virtual power plant or the energy subsystem is shown in a simplified way, which Partially simplifies the integration of the virtual power plant or the energy subsystem in the energy system for the distribution of a requested power and requires a low processor power of the central control unit.
  • the energy system component is a virtual battery store.
  • a virtual battery is understood here in particular to mean a computer comprising a processor that requests amounts of energy, in particular as a function of contractual energy quotas, by presenting itself to the central control unit as an empty battery store that still has charging capacity.
  • an amount of energy contractually transferred to a customer by an energy supplier can be included in the energy system as a full virtual battery store.
  • the customer's virtual battery storage is initially shown to the outside as empty by means of a first allocation value. After the contractually fixed amount of energy has been transferred, the virtual battery storage is shown to the central control unit as full, i.e. charged.
  • a virtual battery storage is directly connected to another energy system component, in particular a virtual power plant. In this way, the transmission of a defined amount of energy to the virtual power plant is monitored using the virtual battery store.
  • virtual power plants, energy subsystems and virtual battery storage make it possible to operate cascaded energy supply networks, in which virtual power plants in particular are set up in a mixed network with physical energy system components, optimally and reliably with little computing effort.
  • the adaptation of the distribution of requested electrical power to the physically changing energy system can advantageously be carried out quickly and easily by means of virtual power plants and virtual battery storage.
  • a building control system or a factory control system regulates complex distributions of electrical energy within the closed environment. Rather, the entire closed environment is represented in relation to the central control unit, in particular as a virtual battery.
  • the central control unit is assigned locally to a node of an energy network.
  • the infrastructure of the energy system can thus be used advantageously in order to integrate the central control unit into the energy system.
  • FIG. 2 State of charge value function of a battery storage unit
  • FIG. 3 Temperature state value function of a battery storage unit
  • FIG. 4 relative power requirement state value function of a battery storage unit
  • FIG. 5 energy system with a large battery store, virtual power plants and a diesel generator
  • FIG. 6 shows a process diagram for operating an energy system.
  • Figure 1 shows an energy system 1 with several energy system components.
  • a first battery storage unit 4 , a second battery storage unit 5 and a diesel generator 7 are used as energy system components.
  • the first battery storage unit 4 represents a home storage system with a size of 10 kWh.
  • the second battery storage unit 5 is a large battery storage with a size of 100 kWh.
  • the maximum power of the home storage 4 is 3 kW.
  • the maximum capacity of the large battery storage is 50 kW.
  • the maximum output of the diesel generator 7 is also 50 kW.
  • Each power system component includes its own control unit.
  • the energy system components are all directly connected to a central control unit 6 .
  • a request for a required electrical power is transmitted to the central control unit 6 .
  • self-assessment values of the energy system components and system prioritization values are recorded by the central control unit 6 and a distribution variable for distributing the requested electrical power is determined on the basis thereof.
  • the required electrical power 15 kW in this example, is then distributed to the diesel generator 7 , the first battery storage unit 4 and the second battery storage unit 5 .
  • FIGS. 2 and 3 illustrate how a self-assessment value SA is determined for each control unit of the energy system components.
  • FIG. 2 illustrates the determination of a state of charge state value 20 based on a state of charge of the battery storage unit 4 , 5 .
  • the first state of charge of the first battery storage unit 4 is 95%.
  • a first state of charge value PI of the first battery storage unit 4 can be determined by means of the first state value functions.
  • the state of charge value for a state of charge of 95% is 0.95.
  • the second state of charge of the second battery storage unit 5 is 17%.
  • the second state of charge state value P2 of the second battery storage unit 5 is therefore 0.17.
  • FIG. 3 illustrates a corresponding state value function: state value function 35 describes a temperature corridor in which the battery storage unit is operated optimally.
  • a temperature state value 40 is determined by means of the second state value functions 35 as a function of the temperature of the battery storage unit 30 . In this example, an optimum temperature range for operating the battery storage unit is in a range of 20° C. to 40° C.
  • a first temperature status value P3 is determined for the first battery storage unit 4 . The temperature of the first battery storage unit 4 is 33°C. This results in a first temperature state value P3 of 1.
  • a second temperature state value P4 is determined for the second battery storage unit 5 . The temperature of the second battery storage unit 5 is 38°C.
  • a value of 1 is thus determined as the second temperature state value P4.
  • a first self-assessment value SA 1 and a second self-assessment value SA2 are now determined for the first battery storage unit 4 and the second battery storage unit 5 by means of a product from the status values assigned to an energy system component:
  • the SA3 diesel generator self-assessment value is 1 .
  • a first system prioritization value CAI and a second system prioritization value CA2 are each determined for the first battery storage unit 4 and the second battery storage unit 5 .
  • Figure 4 illustrates the status value functions, which are used in this example to determine the system prioritization values.
  • a relative power requirement for the energy system components is plotted on the x-axis. The ratio of the electrical power requested to the maximum electrical power that can be provided by the respective energy system component is understood as the relative power requirements.
  • a power requirement state value 60 is plotted on the y-axis.
  • FIG. 4 now shows status value functions for a diesel generator 51, for a home storage device 52 and for a large battery storage device 53. The first battery storage unit 4 is operated with a relative first power requirement 54 of 30%.
  • the first battery storage unit 4 is a home storage.
  • a first relative power requirement state value P5 of 0.7 results.
  • the second battery storage unit 5 is operated with a second relative power requirement 55 of 5%.
  • the second battery storage unit 5 behaves like a large battery storage.
  • a second performance requirement state value P6 is therefore 0.5.
  • the diesel generator 7 is operated with a third relative power requirement 56 of 10%.
  • a third power requirement state value P7 of 0 thus results.
  • no further state value functions are used to determine the system prioritization value CA. This results in:
  • the distribution size is now determined according to Equation 2 as follows:
  • 0.32 is determined as the distribution variable for the first battery storage unit 4 .
  • 0.68 is determined as the distribution variable for the second battery storage unit 5 .
  • 0 is determined as the distribution variable for the diesel generator 7 .
  • the required electrical power of 15 kW is thus distributed in such a way that 4.8 kW are drawn from the first battery storage unit 4 and 10.2 kW from the second battery storage unit 5 .
  • FIG. 5 shows a branched energy system 1 with multiple diesel generators, virtual power plants and battery storage units. It should be explained with reference to FIG. 5 that a significant simplification occurs in the distribution of a requested electrical power due to the assignment of the self-assessment values and system prioritization values.
  • the energy system 1 includes a central control unit 6 .
  • the central control unit 6 is directly connected to a second battery storage unit 5 , ie a large battery storage, a diesel generator 7 and a first virtual power plant 9 .
  • the first virtual power plant 9 in turn includes a second large battery storage 12 and a second virtual power plant 11 .
  • the second virtual power plant 11 in turn includes a first battery storage unit 4 , ie a home storage unit, a photovoltaic system 8 and a third battery storage unit 13 .
  • Each energy system component determines a self-assessment value.
  • the first self-assessment value SA1 of the first battery storage 4, the eighth self-assessment value SA8 of the photovoltaic system 8 and the third self-assessment value SA3 of the third battery storage unit 13 are transmitted to the virtual power plant 11 and multiplied there and initially stored as the fourth self-assessment value S4.
  • the fourth self-assessment value S4 and the fifth self-assessment value S5 of the second battery store 12 are transmitted to the first virtual power plant 9 .
  • a Multiplication determines a sixth self-assessment value SA 6 .
  • a seventh self-assessment value SA7 of the diesel generator 7 and a second self-assessment value SA2 of the second battery storage unit 5 are also determined.
  • the second self-assessment value SA 2 , the sixth self-assessment value SA 6 and the seventh self-assessment value SA 7 are transmitted to the central control unit 6 .
  • system prioritization values CA 1 , CA 2 and CA 3 are each determined for the diesel generator 7 , the virtual power plant 9 and the second battery storage unit 5 and transmitted to the central control unit.
  • a distribution variable for the second battery storage unit 5 , the diesel generator 7 and the first virtual power plant 9 is determined in the central control unit 6 .
  • a required power is then distributed to these three energy system components according to this distribution variable.
  • the method for distributing the energy based on self-assessment values and system prioritization values can then be carried out again at this level, in other words recursively, within the virtual power plant 9 .
  • the amount of energy that was determined during the higher-level distribution is used as the required power.
  • FIG. 6 illustrates the method for distributing a requested power to an energy system 1 with a number of energy system components.
  • a first step S 1 an energy system with several energy system components is provided.
  • a second step S2 a first self-assessment value of a first energy system component is determined.
  • a second self-assessment value of a second energy system component is determined.
  • the first and the second step can take place one after the other or in parallel.
  • a current maximum amount of power of the energy system component is provided. Current here means that in the case of a storage unit, the maximum possible power output is provided at the time of operation will . The maximum possible power output can deteriorate over time, so this value should be adjusted.
  • a request for electrical power is received in a central control unit.
  • the determination of the self-assessment values and the recording of the requested electrical power can in turn take place sequentially or in parallel.
  • a distribution variable is determined for each energy system component.
  • the required electrical power is distributed to the energy system components according to the distribution variable.

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Abstract

The invention relates to a method for operating an energy system having at least two energy system components and to an energy system. The energy system comprises a central control unit and at least a first energy system component and a second energy system component, each energy system component having a control unit and being connected to the central control unit. A first self-estimated value of the first energy system component is determined in the control unit thereof on the basis of at least one first state value. Furthermore, a second self-estimated value of the second energy system component is determined in the control unit thereof on the basis of at least one second state value. A current maximum power quantity of the first energy system component and the second energy system component is provided. A request for a demanded electrical power is received in the central control unit. A distribution variable of the demanded power for each energy system component is determined in the central control unit on the basis of the self-estimated values and the maximum power output quantity in each case. The demanded electrical power is then distributed to the energy system components according to the distribution variable.

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Betreiben eines Energiesystems und Energiesystem Method for operating an energy system and energy system
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Betreiben eines Energiesystems mit wenigstens zwei Energiesystemkomponenten und ein Energiesystem . The invention relates to a method for operating an energy system with at least two energy system components and an energy system.
In einem Energieversorgungsnetz sind verschiedene Arten von Energieerzeugern, Energieverbrauchern und Energiespeichern miteinander elektrisch verbunden . Aufgrund der Dezentralisierung der Energieversorgung wächst die Viel falt der in einem Energieversorgungsnetz angeordneten Komponenten noch weiter . Als Energieerzeuer werden derzeit inbesondere Kraftwerke , Dieselaggregate , aber auch Photovoltaikanlagen und Windkrafträder eingesetzt . Auch das Energiespeichern kann auf unterschiedliche Weisen, insbesondere in Batteriespeichern oder mittels chemischer Umwandlung, insbesondere der Elektrolyse , erfolgen . Various types of energy generators, energy consumers and energy stores are electrically connected to one another in an energy supply network. Due to the decentralization of the energy supply, the variety of components arranged in an energy supply network continues to grow. Power plants , diesel aggregates , but also photovoltaic systems and wind turbines are currently used as energy producers . Energy can also be stored in different ways, in particular in battery storage or by means of chemical conversion, in particular electrolysis.
Auch die Größe unterschiedlicher Energieversorgungsnetze kann sich stark unterscheiden : Ein Energieversorgungsnetz kann sich auf die elektrischen Komponenten eines Gebäudes erstrecken . Es kann sich ebenso auf Städte oder einzelne Stadtquartiere erstrecken . The size of different energy supply networks can also differ greatly: an energy supply network can extend to the electrical components of a building. It can also extend to cities or individual city districts.
Eine in einem Energieversorgungsnetz angeforderte Leistung oder Energiemenge wird derzeit mittels einer Lastverteilung ( engl . : load balancing) derart gesteuert verteilt , dass Leistungsspitzen vermieden werden und einzelne Komponenten nicht über- oder unterbelastet werden . Die Steuerung erfolgt derzeit typischerweise zentral . Die Steuerung erfolgt basierend auf numerischen Optimierungen basierend auf einer Viel zahl von Parametern der elektrischen Komponenten . Nachteilig ist eine solche auf numerischen Optimierungen beruhende Steuerung in der Vorbereitung, Wartung und Ausführung aufwendig, teuer und empfindlich gegenüber Störungen . A power or amount of energy requested in an energy supply network is currently distributed in a controlled manner by means of load balancing in such a way that power peaks are avoided and individual components are not overloaded or underloaded. Control is currently typically carried out centrally. The control is based on numerical optimization based on a large number of parameters of the electrical components. A disadvantage of such a control based on numerical optimization is that it is complex, expensive and sensitive to disturbances in terms of preparation, maintenance and execution.
Die Einbindung kleiner dezentraler Komponenten, welche teilweise mit einer hohen Dynamik betrieben werden, in solche numerischen Optimierungen für eine zentrale Steuerung erfordert , insbesondere bei einer unbekannten Topologie , das Wissen eines Fachmanns . Dieses Einbinden ist nachteilig schwer zu automatiseren . Somit ist das Einbinden kleiner dynamischer dezentraler Komponenten, insbesondere einzelner Heimspeicher oder kleiner Photovoltaikanlagen eines Privathaushaltes , in eine zentral gesteuerte Lastverteilung in einem Energieversorgungsnetz nachteilig aufwendig und teuer . The integration of small decentralized components, some of which are operated with high dynamics, in such numerical optimizations for a central controller requires the knowledge of a specialist, particularly in the case of an unknown topology. This integration is disadvantageously difficult to automate. The integration of small, dynamic, decentralized components, in particular individual home storage systems or small photovoltaic systems in a private household, into a centrally controlled load distribution in an energy supply network is disadvantageously complex and expensive.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben eines Energiesystems und ein Energiesystem anzugeben, welche eine zuverlässige , wenig komplexe und günstige Steuerung heterogener dezentraler Energieversorgungsnetze ermöglichen . The object of the present invention is therefore to specify a method for operating an energy system and an energy system which enable reliable, less complex and economical control of heterogeneous decentralized energy supply networks.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einem Energiesystem gemäß Anspruch 12 gelöst . The object is achieved according to the invention with a method according to claim 1 and an energy system according to claim 12 .
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Energiesystems umfasst mehrere Schritte . Zunächst wird das Energiesystem umfassend eine zentrale Steuereinheit und wenigstens eine erste Energiesystemkomponente und eine zweite Energiesystemkomponente bereitgestellt . Jede Energiesystemkomponente weist eine Steuereinheit auf und ist mit der zentralen Steuereinheit verbunden . Es wird ein Selbsteinschätzungswert einer ersten Energiesystemkomponente in deren Steuereinheit basierend auf wenigstens einem ersten Zustandswert ermittelt . Weiterhin wird ein zweiter Selbsteinschätzungswert einer zweiten Energiesystemkomponente in deren Steuereinheit basierend auf wenigstens einem zweiten Zustandswert ermittelt . Weiterhin wird der zentralen Steuereinheit eine aktuell maximal mögliche Leistungsmenge der ersten Energiesystemkomponen- te und der zweiten Energiesystemkomponente bereitgestellt . Weiterhin wird eine Anfrage zu einer geforderten elektrischen Leistung in der zentralen Steuereinheit aufgenommen . Anschließend wird eine Verteilungsgröße der geforderten Leistung für j ede Energiesystemkomponente basierend auf den Selbsteinschätzungswerten und der j eweils maximalen Leistungsabgabemenge in der zentralen Steuereinheit ermittelt . Anschließend wird die geforderte elektrische Leistung gemäß der ermittelten Verteilungsgrößen auf die Energiesystemkomponenten verteilt . The method according to the invention for operating an energy system comprises a number of steps. First of all, the energy system is provided comprising a central control unit and at least a first energy system component and a second energy system component. Each energy system component has a control unit and is connected to the central control unit. A self-assessment value of a first energy system component is determined in its control unit based on at least one first state value. Furthermore, a second self-assessment value of a second energy system component is determined in its control unit based on at least one second state value. Furthermore, the central control unit is given a currently maximum possible amount of power of the first energy system components te and the second energy system component provided. Furthermore, a request for a required electrical power is recorded in the central control unit. A distribution variable for the required power for each energy system component is then determined in the central control unit based on the self-assessment values and the maximum power output quantity in each case. The required electrical power is then distributed to the energy system components according to the determined distribution variables.
Das erfindungsgemäße Energiesystem zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst wenigstens eine zentrale Steuereinheit und zwei Energiesystemkomponenten . Jede Energiesystemkomponente weist eine Steuereinheit auf . Weiterhin ist j ede Energiesystemkomponente mit der zentralen Steuereinheit verbunden . The energy system according to the invention for carrying out the method according to the invention comprises at least one central control unit and two energy system components. Each energy system component has a control unit. Furthermore, each energy system component is connected to the central control unit.
Als eine aktuell maximal mögliche Leistungsmenge wird die basierend auf der Bauart und den Komponentengrenzen maximal mögliche Leistung verstanden . Diese maximal mögliche Leistung kann in Abhängigkeit , insbesondere von Alterungsprozessen, über die Zeit auch variieren . Somit kann sich die maximal mögliche Leistungsmenge bei mehrfacher Wiederholung des erfindungsgemäßen Verfahrens ändern . Unter diesem geänderten Wert wird dann eine aktuell maximal mögliche Leistungsmenge verstanden . The currently maximum possible amount of power is understood to mean the maximum possible power based on the design and the component limits. This maximum possible performance can also vary over time, depending, in particular, on aging processes. The maximum possible amount of power can thus change if the method according to the invention is repeated several times. This changed value is then understood to mean a currently maximum possible amount of power.
Erfindungsgemäß wird der Selbsteinschätzungswert der j eweiligen Energiesystemkomponente basierend auf wenigstens einem ersten Zustandswert ermittelt . Das Ermitteln des Selbsteinschätzungswerts anhand des Zustandswerts ist vergleichbar mit dem Bestimmen von Mitgliedswerten von vorbestimmten Mitglieds funktionen in einem unscharfen Logiksystem ( engl . : Fuz zy-Logic-System) . Insbesondere werden dem Energiesystem vorbestimmte Zustandswertfunktionen bereitgestellt , anhand derer eine Zuordnung des aktuellen Zustandswerts der Energiesystemkomponente erfolgt . Darauf basierend wird dann ein Selbsteinschätzungswert ermittelt . Der Selbsteinschätzungswert einer Energiesystemkomponente kann auch basierend auf mehreren Zustandswerten ermittelt werden . According to the invention, the self-assessment value of the respective energy system component is determined based on at least one first state value. Determining the self-assessment value using the state value is comparable to determining member values of predetermined member functions in a fuzzy logic system. In particular, the energy system is provided with predetermined status value functions, which are used to assign the current status value of the energy system component. Based on that, a self-assessment value determined. The self-assessment value of an energy system component can also be determined based on several status values.
Erfindungsgemäß werden die für eine gesteuerte Verteilung elektrischer Leistung nötigen Parameter auf Ebene einzelner Energiesystemkomponenten in einen Selbsteinschätzungswert überführt , welcher sowohl Typ-agnostisch als auch System- agnostisch an die zentrale Steuerung übermittelt wird . In anderen Worten wird der Selbsteinschätzungswert unabhängig vom Typ der Energiesystemkomponente und unabhängig von der Systemart des Energiesystems an die zentrale Steuereinheit übermittelt . Als agnostisch wird hier ein Verfahren verstanden, das auch ohne Kenntnis der zugrundeliegenden Details des zugehörigen Energiesystems , insbesondere der zugehörigen Energiesystemkomponenten des Energiesystems , eine angeforderte Energiemenge optimal auf mehrere Energiesystemkomponenten verteilen kann . According to the invention, the parameters required for a controlled distribution of electrical power at the level of individual energy system components are converted into a self-assessment value, which is transmitted to the central controller both type-agnostically and system-agnostically. In other words, the self-assessment value is transmitted to the central control unit independently of the type of energy system component and independently of the system type of the energy system. A method is understood as agnostic here, which can optimally distribute a requested amount of energy to several energy system components even without knowledge of the underlying details of the associated energy system, in particular the associated energy system components of the energy system.
Das Ermitteln des Selbsteinschätzungswerts erfolgt auf lokaler Ebene , also in j eder Energiesystemkomponente . The self-assessment value is determined at the local level, ie in each energy system component.
Als die angeforderte elektrische Leistung kann im Sinne der Erfindung eine Leistungsabgabe oder Leistungsaufnahme verstanden werden . Within the meaning of the invention, the required electrical power can be understood as a power output or power consumption.
Vorteilhaft kann dadurch eine beliebige Anzahl von Energiesystemkomponenten unterschiedlicher System-Art und unterschiedlichen Typs in der zentralen Steuereinheit bei der Verteilung der elektrischen Leistung miteinbezogen werden . Vorteilhaft kann diese Lastverteilung automatisch, also ohne das Eingrei fen menschlichen Handelns , durchgeführt werden . Weiterhin kann die Lastverteilung an neue Topologien angepasst werden, ohne in die zentrale Steuerung eingrei fen zu müssen . Dies ermöglicht vorteilhaft das Erweitern der für die Verteilung miteinbezogenen Energiesystemkomponenten automatisch, also ohne das Eingrei fen eines Fachmanns . Eine komplexe Systemmodellierung umfassend eine numerische Optimierung oder ein händisches Anpassen einzelner Parameter einzelner Energiesystemkomponenten ist vorteilhaft nicht nötig . Advantageously, any number of energy system components of different system types and different types can be included in the central control unit when distributing the electrical power. Advantageously, this load distribution can be carried out automatically, ie without human intervention. Furthermore, the load distribution can be adapted to new topologies without having to intervene in the central controller. This advantageously enables the energy system components involved in the distribution to be expanded automatically, ie without the intervention of a specialist. A complex system modeling including a numerical optimization or manual adjustment of individual parameters of individual energy system components is advantageously not necessary.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung werden als Energiesystemkomponenten eine Energieerzeugereinheit , eine Energieverbrauchereinheit oder eine Energiespeichereinheit eingesetzt . Die Energiespeichereinheit ist insbesondere ein Batteriespeicher . In anderen Worten ist das Energiesystem heterogen und dezentral aufgestellt und umfasst unterschiedlichste Energiesystemkomponenten . Vorteilhaft wird für j ede der Energiesystemkomponenten, unabhängig von ihrer Art , ein Selbsteinschätzungswert ermittelt , der in die Verteilung der angeforderten elektrischen Leistung eingeht . Die Verteilung erfolgt also vorteilhaft unabhängig davon, wie genau das Energiesystem hinsichtlich der Energiesystemkomponenten ausgestaltet ist . In an advantageous embodiment and development of the invention, an energy generator unit, an energy consumer unit or an energy storage unit are used as energy system components. The energy storage unit is in particular a battery store. In other words, the energy system is heterogeneous and decentralized and includes a wide variety of energy system components. A self-assessment value, which is included in the distribution of the required electrical power, is advantageously determined for each of the energy system components, regardless of their type. The distribution is therefore advantageously carried out independently of how precisely the energy system is designed with regard to the energy system components.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung gehen die Selbsteinschätzungswerte für eine Energieabgabe getrennt von den Selbsteinschätzungswerten für eine Energieaufnahme in das Ermitteln der Verteilungsgröße in der zentralen Steuereinheit ein . Es wird also weiterhin von j eder Energiesystemkomponente ein Selbsteinschätzungswert ermittelt . Dieser wird an die zentrale Steuereinheit übermittelt . Für das Ermitteln der Verteilungsgröße erfasst die zentrale Steuereinheit , ob es sich um einen Selbsteinschätzungswert zur Energieaufnahme oder Energieabgabe handelt . Das Einbeziehen in die Verteilungsgröße erfolgt insbesondere durch das Einsetzen entgegengesetzter Vorzeichen der Energieaufnahme und Energieabgabe bei der Ermittlung der Verteilungsgröße . Vorteilhaft können Energiespeichereinheiten somit in Abhängigkeit davon, ob sie geladen oder entladen werden, in das automatisierte Ermitteln der Verteilungsgröße einbezogen werden, ohne dass ein menschliches Eingrei fen notwendig ist . In a further advantageous embodiment and development of the invention, the self-assessment values for an energy release are included in the determination of the distribution variable in the central control unit separately from the self-assessment values for an energy intake. A self-assessment value is therefore also determined for each energy system component. This is transmitted to the central control unit. To determine the distribution variable, the central control unit records whether it is a self-assessment value for energy intake or energy output. The inclusion in the distribution variable takes place in particular by using opposite signs for the energy uptake and energy release when determining the distribution variable. Energy storage units can thus advantageously be included in the automated determination of the distribution variable, depending on whether they are being charged or discharged, without human intervention being necessary.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung werden zur Bestimmung der Zustandswerte vorbestimmte Zustands funktionen verwendet . Die Zustandswertfunktionen stellen insbesondere Zustandswerte in Abhängigkeit einer physikalischen Eingabevariablen bereit . Es ist aber ebenso möglich, dass die Zustands funktionen Zustandswerte in Abhängigkeit von nicht-physikalischen Eingabevariablen bereitstellen . Insbesondere können als Eingabevariablen auch Kosten, insbesondere Betriebskosten, verwendet werden . Eine physikalische Eingabevariable ist insbesondere eine Speichertemperatur und/oder ein Ladezustand einer Energiespeichereinheit oder eine Umgebungstemperatur einer Energiesystemkomponente . In a further advantageous embodiment and development of the invention, to determine the state values predefined status functions used. In particular, the state value functions provide state values as a function of a physical input variable. However, it is also possible for the status functions to provide status values depending on non-physical input variables. In particular, costs, in particular operating costs, can also be used as input variables. A physical input variable is in particular a storage temperature and/or a state of charge of an energy storage unit or an ambient temperature of an energy system component.
Vorteilhaft ist es also möglich, das j ede Energiesystemkomponente für sich einen Selbsteinschätzungswert mittels einer Zuordnung des Zustandswerts zu einer Zustands funktion ermittelt , wobei die Zustands funktion von physikalischen Eingabevariablen oder nicht-physikalischen Eingabevariablen abhängen kann . It is therefore advantageously possible for each energy system component to determine a self-assessment value for itself by assigning the status value to a status function, with the status function being able to depend on physical input variables or non-physical input variables.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung werden wenigstens zwei erste Zustandswerte und/oder wenigstens zwei zweite Zustandswerte ermittelt . Insbesondere kann ein Zustandswert auf einer nicht-physikalischen Eingabevariablen und ein weiterer Zustandswert auf einer physikalischen Eingabevariablen beruhen . Besonders vorteilhaft wird der erste Selbsteinschätzungswert als Produkt der j eweils wenigstens zwei ersten Zustandswerte für die erste Energiesystemkomponente ermittelt . Für die zweite Energiesystemkomponente wird der zweite Selbsteinschätzungswert als Produkt der j eweils wenigstens zwei zweiten Zustandswerte ermittelt . In a further advantageous embodiment and development of the invention, at least two first status values and/or at least two second status values are determined. In particular, a state value can be based on a non-physical input variable and another state value can be based on a physical input variable. The first self-assessment value is particularly advantageously determined as the product of the respective at least two first state values for the first energy system component. For the second energy system component, the second self-assessment value is determined as the product of the respective at least two second state values.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird als die Verteilungsgröße ein Verhältnis des Selbsteinschätzungswerts und der maximalen Leistung einer Energiesystemkomponente zur Summe aller Selbsteinschätzungswerte und deren j eweiliger maximaler Leistung verwendet . In anderen Worten wird eine Energiesystemkomponente anhand ihres Selbsteinschätzungswerts und der maximalen Leistung im Verhältnis zum Gesamtselbsteinschätzungswert und der maximalen Leistung des Systems bewertet . Dieses Vorgehen wird mittels Gleichung 1 verdeutlicht . Darin ist die Verteilungsgröße w der ersten Energiesystemkomponente ES I in Abhängigkeit des ersten Selbsteinschätzungswertes SAESI und der maximalen Leistung der ersten Energiesystemkomponente Pmax,Esi dargestellt . Zur Berechnung der Verteilungsgröße w werden Selbsteinschätzungswerte SA für alle n Energiesystemkomponenten bestimmt . Weiterhin geht die maximale Leistung für alle n Energiesysteme in die Berechnung der Verteilungsgröße mit ein . In a further advantageous embodiment and development of the invention, a ratio of the self-assessment value and the maximum power of an energy system component to the sum of all self-assessment values and their respective maximum power is used as the distribution variable. In other words, an energy system component is based their self-assessment value and maximum performance in relation to the overall self-assessment value and maximum performance of the system. Equation 1 illustrates this procedure. This shows the distribution variable w of the first energy system component ES I as a function of the first self-assessment value SA ES I and the maximum power of the first energy system component P max ,Esi . To calculate the distribution variable w, self-assessment values SA are determined for all n energy system components. Furthermore, the maximum power for all n energy systems is included in the calculation of the distribution size.
Gleichung 1 Equation 1
Vorteilhaft erfolgt die Berechnung der Verteilungsgröße durch die Gewichtung gemäß Gleichung 1 . Im Vergleich zu einer numerischen Simulation, wie sie im Stand der Technik für eine zentrale Steuerung verwendet wird, ist diese Berechnung wenig komplex . Die Berechnung kann in der zentralen Steuereinheit mit geringer Rechenkapazität für j ede Energiesystemkomponente durchgeführt werden . The distribution variable is advantageously calculated by weighting according to Equation 1. In comparison to a numerical simulation, as used in the prior art for a central controller, this calculation is not very complex. The calculation can be carried out in the central control unit with little computing capacity for each energy system component.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung werden die Klasse der Energiesystemkomponente und ihre maximale Leistung an die zentrale Steuereinheit übermittelt . Typischerweise übermittelt j ede Energiesystemkomponente ihre Klasse an die zentrale Steuereinheit . In a further advantageous refinement and development of the invention, the class of the energy system component and its maximum output are transmitted to the central control unit. Typically, each energy system component transmits its class to the central control unit.
Falls eine der Energiesystemkomponenten ihre Klasse nicht an die zentrale Steuereinheit übermittelt , werden feste Werte zugeordnet , um dennoch eine Bewertung des Energiesystems zu ermöglichen . If one of the energy system components does not transmit its class to the central control unit, fixed values are assigned so that the energy system can still be evaluated.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird ein Systempriorisierungswert j eder Energiesystemkomponente ermittelt , wobei der Systempriorisierungswert in Abhängigkeit eines Zustandswerts , der die Klasse der Energiesystemkomponente beschreibt und der maximalen Leistung der Energiesystemkomponente ermittelt wird . Insbesondere kann dies eine Bewertung eines Dieselaggregats oder eine Bewertung einer Photovoltaikanlage als Klasse sein . Vorteilhaft ist es somit möglich, bei der Ermittlung der Verteilungsgröße auf einfache Weise die Klasse der Energiesystemkomponente einzubeziehen . Insbesondere können regenerative Energieerzeugungseinheiten mit einem höheren Systempriorisierungswert bewertet werden . In a further advantageous refinement and development of the invention, a system prioritization value is determined for each energy system component, the system prioritization value depending on a status value which describes the class of the energy system component and the maximum Performance of the energy system component is determined. In particular, this can be an evaluation of a diesel unit or an evaluation of a photovoltaic system as a class. It is thus advantageously possible to easily include the class of the energy system component when determining the distribution variable. In particular, regenerative energy generation units can be evaluated with a higher system priority value.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird zur Bestimmung des Systempriorisierungswerts eine vorbestimmte Zustandswertfunktionen verwendet , welche Zustandswerte in Abhängigkeit einer physikalischen Eingabevariablen, einer kostenabhängigen Eingabevariablen und/oder einer emissionsabhängigen Eingabevariablen bereitstellen . Eine emissionsabhängigen Eingangsvariable ist insbesondere eine Kohlenstof fdioxid-emissionsabhängige Eingabevariable . Weiterhin kann als eine Eingabevariable ein Wert für eine Versorgungssicherheit in die Zustandswertfunktion für den Systempriorisierungswert eingehen . Somit kann die Klasse der j eweiligen Energiesystemkomponente hinsichtlich unterschiedlichster Aspekte bewertet werden . Es ist ausreichend, dass diese Bewertung lediglich einmalig durch das Erstellen der vorbestimmte Zustandswertfunktionen erfolgt . In a further advantageous embodiment and development of the invention, a predetermined state value function is used to determine the system prioritization value, which state values are provided as a function of a physical input variable, a cost-dependent input variable and/or an emission-dependent input variable. An emission-dependent input variable is in particular a carbon dioxide emission-dependent input variable. Furthermore, a value for security of supply can be included as an input variable in the status value function for the system prioritization value. In this way, the class of the respective energy system component can be evaluated with regard to a wide variety of aspects. It is sufficient that this assessment is carried out only once by creating the predetermined state value functions.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung geht der Systempriorisierungswert in die Verteilungsgröße , insbesondere mittels eines Produkts , ein . Gleichung 2 zeigt eine mögliche Berechnungsart für die Verteilungsgröße w ' in Abhängigkeit des Systempriorisierungswerts CA der ersten Energiesystemkomponente , der Selbsteinschätzungswerte SA und der maximalen Leistungen Pmax der Energiesystemkomponenten . In a further advantageous embodiment and development of the invention, the system prioritization value is included in the distribution variable, in particular by means of a product. Equation 2 shows a possible way of calculating the distribution variable w′ as a function of the system prioritization value CA of the first energy system component, the self-assessment values SA and the maximum power P max of the energy system components.
Gleichung 2 Vorteilhaft können mit dem Einbeziehen des Systempriorisierungswerts in die Verteilungsgröße komplexe Energiesysteme über eine einfache Berechnung, insbesondere wie in Gleichung 2 gezeigt , derart betrieben werden, dass alle Energiesystemkomponenten unabhängig von ihrer Klasse und Größe bei der Verteilung einer angeforderten Leistung mitberücksichtigt werden . Equation 2 With the inclusion of the system prioritization value in the distribution variable, complex energy systems can advantageously be operated via a simple calculation, in particular as shown in Equation 2, in such a way that all energy system components are taken into account when distributing a requested power, regardless of their class and size.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist die Energiesystemkomponente ein virtuelles Kraftwerk oder ein Energiesubsystem . Als virtuelles Kraftwerk ( engl . : virtual powerplant ) wird ein Zusammenschluss unterschiedlicher Energiesystemkomponenten, wie insbesondere ein Dieselaggregat , eine Photovoltaikanlage und/oder ein Batteriespeicher verstanden, welche durch eine Steuereinheit gesteuert werden, welche die einzelnen Energiesystemkomponenten nach außen nicht of fenbart . In anderen Worten wird ein virtuelles Kraftwerk unabhängig von den einzelnen Energiesystemkomponenten nach außen, also gegenüber der zentralen Steuereinheit , als eine einzige Energiesystemkomponente dargestellt . Insbesondere umfasst das virtuelle Kraftwerk also eine eigene Steuereinheit , welche mit der zentralen Steuereinheit des Energiesystems kommuni ziert . Auch für ein Energiesubsystem, was wiederum unterschiedliche Energiesystemkomponenten umfasst , wird nach außen, also in Bezug zur zentralen Steuereinheit des Energiesystems , genau eine Energiesystemkomponente dargestellt . In a further advantageous embodiment and development of the invention, the energy system component is a virtual power plant or an energy subsystem. A virtual power plant is a combination of different energy system components, such as in particular a diesel generator, a photovoltaic system and/or a battery storage system, which are controlled by a control unit that does not reveal the individual energy system components to the outside world. In other words, a virtual power plant is represented as a single energy system component independently of the individual energy system components to the outside, that is to say in relation to the central control unit. In particular, the virtual power plant has its own control unit, which communicates with the central control unit of the energy system. Also for an energy subsystem, which in turn includes different energy system components, exactly one energy system component is shown to the outside, ie in relation to the central control unit of the energy system.
Somit werden für das virtuelle Kraftwerk und/oder das Energiesubsystem insgesamt wenigstens ein Selbsteinschätzungswert und/oder ein Systempriorisierungswert ermittelt . Vorteilhaft ist es dann möglich, das virtuelle Kraftwerk oder das Energiesubsystem als genau eine Energiesystemkomponente in das Energiesystem einzubinden . Es ist dann auch möglich, dem virtuellen Kraftwerk oder dem Energiesubsystem eine vorbestimmte Klasse , insbesondere einen Dieselgenerator oder einen Batteriespeicher, zuzuordnen . Somit wird das virtuelle Kraftwerk oder das Energiesubsystem vereinfacht dargestellt , was vor- teilhaft das Einbinden des virtuellen Kraftwerks oder des Energiesubsystem in das Energiesystem zur Verteilung einer angefragten Leistung vereinfacht und eine geringe Prozessorleistung der zentralen Steuereinheit fordert . At least one self-assessment value and/or one system prioritization value are thus determined overall for the virtual power plant and/or the energy subsystem. It is then advantageously possible to integrate the virtual power plant or the energy subsystem into the energy system as precisely one energy system component. It is then also possible to assign a predetermined class, in particular a diesel generator or a battery store, to the virtual power plant or the energy subsystem. Thus, the virtual power plant or the energy subsystem is shown in a simplified way, which Partially simplifies the integration of the virtual power plant or the energy subsystem in the energy system for the distribution of a requested power and requires a low processor power of the central control unit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist die Energiesystemkomponente ein virtueller Batteriespeicher . Als eine virtuelle Batterie wird hier insbesondere ein Computer umfassend einen Prozessor verstanden, der Energiemengen, insbesondere in Abhängigkeit von vertraglichen Energiekontingenten, anfordert , indem er sich gegenüber der zentralen Steuereinheit als leerer Batteriespeicher, der noch Ladekapazität hat , darstellt . Insbesondere kann eine von einem Energieversorger vertraglich an einen Kunden übertragene Energiemenge als voller virtueller Batteriespeicher in das Energiesystem einbezogen werden . Der virtuelle Batteriespeicher des Kunden wird nach außen zunächst mittels eines ersten Zuordnungswerts als leer dargestellt . Nach Übertragen der vertraglich fixierten Energiemenge wird der virtuelle Batteriespeicher gegenüber der zentralen Steuereinheit als voll , also geladen, dargestellt . Typischerweise ist ein virtueller Batteriespeicher mit einer weiteren Energiesystemkomponente , insbesondere einem virtuellen Kraftwerk, direkt verbunden . Somit wird das Übertragen einer definierten Energiemenge an das virtuelle Kraftwerk mittels des virtuellen Batteriespeichers überwacht . In a further advantageous embodiment and development of the invention, the energy system component is a virtual battery store. A virtual battery is understood here in particular to mean a computer comprising a processor that requests amounts of energy, in particular as a function of contractual energy quotas, by presenting itself to the central control unit as an empty battery store that still has charging capacity. In particular, an amount of energy contractually transferred to a customer by an energy supplier can be included in the energy system as a full virtual battery store. The customer's virtual battery storage is initially shown to the outside as empty by means of a first allocation value. After the contractually fixed amount of energy has been transferred, the virtual battery storage is shown to the central control unit as full, i.e. charged. Typically, a virtual battery storage is directly connected to another energy system component, in particular a virtual power plant. In this way, the transmission of a defined amount of energy to the virtual power plant is monitored using the virtual battery store.
Der Einsatz virtueller Kraftwerke , von Energiesubsystemen und von virtuellen Batteriespeichern als Energiesystemkomponente ermöglicht es vorteilhaft , kaskadierte Energieversorgungsnetze , in denen insbesondere virtuelle Kraftwerke in einem gemischten Verbund mit physikalischen Energiesystemkomponenten aufgebaut sind, optimal und zuverlässig bei geringem Rechenaufwand zu betreiben . Die Anpassung der Verteilung von angefragter elektrischer Leistung an sich physikalisch verändernde Energiesystem kann mittels virtueller Kraftwerke und virtueller Batteriespeicher vorteilhaft zügig und einfach erfolgen . Insbesondere in einer geschlossenen Umgebung, insbeson- dere einem Industriekomplex, kann somit vorteilhaft vermieden werden, dass eine Gebäudesteuerung oder eine Fabriksteuerung komplexe Verteilungen der elektrischen Energie innerhalb der geschlossenen Umgebung regelt . Vielmehr wird die gesamte geschlossene Umgebung gegenüber der zentralen Steuereinheit insbesondere als eine virtuelle Batterie dargestellt . The use of virtual power plants, energy subsystems and virtual battery storage as energy system components makes it possible to operate cascaded energy supply networks, in which virtual power plants in particular are set up in a mixed network with physical energy system components, optimally and reliably with little computing effort. The adaptation of the distribution of requested electrical power to the physically changing energy system can advantageously be carried out quickly and easily by means of virtual power plants and virtual battery storage. Especially in a closed environment, especially more of an industrial complex, it can thus advantageously be avoided that a building control system or a factory control system regulates complex distributions of electrical energy within the closed environment. Rather, the entire closed environment is represented in relation to the central control unit, in particular as a virtual battery.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist die zentrale Steuereinheit örtlich einem Knotenpunkt eines Energienetzes zugeordnet . Vorteilhaft kann somit die Infrastruktur des Energiesystems genutzt werden, um die zentrale Steuereinheit in das Energiesystem einzubinden . In a further advantageous embodiment and development of the invention, the central control unit is assigned locally to a node of an energy network. The infrastructure of the energy system can thus be used advantageously in order to integrate the central control unit into the energy system.
Weitere Merkmale , Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren . Darin zeigen schematisch : Further features, properties and advantages of the present invention result from the following description with reference to the enclosed figures. It shows schematically:
Figur 1 Energiesystem mit zwei Batteriespeichereinheiten, einem Dieselgenerator und einer zentralen Steuereinheit ; FIG. 1 energy system with two battery storage units, a diesel generator and a central control unit;
Figur 2 Ladezustandswert-Funktion einer Batteriespeichereinheit ; FIG. 2 State of charge value function of a battery storage unit;
Figur 3 Temperaturzustandswert-Funktion einer Batteriespeichereinheit ; FIG. 3 Temperature state value function of a battery storage unit;
Figur 4 relative Leistungsanforderungs zustandswertfunktion einer Batteriespeichereinheit ; FIG. 4 relative power requirement state value function of a battery storage unit;
Figur 5 Energiesystem mit einem Großbatteriespeicher, virtuellen Kraftwerken und einem Dieselgenerator ; FIG. 5 energy system with a large battery store, virtual power plants and a diesel generator;
Figur 6 ein Verfahrensschema zum Betreiben eines Energiesystems . Figur 1 zeigt ein Energiesystem 1 mit mehreren Energiesystemkomponenten . Als Energiesystemkomponenten werden eine erste Batteriespeichereinheit 4 , eine zweite Batteriespeichereinheit 5 und ein Dieselgenerator 7 eingesetzt . Die erste Batteriespeichereinheit 4 stellt einen Heimspeicher mit einer Größe von 10 kWh dar . Die zweite Batteriespeichereinheit 5 ist ein Großbatteriespeicher mit einer Größe von 100 kWh . Die maximale Leistung des Heimspeichers 4 beträgt 3 kW . Die maximale Leistung des Großbatteriespeichers beträgt 50 kW . Die maximale Leistung des Dieselgenerators 7 beträgt ebenfalls 50 kW . FIG. 6 shows a process diagram for operating an energy system. Figure 1 shows an energy system 1 with several energy system components. A first battery storage unit 4 , a second battery storage unit 5 and a diesel generator 7 are used as energy system components. The first battery storage unit 4 represents a home storage system with a size of 10 kWh. The second battery storage unit 5 is a large battery storage with a size of 100 kWh. The maximum power of the home storage 4 is 3 kW. The maximum capacity of the large battery storage is 50 kW. The maximum output of the diesel generator 7 is also 50 kW.
Jede Energiesystemkomponente umfasst eine eigene Steuereinheit . Die Energiesystemkomponenten sind alle direkt mit einer zentralen Steuereinheit 6 verbunden . An die zentrale Steuereinheit 6 wird eine Anfrage zu einer geforderten elektrischen Leistung übermittelt . Weiterhin werden Selbsteinschätzungswerte der Energiesystemkomponenten und Systempriorisierungswerte von der zentralen Steuereinheit 6 aufgenommen und darauf basierend wird eine Verteilungsgröße zum Verteilen der angeforderten elektrischen Leistung ermittelt . Anschließend wird die angeforderte elektrische Leistung, in diesem Beispiel 15 kW, auf den Dieselgenerator 7 , den ersten Batteriespeichereinheit 4 und die zweite Batteriespeichereinheit 5 verteilt . Each power system component includes its own control unit. The energy system components are all directly connected to a central control unit 6 . A request for a required electrical power is transmitted to the central control unit 6 . Furthermore, self-assessment values of the energy system components and system prioritization values are recorded by the central control unit 6 and a distribution variable for distributing the requested electrical power is determined on the basis thereof. The required electrical power, 15 kW in this example, is then distributed to the diesel generator 7 , the first battery storage unit 4 and the second battery storage unit 5 .
Mittels der Figuren 2 und 3 wird verdeutlicht , wie für j ede Steuerungseinheit der Energiesystemkomponenten ein Selbsteinschätzungswert SA ermittelt wird . FIGS. 2 and 3 illustrate how a self-assessment value SA is determined for each control unit of the energy system components.
Zunächst werden basierend auf physikalischen und nichtphysikalischen Parametern Zustandswerte ermittelt . Figur 2 verdeutlicht das Ermitteln eines Ladezustand-Zustandswerts 20 basierend auf einem Ladezustand der Batteriespeichereinheit 4 , 5 . Der erste Ladezustand der ersten Batteriespeichereinheit 4 beträgt 95 % . Mittels der ersten Zustandswertfunktionen kann ein erster Ladezustandswert PI der ersten Batteriespeichereinheit 4 bestimmt werden . Der Ladezustandswert für einen Ladezustand von 95% beträgt 0 , 95 . Der zweite Ladezustand der zweiten Batteriespeichereinheit 5 beträgt 17 % . Der zweite Ladezustand-Zustandswerts P2 der zweiten Batteriespeichereinheit 5 beträgt somit 0 , 17 . First, status values are determined based on physical and non-physical parameters. FIG. 2 illustrates the determination of a state of charge state value 20 based on a state of charge of the battery storage unit 4 , 5 . The first state of charge of the first battery storage unit 4 is 95%. A first state of charge value PI of the first battery storage unit 4 can be determined by means of the first state value functions. The state of charge value for a state of charge of 95% is 0.95. The second state of charge of the second battery storage unit 5 is 17%. The second state of charge state value P2 of the second battery storage unit 5 is therefore 0.17.
Weiterhin wird für j ede Batteriespeichereinheit ein weiterer Zustandswert ermittelt . Figur 3 verdeutlicht eine entsprechende Zustandswertfunktionen : Die Zustandswertfunktion 35 beschreibt einen Temperaturkorridor, bei dem die Batteriespeichereinheit optimal betrieben wird . In Abhängigkeit der Temperatur der Batteriespeichereinheit 30 wird mittels der zweiten Zustandswertfunktionen 35 ein Temperatur-Zustandswert 40 bestimmt . In diesem Beispiel liegt ein optimaler Temperaturbereich zum Betreiben der Batteriespeichereinheit in einem Bereich von 20 ° C bis 40 ° C . Für die erste Batteriespeichereinheit 4 wird ein erster Temperatur-Zustandswert P3 ermittelt . Die Temperatur der ersten Batteriespeichereinheit 4 beträgt 33 ° C . Daraus ergibt sich ein erster Temperatur- Zustandswert P3 von 1 . Für die zweite Batteriespeichereinheit 5 wird ein zweiter Temperatur-Zustandswert P4 ermittelt . Die Temperatur der zweiten Batteriespeichereinheit 5 beträgt 38 ° C . Somit wird als der zweite Temperatur-Zustandswert P4 ein Wert von 1 ermittelt . Mittels eines Produkts aus den einer Energiesystemkomponente zugeordneten Zustandswerten wird nun für die erste Batteriespeichereinheit 4 und die zweite Batteriespeichereinheit 5 ein erster Selbsteinschätzungswert SA 1 und ein zweiter Selbsteinschätzungswert SA2 bestimmt : Furthermore, a further status value is determined for each battery storage unit. FIG. 3 illustrates a corresponding state value function: state value function 35 describes a temperature corridor in which the battery storage unit is operated optimally. A temperature state value 40 is determined by means of the second state value functions 35 as a function of the temperature of the battery storage unit 30 . In this example, an optimum temperature range for operating the battery storage unit is in a range of 20° C. to 40° C. A first temperature status value P3 is determined for the first battery storage unit 4 . The temperature of the first battery storage unit 4 is 33°C. This results in a first temperature state value P3 of 1. A second temperature state value P4 is determined for the second battery storage unit 5 . The temperature of the second battery storage unit 5 is 38°C. A value of 1 is thus determined as the second temperature state value P4. A first self-assessment value SA 1 and a second self-assessment value SA2 are now determined for the first battery storage unit 4 and the second battery storage unit 5 by means of a product from the status values assigned to an energy system component:
S 1 = 0,95 x 1 = 0,95 Gleichung 3S 1 = 0.95 x 1 = 0.95 Equation 3
SA2 = 0,17 X 1 = 0,17 Gleichung 4 SA2 = 0.17 X 1 = 0.17 Equation 4
Der Selbsteinschätzungswert des Dieselgenerator SA3 beträgt 1 . The SA3 diesel generator self-assessment value is 1 .
Weiterhin wird für die erste Batteriespeichereinheit 4 und die zweite Batteriespeichereinheit 5 j eweils ein erster Systempriorisierungswert CAI und ein zweiter Systempriorisierungswert CA2 ermittelt . Figur 4 verdeutlicht die Zustands- wert funktionen, welche in diesem Beispiel zum Bestimmen der Systempriorisierungswerte eingesetzt werden . Auf der x-Achse wird eine relative Leistungsanforderungen an die Energiesystemkomponente aufgetragen . Als relative Leistungsanforderungen wird das Verhältnis der angefragten elektrischen Leistung zur maximal bereitstellbaren elektrischen Leistung der j eweiligen Energiesystemkomponente verstanden . Auf der y-Achse wird ein Leistungsanforderungs-Zustandswert 60 aufgetragen . Figur 4 zeigt nun Zustandswertfunktionen für einen Dieselgenerator 51 , für einen Heimspeicher 52 und für einen Großbatteriespeicher 53 . Die erste Batteriespeichereinheit 4 wird mit einer relativen ersten Leistungsanforderungen 54 von 30 % betrieben . Die erste Batteriespeichereinheit 4 ist ein Heimspeicher . Es ergibt sich ein erster relativer Leistungsanforderungs-Zustandswert P5 von 0 , 7 . Die zweite Batteriespeichereinheit 5 wird mit einer zweiten relativen Leistungsanforderungen 55 von 5 % betrieben . Die zweite Batteriespeichereinheit 5 verhält sich wie ein Großbatteriespeicher . Ein zweiter Leistungsanforderungen Zustandswert P6 beträgt somit 0 , 5 . Der Dieselgenerator 7 wird mit einer dritten relativen Leistungsanforderungen 56 von 10 % betrieben . Somit ergibt sich ein dritter Leistungsanforderungs-Zustandswert P7 von 0 . In diesem Beispiel werden für das Bestimmen des Systempriorisierungswerts CA keine weiteren Zustandswertfunktionen eingesetzt . Somit ergibt sich : Furthermore, a first system prioritization value CAI and a second system prioritization value CA2 are each determined for the first battery storage unit 4 and the second battery storage unit 5 . Figure 4 illustrates the status value functions, which are used in this example to determine the system prioritization values. A relative power requirement for the energy system components is plotted on the x-axis. The ratio of the electrical power requested to the maximum electrical power that can be provided by the respective energy system component is understood as the relative power requirements. A power requirement state value 60 is plotted on the y-axis. FIG. 4 now shows status value functions for a diesel generator 51, for a home storage device 52 and for a large battery storage device 53. The first battery storage unit 4 is operated with a relative first power requirement 54 of 30%. The first battery storage unit 4 is a home storage. A first relative power requirement state value P5 of 0.7 results. The second battery storage unit 5 is operated with a second relative power requirement 55 of 5%. The second battery storage unit 5 behaves like a large battery storage. A second performance requirement state value P6 is therefore 0.5. The diesel generator 7 is operated with a third relative power requirement 56 of 10%. A third power requirement state value P7 of 0 thus results. In this example, no further state value functions are used to determine the system prioritization value CA. This results in:
CAI = 0,7 CAI = 0.7
CA2 = 0,5 CA2 = 0.5
CA3 = 0 CA3 = 0
Die Verteilungsgröße wie wird nun nach Gleichung 2 folgendermaßen bestimmt : The distribution size is now determined according to Equation 2 as follows:
0,95x0,7x3fcW7 w 0,32 Gleichung 50.95x0.7x3fcW7 w 0.32 equation 5
0,95x0,7x3 fcW7+0,17x0,5x50fcW7+0x50fcW7 0,17x0,5x50fcW7 w'2 0,68 Gleichung 60.95x0.7x3 fcW7+0.17x0.5x50fcW7+0x50fcW7 0.17x0.5x50fcW7 w' 2 0.68 equation 6
0,95x0,7x3 fcW7+0,17x0,5x50fcW7+0x50fcW7 Gleichung 7 0.95x0.7x3 fcW7+0.17x0.5x50fcW7+0x50fcW7 Equation 7
Als Verteilungsgröße für die erste Batteriespeichereinheit 4 wird 0 , 32 ermittelt . Als Verteilungsgröße für die zweite Batteriespeichereinheit 5 wird 0 , 68 ermittelt . Als Verteilungsgröße für den Dieselgenerator 7 wird 0 ermittelt . Somit wird die angeforderte elektrische Leistung von 15 kW derart verteilt , dass 4 , 8 kW aus der ersten Batteriespeichereinheit 4 und 10 , 2 kW aus der zweiten Batteriespeichereinheit 5 entnommen werden . 0.32 is determined as the distribution variable for the first battery storage unit 4 . 0.68 is determined as the distribution variable for the second battery storage unit 5 . 0 is determined as the distribution variable for the diesel generator 7 . The required electrical power of 15 kW is thus distributed in such a way that 4.8 kW are drawn from the first battery storage unit 4 and 10.2 kW from the second battery storage unit 5 .
Figur 5 zeigt ein verzweigtes Energiesystem 1 mit mehreren Dieselgeneratoren, virtuellen Kraftwerken und Batteriespeichereinheiten . Anhand der Figur 5 soll erläutert werden, dass eine deutliche Vereinfachung bei der Verteilung einer angeforderten elektrischen Leistung aufgrund der Zuordnung der Selbsteinschätzungswerte und Systempriorisierungswerte erfolgt . Das Energiesystem 1 umfasst eine zentrale Steuereinheit 6 . Die zentrale Steuereinheit 6 ist direkt verbunden mit einer zweiten Batteriespeichereinheit 5 , also einem Großbatteriespeicher, einem Dieselgenerator 7 und einem ersten virtuellen Kraftwerken 9 . Das erste virtuelle Kraftwerk 9 umfasst wiederum einen zweiten Großbatteriespeicher 12 und ein zweites virtuelles Kraftwerk 11 . Das zweite virtuelle Kraftwerk 11 wiederum umfasst eine erste Batteriespeichereinheit 4 , also einen Heimspeicher, eine Photovoltaikanlage 8 und eine dritte Batteriespeichereinheit 13 . Jede Energiesystemkomponente ermittelt einen Selbsteinschätzungswert . Der erste Selbsteinschätzungswert SA1 des ersten Batteriespeichers 4 , der achte Selbsteinschätzungswert SA8 der Photovoltaikanlage 8 und der dritte Selbsteinschätzungswert SA3 der dritten Batteriespeichereinheit 13 werden an das virtuelle Kraftwerk 11 übertragen und dort miteinander multipli ziert und als vierter Selbsteinschätzungswert S4 zunächst gespeichert . An das erste virtuelle Kraftwerk 9 wird der vierte Selbsteinschätzungswert S4 und der fünfte Selbsteinschätzungswert S5 des zweiten Batteriespeichers 12 übertragen . In dem ersten virtuellen Kraftwerk 9 , welches einen Prozessor umfasst , wird mittels einer Multiplikation wiederum ein sechster Selbsteinschätzungswert SA 6 ermittelt . Ebenso wird ein siebter Selbsteinschätzungswert SA7 des Dieselgenerator 7 und ein zweiter Selbsteinschätzungswert SA2 zweiten Batteriespeichereinheit 5 ermittelt . Der zweite Selbsteinschätzungswert SA 2 , der sechste Selbsteinschätzungswert SA 6 und der siebte Selbsteinschätzungswert SA 7 werden an die zentrale Steuereinheit 6 übermittelt . Weiterhin werden Systempriorisierungswerte CA 1 , CA 2 und CA 3 j eweils für den Dieselgenerator 7 , das virtuelle Kraftwerk 9 und die zweite Batteriespeichereinheit 5 ermittelt und an die zentrale Steuereinheit übertragen . Figure 5 shows a branched energy system 1 with multiple diesel generators, virtual power plants and battery storage units. It should be explained with reference to FIG. 5 that a significant simplification occurs in the distribution of a requested electrical power due to the assignment of the self-assessment values and system prioritization values. The energy system 1 includes a central control unit 6 . The central control unit 6 is directly connected to a second battery storage unit 5 , ie a large battery storage, a diesel generator 7 and a first virtual power plant 9 . The first virtual power plant 9 in turn includes a second large battery storage 12 and a second virtual power plant 11 . The second virtual power plant 11 in turn includes a first battery storage unit 4 , ie a home storage unit, a photovoltaic system 8 and a third battery storage unit 13 . Each energy system component determines a self-assessment value. The first self-assessment value SA1 of the first battery storage 4, the eighth self-assessment value SA8 of the photovoltaic system 8 and the third self-assessment value SA3 of the third battery storage unit 13 are transmitted to the virtual power plant 11 and multiplied there and initially stored as the fourth self-assessment value S4. The fourth self-assessment value S4 and the fifth self-assessment value S5 of the second battery store 12 are transmitted to the first virtual power plant 9 . In the first virtual power plant 9, which includes a processor, by means of a Multiplication in turn determines a sixth self-assessment value SA 6 . A seventh self-assessment value SA7 of the diesel generator 7 and a second self-assessment value SA2 of the second battery storage unit 5 are also determined. The second self-assessment value SA 2 , the sixth self-assessment value SA 6 and the seventh self-assessment value SA 7 are transmitted to the central control unit 6 . Furthermore, system prioritization values CA 1 , CA 2 and CA 3 are each determined for the diesel generator 7 , the virtual power plant 9 and the second battery storage unit 5 and transmitted to the central control unit.
In der zentralen Steuereinheit 6 wird eine Verteilungsgröße für die zweite Batteriespeichereinheit 5 , den Dieselgenerator 7 und das erste virtuelle Kraftwerk 9 ermittelt . Eine angeforderte Leistung wird anschließend gemäß diesen Verteilungsgröße auf diese drei Energiesystemkomponenten verteilt . Das Verfahren zum Verteilen der Energie basierend auf Selbsteinschätzungswerten und Systempriorisierungswerten kann dann innerhalb des virtuellen Kraftwerks 9 wiederum auf dieser Ebene , in anderen Worten rekursiv, durchgeführt werden . Dabei wir als die angeforderte Leistung die Energiemenge , die bei der übergeordneten Verteilung ermittelt wurde , verwendet . A distribution variable for the second battery storage unit 5 , the diesel generator 7 and the first virtual power plant 9 is determined in the central control unit 6 . A required power is then distributed to these three energy system components according to this distribution variable. The method for distributing the energy based on self-assessment values and system prioritization values can then be carried out again at this level, in other words recursively, within the virtual power plant 9 . The amount of energy that was determined during the higher-level distribution is used as the required power.
Figur 6 verdeutlicht das Verfahren zum Verteilen einer angeforderten Leistung auf ein Energiesystem 1 mit mehreren Energiesystemkomponenten . In einem ersten Schritt S 1 wird ein Energiesystem mit mehreren Energiesystemkomponenten bereitgestellt . In einem zweiten Schritt S2 erfolgt das Ermitteln eines ersten Selbsteinschätzungswertes einer ersten Energiesystemkomponente . In einem dritten Schritt S3 erfolgt das Ermitteln eines zweiten Selbsteinschätzungswertes einer zweiten Energiesystemkomponente . Der erste und der zweite Schritt können nacheinander oder parallel erfolgen . In einem vierten Schritt S4 erfolgt das Bereitstellen einer aktuellen maximalen Leistungsmenge der Energiesystemkomponente . Aktuell meint hier, dass im Falle einer Speichereinheit die maximal mögliche Leistungsabgabe zum Betriebs zeitpunkt bereitgestellt wird . Die maximal mögliche Leistungsabgabe kann sich über die Zeit verschlechtern, sodass dieser Wert angepasst werden sollte . In einem fünften Schritt S5 erfolgt das Aufnehmen einer Anfrage zu einer elektrischen Leistung in einer zentralen Steuereinheit . Das Ermitteln der Selbsteinschätzungswerte und das Aufnehmen der angefragten elektrischen Leistung kann wiederum zeitlich nacheinander oder parallel erfolgen . In einem sechsten Schritt S 6 erfolgt das Ermitteln einer Verteilungsgröße für j ede Energiesystemkomponente . Anschließend wird in einem siebten Schritt S7 die angeforderte elektrische Leistung gemäß der Verteilungsgröße auf die Energiesystemkomponenten verteilt . FIG. 6 illustrates the method for distributing a requested power to an energy system 1 with a number of energy system components. In a first step S 1 an energy system with several energy system components is provided. In a second step S2, a first self-assessment value of a first energy system component is determined. In a third step S3, a second self-assessment value of a second energy system component is determined. The first and the second step can take place one after the other or in parallel. In a fourth step S4, a current maximum amount of power of the energy system component is provided. Current here means that in the case of a storage unit, the maximum possible power output is provided at the time of operation will . The maximum possible power output can deteriorate over time, so this value should be adjusted. In a fifth step S5, a request for electrical power is received in a central control unit. The determination of the self-assessment values and the recording of the requested electrical power can in turn take place sequentially or in parallel. In a sixth step S 6 , a distribution variable is determined for each energy system component. Then, in a seventh step S7, the required electrical power is distributed to the energy system components according to the distribution variable.
Bezugs zeichenliste reference character list
I Energiesystem I energy system
4 erste Batteriespeichereinheit 4 first battery storage unit
5 zweite Batteriespeichereinheit 5 second battery storage unit
6 zentrale Steuereinheit 6 central control unit
7 Diesel-Generator 7 diesel generator
8 Photovoltaikanlage 8 photovoltaic system
9 erstes virtuelles Kraftwerk 9 first virtual power plant
10 Ladezustand des Batteriespeichers 10 State of charge of the battery storage
I I zweites virtuelles Kraftwerk II second virtual power plant
12 zweiter Großbatteriespeicher 12 second large battery storage
13 dritte Batteriespeichereinheit 13 third battery storage unit
14 erster Ladezustand der ersten Batteriespeichereinheit14 first state of charge of the first battery storage unit
15 erste Zustandswertfunktion 15 first state value function
16 zweiter Ladezustand der zweiten Batteriespeichereinheit16 second state of charge of the second battery storage unit
20 Ladezustands-Zustandswert 20 state of charge status value
30 Temperatur des Batteriespeichers 30 Battery storage temperature
31 Temperatur der ersten Batteriespeichereinheit 31 Temperature of the first battery storage unit
32 Temperatur der zweiten Batteriespeichereinheit 32 Temperature of the second battery storage unit
35 zweite Zustandswertfunktion 35 second state value function
40 Temperatur-Zustandswert 40 temperature status value
50 relative Leistungsanforderung 50 relative power requirement
51 dritte Zustandswertfunktion eines Diesel-Generators51 third state value function of a diesel generator
52 vierte Zustandswertfunktion eines Heimspeichers 52 fourth state value function of a home memory
53 fünfte Zustandswertfunktion eines Großbatteriespeichers53 fifth state value function of a large battery storage
54 relative Leistungsanforderung an die erste Batteriespeichereinheit 54 relative power demand on the first battery storage unit
55 relative Leistungsanforderung an die zweite Batteriespeichereinheit 55 relative power requirement for the second battery storage unit
60 Le istungsanf orderungs- Zustandswert 60 Power Requirement State Value
PI erster Ladezustandswert PI first state of charge value
P2 zweiter Ladezustandswert P2 second state of charge value
P3 erster Temperatur-Zustandswert P3 first temperature state value
P4 zweiter Temperatur-Zustandswert P4 second temperature state value
P5 erster Leistungsanforderungs-Zustandswert P5 first power demand state value
P6 zweiter Leistungsanforderungs-Zustandswert P6 second power demand state value
P7 dritter Leistungsanforderungs-Zustandswert SA1 erster Selbsteinschätzungswert P7 third power demand condition value SA1 first self-assessment value
SA2 zweiter Selbsteinschätzungswert SA2 second self-rated score
SA3 dritter Selbsteinschätzungswert SA3 third self-rated score
SA4 vierter Selbsteinschätzungswert SA4 fourth self-rated score
SA5 fünfter Selbsteinschätzungswert SA5 fifth self-rated score
SA6 sechster Selbsteinschätzungswert SA6 sixth self-rated score
SA7 siebter Selbsteinschätzungswert SA7 seventh self-rated score
SA8 achter Selbsteinschätzungswert SA8 eighth self-assessment value
CAI erster Systempriorisierungswert CAI first system prioritization value
CA2 zweiter Systempriorisierungswert CA2 second system prioritization value
CA3 dritter Systempriorisierungswert CA3 third system prioritization value
W7 Verteilungsgröße des Dieselgenerators W7 distribution size of the diesel generator
W8 Verteilungsgröße des ersten GroßbatteriespeichersW8 distribution size of the first large battery storage
W9 Verteilungsgröße des ersten virtuellen KraftwerksW9 distribution size of the first virtual power plant
51 Bereitstellen des Energiesystems 51 Providing the energy system
52 Ermitteln eines ersten Selbsteinschätzungswerts 52 Determining a first self-assessment value
53 Ermitteln eines zweiten Selbsteinschätzungswerts53 Determining a second self-assessment value
54 Bereitstellen einer aktuellen maximalen Leistungsmenge54 Providing a current maximum amount of power
55 Aufnehmen einer Anfrage 55 Recording a request
56 Ermitteln einer Verteilungsgröße 56 Determining a Distribution Size
57 Verteilen einer angeforderten elektrischen Leistung 57 Distributing a requested electrical power

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Energiesystems (1) mit folgenden Schritten: 1. Method for operating an energy system (1) with the following steps:
- Bereitstellen des Energiesystems (1) umfassend eine zentrale Steuereinheit (6) und wenigstens eine erste Energiesystemkomponente (4) und eine zweite Energiesystemkomponente (5) , wobei jede Energiesystemkomponente (4, 5) eine Steuereinheit aufweist und mit der zentralen Steuereinheit (6) verbunden ist, - Providing the energy system (1) comprising a central control unit (6) and at least a first energy system component (4) and a second energy system component (5), each energy system component (4, 5) having a control unit and being connected to the central control unit (6). is,
- Ermitteln eines ersten Selbsteinschätzungswertes (SA1) der ersten Energiesystemkomponente (4) in deren Steuereinheit basierend auf wenigstens einem ersten Zustandswert (PI) , - Determining a first self-assessment value (SA1) of the first energy system component (4) in its control unit based on at least one first state value (PI),
- Ermitteln eines zweiten Selbsteinschätzungswertes (SA2) der zweiten Energiesystemkomponente (5) in deren Steuereinheit basierend auf wenigstens einem zweiten Zustandswert (P2) ,- Determining a second self-assessment value (SA2) of the second energy system component (5) in its control unit based on at least one second state value (P2),
- Bereitstellen einer aktuellen maximalen Leistungsmenge der ersten Energiesystemkomponente (4) und der zweiten Energiesystemkomponente (5) an die zentrale Steuereinheit (6) ,- Providing a current maximum amount of power of the first energy system component (4) and the second energy system component (5) to the central control unit (6),
- Aufnehmen einer Anfrage zu einer geforderten elektrischen Leistung in der zentralen Steuereinheit (6) , - Recording a request for a required electrical power in the central control unit (6),
- Ermitteln einer Verteilungsgröße (W) der geforderten Leistung für jede Energiesystemkomponente (4, 5) basierend auf den Selbsteinschätzungswerten (SAI, SA2 ) und der jeweils maximalen Leistungsabgabemenge in der zentralen Steuereinheit (6) , - Determining a distribution variable (W) of the required power for each energy system component (4, 5) based on the self-assessment values (SAI, SA2) and the respective maximum power output quantity in the central control unit (6),
- Verteilen einer geforderten elektrischen Leistung auf die Energiesystemkomponenten (4, 5) , wobei als die Energiesystemkomponenten eine Energieerzeugereinheit (7, 8) , eine Energieverbrauchereinheit oder eine Energiespeichereinheit (4, 5) eingesetzt werden und die Energiespeichereinheit ein Batteriespeicher ist. - Distributing a required electrical power to the energy system components (4, 5), with an energy generator unit (7, 8), an energy consumer unit or an energy storage unit (4, 5) being used as the energy system components and the energy storage unit being a battery storage unit.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Selbsteinschätzungswerte für eine Energieabgabe (SAI, SA2 ) getrennt von den Selbsteinschätzungswerten für eine Energieaufnahme in das Ermitteln der Verteilungsgröße (W) in der zentralen Steuereinheit (6) eingehen. 2. The method as claimed in claim 1, wherein the self-assessment values for energy output (SAI, SA2) are used separately from the self-assessment values for energy consumption when determining the distribution variable (W) in the central control unit (6).
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Bestimmung der Zustandswerte (PI, P2, P3, P4) vorbestimmte Zustandswertfunktionen (15, 35) verwendet werden, welche Zustandswerte (PI, P2, P3, P4) in Abhängigkeit einer physikalischen Eingabevariablen (10, 30) bereitstellen . 3. Method according to one of the preceding claims, wherein predetermined state value functions (15, 35) are used to determine the state values (PI, P2, P3, P4), which state values (PI, P2, P3, P4) depend on a physical input variable ( 10, 30) provide .
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei als Eingangsvariable einer Energiespeichereinheit ein Ladezustand (10) und/oder eine Speichertemperatur (30) und/oder eine Umgebungstemperatur verwendet werden. 4. The method according to claim 3, wherein a state of charge (10) and/or a storage temperature (30) and/or an ambient temperature are used as input variables of an energy storage unit.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei erste Zustandswerte (Pl, P3) und/oder wenigstens zwei zweite Zustandswerte (P2, P4) ermittelt werden und der erste Selbsteinschätzungswert (SA1) als Produkt der jeweils zwei ersten Zustandswerte (Pl, P3) und der zweite Selbsteinschätzungswert (SA2) als Produkt der jeweils zwei zweiten Zustandswerte (P2, P4) ermittelt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least two first state values (P1, P3) and/or at least two second state values (P2, P4) are determined and the first self-assessment value (SA1) is the product of the respective two first state values (P1, P3) and the second self-assessment value (SA2) is determined as the product of the respective two second state values (P2, P4).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als die Verteilungsgröße (W) eine Gewichtungsgröße als Quotient des Selbsteinschätzungswerts (SAI, SA2, SA7, SA8 ) und der maximalen Leistung einer Energiesystemkomponente (4, 5, 7, 8) zur Summe aller Selbsteinschätzungswerte (SAI, SA2, SA7, SA8 ) und deren jeweiliger maximaler Leistung verwendet wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein as the distribution variable (W) a weighting variable as a quotient of the self-assessment value (SAI, SA2, SA7, SA8) and the maximum power of an energy system component (4, 5, 7, 8) to the sum of all self-assessment values (SAI, SA2, SA7, SA8) and their respective maximum power is used.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiesystemkomponente (4, 5) ihre Klasse und ihre maximale Leistung an die zentrale Steuereinheit (6) übermittelt. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the energy system component (4, 5) transmits its class and its maximum power to the central control unit (6).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Systempriorisierungswert (CA) jeder Energiesystemkomponente (4, 5, 7, 8) ermittelt wird, wobei der Systempriorisierungswert (CA) in Abhängigkeit eines Zustandswerts (P5, P 6) , der die Klasse der Energiesystemkomponente (4, 5, 7, 8) beschreibt, ermittelt wird . 8. The method according to claim 7, wherein a system prioritization value (CA) of each energy system component (4, 5, 7, 8) is determined, the system prioritization value (CA) depending on a status value (P5, P 6) that defines the class of the energy system component ( 4, 5, 7, 8) describes, is determined.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei zur Bestimmung des Systempriorisierungswerts (CA) vorbestimmte Zustandswertfunktionen (51, 52, 53) verwendet werden, welche Zustandswerte (60) in Abhängigkeit einer physikalischen Eingabevariablen (50) , einer kostenabhängigen Eingabevariablen und/oder einer emissionsabhängigen, insbesondere einer Kohlenstof fdioxidemissi- ons-abhängigen, Eingabevariablen, bereitstellen . 9. The method according to claim 8, wherein predetermined state value functions (51, 52, 53) are used to determine the system prioritization value (CA), which state values (60) depend on a physical input variable (50), a cost-dependent input variable and/or an emission-dependent, In particular, provide a carbon dioxide emission-dependent input variable.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Systempriorisierungswert (CA) in die Verteilungsgröße (W) eingeht . 10. The method according to any one of claims 8 or 9, wherein the system prioritization value (CA) in the distribution variable (W) is included.
11. Energiesystem (1) zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Energiesystem (1) wenigstens eine zentrale Steuereinheit (6) und zwei Energiesystemkomponenten (4, 5, 7, 8) umfasst, wobei jede Energiesystemkomponente (4, 5, 7, 8) eine Steuereinheit aufweist und mit der zentralen Steuereinheit (6) verbunden ist. 11. Energy system (1) for performing a method according to any one of claims 1 to 10, wherein the energy system (1) comprises at least one central control unit (6) and two energy system components (4, 5, 7, 8), each energy system component (4 , 5, 7, 8) has a control unit and is connected to the central control unit (6).
12. Energiesystem (1) nach Anspruch 11, wobei die Energiesystemkomponente ein virtuelles Kraftwerk (9, 11) oder ein Energiesubsystem ist. 12. Energy system (1) according to claim 11, wherein the energy system component is a virtual power plant (9, 11) or an energy subsystem.
13. Energiesystem (1) nach Anspruch 11, wobei die Energiesystemkomponente eine virtuelle Batterie ist. 13. Energy system (1) according to claim 11, wherein the energy system component is a virtual battery.
14. Energiesystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die zentrale Steuereinheit (6) einem Knotenpunkt eines Energienetzes örtlich zugeordnet ist. 14. Energy system (1) according to any one of claims 11 to 13, wherein the central control unit (6) is locally assigned to a node of an energy network.
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