EP4232831A1 - Prüfung einer parametrisierung einer oder mehrerer messeinrichtungen - Google Patents

Prüfung einer parametrisierung einer oder mehrerer messeinrichtungen

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Publication number
EP4232831A1
EP4232831A1 EP21823775.8A EP21823775A EP4232831A1 EP 4232831 A1 EP4232831 A1 EP 4232831A1 EP 21823775 A EP21823775 A EP 21823775A EP 4232831 A1 EP4232831 A1 EP 4232831A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring device
measuring devices
measuring
sum signal
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP21823775.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arvid Amthor
Oliver DÖLLE
Thomas Schütz
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 EP4232831A1 publication Critical patent/EP4232831A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/66—Testing of connections, e.g. of plugs or non-disconnectable joints
    • G01R31/67—Testing the correctness of wire connections in electric apparatus or circuits

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1 and a method according to the preamble of patent claim 14.
  • Energy systems with multiple operating resources in particular with multiple multimodal generators (energy generators), storage (energy storage ) and loads (energy consumers) are typically individual solutions, so that due to their complexity and uniqueness they require a significant commissioning effort.
  • the individual resources of the energy system such as chillers, storage tanks or combined heat and power plants, can be controlled by local, heuristic rules.
  • heuristic operating strategies for the individual operating resources do not lead to optimal operational management of the overall system, ie the energy system.
  • EMS model-based energy management system
  • an EMS that is central with regard to the operating resources of the energy system transfers optimal target value specifications to subordinate basic controls, which finally adjust the available operating resources to these operating points.
  • Feedback or information about the current system status of the individual equipment to the EMS is required to ensure efficient and error-free operation of the energy system.
  • This information for example a currently converted energy of energy consumers and/or energy conversion systems, and/or energy obtained within the energy system, for example by means of a photovoltaic system, are typically recorded by means of associated sensors.
  • input power or output power of the equipment and/or energy system components is required so that the EMS can model as accurately as possible (parameter identification).
  • the present invention is based on the object of providing improved testing of a number of measuring devices in an energy system, in particular with regard to an EMS-based regulation of the energy system.
  • the method according to the invention for testing one or more measuring devices n of operating resources of an energy system, with the measuring devices n being assigned to a common measuring device, is characterized by at least the following steps:
  • the check is carried out in that an error in one of the measuring devices n is determined by a deviation of the calculated value of the associated scaling factor S n from a value specified for the respective measuring device n.
  • the method according to the invention and/or one or more functions, features and/or steps of the method according to the invention and/or one of its configurations can be computer-aided.
  • the method according to the invention can be carried out by a module of an energy management system.
  • an energy management system according to the invention comprises a module which is designed to carry out a method according to the present invention and/or one of its configurations.
  • An energy system according to the invention includes such an energy management system according to the invention.
  • the measurement signals and the total measurement signal can each be a time series formed with regard to a defined discretization.
  • the discretization can be a day, an hour, a quarter of an hour or a shorter period of time.
  • the present invention is based on an energy system with a number of operating resources, with one of the measuring devices being assigned to each of the n operating resources. Furthermore, the measuring devices are assigned to the common measuring device. For example, the generation and/or consumption of each resource is recorded using the measuring device associated with the resource. In this exemplary embodiment, a total generation and/or a total consumption of the operating resources is recorded by the common measuring device.
  • other measured variables can be provided.
  • the test according to the present invention can thus be limited to a subsystem of the energy system. In this case, it could be specified, for example by an operator of the energy system, which equipment or measuring device should be included.
  • the IPCC Fifth Assessment Report in particular defines an energy system as: "All components related to the production, conversion, supply and use of energy.”
  • the energy system is a particular Buildings, for example an office building and/or a residential building, an industrial facility, a campus, a district, a municipality and/or the like.
  • the energy system includes, in particular, electricity generators, combined heat and power systems, in particular combined heat and power plants, gas boilers, diesel generators, electric boilers, heat pumps, compression chillers, absorption chillers, pumps, district heating networks, energy transfer lines, wind turbines or wind turbines, photovoltaic systems, biomass systems, biogas systems, waste incineration plants, industrial systems, conventional power plants and / or the like, as equipment.
  • Errors within the meaning of the method according to the invention are, in particular, errors that can occur when installing or installing the measuring device, when setting up the measuring device locally and/or when integrating the measuring device into the EMS, for example using a network protocol.
  • An installation error is, for example, installing the measuring device in the wrong direction.
  • An error that may be present when setting up the measuring device locally is incorrect parameterization and/or incorrect specification of technical parameters required for the EMS, for example a current transformer ratio and/or a specific thermal capacity of a fluid to be measured.
  • An error in the integration of the measuring device can be an incorrectly set unit prefix and/or an incorrectly set sign with regard to the convention within the energy system (overall system). Typical errors are different and/or incorrect signs, incorrect or incorrectly set unit prefixes and/or incorrect specification of parameters.
  • a measurement signal for example a power curve, is generated for each measurement device. takes.
  • detecting is also understood to mean providing.
  • a sum signal for example an overall power profile of equipment, for example at a network connection point (Point of Common Coupling; PCC), is recorded by means of the common measuring device.
  • the respective power curves can have positive and negative signs with regard to generation and consumption.
  • a target function objective function, loss function or cost function
  • the provided target function quantifies or models a difference between the recorded sum signal and a modeled sum signal.
  • the modeled total signal is formed using the individual measuring signals from the measuring devices and the scaling factor.
  • the scaling factor fundamentally models errors, in particular errors that relate to the parameterization of the respective measuring device.
  • the respective scaling factor which is associated with the respective measuring device, is determined by means of the optimization, that is to say by means of an extremalization of the target function.
  • all scaling factors are determined by maximizing or minimizing the objective function.
  • the target function determines the difference between the recorded sum signal and the modeled sum signal, which includes the scaling factors
  • a minimization of the target function i.e. a minimization of the absolute error between the recorded sum signal and the modeled sum signal
  • the scaling factors of the modeled cumulative signal are determined in such a way that the modeled cumulative signal corresponds as precisely as possible to the detected cumulative signal.
  • a basic idea of the present invention is to use an optimization in the test. This is the case because alternatively, for example, all possibilities (permutations) of unit prefixes and signs could be determined and each permutation could be checked individually. However, in the case of more complex energy systems, for example with more than 20 pieces of equipment, this quickly leads to enormous computing times (more than 3000 years) that can no longer be realistically managed. It is thus a finding of the present invention that an optimization according to the present invention enables sufficiently precise testing in practicable computing times.
  • the respective measuring device is then checked for an installation error, a parameterization error and/or an integration error by comparing the scaling factor determined or calculated by means of the optimization with a value specified for the respective measuring device .
  • the value specified for the respective measuring device indicates an error-free measuring device. In other words, if the determined scaling factor deviates from its defined value, an error, in particular an installation error, an installation error and/or an integration error, of the measuring device is detected.
  • the value for one or more of the measuring devices, in particular for all of the measuring devices is defined numerically by the number one.
  • the determined or calculated scaling factor for one of the measuring devices has a value other than one, then there is an error in the measuring device, and the type of error can also be inferred from the value of the calculated scaling factor.
  • the calculated scaling factor can have the value 1000, for example. instead have the value 1 .
  • the scaling factors therefore only have discrete values.
  • the present invention thus carries out a check of a plurality of measuring devices in an energy system, so that the associated measuring signals can be checked for plausibility.
  • This automated plausibility check significantly reduces the commissioning effort with regard to energy management systems. Errors, especially installation errors, a parameterization error and/or an integration error, can be detected with almost certainty. This ensures that the energy system is operated efficiently and as optimally as possible by the associated energy management system, to which the measuring devices and operating resources are connected.
  • the type of error can be recognized so that associated possible solutions can be provided. This allows an error to be rectified quickly. Furthermore, the present invention enables fully automatic error handling.
  • the method according to the invention for commissioning a plurality of measuring devices n of operating resources of an energy system with each operating resource being assigned one of the measuring devices n for detecting a measurement signal P n (t) associated with its energy consumption and/or its energy generation, and with one relating to the measuring devices n in common -
  • the same measuring device by means of which a measurement signal P PCC (t) that is common to the equipment can be detected, with the measuring device n being tested with regard to its respective operating parameters during commissioning, is characterized in that the testing of the Measuring devices n according to one of claims 1 to 12 is carried out.
  • the checking preferably includes respective unit prefixes and/or signs of the measurement signals P n (t) detected by the measurement devices n.
  • the modeled sum signal is using educated .
  • the scaling factor S n provided according to the invention scales or weights the associated recorded measurement signal P n (t) in the sum of the recorded measurement signals. If there are no errors, the sum signal recorded by the common measuring device should match the sum of the individual measuring signals within the scope of the measuring deviations. An error can thus be recognized by a scaling factor that differs from the value 1.
  • the scaling factor S n for each of the measuring devices n is designed in such a way that it is a value from a set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K of operating parameters associated with the respective measuring device n has the measuring device n.
  • the scaling factor of a measuring device thus has a value that is associated with a possible installation/operation of the measuring device.
  • the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K thus describes possible errors of the respective measuring device.
  • Sign errors of the respective measuring device are thus modeled in this simple example.
  • the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K thus corresponds to the operating options of the respective measuring device, with the concept of operating options being quantified by the operating parameters mentioned and by the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K can be mapped or modeled mathematically. In this case, it is not necessary for the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K to include every operating option of the measuring device.
  • the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K includes the most probable errors or operating options or operating parameters of the respective measuring device.
  • the index set K (subset of the natural numbers) and thus the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K can be dependent on the measuring device n.
  • the measuring devices can have different operating options/operating parameters, each of which can lead to different errors.
  • Typical errors that can be found in all measuring devices and can be described by the same set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K are sign errors and unit prefix errors.
  • ⁇ —1000000, -1000, -1, 1, 1000, 1000000 ⁇ is a possible set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K, which has certain unit prefixes, in this case kilo and mega, with respective signs ⁇ for typical measuring devices (as a permutation) includes .
  • the function f(k) assigns an associated numerical value to each permutation k of operating parameters.
  • this value it is not necessary for this value to be an integer, as in the exemplary embodiment mentioned above.
  • Real values, in particular rational values, can be provided. This is the case because the operating options or operating parameters can also include physical or technical parameters and variables that are to be set, for example, during commissioning.
  • these include a specific heat capacity for a fluid and/or a current transformer ratio.
  • Other permutation options for example multiplication with imperial units and/or scaling with standardized quantities, for example with current transformers, can be modeled by f(k) and ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K can be taken into account.
  • the operating parameters of a measuring device n include one or more operating parameters that can be set when the measuring device n is put into operation and/or one or more installation parameters of the measuring device n.
  • the respective parameters are set when the respective measuring device is put into operation. It is thus advantageous to take these commissioning options into account when checking for errors in accordance with the present invention and/or one of its embodiments.
  • the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K includes one or more permutations of signs and unit prefixes of the measurement signal P n (t) of the respective measurement device n .
  • typical errors are due to an incorrectly specified sign and/or an incorrectly set or set or specified unit prefix (prefixes for units of measure, unit prefixes).
  • typical and frequently occurring errors can be taken into account by the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K in that it includes the associated numerical values. This is the case because the scaling factor of a measuring device assumes values within the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K .
  • the measurement signal associated with the measurement device is accordingly scaled or weighted within the modeled sum signal.
  • the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K comprises at least the unit prefixes -1, -10 3 and -10 6 as well as 1, 10 3 and 10 6 .
  • the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K includes one or more current transformer factors (current transformer ratios) and/or one or more specific heat capacities.
  • measuring devices for current transformers and/or measuring devices for fluids for example for detecting an associated heat output, can advantageously be checked for errors within the meaning of the present invention.
  • the advantageous Boolean selection function assumes only two values, for example 0 and 1, so that it characterizes a value of the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K and selects it in this sense. Precisely one value is particularly preferably selected.
  • the optimization ie the extremalization of the target function, is used to determine which operating parameters, for example with regard to signs and/or unit prefixes, the respective measuring device has.
  • This also determines the value f(k) from the set ⁇ f(k) ⁇ k ⁇ K , so that it can be determined in particular whether there is an error in the respective measuring device. If the determined value f(k) deviates from a specified specified value of the measuring device, then there is an error in the measuring device. For example, the measured values of the measuring device should only be positive. If a negative value of f(k) is now determined for this measuring device by the optimization, then there is a sign error in the named measuring device. In this exemplary embodiment, the measuring device could therefore have been installed or connected in the wrong direction.
  • the target function measures the absolute difference between the detected sum signal P PCC (t) and the modeled sum signal ⁇
  • the modeled total signal includes the scaling factors, by means of which possible errors of the respective measuring devices can be determined, as well as the recorded individual measuring signals.
  • the stated target function thus technically ensures that the scaling factors or the selection functions are determined in such a way that the error, ie the absolute deviation between the detected sum signal and the modeled sum signal, is as small as possible.
  • the scaling factors or the associated selection functions can be advantageously determined. For example, show all scaling factors by their determination the value 1 by means of the optimization, then all measuring devices are recognized as error-free within the scope of the present test.
  • the amount of the difference in the target function Z using two positive-valued error variables through is formed, where is.
  • the magnitude (1-norm) within the objective function is numerical, i.e. disadvantageous in the numerical extremization of the target function (optimization).
  • the absolute value function for the numeric can be advantageously resolved by the error variables mentioned, which only assume positive values (positive value). In particular, this saves computing time. Additional target functions, for example those formed using the 2 norm, can be provided.
  • the named optimization problem can be carried out several times in a row.
  • several solutions values of the scaling factors or of the selection functions
  • a pool of operating parameters in particular signs and/or unit prefixes
  • solutions that are close to the original solution can advantageously be determined. This is always advantageous when different possible combinations of operating parameters essentially lead to the same solution, so that further analysis or targeted determination is required. This advantageously results in a more complete picture, which makes it possible to determine the solution that appears most plausible.
  • a further advantageous supplementary or alternative possibility for optimization is if several There are effective solutions to formulate the optimization problem in such a way that the number of possible changes to the current configuration is minimized. It is assumed here that at least a certain part of the set operating parameters is correct.
  • the objective function is to be formed and, within the scope of the minimization.
  • e(n) models the difference to a current configuration.
  • a factor ⁇ > 1 could also be used here be careful.
  • the additional constraint characterizes the deviation between the original parameterization (configuration) and a possible solution x n (k) of the optimization problem.
  • an electricity meter or a heat meter is used as the measuring device n, with the measuring signals P n (t) being formed by the time curves of the respective powers.
  • typical and known measuring devices, in particular counters can advantageously be integrated into the regulation of the associated energy system, in particular into a Energy management system, to be checked. Further advantages, features and details of the invention result from the exemplary embodiments described below and from the drawing.
  • the only figure shows a schematic energy system with several resources. Identical, equivalent or equivalent elements can be provided with the same reference symbols in one of the figures or in the figures.
  • the figure shows a schematic of an energy system 4 with a number of operating resources 43.
  • Each of the operating resources 43 is assigned a measuring device 42, with the respective measuring device 43 measuring the respective energy production and/or energy generation, for example via power curves, in the form of a respective measurement signal recorded.
  • the energy system 4 has a battery storage device, a wind turbine, a photovoltaic system and an energy consumer as operating means 43 .
  • a measuring device 41 common to the measuring devices 42 is provided.
  • the common measuring device 41 detects, for example at a grid connection point 1 of the energy system 4, a common measuring signal, for example an overall energy production and/or overall energy consumption with regard to the equipment 43.
  • the common measurement signal can in turn be in the form of a power curve.
  • an energy management system is provided for the energy system 4 shown, it must be ensured, in particular when the energy management system and/or when the measuring devices 42 are commissioned, that they are correctly installed, parameterized and/or integrated.
  • the measuring devices must be checked, in particular with regard to their technical installation, their technical parameterization and/or their technical integration into the overall system or into the energy management system.
  • Such a check is provided by the present invention and/or one of its aspects.
  • individual measuring signals P n (t) of the measuring devices n are recorded and/or made available.
  • a common measurement signal P PCC (t) is recorded and/or made available at the grid connection point 1 of the energy system 4 .
  • the measurement signals P n (t), P PCC (t) are typically time series of the respective power present at the measurement location, in particular an electrical or thermal power.
  • the measurement signals or the time series are recorded over a time range T.
  • a time resolution of 15 minutes is typically provided here, with larger time ranges being provided for thermal loads due to their inertia.
  • the time range T is preferably subdivided into 15-minute increments.
  • a target function is provided which determines a difference, in particular the absolute difference between the detected sum signal P PCC (t) and a modeled sum signal. attractively modeled.
  • the modeled sum signal is formed using the detected measurement signals P n (t) and a respective scaling factor S n .
  • the scaling factors are preferably not time-dependent.
  • the modeled sum signal depends on the combination S n ⁇ P n (t), ie the individual measurement signals P n (t) are scaled.
  • S n ⁇ k ⁇ K (x n (k).f(k)).
  • the function f(k) is one of a permutation of operating options numeric value assigned to potentials k and thus possible sources of error k.
  • the sign and unit prefix function ⁇ is of the form ⁇ ⁇ 10 ⁇ and ⁇ 10 ⁇ with integer values ⁇ 0. If, for example, only the unit prefixes kilo and mega are taken into account with their respective signs, then ⁇ is 0,3 and 6. Further indices, in particular mathematically equivalent ones, can be provided.
  • the selection functions or the decision variable ⁇ are ⁇ optimization of the target function, i.e. determined by means of an optimization method.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Prüfung einer oder mehrerer Messeinrichtungen n (42) von Betriebsmitteln (43) eines Energiesystems (4) vorgeschlagen, wobei die Messeinrichtungen n (42) einer gemeinsamen Messeinrichtung (41) zugeordnet sind, gekennzeichnet durch wenigstens die folgenden Schritte: - Erfassen eines Messsignals P n (t) durch jede der Messeinrichtung n (42); - Erfassen eines Summensignals P PCC (t) mittels der gemeinsamen Messeinrichtung (41); - Bereitstellen einer Zielfunktion Z, die eine Differenz zwischen dem erfassten Summensignal P PCC (t) und einem modellierten Summensignal (Formel (I)) bestimmt, wobei - das modellierte Summensignal (Formel (I)) mittels der erfassten Messsignale P n (t) und eines jeweiligen Skalierungsfaktors S n gebildet wird; und - Berechnen der Werte der Skalierungsfaktoren S n mittels einem Extremalisieren der Zielfunktion Z; wobei - das Prüfen dadurch erfolgt, dass ein Fehler einer der Messeinrichtungen n durch ein Abweichen des berechneten Wertes des zugehörigen Skalierungsfaktors S n von einem für die jeweilige Messeinrichtung n (42) festgelegten Wert ermittelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Inbetriebnahme mehrerer Messeinrichtung (42).

Description

Beschreibung Prüfung einer Parametrisierung einer oder mehrerer Messein- richtungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbe- griff des Patentanspruches 14. Energiesysteme mit mehreren Betriebsmitteln, insbesondere mit mehreren multimodalen Erzeugern (Energieerzeuger), Speichern (Energiespeicher) und Lasten (Energieverbraucher), sind typi- scherweise Individuallösungen, sodass diese wegen ihrer Kom- plexität und Einzigartigkeit einen signifikanten Inbetrieb- setzungsaufwand erfordern. Im laufenden Betrieb können die einzelnen Betriebsmittel des Energiesystems, beispielsweise Kältemaschinen, Speicher oder Blockheizkraftwerke, durch lokale, heuristische Regeln ge- steuert werden. Aufgrund der Komplexität multimodaler Ener- giesysteme führen derartige, heuristische Betriebsstrategien der einzelnen Betriebsmittel allerdings nicht zu einer opti- malen Betriebsführung des Gesamtsystems, das heißt des Ener- giesystems. Eine Verwendung eines übergeordneten, modellbasierten Ener- giemanagementsystems (EMS) ermöglicht eine verbesserte und optimierte Betriebsführung des Energiesystems. Hierbei werden durch ein bezüglich der Betriebsmittel des Energiesystems zentrales EMS optimale Sollwertvorgaben an untergeordnete Ba- sisregelungen übergeben, welche die verfügbaren Betriebsmit- tel schließlich auf diese Betriebspunkte einregeln. Zur Sicherstellung eines effizienten und möglichst fehler- freien Betriebes des Energiesystems sind Rückmeldungen bezie- hungsweise Informationen über den aktuellen Systemzustand der einzelnen Betriebsmittel an das EMS erforderlich. Diese In- formationen, beispielsweise eine aktuell umgesetzte Energie von Energieverbrauchern und/oder Energiewandlungsanlagen, und/oder eine energiesysteminterne gewonnene Energie, bei- spielsweise mittels einer Photovoltaikanlage, werden typi- scherweise mittels zugehöriger Sensoren erfasst. Weiterhin sind Eingangsleistungen beziehungsweise Ausgangsleistungen der Betriebsmittel und/oder Energiesystemkomponenten erfor- derlich, damit eine möglichst genaue Modellierung durch das EMS ermöglicht wird (Parameteridentifikation). Dadurch sind jedoch im Gegensatz zu heuristischen Regelungen mehr Sensoren erforderlich, welche zu einem deutlich höheren Aufwand für die Inbetriebnahme des EMS führen. Mit anderen Worten müssen die dem EMS zugehörigen Messein- richtungen, insbesondere Sensoren oder Zähler, installiert und eingebunden werden. Hierbei können Fehler auftreten, da beispielsweise die einzelnen Arbeitsschritte hierzu von ver- schiedenen Unternehmen durchgeführt werden und typischerweise keine hinreichenden Hilfsmittel für die Überprüfung der Mess- stellen beziehungsweise Messvorrichtungen vorhanden sind. Für bereits bestehende Energiesysteme, die beispielsweise mittels einer heuristischen Steuerung/Regelung betrieben wer- den, werden eine Vielzahl der gegebenenfalls bereits instal- lierten Messvorrichtungen typischerweise nicht benötigt, so- dass Fehler bei deren Einbau und/oder Parametrisierung auch über längere Zeiträume unerkannt bleiben können. Werden sol- che Energiesysteme in ein modellbasiertes EMS eingebunden, führt dies zu einem ineffizienten beziehungsweise fehlerhaf- ten Betrieb, da die Regelung basierend auf falschen an das EMS übermittelten Informationen erfolgt. Nach dem Stand der Technik obliegt es dem Inbetriebsetzer des EMS die oben genannten Schwierigkeiten manuell zu prüfen und erkannte Fehler gegebenenfalls zu korrigieren. Aufgrund der Vielzahl vorhandener Betriebsmittel innerhalb komplexer Ener- giesysteme bleiben jedoch hierbei Fehler häufig unerkannt. Dadurch betreibt das EMS das zugehörige Energiesystem nicht optimal. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine verbesserte Prüfung mehrerer Messeinrichtungen eines Energie- systems , insbesondere im Hinblick auf eine EMS basierte Rege- lung des Energiesystems , bereitzustellen .
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 14 gelöst . In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestal- tungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung einer oder mehre- rer Messeinrichtungen n von Betriebsmitteln eines Energiesys- tems , wobei die Messeinrichtungen n einer gemeinsamen Mess- einrichtung zugeordnet sind, ist gekennzeichnet durch wenigs- tens die folgenden Schritte :
- Erfassen eines Messsignals Pn(t) durch j ede der Messeinrich- tung n;
- Erfassen eines Summensignals PPCC(t) mittels der gemeinsamen Messeinrichtung;
- Bereitstellen einer Ziel funktion Z, die eine Di f ferenz zwischen dem erfassten Summensignal PPCC(t) und einem model- lierten Summensignal bestimmt , wobei
- das modellierte Summensignal mittels der erfassten Messsignale Pn(t) und eines j eweiligen Skalierungs faktors Sn gebildet wird; und
- Berechnen der Werte der Skalierungs faktoren Sn mittels ei- nem Extremalisieren der Ziel funktion Z; wobei
- das Prüfen dadurch erfolgt , dass ein Fehler einer der Mess- einrichtungen n durch ein Abweichen des berechneten Wertes des zugehörigen Skalierungs faktors Sn von einem für die j e- weilige Messeinrichtung n festgelegten Wert ermittelt wird .
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder eine oder mehrere Funktionen, Merkmale und/oder Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer seiner Ausgestaltungen können com- putergestützt sein . Hierbei kann das erfindungsgemäße Verfah- ren durch ein Modul eines Energiemanagementsystems durchge- führt werden. Mit anderen Worten umfasst ein erfindungsgemä- ßes Energiemanagementsystem ein Modul, welches dazu ausgebil- det ist, ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen durchzuführen. Ein er- findungsgemäßes Energiesystems umfasst ein solches erfin- dungsgemäßes Energiemanagementsystem. Die Messsignale sowie das Summenmesssignal können jeweils ei- ne bezüglich einer festgelegten Diskretisierung gebildete Zeitreihe sein. Die Diskretisierung kann ein Tag, eine Stunde oder eine Viertelstunde oder ein kürzerer Zeitraum sein. Der vorliegenden Erfindung liegt ein Energiesystems mit meh- reren Betriebsmitteln zugrunde, wobei jedem der n Betriebs- mittel eine der Messeinrichtungen zugeordnet ist. Weiterhin sind die Messeinrichtungen der gemeinsamen Messeinrichtung zugeordnet. Beispielsweise wird die Erzeugung und/oder der Verbrauch jedes Betriebsmittels mittels der zum Betriebsmit- tel zugehörigen Messeinrichtung erfasst. Eine Gesamterzeugung und/oder ein Gesamtverbrauch der Betriebsmittel wird in die- sem Ausführungsbeispiel durch die gemeinsame Messeinrichtung erfasst. Allerdings können weitere Messgrößen vorgesehen sein. Weiterhin ist es grundsätzlich nicht erforderlich, dass alle Betriebsmittel des Energiesystems eine zugeordnete Mess- einrichtung aufweisen. Die Prüfung gemäß der vorliegenden Er- findung kann sich somit auf ein Teilsystem des Energiesystems beschränken. Hierbei könnte festgelegt werden, beispielsweise durch einen Betreiber des Energiesystems, welche Betriebsmit- tel beziehungsweise welche Messeinrichtung umfasst sein sol- len. Bevorzugt sind jedoch alle Betriebsmittel des Energie- systems, die sich auf das Gewinnen und den Verbrauch von Energie beziehen, bei der erfindungsgemäßen Prüfung umfasst. Aus struktureller Sicht definiert insbesondere der IPCC Fifth Assessment Report ein Energiesystem als: "Alle Komponenten, die sich auf die Erzeugung, Umwandlung, Lieferung und Nutzung von Energie beziehen." Das Energiesystem ist insbesondere ein Gebäude, beispielsweise ein Bürogebäude und/oder ein Wohnge- bäude, eine industrielle Anlage, ein Campus, ein Stadtteil, eine Gemeinde und/oder dergleichen. Das Energiesystem umfasst insbesondere Stromgeneratoren, Kraftwärmekopplungsanlagen, insbesondere Blockheizkraftwerke, Gasboiler, Dieselgeneratoren, Elektrokessel, Wärmepumpen, Kompressionskältemaschinen, Absorptionskältemaschinen, Pum- pen, Fernwärmenetzwerke, Energietransferleitungen, Windkraft- räder oder Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, Biomassean- lagen, Biogasanlagen, Müllverbrennungsanlagen, industrielle Anlagen, konventionelle Kraftwerke und/oder dergleichen, als Betriebsmittel. Fehler im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbe- sondere Fehler, die bei der Installation beziehungsweise beim Einbau der Messeinrichtung, bei der lokalen Einrichtung der Messeinrichtung und/oder bei der Einbindung der Messeinrich- tung an das EMS, beispielsweise mittels eines Netzprotokolls, auftreten können. Ein Fehler beim Einbau ist beispielsweise ein Einbau der Messeinrichtung in falscher Richtung. Ein Feh- ler, der bei der lokalen Einrichtung der Messeinrichtung vor- liegen kann, ist eine fehlerhafte Parametrisierung und/oder eine falsche Angabe von technischen Parametern, die für das EMS erforderlich sind, beispielsweise ein Stromwandlerver- hältnis und/oder einer spezifischen Wärmekapazität eines zu messenden Fluids. Ein Fehler in der Einbindung der Messein- richtung kann ein falsch gesetztes Einheitenpräfix und/oder ein falsch gesetztes Vorzeichen bezüglich der Konvention in- nerhalb des Energiesystems (Gesamtsystem) sein. Typische Fehler sind unterschiedliche und/oder fehlerhafte Vorzeichen, fehlerhaft beziehungsweise falsch gesetzte Ein- heitenpräfixe und/oder eine fehlerhafte Angabe von Parame- tern. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für jede Messeinrich- tung ein Messsignal, beispielsweise ein Leistungsverlauf, er- fasst. Unter einem Erfassen wird vorliegend ebenfalls ein Be- reitstellen verstanden. Mittels der gemeinsamen Messeinrich- tung wird ein Summensignal, beispielsweise ein Gesamtleis- tungsverlauf Betriebsmittel, beispielsweise an einem Netzan- schlusspunkt (engl. Point of Common Coupling; PCC), erfasst. Die jeweiligen Leistungsverläufe können im Hinblick auf Er- zeugung und Verbrauch positive und negative Vorzeichen auf- weisen. In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Zielfunktion (engl. objective function, loss func- tion or cost function) für eine mathematische Optimierung, welche typischerweise numerisch erfolgt, bereitgestellt. Hierbei quantifiziert oder modelliert die bereitgestellte Zielfunktion eine Differenz zwischen dem erfassten Summensig- nal und einem modellierten Summensignal. Das modellierte Sum- mensignal wird mittels der einzelnen Messsignale der Messein- richtungen und dem Skalierungsfaktor gebildet. Der Skalie- rungsfaktor modelliert hierbei grundsätzlich Fehler, insbe- sondere Fehler, die die Parametrisierung der jeweiligen Mess- einrichtung betreffen. In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der jeweilige Skalierungsfaktor, der mit der jeweiligen Messeinrichtung assoziiert ist, mittels der Optimierung, das heißt mittels einem Extremalisieren der Zielfunktion ermit- telt. Mit anderen Worten werden alle Skalierungsfaktoren durch ein Maximieren oder Minimieren der Zielfunktion ermit- telt. Da die Zielfunktion die Differenz zwischen dem erfass- ten Summensignal und dem modellierten Summensignal, das die Skalierungsfaktoren umfasst, bestimmt, ist eine Minimierung der Zielfunktion, das heißt eine Minimierung des betragsmäßi- gen Fehlers zwischen dem erfassten Summensignal und dem mo- dellierten Summensignal, vorgesehen. Mit anderen Worten wer- den die Skalierungsfaktoren des modellierten Summensignals derart bestimmt, dass das modellierte Summensignal möglichst genau dem erfassten Summensignal entspricht. Hierbei basiert selbst das modellierte Summensignal auf tatsächlich erfassten beziehungsweise realen Messsignalen, nämlich den Messsignalen der den Betriebsmitteln zugeordneten Messeinrichtungen. Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, eine Op- timierung bei der Prüfung zu verwenden. Das ist deshalb der Fall, da alternativ beispielsweise alle Möglichkeiten (Permu- tationen) von Einheitenpräfixen und Vorzeichen ermittelt wer- den könnten und jede Permutation einzeln geprüft werden könn- te. Dies führt jedoch schnell bei komplexeren Energiesyste- men, beispielsweise mit mehr als 20 Betriebsmitteln, zu enor- men Rechenzeiten (mehr als 3000 Jahre), die nicht mehr rea- listisch handhabbar sind. Es ist somit eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, dass eine Optimierung gemäß der vor- liegenden Erfindung ein hinreichend genaues Prüfen in prakti- kablen Rechenzeiten ermöglicht. Anschließend wird in einem weiteren Schritt das Prüfen der jeweiligen Messeinrichtung bezüglich eines Installationsfeh- lers, eines Parametrierungsfehlers und/oder eines Einbin- dungsfehlers dadurch geführt, dass der mittels der Optimie- rung ermittelte beziehungsweise berechnete Skalierungsfaktor mit einem für die jeweilige Messeinrichtung festgelegten Wert verglichen wird. Hierbei deutet der für die jeweilige Mess- einrichtung festgelegte Wert eine fehlerfreie Messeinrichtung an. Mit anderen Worten wird durch ein Abweichen des ermittel- ten Skalierungsfaktors von seinem festgelegten Wert ein Feh- ler, insbesondere ein Installationsfehler, ein Installations- fehler und/oder ein Einbindungsfehler, der Messeinrichtung erkannt. Beispielsweise wird der Wert für eine oder mehrere der Messeinrichtungen, insbesondere für alle der Messeinrich- tungen, numerisch durch die Zahl Eins festgelegt. Weist nun der ermittelte beziehungsweise berechnete Skalierungsfaktor für eine der Messeinrichtungen einen von Eins verschiedenen Wert auf, so liegt ein Fehler der Messeinrichtung vor, wobei aus dem zusätzlich aus dem Wert des berechneten Skalierungs- faktors auf die Art des Fehlers geschlossen werden kann. Liegt insbesondere ein Einheitenfehler auf, so kann der be- rechnete Skalierungsfaktor beispielsweise den Wert 1000 an- statt den Wert 1 aufweisen . Insbesondere weisen die Skalie- rungs faktoren somit lediglich diskrete Werte auf .
Durch die vorliegende Erfindung erfolgt somit eine Prüfung einer Mehrzahl von Messeinrichtungen eines Energiesystems , sodass die zugehörigen Messsignale auf Plausibilität über- prüft werden können . Durch diese automatisierte Plausibili- tätsprüfung reduziert sich der Inbetriebnahmeaufwand im Hin- blick von Energiemanagementsystemen deutlich . Fehler, insbe- sondere Installations fehlers , eines Parametrierungs f ehlers und/oder eines Einbindungs fehlers , können nahezu sicher er- kannt werden . Dadurch wird ein ef fi zienter und möglichst op- timaler Betrieb des Energiesystems durch das zugehörige Ener- giemanagementsystem, an welchem die Messeinrichtungen und Be- triebsmittel angebunden sind, sichergestellt .
Zusätzlich kann die Art des Fehlers erkannt werden, sodass zugehörige Lösungsmöglichkeiten bereitgestellt werden können . Dadurch kann ein Fehler schnell behoben werden . Weiterhin er- möglicht die vorliegende Erfindung eine vollautomatische Fehlerbehandlung .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Inbetriebnahme mehrerer Messeinrichtungen n von Betriebsmitteln eines Energiesystems , wobei j edem Betriebsmittel eine der Messeinrichtungen n zum Erfassen eines mit seinem Energieverbrauch und/oder seiner Energieerzeugung assoziierten Messsignals Pn(t) zugeordnet ist , und mit einer bezüglich der Messeinrichtungen n gemein- samen Messeinrichtung, mittels welcher ein bezüglich der Be- triebsmittel gemeinsames Messsignal PPCC(t) erfassbar ist , wo- bei bei der Inbetriebnahme eine Prüfung der Messeinrichtung n bezüglich ihrer j eweiligen Betriebsparameter erfolgt , ist ge- kennzeichnet dadurch, dass das Prüfen der Messeinrichtungen n gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchgeführt wird .
Insbesondere umfasst das Prüfen bevorzugt j eweilige Einhei- tenpräfixe und/oder Vorzeichen der von den Messeinrichtungen n erfassten Messsignale Pn(t) . Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Prüfung gleichartige und gleichwertige Vorteile und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Inbetriebnahme .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das modellierte Summensignal mittels gebildet .
Mit anderen Worten skaliert beziehungsweise gewichtet der er- findungsgemäß vorgesehene Skalierungs faktor Sn das zugehörige erfasste Messsignal Pn(t) in der Summe der erfassten Messsig- nale . Im fehlerfreien Fall sollte das erfasste Summensignal der gemeinsamen Messeinrichtung im Rahmen der Messabweichun- gen mit der Summe der einzelnen Messsignale übereinstimmen . Ein Fehler ist somit durch einen vom Wert 1 verschiedenen Skalierungs faktor erkennbar .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Skalierungs faktor Sn für j ede der Messeinrichtungen n derart ausgebildet , dass dieser einen Wert aus einer mit der j ewei- ligen Messeinrichtung n assoziierten Menge {f(k)}k∈K von Be- triebsparametern der Messeinrichtung n aufweist .
Der Skalierungs faktor einer Messeinrichtung weist somit einen Wert auf , der mit einem möglichen Einbau/Betrieb der Messein- richtung assoziiert ist . Die Menge {f(k)}k∈K beschreibt hier- bei somit mögliche Fehler der j eweiligen Messeinrichtung .
Beispielsweise ist f(1) = 1 und f(2) = — 1, sodass {f(k)}k∈K = {-1, 1} ist . In diesem einfachen Beispiel werden somit Vorzeichenfeh- ler der j eweiligen Messeinrichtung modelliert . Somit ent- spricht die Menge {f(k)}k∈K den Betriebsmöglichkeiten der j e- weiligen Messeinrichtung, wobei der Begri f f der Betriebsmög- lichkeiten, durch die genannten Betriebsparameter quanti fi- ziert und durch die Menge {f(k)}k∈K mathematisch abgebildet beziehungsweise modelliert werden . Hierbei ist es nicht er- forderlich, dass die Menge {f(k)}k∈K j ede Betriebsmöglichkeit der Messeinrichtung umfasst . Für die vorliegende Ausgestal- tung der Erfindung ist es hinreichend, wenn die Menge {f(k)}k∈K die wahrscheinlichsten Fehler beziehungsweise Be- triebsmöglichkeiten beziehungsweise Betriebsparameter der j e- weiligen Messeinrichtung umfasst . Somit kann die Indexmenge K ( Teilmenge der natürlichen Zahlen) und somit die Menge {f(k)}k∈K grundsätzlich von der Messeinrichtung n abhängig sein . Mit anderen Worten können die Messeinrichtungen ver- schiedene Betriebsmöglichkeiten/Betriebsparameter aufweisen, die j eweils zu verschiedenen Fehlern führen können . Typische Fehler, die alle Messeinrichtungen aufweisen können und durch dieselbe Menge {f(k)}k∈K beschrieben werden können, sind Vor- zeichenfehler und Fehler der Einheitenpräfixe . Beispielsweise ist {—1000000, -1000, -1, 1, 1000, 1000000} eine mögliche Menge {f(k)}k∈K, die bestimmte Einheitenpräfixe , vorliegend Kilo und Mega, mit j eweiligen Vorzeichen ± für typische Messeinrich- tungen ( als Permutation) umfasst . Mit anderen Worten ordnet die Funktion f(k) j eder Permutation k von Betriebsparametern einen zugehörigen numerischen Wert zu . Weiterhin ist es nicht erforderlich, dass dieser Wert - wie in dem obenstehend ge- nannten Aus führungsbeispiel ganz zahlig ist . Reellwertige , insbesondere rationale Werte , können vorgesehen sein . Das ist deshalb der Fall , da die Betriebsmöglichkeiten beziehungswei- se Betriebsparameter physikalische oder technische Parameter und Größen, die beispielsweise bei der Inbetriebnahme einzu- stellen sind, mit umfassen können . Beispielsweise umfassen diese eine spezi fische Wärmekapazität für ein Fluid und/oder ein Stromwandlerverhältnis . Weitere Permutationsmöglichkei- ten, beispielsweise eine Multiplikation mit britischen Maß- einheiten und/oder Skalierungen mit genormten Größen, bei- spielswiese bei Stromwandlern, können durch f(k) modelliert und {f(k)}k∈K berücksichtigt werden .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfas- sen die Betriebsparameter einer Messeinrichtung n einen oder mehrere bei einer Inbetriebnahme der Messeinrichtung n ein- stellbare Betriebsparameter und/oder einen oder mehrere In- stallationsparameter der Messeinrichtung n . Insbesondere bei der Inbetriebnahme der Messeinrichtung ist es erforderlich Fehler bezüglich ihres Einbaus , ihrer Para- metrisierung und/oder ihrer Einbindung in ein EMS zu ermit- teln . Typischerweise werden die j eweiligen Parameter bei der Inbetriebnahme der j eweiligen Messeinrichtung eingestellt . Es ist somit vorteilhaft , diese Möglichkeiten der Inbetriebnahme beim Prüfen auf Fehler gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen zu berücksichtigen .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Menge {f(k)}k∈K eine oder mehrere Permutationen von Vor- zeichen und Einheitenpräfixen des Messsignals Pn(t) der j ewei- ligen Messeinrichtung n .
Wie bereits obenstehend genannt , sind typische Fehler durch ein falsch festgelegtes Vorzeichen und/oder ein falsch ge- setztes beziehungsweise eingestelltes oder festgelegtes Ein- heitenpräfix (Vorsätze für Maßeinheiten, Einheitenvorsätze ) . Vorteilhafterweise können solche typischen und häufig auftre- tenden Fehler durch die Menge {f(k)}k∈K dadurch berücksichtigt werden, dass diese die zugehörigen numerischen Werte umfasst . Das ist deshalb der Fall , da der Skalierungs faktor einer Mes- seinrichtung Werte innerhalb der Menge {f(k)}k∈K annimmt . So- mit wird das zur Messeinrichtung zugehörige Messsignal inner- halb des modellierten Summensignals entsprechend skaliert be- ziehungsweise gewichtet .
Besonders bevorzugt umfasst die Menge {f(k)}k∈K wenigstens die Einheitenpräfixe - 1 , - 103 und - 106 sowie 1 , 103 und 106.
Dadurch sind vorteilhafterweise typische Betriebs- bezie- hungsweise Einstellparameter der j eweiligen Messeinrichtung umfasst , sodass typische beziehungsweise häufige Fehler er- kannt beziehungsweise ermittelt werden können .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Menge {f(k)}k∈K einen oder mehrere Stromwandler-Faktoren (Stromwandlerverhältnisse) und/oder eine oder mehrere spezi- fische Wärmekapazitäten.
Dadurch können vorteilhafterweise Messeinrichtungen für Stromwandler und/oder Messeinrichtungen für Fluide, bei- spielsweise zur Erfassung einer zugehörigen Wärmeleistung, auf Fehler im Sinne der vorliegenden Erfindung überprüft wer- den.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der mit einer der Messeinrichtungen n assoziierte Ska- lierungsfaktor Sn durch Sn = ∑k∈Kxn(k).f(k) gebildet, wobei xn(k) eine Boolesche Auswahlfunktion ist, die jeder Messeinrichtung n genau einen Wert f(k) aus der mit der Messeinrichtung n as- soziierten Menge { f(k)}k∈K zuordnet.
Dadurch wird ein besonders vorteilhafter Skalierungsfaktor für jede der Messeinrichtungen bereitgestellt. Insbesondere nimmt die vorteilhafte Boolesche Auswahlfunktion lediglich zwei Werte, beispielsweise 0 und 1, an, sodass diese einen Wert der Menge { f(k)}k∈K kennzeichnet und in diesem Sinne aus- wählt. Besonders bevorzugt wird genau ein Wert ausgewählt.
Mit anderen Worten ist es besonders bevorzugt, wenn das Ext- remalisieren der Zielfunktion unter der Nebenbedingung ∑k∈Kxn(k) = 1 mit xn(k)∈{0,1} erfolgt.
Dadurch ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass jeder Messeinrichtung beziehungsweise jedem Skalierungsfaktor le- diglich ein Wert aus der Menge { f(k)}k∈K zugeordnet wird. Dies ist technisch sinnvoll, da eine Messeinrichtung typischer- weise keine zwei Vorzeichen und/oder zwei Einheitenpräfixe aufweist. Die vorteilhafte obenstehend genannte Ausgestaltung des Skalierungsfaktors sowie die genannte vorteilhafte Bedin- gung stellen somit das technische Erfordernis sicher, dass eine Messeinrichtung lediglich in einer Weise installiert be- ziehungsweise parametrisiert sein kann. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn durch das Extremali- sieren der Zielfunktion Z die Auswahlfunktionen xn(k) für al- le Messeinrichtungen n bestimmt werden.
Mit anderen Worten wird mittels der Optimierung, das heißt mittels dem Extremalisieren der Zielfunktion, ermittelt, wel- che Betriebsparameter, beispielsweise im Hinblick von Vorzei- chen und/oder Einheitenpräfixe, die jeweilige Messeinrichtung aufweist. Dadurch wird ebenfalls der Wert f(k) aus der Menge {f(k)} k∈K ermittelt, sodass dadurch insbesondere festgestellt werden kann, ob ein Fehler bei der jeweiligen Messeinrichtung vorliegt. Weicht der ermittelte Wert f(k) von einem vorgese- henen festgelegten Wert der Messeinrichtung ab, so liegt ein Fehler der Messeinrichtung vor. Beispielsweise sollen die Messwerte der Messeinrichtung nur positiv sein. Wird nun ein negativer Wert von f(k) für diese Messeinrichtung durch die Optimierung ermittelt, so liegt ein Vorzeichenfehler der ge- nannten Messeinrichtung vor. In diesem Ausführungsbeispiel könnte somit die Messeinrichtung in falscher Richtung einge- baut beziehungsweise angeschlossen worden sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Zielfunktion verwendet.
Mit anderen Worten bemisst die Zielfunktion die betragsmäßige Differenz zwischen dem erfassten Summensignal PPCC(t) und dem modellierten Summensignal · Das modellierte Summensig- nal umfasst die Skalierungsfaktoren, mittels welchen mögliche Fehler der jeweiligen Messeinrichtungen bestimmt werden kön- nen, sowie die erfassten einzelnen Messsignale. Somit stellt die genannte Zielfunktion technisch sicher, dass die Skalie- rungsfaktoren beziehungsweise die Auswahlfunktionen derart bestimmt werden, dass der Fehler, das heißt die betragsmäßige Abweichung des zwischen dem erfassten Summensignal und dem modellierten Summensignal möglichst gering ist. Dadurch kön- nen die Skalierungsfaktoren beziehungsweise die zugehörigen Auswahlfunktionen vorteilhaft ermittelt werden. Weisen bei- spielsweise alle Skalierungsfaktoren durch ihre Bestimmung mittels der Optimierung den Wert 1 auf, so sind alle Messein- richtungen im Rahmen der vorliegenden Prüfung als fehlerfrei zuerkannt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Betrag der Differenz in der Zielfunktion Z mittels zweier positivwertiger Fehlervariablen durch gebildet wird, wobei ist.
Der Betrag (1-Norm) innerhalb der Zielfunktion ist numerisch, das heißt bei der numerischen Extremi- sierung der Zielfunktion (Optimierung) nachteilig. Durch die genannten Fehlervariablen, die lediglich positive Werte an- nehmen (positivwertig) kann die Betragsfunktion für die Nume- rik vorteilhaft aufgelöst werden. Insbesondere wird dadurch Rechenzeit eingespart. Weitere Zielfunktionen, beispielsweise mittels der 2-Norm gebildete, können vorgesehen sein.
Ergänzend kann das genannte Optimierungsproblem mehrfach hin- tereinander durchgeführt werden. Mit anderen Worten werden mehrere Lösungen (Werte der Skalierungsfaktoren beziehungs- weise der Auswahlfunktionen) berechnet, damit ein Pool an Be- triebsparametern, insbesondere an Vorzeichen und/oder Einhei- tenpräfixen erzeugt werden kann. Hierbei wird als Nebenbedin- gung der Optimierung verlangt, dass nicht die vorhergehende Lösung vorliegt. Dadurch können vorteilhafterweise der ur- sprünglichen Lösung nahekommende Lösungen (Nachbarlösungen) ermittelt werden. Das ist immer dann vorteilhaft, wenn ver- schiedene Kombinationsmöglichkeiten von Betriebsparametern im Wesentlichen zur gleichen Lösung führen, sodass eine weitere Analyse beziehungsweise ein gezieltes Ermitteln erforderlich ist. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise ein vollständige- res Bild, das ein Ermitteln der plausibelsten erscheinenden Lösung ermöglicht.
Eine weitere vorteilhafte ergänzende oder alternative Mög- lichkeit der Optimierung ist es, falls mehrere gleichberech- tige Lösungen vorliegen, das Optimierungsproblem derart zu formulieren, dass die Anzahl von möglichen Änderungen der ak- tuellen Konfiguration zu minimieren. Hierbei wird davon aus- gegangen, dass wenigstens ein bestimmter Teil der eingestell- ten Betriebsparameter richtig ist. Hierbei ist zunächst die Zielfunktion durch bilden und im Rahmen der Opti- mierung zu minimieren. Hierbei modelliert e(n) die Differenz zu einer aktuellen Konfiguration. Weiterhin sind die Nebenbe- dingungen und für alle n,k mit erforderlich und zu berücksichtigen. Durch die Nebenbedingung wirdvorteilhafter- weise sichergestellt, dass sich der Zielfunktionswert z nicht verschlechtert. Hierbei könnte ebenfalls ein Faktor λ> 1 mit orgesehen sein. Die weitere Nebenbe- dingung kennzeichnet die Abweichung zwischen ursprünglicher Parametrisierung (Konfiguration) undeinermöglichen Lösung xn(k)des Optimierungsproblems. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Messeinrichtung n jeweils ein Stromzähler oder ein Wärme- zähler verwendet, wobei die Messsignale Pn(t) durch zeitliche Verläufe der jeweiligen Leistungen ausgebildet werden. Dadurch können vorteilhafterweise typische und bekannte Mess- einrichtungen, insbesondere Zähler, mittels der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen bezüglich ih- res Einbaues, ihrer Parametrisierung und/oder ihrer Einbin- dung in die Regelung des zugehörigen Energiesystems, insbe- sondere in ein Energiemanagementsystem, geprüft werden. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er- geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei- spielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur ein schematisiertes Energiesystem mit mehreren Be- triebsmitteln. Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente kön- nen in einer der Figuren oder in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figur zeigt schematisiert ein Energiesystem 4 mit mehre- ren Betriebsmitteln 43. Jedem der Betriebsmittel 43 ist eine Messeinrichtung 42 zugeordnet, wobei die jeweilige Messein- richtung 43 die jeweilige Energiegewinnung und/oder Energie- erzeugung, beispielsweise über Leistungsverläufe, in Form ei- nes jeweiligen Messsignals erfasst. Beispielhaft und nicht abschließend weist das Energiesystem 4 als Betriebsmittel 43 einen Batteriespeicher, eine Windkraftanlage, eine Photovol- taikanlage sowie einen Energieverbraucher auf. Weiterhin ist eine bezüglich der Messeinrichtungen 42 gemein- same Messeinrichtung 41 vorgesehen. Die gemeinsame Messein- richtung 41 erfasst, beispielsweise an einem Netzanschluss- punkt 1 des Energiesystems 4, ein gemeinsames Messsignal, beispielsweise eine bezüglich der Betriebsmittel 43 Gesamte- nergiegewinnung und/oder Gesamtenergieverbrauch. Das gemein- same Messsignal kann wiederum in Form eines Leistungsverlau- fes vorliegen. Ist für das dargestellte Energiesystem 4 ein Energiemanage- mentsystem vorgesehen, so ist es insbesondere bei der Inbe- triebnahme des Energiemanagementsystems und/oder bei der In- betriebnahme der Messeinrichtungen 42 sicherzustellen, dass die richtig eingebaut, parametrisiert und/oder eingebunden sind. Mit anderen Worten ist eine Prüfung der Messeinrichtun- gen, insbesondere im Hinblick auf ihren technischen Einbau, ihrer technischen Parametrisierung und/oder ihrer technischen Einbindung in das Gesamtsystem beziehungsweise in das Ener- giemanagementsystem erforderlich. Eine solche Prüfung wird durch die vorliegende Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen bereitgestellt. Zur Prüfung der Messeinrichtungen werden einzelne Messsignale Pn(t) der Messeinrichtungen n erfasst und/oder bereitgestellt. Weiterhin wird gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein gemeinsames Messsignal PPCC(t) am Netzanschlusspunkt 1 des Energiesystems 4 erfasst und/oder bereitgestellt. Die Mess- signale Pn(t), PPCC(t) sind typischerweise Zeitreihen der jewei- ligen am Ort der Messung vorliegenden Leistung, insbesondere einer elektrischen oder thermischen Leistung. Die Messsignale beziehungsweise die Zeitreihen werden über einen Zeitbereich T erfasst. Typischerweise ist hierbei eine zeitliche Auflö- sung von 15 Minuten vorgesehen, wobei für thermische Lasten aufgrund ihrer Trägheit größere Zeitbereiche vorgesehen sein können. Mit anderen Worten wird der Zeitbereich T bevorzugt in 15 Minutenschritten unterteilt. In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird eine Zielfunk- tion bereitgestellt, die eine Differenz, insbesondere die be- tragsmäßige Differenz zwischen dem erfassten Summensignal PPCC(t) und einem modellierten Summensig bestimmt be- ziehungsweise modelliert. Das modellierte Summensignal wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels der erfassten Messsignale Pn(t) und einem jeweiligen Skalierungsfaktor Sn gebildet. Bevorzugt sind die Skalierungsfaktoren nicht zeit- abhängig. Mit anderen Worten ist das modellierte Summensignal von der Kombination Sn ∙Pn(t) abhängig, das heißt die einzelnen Messsignale Pn(t) werden skaliert. Das ist deshalb von beson- deren Vorteil, da dadurch typische Fehler, wie beispielsweise Vorzeichenfehler und/oder Fehler im Einheitenpräfix, die eine Skalierung des jeweiligen Messwertes darstellen, umfasst sind. Besonders vorteilhafte Skalierungsfaktoren sind durch Sn = ∑k∈K(xn(k ).f(k)) gegeben. Hierbei ist xn(k)eine Boolesche Aus- wahlfunktion (oder binäre Entscheidungsvariable), die jeder Messeinrichtung beziehungsweise jedem Skalierungsfaktor genau einem Wert f(k)zuordnet . Diese eindeutige Zuordnung kann durch die Nebenbedingung 1= ∑k∈Kxn(k) sichergestellt werden. Die Funktion f(k) ist ein einer Permutation von Betriebsmög- lichkeiten k und somit möglichen Fehlerquellen k zugeordneter numerischer Wert. Beispielsweise weist die Funktion ^^^^^^ für Vorzeichen und Einheitenpräfixe die Form ^^^െ^^^ൌ െ10^ und ^^^^^^ൌ 10^ mit ganzzahligen Werten ^^^ 0 auf. Werden bei- spielsweise lediglich die Einheitenpräfixe Kilo und Mega mit ihren jeweiligen Vorzeichen berücksichtigt, so ist ^^ൌ 0,3 und 6. Weitere Indizierungen, insbesondere mathematisch äqui- valente, können vorgesehen sein. In einem weiteren Schritt werden die Auswahlfunktionen bezie- hungsweise die Entscheidungsvariabl ^^^^^^ mittels einer Mi- ^ nimierung der Zielfunktion, das heißt mittels eines Optimie- rungsverfahren bestimmt. Dadurch wird für jede der Messein- richtung 42 genau eine Betriebsmöglichkeit, das heißt vorlie- gend eine mögliche Kombination von Vorzeichen und Einheiten- präfix zugeordnet. Mit anderen Worten wird für jede Messein- richtung 42 ihr Vorzeichen und ihr Einheitenpräfix mittels der Optimierung derart bestimmt, dass die betragsmäßige Dif- ferenz zwischen dem tatsächlich erfassten Summensignal und dem modellierten Summensignal minimal ist. Weicht die für ei- ne der Messeinrichtungen 42 derart ermittelte Kombination aus Vorzeichen und Einheitenpräfix (Skalierungsfaktor) von einem vorab für diese Messeinrichtung festgelegtes oder vorgesehe- nes Vorzeichen und Einheitenpräfix (festgelegter oder vorge- sehener Skalierungsfaktor) ab, liegt gemäß der vorliegenden Ausgestaltung ein Fehler, beispielsweise beim Einbau, der Pa- rametrisierung und/oder bei der Einbindung, der Messeinrich- tung 42 vor. Das Optimierungsproblem, welches der Prüfung der Messeinrich- tungen zugrunde liegt, kann gemäß dem vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel folgend durch sieben Gleichungen zusammenge- fasst werden: (1)
Vorteilhafterweise können durch die vorliegende Prüfung Feh- ler sowie ihre Art automatisiert erkannt werden. Dadurch wird die Inbetriebnahme der Messeinrichtungen 42 beziehungsweise des zugehörigen Energiesystems beziehungsweise des zugehöri- gen Energiemanagementsystems deutlich verbessert und verein- facht. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein- geschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hie- raus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste 1 Netzanschlusspunkt 4 Energiesystem 41 gemeinsame Messeinrichtung 42 Messeinrichtung 43 Betriebsmittel

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Prüfung einer oder mehrerer Messeinrichtun- gen ^^ (42) von Betriebsmitteln (43) eines Energiesystems (4), wobei die Messeinrichtungen ^^ (42) einer gemeinsamen Messein- richtung (41) zugeordnet sind, gekennzeichnet durch wenigs- tens die folgenden Schritte: - Erfassen eines Messsignals ^^^^^^^ durch jede der Messeinrich- tung ^^ (42); - Erfassen eines Summensignals ^^^େେ^^^^ mittels der gemeinsamen Messeinrichtung (41); - Bereitstellen einer Zielfunktion ^^, die eine Differenz zwischen dem erfassten Summensignal ^^^େେ^^^^ und einem model- lierten Summensignal ^ ^ ^^େେ^^^^ bestimmt, wobei - das modellierte Summensignal ^ ^ ^^େେ^^^^ mittels der erfassten Messsignale ^^^^^^^ und eines jeweiligen Skalierungsfaktors ^^^ gebildet wird; und - Berechnen der Werte der Skalierungsfaktoren ^^^ mittels ei- nem Extremalisieren der Zielfunktion ^^; wobei - das Prüfen dadurch erfolgt, dass ein Fehler einer der Mess- einrichtungen ^^ durch ein Abweichen des berechneten Wertes des zugehörigen Skalierungsfaktors ^^^ von einem für die je- weilige Messeinrichtung ^^ (42) festgelegten Wert ermittelt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das modellierte Summensignal ^ ^ ^^େେ^^^^ mittels ^ ^ ^^େେ^^^^ ൌ ∑^^^^ ∙^^^^^^^ gebildet wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass der Skalierungsfaktor ^^^ für jede der Messeinrichtungen ^^ (42) derart ausgebildet wird, dass dieser einen Wert aus einer mit der jeweiligen Messeinrichtung ^^ (42) assoziierten Men ^^^^^^^^ von Betriebsparametern der Messeinrichtung ^^ ^∈^ (42) aufweist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Betriebsparameter einer Messeinrichtung ^^ (42) einen oder mehrere bei einer Inbetriebnahme der Messeinrichtung n (42) einstellbare Betriebsparameter und/oder einen oder mehrere Installationsparameter der Messeinrichtung n (42) umfassen.
5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Menge {/(&)}fc£K eine oder mehrere Permutationen von Vorzeichen und Einheitenpräfixen des Messsignals Pn(t) der je- weiligen Messeinrichtung n (42) umfasst.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Menge {/(&)}fc£K wenigstens die Einheitenpräfixe -1, -103 und — 106 sowie 1, 103 und 106 umfasst.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeich- net dadurch, dass die Menge {/(&)}fc£K einen oder mehrere Stromwandler-Faktoren und/oder eine oder mehrere spezifische Wärmekapazitäten umfasst.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeich- net dadurch, dass der mit einer der Messeinrichtungen n (42) assoziierte Skalierungsfaktor Sn durch Sn = keKxn( ' f( ge- bildet wird, wobei eine Boolesche Auswahlfunktion ist, die jeder Messeinrichtung n (42) genau einen Wert f(k aus der mit der Messeinrichtung n (42) assoziierten Menge W)}/c£ zuordnet .
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass das Extremalisieren der Zielfunktion unter der Nebenbedingung erfolgt.
10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet dadurch, dass durch das Extremalisieren der Zielfunktion Z die Auswahlfunktionen für alle Messeinrichtungen n (42) bestimmt werden.
11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet dadurch, dass als Zielfunktion Z ’ceC | verwendet wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass der Betrag der Differe ^^ ^^^^ ^ ^ ^ େ^^^^ห mittels zweier posi- tivwertiger Fehlervariablen ^^േ ^େେ^^^^^ 0 durch ^^^ ା େେ^^^^^ ^^^ ି େେ^^^^ ge- bildet wird, wobei ^^^େେ^^^^െ^ ^ ^^େେ^^^^ ൌ ^^^ ା େେ^^^^െ^^^ ି େେ^^^^ ist. 13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet dadurch, dass als Messeinrichtung ^^ (42) jeweils ein Stromzähler oder ein Wärmezähler verwendet wird, wobei die Messsignale ^^^^^^^ durch zeitliche Verläufe der jeweiligen Leistungen ausgebildet werden. 14. Verfahren zur Inbetriebnahme mehrerer Messeinrichtungen ^^ (42) von Betriebsmitteln (43) eines Energiesystems (4), wobei jedem Betriebsmittel (43) eine der Messeinrichtungen ^^ (42) zum Erfassen eines mit seinem Energieverbrauch und/oder sei- ner Energieerzeugung assoziierten Messsignals ^^^^^^^ zugeordnet ist, und mit einer bezüglich der Messeinrichtungen ^^ (42) ge- meinsamen Messeinrichtung (41), mittels welcher ein bezüglich der Betriebsmittel (43) gemeinsames Messsignal ^^^େେ^^^^ erfass- bar ist, wobei bei der Inbetriebnahme eine Prüfung der Mess- einrichtung ^^ (42) bezüglich ihrer jeweiligen Betriebsparame- ter erfolgt, gekennzeichnet dadurch, dass das Prüfen der Mes- seinrichtungen ^^ (42) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchgeführt wird. 15. Verfahren gemäß Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass das Prüfen jeweilige Einheitenpräfixe und/oder Vorzeichen der von den Messeinrichtungen ^^ (42) erfassten Messsignale ^^^^^^^ umfasst.
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