EP4278421A1 - Method and control device for controlling load flows between a plurality of energy systems - Google Patents

Method and control device for controlling load flows between a plurality of energy systems

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Publication number
EP4278421A1
EP4278421A1 EP22708465.4A EP22708465A EP4278421A1 EP 4278421 A1 EP4278421 A1 EP 4278421A1 EP 22708465 A EP22708465 A EP 22708465A EP 4278421 A1 EP4278421 A1 EP 4278421A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
network
energy
power
control device
energy systems
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
EP22708465.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Arvid Amthor
Stefan JESSENBERGER
Sebastian Schreck
Sebastian THIEM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4278421A1 publication Critical patent/EP4278421A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/14Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by switching loads on to, or off from, network, e.g. progressively balanced loading
    • H02J3/144Demand-response operation of the power transmission or distribution network
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/466Scheduling the operation of the generators, e.g. connecting or disconnecting generators to meet a given demand
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48Controlling the sharing of the in-phase component
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • Y02B70/3225Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20End-user application control systems
    • Y04S20/222Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1 and a control device according to the preamble of patent claim 14.
  • Energy systems for example city districts, municipalities, industrial plants, industrial buildings, office buildings and/or residential buildings, can exchange energy with one another in a decentralized, ie local, manner, for example by means of a power grid (electrical grid).
  • energy systems typically have one or more energy subsystems, for example a building.
  • the energy subsystems each include a number of energy systems that are provided for generating energy, consuming energy or storing energy.
  • the decentralization of the energy supply gives rise to the fundamental technical problem of efficiently distributing the locally generated energy and, in particular, also consuming it locally.
  • technical regulation or control of the distribution of the generated, consumed and/or stored energy is required.
  • Such a control can be made possible by means of a control device of a local energy market platform.
  • a local energy market is technically realized by the local energy market platform forming a control device.
  • a local energy market platform/control device for exchanging electrical energy is known, for example, from document EP 3518369 A1.
  • the local energy market platform enables the most efficient local distribution of the energy generated, consumed and/or stored in the overall system. Optimization methods (optimization) are used to determine control variables that are as optimal as possible.
  • the technical control on which efficient energy distribution is based is represented by a target function on which optimization is based.
  • the local energy market platform determines the technical values required for control by solving the optimization problem, ie by making the target function extremal.
  • the target function is associated with the overall system, ie with all energy systems and/or energy subsystems participating in the energy exchange.
  • the total energy consumption, the total emissions or the total costs or a weighted combination of the variables mentioned are used as the target function.
  • the present invention is based on the object of providing a method for controlling load flows between a plurality of energy systems via an electrical network which is improved with regard to network bottlenecks.
  • the method according to the invention for controlling load flows between a plurality of energy systems via an electrical network by means of a control device which is common to the energy systems, with a power associated with a load flow being able to be provided at least at one network node of the electrical network by the energy systems, in particular being provided flexibly in terms of time is, comprises at least the following steps:
  • 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 optimization is carried out with the aid of a computer.
  • the optimization problem is solved numerically.
  • the term power includes active power and/or reactive power.
  • 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 in particular a building, for example an office building and/or a residential building, an industrial plant, a campus, a district, a municipality and/or the like.
  • the energy system includes, in particular, power generators, energy storage devices, in particular battery storage devices, combined heat and power systems, in particular combined heat and power plants, gas boilers, diesel generators, electric boilers, heat pumps, compression refrigeration machines, absorption chillers, pumps, district heating networks, energy transfer lines, wind turbines or wind turbines, photovoltaic systems - Taik plants, biomass plants, biogas plants, waste incineration plants, industrial plants, conventional power plants and/or the like, as operating resources.
  • the energy systems are connected to the electrical grid, for example via a respective grid connection point.
  • the energy systems can exchange energy or power within a time range via the electrical network.
  • generation can be distinguished from consumption by means of the sign of the power.
  • the provision of a service or energy is understood to mean energy generation and/or energy consumption, in which case energy is also Storage that feeds energy from the electrical network for charging and/or feeds energy into the electrical network when discharging are also included.
  • a positive or negative power is provided in a time range, that is to say, in summary, a power is provided.
  • the assignment of the sign of the power to energy generation (supply into the electrical network) and to energy consumption (extraction from the electrical network) depends on the meter system used.
  • the control device is a common or central device. It is designed to control the energy exchanges or load flows between the energy systems via the electrical network. In this case, no direct control is required. It is sufficient if the control device transmits control data intended for control to the respective energy systems. This control data is received, for example, by edge devices of the energy systems and converted into control signals for the energy systems of the respective energy system.
  • direct control of the power engineering systems can be provided.
  • the energy systems of the energy systems that feed energy or power into or out of the electrical network, and thus in this sense the load flows between the energy systems are controlled by the central control device.
  • the control device can thus be designed for data exchange with the energy systems.
  • the electrical network has a number of network nodes.
  • a network node is assigned to the feed-in or feed-out of an energy system.
  • the positive or negative power of an energy system is provided at a network node of the electrical network. From the services provided, it can be determined which power flows from a network node via a line to a further network node of the electrical network or is exchanged. In other words, this creates the load flows between the energy systems.
  • the load flows between the energy systems are thus controlled by the (performance) control of the energy-technical installations or the energy systems.
  • the terms power and energy are considered to be equivalent and interchangeable, since an energy is always associated with a power within a time range.
  • the first powers provided for the load flows are determined based on data transmitted from the energy systems to the control device, which data includes information about a maximum power that can be provided by the respective energy system at the respective network node .
  • the control device calculates the first powers that could form the basis of the actual load flows between the energy systems. This can be seen as a first prediction or as a first simulation of the load flows. In other words, the control device calculates a first forecast for the load flows, ie for a future time range, for example for the next 15 minutes. In this case, the first prediction or the first simulation can calculate the load flows in such a way that the electrical network is not overloaded by the load flows. The first prediction is thus calculated using the information about the maximum amount of energy that the respective energy system can provide or intends to provide in the stated time range. In this case, providing can in turn be feeding in or feeding out with regard to the electrical network. The information about the respective maximum amount of energy that can be provided is provided from the energy systems, for example by respective edge devices and/or a control unit or regulating unit of the energy-related systems the control device transmits the actual power flows in advance.
  • the transmitted maximum power that can be provided can be viewed as predictions of the energy systems with regard to their operation.
  • a control power may therefore be required at the network nodes, which is determined and taken into account in the following steps according to the present invention.
  • a control power that is internal and node-resolved with respect to the electrical network is determined based on the determined intended first powers and based on the provided network boundary conditions of the electrical network.
  • the network boundary conditions of the electrical network are provided, for example by a network operator of the electrical network.
  • the control platform By determining the first powers, the control platform is symbolically known which load flow takes place between which network nodes.
  • the electrotechnical boundary conditions for the power of the electrical grid are known from the grid boundary conditions provided, so that an overload of a line of the electrical grid can be determined by the control device from the first power provided and the grid boundary conditions.
  • the control device knows which first power is to be exchanged via which line of the electrical network from which network node to which network node and which maximum power (network boundary conditions) the provided line has. Lines that may be overloaded or lines close to their load limit can be identified by comparing the maximum powers with the first powers provided.
  • control device determines an internal control power (positive or negative) for each network node participating in the load flows, so that the electrical network is not overloaded by the load flows in one or more areas or is operated close to its load limit, for example at more than 80 percent.
  • the grid boundary conditions include the specified respective load limits. This is done for each network node affected (and known) by the load flows, i.e. resolved for each network node.
  • control power determined at the network node is taken into account by a corresponding reduction or increase in the maximum power that can be provided at this network node by the energy systems.
  • the control device For each participating or loaded network node, the control device knows the maximum power or amount of energy that can be provided at the respective network node by the respective energy system or its energy-related installations. In other words, it is known which energy system intends to provide which maximum energy/power for the load flows at which network node. Furthermore, it is known from one of the preceding steps of the method according to the invention which control power is required at the respective network node to comply with the network boundary conditions. According to the invention, provision is therefore made for the control power to be taken into account by subtracting this from the maximum powers of the energy systems that can be provided at the network node. Depending on the sign of the control power and the maximum power that can be provided, the maximum power that can be provided is reduced or increased. In other words, new powers that can be provided and that have been corrected with regard to the respective control power are determined as a result.
  • provided second services are based on the reduced ed or increased maximum services that can be provided.
  • the first step of the method according to the invention is carried out again with the control power-corrected maximum power that can be provided. It is thus symbolically assumed that the energy systems would have transmitted the control power-corrected maximum power that could be provided to the control device. As a result, the load flows between the energy systems are determined as optimally as possible by the control device, taking into account the internally required control power. The determination or the calculation of the second services can in turn be viewed as a second prediction for the load flows or a second simulation of the load flows.
  • the load flows are controlled according to the determined second powers.
  • the determined second powers in the sense of target values are transmitted by the control device to the respective energy systems.
  • the information about the planned services (second services) for the load flows is transmitted to the respective energy systems in the form of data.
  • These can be received by an edge device and/or a control unit of one or more energy systems of the respective energy system and converted into control signals of the corresponding energy systems of the energy system.
  • the power engineering systems provide the power according to the determined second powers for the electrical network. This results in the load flows that are controlled according to the second services.
  • the central control device with regard to the energy systems can control the load flows.
  • An advantage of the method according to the invention is the dynamic combination of energy exchanges and the provision of reserve power.
  • the electrical network can thus be operated more independently of a network that is superordinate to the electrical network, since the reserve power required for operating the electrical network is provided within the network as far as possible. This is particularly advantageous in the case of volatile feeders or generators, for example for photovoltaics and/or wind power plants that are connected to the electrical grid.
  • the method according to the invention can be carried out dynamically, ie at intervals of one day, one hour, 15 minutes and/or 5 minutes. This is possible because the control device, by transmitting the respective maximum amount of energy that can be provided (or the information about it), knows when and in terms of network technology where which energy system intends to provide power, ie feed in or feed out.
  • the method according to the invention is dynamic in the sense that, in contrast to static methods, a fixed control power is not provided, but rather this is determined dynamically and as a function of the transmitted planned maximum amounts of energy/power for each network node.
  • the control power is determined and taken into account adaptively, i.e. depending on the planned feed-in and feed-out for each network node.
  • the control device according to the invention is characterized in that the arithmetic unit is designed for this - to determine the first services provided for the load flows based on the maximum services that can be provided at the respective network node;
  • an external control power provided for an electrical network which is higher in relation to the electrical network is additionally taken into account in accordance with the internal control power.
  • the electrical network as a whole can provide control power (positive or negative) for a higher-level network. This can also be done for each network node, so that one or more network nodes, possibly different, contribute to the external control reserve.
  • the external control power and/or a network topology is transmitted to the control device by a control unit of the higher-level network.
  • the external control power and/or the network topology which can include the electrical network and/or the network that is higher than this, is transmitted to the control device by the network operator of the higher-level network.
  • the network topology of the electrical network can be transmitted to the control platform by the network operator of the electrical network.
  • the first powers are determined by means of a first optimization method based on a first target function, taking into account the network boundary conditions, with the first powers being the variables of the first target function.
  • a first mathematical optimization is carried out to determine the first powers.
  • the first objective function which quantifies a property to be optimized with regard to the load flows, is extremalized, ie minimized or maximized.
  • the first services are the variables of the first target function, so that they are determined or their values are calculated by extremizing the first target function.
  • the first objective function is extremalized taking into account the constraints.
  • the ancillary the optimization problem the network boundary conditions are taken into account so that they are taken into account in the first optimization.
  • the solution of the first optimization problem which corresponds to the first performances, respects the constraints.
  • the first target function can be the total energy conversion, the primary energy use, the total carbon dioxide emissions and/or the total costs with regard to the load flows.
  • a sequence of the energy systems is defined according to which sequence the reduction or increase in the power that can be provided at one of the network nodes takes place based on the first optimization.
  • the reserve power determined for this network node can typically be made available for a network node by a number of energy systems.
  • the contributions can be determined which energy system has to the result (value of the target function) of the optimization problem. If the target function is minimized, the energy system with the lowest contribution is used first for the control power, ie this is subtracted from the maximum amount of energy that can be provided by this system. The energy system with the next higher contribution is then used, so that a sequence of the energy systems that corresponds to the above sequence is formed until the required balancing power is completely covered.
  • the energy systems are arranged according to their specific carbon dioxide emissions. Furthermore, an arrangement (sequence) of the energy systems according to the specific fees (flexibility costs) associated with the provision of the control reserve is possible.
  • the second power is determined by means of a second operational Timing method based on a second objective function, taking into account the network boundary conditions, with the second services being the variables of the second objective function.
  • the second powers are determined or calculated by means of an optimization.
  • the optimizations can each be viewed as simulations or predictions or forecasts with regard to the load flows, since these each show the load flows and the associated first or second services for a future time period within which the load flows are then based on the second services actually take place, calculate.
  • the optimization methods are also simulation methods.
  • the difference between the first services (first optimization) and second services (second optimization) is that the second services take into account the network node-resolved control power within the meaning of the present invention.
  • the explanations above about the first optimization can also be used for the second optimization.
  • the first and second target functions are preferably the same. In other words, the first and second optimization methods are based on the same target functions.
  • the secondary conditions are fundamentally different, since the secondary conditions of the second optimization include the maximum amounts of energy that can be provided, reduced or increased by the respective control power.
  • the secondary condition of the second optimization thus includes the maximum amounts of energy that can be provided, corrected for the control power.
  • the constraint of the first optimization includes the maximum amounts of energy that can be made available transmitted from the energy systems.
  • the network boundary conditions include maximum line capacities for a a load flow from one network node to another network node.
  • This maximum power capacity (maximum power) or the information about the respective maximum power and/or connection capacity (maximum connection power) can be transmitted by the energy systems to the control platform and taken into account in the optimisations.
  • the first and second services as solutions of the respective optimization thereby respect the technical boundary conditions, which are characterized by the maximum line or connection capacities.
  • the internal control power required at a network node is determined using a risk factor from the maximum power capacity.
  • the risk factor can also be described as the utilization factor of the respective service. As a result, it can advantageously be identified or determined when a line is considered to be loaded. For example, the risk factor is 80 percent of the maximum performance capacity. Depending on the load, more or less balancing power is required at the respective network node.
  • the network node i For example, more is to be fed in at a network node i than consumed.
  • the risk factor can be defined by a network operator of the electrical network and transmitted to the control device, for example.
  • the control power determined by the control device can also be transmitted to the grid operator.
  • the data transmitted to the control platform includes information about a maximum connected load of the respective energy systems.
  • the respective maximum connected load (connected capacity) of the energy systems can be taken into account in the optimizations by the control device.
  • the information about the maximum connection lines can preferably be transmitted to the control device together with the information about the respective maximum amount of energy that can be provided.
  • the power that can be provided which is reduced or increased according to the specific control power, is associated with consumption that can be shifted over time, generation that can be shifted over time, and/or with provision by an energy store of the respective energy system - ed.
  • the control device can preferably take into account the powers that can be shifted over time within the optimization for the provision of the control power.
  • the energy Systems transmit information to the control device about power/energy quantities that can be shifted over time, for example within a respective time range.
  • the powers that can be shifted over time are preferably taken into account for the provision of the reserve power.
  • control device is used to control the load flows within a local energy market.
  • control power to be taken into account within a local energy market.
  • the control device according to the present invention and/or one of its configurations is particularly suitable for the operation of local energy markets, since this essentially allows for network-internal regulation of the electrical network by means of the control power determined and provided by the energy systems independent of a higher-level network.
  • the energy systems can also transmit information about a specific fee (fee per kilowatt hour) for the intended maximum amount of energy that can be provided.
  • the transmitted data can also be referred to or viewed as an offer or bid.
  • the target functions are preferably the total costs associated with the load flows, which are formed from the first or second service (variables) and the respective associated fee.
  • the control device particularly preferably forms a local energy market platform.
  • the control device can preferably be cloud-based.
  • the method according to the invention or the method according to an embodiment of the present invention is carried out for a coming day, in particular for the next day.
  • this advantageously enables day-ahead trading that takes reserve power into account.
  • the method according to the invention or the method according to an embodiment of the present invention is carried out repeatedly in time periods of one day, one hour, 15 minutes and/or 5 minutes.
  • this advantageously enables intra-day trading that takes reserve power into account.
  • FIG. 1 shows an overview of an overall system on which the present invention or one of its configurations is based
  • FIG. 2 shows a flowchart of the method for controlling load flows according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a possible overall system in a schematic form, which can form the basis of a method according to an embodiment of the present invention.
  • the overall system shown comprises at least two energy systems 2, for example two buildings, a central control device 1 with respect to the energy systems 2 and a control unit 3 of an electrical network.
  • the energy systems 2 can exchange energy or power via the electrical network. These load flows are controlled between the energy systems 2 by the control device 1 . To this end, data or information can be exchanged between the energy systems 2 and the control device 1, between the control device 1 and the control unit 3 of the electrical network, and between the energy systems 2 and the control unit 3 of the electrical network. These data exchanges are symbolized in FIG. 1 by the respective arrows.
  • the energy systems 2 each include an edge device, which enables data exchange and thus communication with the control device 1 . Furthermore, the edge devices can be designed for communication with the control unit of the electrical network 4 and thus with the network operator.
  • the edge devices are designed to receive data relating to the control of energy systems 23 of the respective energy system from the control device 1 and to process them additionally.
  • the edge devices 21 forward this received and optionally processed data to the control unit 22 of the respective power engineering installation 23 .
  • the power engineering systems 23 are controlled in accordance with the data transmitted by the control device 1 to the edge devices 21 .
  • the energy systems 23 a power for the electrical network via the network connection point of the associated Provide energy system 2, the load flows between the energy systems 2 are thus controlled by the central control device 1.
  • the edge devices 23 are embodied as energy management devices.
  • the edge devices 23 also form a communication interface to the control device 1 .
  • the control device 1 is particularly preferably designed as a local energy market platform. As part of a local energy market, offers or bids for the services/energy quantities that the respective energy system intends to contribute to one or more of the load flows are transmitted by the edge devices 23 to the local energy market platform 1 . To control the load flows, the control device 1 or the local energy market platform 1 thus collects the bids of all participating energy systems 2 symbolically. In this sense, the energy systems 2 can also be referred to as participants.
  • network boundary conditions and other requirements of the electrical network for example its network topology and, with regard to the electrical network, external reserve power requirements (external flexibility requirements or requirements of higher-level networks or higher network levels) are transmitted by the control unit 3 to the control device 1 transmitted.
  • the energy systems 2 can include energy subsystems, which are then treated as energy systems within the meaning of the present invention or one of its configurations.
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method according to an embodiment of the present invention.
  • the method or the control device 1 for controlling load flows between a plurality of energy systems 2 is included of a local energy market.
  • the control device 1 can be designed as a local energy market platform.
  • the energy systems 2 form the participants in terms of a local energy market, ie they intend to participate in one of the load flows.
  • the load flows are again exchanged via an electrical network to which the energy systems 2 are connected.
  • control unit 3 of a network operator of the electrical network is involved in the method, so that the control unit can exchange data or information with the control device 1 and the energy systems 2 .
  • the data exchanges or information exchanges are identified by the arrows 101, . . . , 105.
  • the method according to the present embodiments has at least five steps S1,...,S5.
  • steps S1, . . . , S5 are carried out by the control device 1.
  • the control device 1 is designed to carry out the steps S1,...,S5.
  • the energy systems 2 transmit information about their maximum amount of energy that can be provided [kWh] or power, information about an associated minimum or maximum fee [fee/kWh] and in addition, an associated maximum connected load to the control device 1. This can be done for a specified point in time or time range t. A maximum fee is transmitted for consumption and a minimum fee for generation. Furthermore, types of generation and consumption that can be shifted can be marked as shiftable or transmitted. In summary, this data/information transmitted to the control device 1 can be used as a bid or offer for the Participation of the respective energy system 2 can be viewed in one of the load flows.
  • three offers can be distinguished with regard to services that can be postponed.
  • a first flexibility offer is characterized by consumption that can be shifted over time for a time range.
  • a maximum amount of energy to be obtained, a possibly time-dependent connected load and a maximum charge for the consumption are transmitted to the control device 1 in the form of data/information for the stated time range.
  • a second flexibility offer is characterized by a temporally shiftable generation for a time range.
  • a maximum amount of energy to be generated, a possibly time-dependent connected load and a minimum payment for the generation are transmitted to the control device 1 in the form of data/information for the stated time range.
  • a third flexibility offer is characterized by the use of an energy store of one of the energy systems 2 for a time range.
  • a maximum storage capacity, a maximum charging and minimum discharging capacity of the energy store (possibly time-dependent), a charging and discharging efficiency (possibly time-dependent) and a minimum fee for the use of the energy store are sent to the control device 1 transmitted in the form of data/information.
  • At least each participating energy system transmits a maximum amount of power/energy that can be provided to the control device 1 for a specified time range.
  • the first services provided by the control device 1 for the load flows are based on data/offers transmitted from the energy systems 2 to the control device 1, which provide information about a maximum that can be provided by the respective energy system 2 at the respective network node Include performance, determined.
  • the transmission of the above data is marked with the 101 marker.
  • the intended first services are determined by means of a mathematical optimization.
  • the optimization or the optimization problem is preferably based on a target function of the form whereby the first service (variable) to be determined for a planned transmitted consumption (English: bid) and an associated transmitted minimum fee, the first service (variable) to be determined for a planned transmitted consumption (English: Ask) and the associated maximum fee (English: discharge/charge; abbreviated dch/ch) the first performance (variable) for an intended and transmitted use of an energy storage device and an associated minimum de- applies to the use of the energy store, in particular a battery store.
  • the power flowing through a line i ⁇ j is denoted by , where for this a fee (network fee) should also be provided for can.
  • variables are the decision variables (variables) determined by the first optimization.
  • the variables correspond to the intended first services of the subscriber k at the network node n at the time t or within the time period marked t.
  • the present one with a generation associated performance is evaluated positively and a performance associated with consumption is evaluated negatively within the target function, with the present target function or its
  • the optimization problem has the following constraints: for all network nodes n and points in time t within a time range T.
  • the secondary conditions and used. correspond to this the maximum power that can be provided in each case transmitted from the energy systems 2 to the control device 1 or the maximum power that can be provided in each case within a time interval ⁇ t. As a result, this transmitted data is taken into account in the optimization.
  • P i,j,t, max required.
  • P i,j,t,max can be transmitted to the control device 1 by the energy systems 2 and/or by a network operator of the electrical network 4, for example by a control unit 3 of the electrical network 4, and/or be determined by a network model known to the control device 1 .
  • the transmission of the network boundary conditions of the electrical network 4 by the control unit 3 of the electrical network 4 is symbolized by the arrow 102 .
  • a control power that is internal to the electrical network and broken down into network nodes is determined based on the determined intended first powers and based on the provided network boundary conditions of the electrical network 4 .
  • the second step 2 determines the flexibility requirement of the electrical network 4 for the first powers provided for each of the network nodes.
  • the first step S1 by means of which the first services were calculated based on the transmitted data/bids, which power should flow via which line and which network node, so that knowledge of the network boundary conditions (maximum power capacity) tusch) it is clear whether a line is overloaded by the planned load flow, which corresponds to the associated first service.
  • a line can be marked as overloaded from as little as 80 percent of its maximum load.
  • a third step S3 of the method the control power determined at the network node is taken into account by a corresponding reduction or increase in the maximum power that can be provided by the energy systems 2 at this network node.
  • the maximum powers/energy that can be provided are corrected by the reserve power determined and required in the second step S3.
  • a portion of the maximum power that can be provided by the energy systems 2 is therefore provided as reserve power. For example, an intended consumption at a network node is reduced and/or the feed provided at a network node is increased.
  • This symbolically fictitious maximum available power, corrected for the control power, is then used for a second optimization.
  • the required control power is Use corrected maximum power that can be provided.
  • the specific control power can be allocated to the energy systems 2 according to a defined and/or determined order 42 in the above-mentioned sense. In other words, it is determined which energy system 2 makes which contribution to a control power that is required and determined at a network node.
  • This sequence is symbolized in the figure by the diagram of step S3, with, for example, the control reserve in kilowatt hours (kWh) on the abscissa of the diagram and the fees associated with the provision of the respective control reserve of energy systems 2nd on the ordinate are connected.
  • the energy systems 2 can be arranged with regard to their charges for providing the control reserve or with regard to their carbon dioxide emissions for providing the control reserve (sequence 42).
  • the control device 1 of the local energy market can determine a network-node-specific or network-node-resolved payment function or carbon dioxide emission function for the provision of control power with the energy systems 2 or their associated energy systems being arranged in ascending order according to their fees or their carbon dioxide emissions for the provision of the control reserve or the flexibility requirement (sequence 42).
  • the specific need for flexibility and, if applicable, the fee function or the carbon dioxide emission function can be transmitted from the control device 1 to the control unit 3 of the electrical network 4 . This is indicated by the arrow 103.
  • provided second services are based on the reduced or increased maximum services that can be provided determined by the second optimization.
  • the same objective function is used for the first optimization.
  • the transmitted maximum power/energy quantities that can be provided are not or as a constraint of form used, but the available power/energy quantities corrected by the control reserve or ⁇ This increases the internal control reserve requirement taken into account in the second optimization.
  • an external control power requirement of a network that is higher than the electrical network 4 can also be taken into account.
  • the control unit 3 of the electrical network 4 can determine which internal and/or external control power requirement is actually taken into account.
  • the external control power requirement is determined by the control unit 3 of the electrical network and is transmitted to the control device 1 for consideration. This is symbolized by the arrow 104.
  • a fifth step S5 of the method the load flows between the energy systems 2 or between the energy systems of the energy systems 2 are controlled according to the determined second powers. This ensures that the determined internal control reserve requirement and, if applicable, the external control reserve requirement are provided by the actual load flows, for example the next day (symbolized by the arrow 105). First of all, it can be checked which energy system is connected to which network node. It can then be determined whether the respective energy system is ready for use or available. Then the energy systems that are ready for use or available are prioritized according to the determined order 42 and controlled by local control units in such a way that they provide the power in the intended time range according to their associated and determined second power.

Abstract

The invention relates to a method for controlling load flows between a plurality of energy systems (2) via an electrical network (4) by means of a control device (1) common to the energy systems (2), wherein a power associated with a load flow can be provided by each of the energy systems (2) at at least one network node of the electrical network (4), the method comprising at least the following steps: - (S1) determining first powers which are provided for the load flows, on the basis of data which are transmitted from the energy systems (2) to the control device (1) and comprise information regarding a maximum power which can be provided by the relevant energy system at the relevant network node; - (S2) ascertaining a network-node-resolved control power which is internal with respect to the electrical network (4), on the basis of the determined provided first powers as well as on the basis of provided network boundary conditions of the electrical network (4); - (S3) taking into account the control power ascertained at the network nodes by accordingly reducing or increasing the maximum powers which can be provided at this network node by the energy systems (2); - (S4) determining provided second powers on the basis of the reduced or increased maximum powers which can be provided; and - (S5) controlling the load flows according to the determined second powers. The invention also relates to a control device (1) for carrying out the method.

Description

Beschreibung description
Verfahren und Steuerungsvorrichtung zum Steuern von Lastflüs- sen zwischen mehreren Energiesystemen Method and control device for controlling load flows between several energy systems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Steuerungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 14. The invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1 and a control device according to the preamble of patent claim 14.
Energiesysteme, beispielsweise Stadtteile, Gemeinden, indust- rielle Anlagen, Industriegebäude, Bürogebäude und/oder Wohn- gebäude können untereinander, beispielsweise mittels eines Stromnetzes (elektrisches Netz), dezentral, das heißt lokal, Energie austauschen. Hierbei weisen Energiesysteme typischer- weise ein oder mehrere Energiesubsysteme auf, beispielsweise ein Gebäude. Die Energiesubsysteme umfassen jeweils mehrere energietechnische Anlagen, die zur Energieerzeugung, einem Energieverbrauch oder einer Energiespeicherung vorgesehen sind. Energy systems, for example city districts, municipalities, industrial plants, industrial buildings, office buildings and/or residential buildings, can exchange energy with one another in a decentralized, ie local, manner, for example by means of a power grid (electrical grid). In this case, energy systems typically have one or more energy subsystems, for example a building. The energy subsystems each include a number of energy systems that are provided for generating energy, consuming energy or storing energy.
Durch die Dezentralisierung der Energieversorgung ergibt sich das grundsätzliche technische Problem, die lokale erzeugte Energie effizient zu verteilen und insbesondere ebenfalls lo- kal zu verbrauchen. Mit anderen Worten ist eine technische Regelung beziehungsweise Steuerung der Verteilung der erzeug- ten, verbrauchten und/oder gespeicherten Energie erforder- lich. Eine solche Steuerung kann mittels einer Steuerungsvor- richtung einer lokalen Energiemarktplattform ermöglicht wer- den. The decentralization of the energy supply gives rise to the fundamental technical problem of efficiently distributing the locally generated energy and, in particular, also consuming it locally. In other words, technical regulation or control of the distribution of the generated, consumed and/or stored energy is required. Such a control can be made possible by means of a control device of a local energy market platform.
Mit anderen Worten wird ein lokaler Energiemarkt technisch durch die lokale Energiemarktplattform, die eine Steuerungs- vorrichtung ausbildet, verwirklicht. Eine solche lokale Ener- giemarktplattform/Steuerungsvorrichtung für den Austausch elektrischer Energie ist beispielsweise aus dem Dokument EP 3518369 Al bekannt. Grundsätzlich ermöglicht die lokale Energiemarktplattform ei- ne möglichst effiziente lokale Verteilung der im Gesamtsystem erzeugten, verbrauchten und/oder gespeicherten Energie. Unter Verwendung von Optimierungsverfahren (Optimierung) werden möglichst optimale Regelvariablen ermittelt. Mit anderen Wor- ten wird die technische Steuerung, die der effizienten Ener- gieverteilung zugrunde liegt, durch eine der Optimierung zu- grunde liegenden Zielfunktion abgebildet. Die lokale Energie- marktplattform ermittelt durch Lösen des Optimierungsprob- lems, das heißt durch ein Extremalisieren der Zielfunktion, die für die Steuerung erforderlichen technischen Werte. Hier- bei ist die Zielfunktion mit dem Gesamtsystem, das heißt mit allen am Energieaustausch teilnehmenden Energiesystemen und/oder Energiesubsystemen assoziiert. Typischerweise werden als Zielfunktion der Gesamtenergieumsatz, die Gesamtemissio- nen oder die Gesamtkosten oder eine gewichtete Kombination der genannten Größen verwendet. In other words, a local energy market is technically realized by the local energy market platform forming a control device. Such a local energy market platform/control device for exchanging electrical energy is known, for example, from document EP 3518369 A1. In principle, the local energy market platform enables the most efficient local distribution of the energy generated, consumed and/or stored in the overall system. Optimization methods (optimization) are used to determine control variables that are as optimal as possible. In other words, the technical control on which efficient energy distribution is based is represented by a target function on which optimization is based. The local energy market platform determines the technical values required for control by solving the optimization problem, ie by making the target function extremal. Here, the target function is associated with the overall system, ie with all energy systems and/or energy subsystems participating in the energy exchange. Typically, the total energy consumption, the total emissions or the total costs or a weighted combination of the variables mentioned are used as the target function.
Grundsätzlich steigt der Anteil volatiler, schwer vorhersag- barer Einspeisung erneuerbarer Energien, beispielsweise durch Photovoltaik und/oder Windkraftanlagen sowie der Anteil de- zentraler Verbraucher, beispielsweise durch Elektroautos und/oder Wärmepumpen. In principle, the share of volatile, difficult to predict feed-in of renewable energies, for example from photovoltaics and/or wind power plants, as well as the share of decentralized consumers, for example from electric cars and/or heat pumps, is increasing.
Elektrische Netze und deren Netzbetreiber stellt dies vor zu- sätzlichen technischen Herausforderungen. Insbesondere müssen diese auf kurzfristig auftretende nicht vorhergesehene Erzeu- gung oder Verbrauchsschwankungen durch den Einsatz von Flexi- bilität (Regelleistung) reagieren, damit Netzengpässe vermie- den werden können und die Systemstabilität (Netzfrequenz, Spannungshaltung) sichergestellt ist. Da die Netzfrequenz die globale Größe des europäischen und anderer Verbundnetze ist, ist nicht nur im eigenen Energiesystem die technische Funkti- on sicherzustellen, sondern weiterhin überlagerten Netzen be- ziehungsweise Netzebenen Flexibilität, das heißt Regelleis- tung, bereitzustellen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im Hinblick auf Netzengpässe verbessertes Verfahren zum Steuern von Lastflüssen zwischen mehreren Energiesystemen über ein elektrisches Netz bereitzustellen. Electrical networks and their network operators are faced with additional technical challenges. In particular, they must react to short-term, unforeseen generation or consumption fluctuations by using flexibility (balancing capacity) so that grid bottlenecks can be avoided and system stability (grid frequency, voltage stability) is ensured. Since the grid frequency is the global size of the European and other interconnected grids, the technical function not only has to be ensured in one's own energy system, but also flexibility, i.e. control power, has to be made available to higher-level grids or grid levels. The present invention is based on the object of providing a method for controlling load flows between a plurality of energy systems via an electrical network which is improved with regard to network bottlenecks.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung 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. The object is achieved by a device having the features of independent patent claim 1 and by a method having the features of independent patent claim 14 . Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the dependent patent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern von Lastflüssen zwischen mehreren Energiesystemen über ein elektrisches Netz mittels einer bezüglich der Energiesysteme gemeinsamen Steue- rungsvorrichtung, wobei durch die Energiesysteme jeweils eine mit einem Lastfluss assoziierte Leistung an wenigstens einem Netzknoten des elektrischen Netzes bereitstellbar, insbeson- dere zeitlich flexibel bereitstellbar, ist, umfasst wenigs- tens die folgenden Schritte: The method according to the invention for controlling load flows between a plurality of energy systems via an electrical network by means of a control device which is common to the energy systems, with a power associated with a load flow being able to be provided at least at one network node of the electrical network by the energy systems, in particular being provided flexibly in terms of time , is, comprises at least the following steps:
- Ermitteln von für die Lastflüsse vorgesehenen ersten Leis- tungen basierend auf aus den Energiesystemen an die Steue- rungsvorrichtung übermittelten Daten, die eine Information über eine durch das jeweilige Energiesystem am jeweiligen Netzknoten maximal bereitstellbare Leistung umfassen; - Determination of first powers provided for the load flows based on data transmitted from the energy systems to the control device, which data include information about a maximum power that can be provided by the respective energy system at the respective network node;
- Bestimmen einer bezüglich des elektrischen Netzes internen und netzknotenaufgelösten Regelleistung basierend auf den er- mittelten vorgesehenen ersten Leistungen sowie basierend auf bereitgestellten Netzrandbedingungen des elektrischen Netzes;- Determining a control power that is internal to the electrical network and resolved in terms of network nodes, based on the determined intended first powers and based on provided network boundary conditions of the electrical network;
- Berücksichtigen der an den Netzknoten bestimmten Regelleis- tung durch ein entsprechendes Reduzieren oder Erhöhen der an diesem Netzknoten durch die Energiesysteme maximal bereit- stellbaren Leistungen; - Taking into account the control power determined at the network node by correspondingly reducing or increasing the maximum power that can be provided at this network node by the energy systems;
- Ermitteln von vorgesehenen zweiten Leistungen basierend auf den reduzierten beziehungsweise erhöhten maximal bereitstell- baren Leistungen; und - Determining intended second services based on the reduced or increased maximum services that can be provided; and
- Steuern der Lastflüsse gemäß der ermittelten zweiten Leis- tungen. 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. Insbesondere wird die Optimierung compu- tergestützt durchgeführt. Beispielsweise wird das Optimie- rungsproblem numerisch gelöst. - Control of the load flows according to the determined second services. 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. In particular, the optimization is carried out with the aid of a computer. For example, the optimization problem is solved numerically.
Vorliegend umfasst der Begriff Leistung eine Wirkleistung und/oder eine Blindleistung. In the present case, the term power includes active power and/or reactive power.
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. From a structural perspective, 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 in particular a building, for example an office building and/or a residential building, an industrial plant, a campus, a district, a municipality and/or the like.
Das Energiesystem umfasst insbesondere als energietechnische Anlagen Stromgeneratoren, Energiespeicher, insbesondere Bat- teriespeicher, Kraftwärmekopplungsanlagen, insbesondere Blockheizkraftwerke, Gasboiler, Dieselgeneratoren, Elekt- rokessel, Wärmepumpen, Kompressionskältemaschinen, Absorpti- onskältemaschinen, Pumpen, Fernwärmenetzwerke, Energietrans- ferleitungen, Windkrafträder oder Windkraftanlagen, Photovol- taikanlagen, Biomasseanlagen, Biogasanlagen, Müllverbren- nungsanlagen, industrielle Anlagen, konventionelle Kraftwerke und/oder dergleichen, als Betriebsmittel. The energy system includes, in particular, power generators, energy storage devices, in particular battery storage devices, combined heat and power systems, in particular combined heat and power plants, gas boilers, diesel generators, electric boilers, heat pumps, compression refrigeration machines, absorption chillers, pumps, district heating networks, energy transfer lines, wind turbines or wind turbines, photovoltaic systems - Taik plants, biomass plants, biogas plants, waste incineration plants, industrial plants, conventional power plants and/or the like, as operating resources.
Die Energiesysteme sind, beispielsweise über einen jeweiligen Netzanschlusspunkt, an das elektrische Netz angebunden. Über das elektrische Netz können die Energiesysteme Energie bezie- hungsweise innerhalb eines Zeitbereiches eine Leistung aus- tauschen. Hierbei kann mittels des Vorzeichens der Leistung eine Erzeugung von einem Verbrauch unterschieden werden. Un- ter einer Bereitstellung einer Leistung beziehungsweise einer Energie wird vorliegend eine Energieerzeugung und/oder ein Energieverbrauch verstanden, wobei hierbei ebenfalls Energie- Speicher, die zum Beladen eine Energie aus dem elektrischen Netz ausspeisen und/oder beim Entladen eine Energie in das elektrische Netz einspeisen, mit umfasst sind. Mit anderen Worten wird in einem Zeitbereich eine positive oder negative Leistung bereitgestellt, das heißt zusammengefasst eine Leis- tung bereitgestellt. Die Zuordnung des Vorzeichens der Leis- tung zur Energieerzeugung (Einspeisung in das elektrische Netz) und zum Energieverbrauch (Ausspeisung aus dem elektri- schen Netz) ist vom verwendeten Zählersystem abhängig. The energy systems are connected to the electrical grid, for example via a respective grid connection point. The energy systems can exchange energy or power within a time range via the electrical network. Here, generation can be distinguished from consumption by means of the sign of the power. In the present case, the provision of a service or energy is understood to mean energy generation and/or energy consumption, in which case energy is also Storage that feeds energy from the electrical network for charging and/or feeds energy into the electrical network when discharging are also included. In other words, a positive or negative power is provided in a time range, that is to say, in summary, a power is provided. The assignment of the sign of the power to energy generation (supply into the electrical network) and to energy consumption (extraction from the electrical network) depends on the meter system used.
Die Steuerungsvorrichtung ist bezüglich der Energiesysteme eine gemeinsame beziehungsweise zentrale Vorrichtung. Sie ist dazu ausgebildet, die Energieaustausche beziehungsweise Las- tenflüsse zwischen den Energiesystemen über das elektrische Netz zu steuern. Hierbei ist keine unmittelbare Steuerung er- forderlich. Es ist ausreichend, wenn die Steuerungsvorrich- tung zur Steuerung vorgesehene Steuerungsdaten an die jewei- ligen Energiesysteme übermittelt. Diese Steuerungsdaten wer- den beispielsweise durch Edge-Devices der Energiesysteme emp- fangen und in Steuersignale für die energietechnischen Anla- gen des jeweiligen Energiesystems gewandelt werden. Eine di- rekte Steuerung der energietechnischen Anlagen kann jedoch vorgesehen sein. Dadurch werden die energietechnischen Anla- gen der Energiesysteme, die Energie beziehungsweise Leistung in das elektrische Netz einspeisen oder ausspeisen, und somit in diesem Sinne die Lastenflüsse zwischen den Energiesystemen durch die zentrale Steuerungsvorrichtung gesteuert. Hierfür kann die Steuerungsvorrichtung somit zum Datenaustausch mit den Energiesystemen ausgebildet sein. With regard to the energy systems, the control device is a common or central device. It is designed to control the energy exchanges or load flows between the energy systems via the electrical network. In this case, no direct control is required. It is sufficient if the control device transmits control data intended for control to the respective energy systems. This control data is received, for example, by edge devices of the energy systems and converted into control signals for the energy systems of the respective energy system. However, direct control of the power engineering systems can be provided. As a result, the energy systems of the energy systems that feed energy or power into or out of the electrical network, and thus in this sense the load flows between the energy systems, are controlled by the central control device. For this purpose, the control device can thus be designed for data exchange with the energy systems.
Das elektrische Netz weist mehrere Netzknoten auf. Der Ein- speisung oder Ausspeisung eines Energiesystems ist ein Netz- knoten zugeordnet. Mit anderen Worten wird die positive oder negative Leistung eines Energiesystems an einem Netzknoten des elektrischen Netzes bereitgestellt. Aus den bereitge- stellten Leistungen kann ermittelt werden, welche Leistung von einem Netzknoten über eine Leitung zu einem weiteren Netzknoten des elektrischen Netzes fließt beziehungsweise ausgetauscht wird. Mit anderen Worten bilden sich dadurch die Lastflüsse zwischen den Energiesystemen aus. Durch die (Leis- tungs-)Steuerung der energietechnischen Anlagen beziehungs- weise der Energiesysteme werden somit die Lastenflüsse zwi- schen den Energiesystemen gesteuert. The electrical network has a number of network nodes. A network node is assigned to the feed-in or feed-out of an energy system. In other words, the positive or negative power of an energy system is provided at a network node of the electrical network. From the services provided, it can be determined which power flows from a network node via a line to a further network node of the electrical network or is exchanged. In other words, this creates the load flows between the energy systems. The load flows between the energy systems are thus controlled by the (performance) control of the energy-technical installations or the energy systems.
Vorliegend werden die Begriffe Leistung und Energie vorlie- gend als äquivalent und untereinander austauschbar angesehen, da mit einer Leistung innerhalb eines Zeitbereiches stets ei- ne Energie assoziiert ist. In the present case, the terms power and energy are considered to be equivalent and interchangeable, since an energy is always associated with a power within a time range.
In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wer- den die für die Lastflüsse vorgesehenen ersten Leistungen ba- sierend auf aus den Energiesystemen an die Steuerungsvorrich- tung übermittelten Daten, die eine Information über eine durch das jeweilige Energiesystem am jeweiligen Netzknoten maximal bereitstellbare Leistung umfassen, ermittelt. In a first step of the method according to the invention, the first powers provided for the load flows are determined based on data transmitted from the energy systems to the control device, which data includes information about a maximum power that can be provided by the respective energy system at the respective network node .
Mit anderen Worten berechnet die Steuerungsvorrichtung die ersten Leistungen, die den tatsächlichen Lastenflüssen zwi- schen den Energiesystemen zugrunde liegen könnten. Dies kann als erste Vorhersage oder als erste Simulation der Lasten- flüsse angesehen werden. Mit anderen Worten berechnet die Steuerungsvorrichtung eine erste Vorhersage für die Lasten- flüsse, das heißt für einen zukünftigen Zeitbereich, bei- spielsweise für kommende 15 Minuten. Hierbei kann die erste Vorhersage beziehungsweise die erste Simulation die Lasten- flüsse derart berechnen, dass das elektrische Netz durch die Lastenflüsse nicht überlastet wird. Somit wird die erste Vor- hersage mittels der Information darüber berechnet, welche ma- ximale Energiemenge das jeweilige Energiesystem im genannten Zeitbereich bereitstellen kann beziehungsweise beabsichtigt bereitzustellen. Hierbei kann ein Bereitstellen wiederum ein Einspeisen oder Ausspeisen bezüglich des elektrischen Netzes sein. Die Information über die jeweilige maximal bereitstell- bare Energiemenge wird aus den Energiesystemen, beispielswei- se durch jeweilige Edge-Devices und/oder einer Steuerungsein- heit oder Regelungseinheit der energietechnischen Anlagen, an die Steuerungsvorrichtung vorab der tatsächlichen Leistungs- flüsse übermittelt. In other words, the control device calculates the first powers that could form the basis of the actual load flows between the energy systems. This can be seen as a first prediction or as a first simulation of the load flows. In other words, the control device calculates a first forecast for the load flows, ie for a future time range, for example for the next 15 minutes. In this case, the first prediction or the first simulation can calculate the load flows in such a way that the electrical network is not overloaded by the load flows. The first prediction is thus calculated using the information about the maximum amount of energy that the respective energy system can provide or intends to provide in the stated time range. In this case, providing can in turn be feeding in or feeding out with regard to the electrical network. The information about the respective maximum amount of energy that can be provided is provided from the energy systems, for example by respective edge devices and/or a control unit or regulating unit of the energy-related systems the control device transmits the actual power flows in advance.
Die übermittelten maximal bereitstellbaren Leistungen können als Vorhersagen der Energiesysteme bezüglich ihres Betriebes angesehen werden. Somit ist nach diesem ersten Schritt noch nicht sichergestellt, dass die Kapazitätsgrenzen des elektri- schen Netzes zur tatsächlichen Leistungserbringung auch aus- reichen. Es kann somit eine Regelleistung an den Netzknoten erforderlich sein, die gemäß der vorliegenden Erfindung in den folgenden Schritten ermittelt und berücksichtigt wird. The transmitted maximum power that can be provided can be viewed as predictions of the energy systems with regard to their operation. Thus, after this first step, it is not yet ensured that the capacity limits of the electrical network are sufficient to actually provide the service. A control power may therefore be required at the network nodes, which is determined and taken into account in the following steps according to the present invention.
In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine bezüglich des elektrischen Netzes interne und netz- knotenaufgelösten Regelleistung basierend auf den ermittelten vorgesehenen ersten Leistungen sowie basierend auf bereitge- stellten Netzrandbedingungen des elektrischen Netzes be- stimmt. In a second step of the method according to the invention, a control power that is internal and node-resolved with respect to the electrical network is determined based on the determined intended first powers and based on the provided network boundary conditions of the electrical network.
Hierzu werden die Netzrandbedingungen des elektrischen Net- zes, beispielsweise von einem Netzbetreiber des elektrischen Netzes, bereitgestellt. Durch das Ermitteln der ersten Leis- tungen ist der Steuerungsplattform sinnbildlich bekannt, wel- cher Lastenfluss zwischen welchen Netzknoten erfolgt. Durch die bereitgestellten Netzrandbedingungen sind die elektro- technischen Randbedingungen für die Leistungen des elektri- schen Netzes bekannt, sodass aus den vorgesehenen ersten Leistungen und den Netzrandbedingungen eine Überlast einer Leitung des elektrischen Netzes durch die Steuerungsvorrich- tung ermittelbar ist. Mit anderen Worten ist der Steuerungs- vorrichtung dadurch bekannt, welche erste Leistung über wel- che Leitung des elektrischen Netzes von welchen Netzknoten zu welchem Netzknoten ausgetauscht werden soll und welche maxi- male Leistung (Netzrandbedingungen) die vorgesehene Leitung aufweist. Durch einen Abgleich der maximalen Leistungen mit den vorgesehenen ersten Leistungen können möglicherweise überlastete Leitungen beziehungsweise Leitungen nahe ihrer Belastungsgrenze ermittelt werden. Durch diese Kenntnis kann die Steuerungsvorrichtung für jeden an den Lastenflüssen teilnehmenden Netzknoten eine interne Regelleistung (positiv oder negativ) ermitteln, damit das elektrische Netz durch die Lastenflüsse in einen oder mehreren Bereichen nicht überlas- tet oder nahe seiner Belastungsgrenze, beispielsweise zu mehr als 80 Prozent, betrieben wird. Die Netzrandbedingungen um- fassen die genannten jeweiligen Belastungsgrenzen. Dies er- folgt für jeden durch die Lastenflüsse betroffenen (und be- kannten) Netzknoten, das heißt netzknotenscharf aufgelöst. For this purpose, the network boundary conditions of the electrical network are provided, for example by a network operator of the electrical network. By determining the first powers, the control platform is symbolically known which load flow takes place between which network nodes. The electrotechnical boundary conditions for the power of the electrical grid are known from the grid boundary conditions provided, so that an overload of a line of the electrical grid can be determined by the control device from the first power provided and the grid boundary conditions. In other words, the control device knows which first power is to be exchanged via which line of the electrical network from which network node to which network node and which maximum power (network boundary conditions) the provided line has. Lines that may be overloaded or lines close to their load limit can be identified by comparing the maximum powers with the first powers provided. With this knowledge, the control device determines an internal control power (positive or negative) for each network node participating in the load flows, so that the electrical network is not overloaded by the load flows in one or more areas or is operated close to its load limit, for example at more than 80 percent. The grid boundary conditions include the specified respective load limits. This is done for each network node affected (and known) by the load flows, i.e. resolved for each network node.
In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die an den Netzknoten bestimmte Regelleistung durch ein entsprechendes Reduzieren oder Erhöhen der an diesem Netzkno- ten durch die Energiesysteme maximal bereitstellbaren Leis- tungen berücksichtigt. In a third step of the method according to the invention, the control power determined at the network node is taken into account by a corresponding reduction or increase in the maximum power that can be provided at this network node by the energy systems.
Für jeden teilnehmenden beziehungsweise belasteten Netzknoten ist der Steuerungsvorrichtung bekannt, welche Leistung bezie- hungsweise Energiemenge maximal am jeweiligen Netzknoten durch das jeweilige Energiesystem beziehungsweise seine ener- gietechnischen Anlagen bereitstellbar ist. Mit anderen Worten ist bekannt, welches Energiesystem an welchem Netzknoten wel- che Energie/Leistung für die Lastenflüsse beabsichtigt maxi- mal bereitzustellen. Weiterhin ist aus einem der vorangegan- gen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bekannt, welche Regelleistung am jeweiligen Netzknoten für das Einhalten der Netzrandbedingungen erforderlich ist. Erfindungsgemäß ist es somit vorgesehen, die Regelleistung dadurch zu berücksichti- gen, dass dies von den am Netzknoten bereitstellbaren maxima- len Leistungen der Energiesysteme abgezogen wird. Je nach Vorzeichen der Regelleistung und der maximalen bereitstellba- ren Leistung erfolgt somit eine Reduzierung oder Erhöhung der maximal bereitstellbaren Leistung. Mit anderen Worten werden dadurch neue und bezüglich der jeweiligen Regelleistung kor- rigierte maximal bereitstellbare Leistungen ermittelt. For each participating or loaded network node, the control device knows the maximum power or amount of energy that can be provided at the respective network node by the respective energy system or its energy-related installations. In other words, it is known which energy system intends to provide which maximum energy/power for the load flows at which network node. Furthermore, it is known from one of the preceding steps of the method according to the invention which control power is required at the respective network node to comply with the network boundary conditions. According to the invention, provision is therefore made for the control power to be taken into account by subtracting this from the maximum powers of the energy systems that can be provided at the network node. Depending on the sign of the control power and the maximum power that can be provided, the maximum power that can be provided is reduced or increased. In other words, new powers that can be provided and that have been corrected with regard to the respective control power are determined as a result.
In einem vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorgesehene zweite Leistungen basierend auf den redu- zierten beziehungsweise erhöhten maximal bereitstellbaren Leistungen ermittelt. In a fourth step of the method according to the invention, provided second services are based on the reduced ed or increased maximum services that can be provided.
Mit anderen Worten wird der erste Schritt des erfindungsgemä- ßen Verfahrens nochmals mit den regelleistungskorrigierten maximal bereitstellbaren Leistungen durchgeführt. Es wird so- mit sinnbildlich fiktiv angenommen, dass die Energiesysteme die regelleistungskorrigierten maximal bereitstellbaren Leis- tungen an die Steuerungsvorrichtung übermittelt hätten. Dadurch werden durch die Steuerungsvorrichtung die Lasten- flüsse zwischen den Energiesystemen möglichst optimal unter Berücksichtig der intern erforderlichen Regelleistung ermit- telt. Das Ermitteln beziehungsweise das Berechnen der zweiten Leistungen kann wiederum als zweite Vorhersage für die Las- tenflüsse beziehungsweise zweite Simulation der Lastenflüsse angesehen werden. In other words, the first step of the method according to the invention is carried out again with the control power-corrected maximum power that can be provided. It is thus symbolically assumed that the energy systems would have transmitted the control power-corrected maximum power that could be provided to the control device. As a result, the load flows between the energy systems are determined as optimally as possible by the control device, taking into account the internally required control power. The determination or the calculation of the second services can in turn be viewed as a second prediction for the load flows or a second simulation of the load flows.
In einem fünften Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens er- folgt das Steuern der Lastflüsse gemäß der ermittelten zwei- ten Leistungen. In a fifth step of the method according to the invention, the load flows are controlled according to the determined second powers.
Beispielsweise werden hierfür die ermittelten zweiten Leis- tungen im Sinne von Sollwerten durch die Steuerungsvorrich- tung an die jeweiligen Energiesysteme übermittelt. Mit ande- ren Worten wird die Information über die vorgesehenen Leis- tungen (zweite Leistungen) für die Lastenflüsse in Form von Daten an die jeweiligen Energiesysteme übermittelt. Diese können durch ein Edge-Device und/oder einer Steuereinheit ei- ner oder mehrerer energietechnischer Anlagen des jeweiligen Energiesystems empfangen und in Steuersignale der entspre- chenden energietechnischen Anlagen des Energiesystems gewan- delt werden. Die energietechnischen Anlagen stellen die Leis- tung gemäß der ermittelten zweiten Leistungen für das elekt- rische Netz bereit. Dadurch erfolgen entsprechend die Lasten- flüssen, die gemäß der zweiten Leistungen gesteuert werden.For example, for this purpose the determined second powers in the sense of target values are transmitted by the control device to the respective energy systems. In other words, the information about the planned services (second services) for the load flows is transmitted to the respective energy systems in the form of data. These can be received by an edge device and/or a control unit of one or more energy systems of the respective energy system and converted into control signals of the corresponding energy systems of the energy system. The power engineering systems provide the power according to the determined second powers for the electrical network. This results in the load flows that are controlled according to the second services.
In diesem Sinne kann die bezüglich der Energiesysteme zentra- le Steuerungsvorrichtung die Lastenflüsse steuern. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die dynami- sche Kombination von Energieaustauschen und das Bereitstellen von Reserveleistung. Somit kann das elektrische Netz in die- sem Sinne unabhängiger von einem dem elektrischen Netz über- geordneten Netz betrieben werden, da soweit wie möglich die für den Betrieb des elektrischen Netzes erforderliche Reser- veleistung netzintern bereitgestellt wird. Dies ist besonders bei volatilen Einspeisern oder Erzeugern, beispielsweise für Photovoltaik und/oder Windkraftanlagen, die an das elektri- sche Netz angebunden sind, von Vorteil. In this sense, the central control device with regard to the energy systems can control the load flows. An advantage of the method according to the invention is the dynamic combination of energy exchanges and the provision of reserve power. In this sense, the electrical network can thus be operated more independently of a network that is superordinate to the electrical network, since the reserve power required for operating the electrical network is provided within the network as far as possible. This is particularly advantageous in the case of volatile feeders or generators, for example for photovoltaics and/or wind power plants that are connected to the electrical grid.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren dynamisch, das heißt in Intervallen von einem Tag, einer Stunde, 15 Minuten und/oder 5 Minuten durchgeführt werden. Das ist deshalb mög- lich, da der Steuerungsvorrichtung durch das Übermitteln der jeweiligen maximal bereitstellbaren Energiemenge (beziehungs- weise die Information darüber) bekannt ist, wann und netz- technisch wo welches Energiesystem eine Leistung beabsichtigt bereitzustellen, das heißt einzuspeisen oder auszuspeisen. Furthermore, the method according to the invention can be carried out dynamically, ie at intervals of one day, one hour, 15 minutes and/or 5 minutes. This is possible because the control device, by transmitting the respective maximum amount of energy that can be provided (or the information about it), knows when and in terms of network technology where which energy system intends to provide power, ie feed in or feed out.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in dem Sinne dynamisch, dass im Gegensatz zu statischen Verfahren nicht eine festge- legte Regelleistung bereitgestellt wird, sondern diese dyna- misch und in Abhängigkeit der übermittelten vorgesehenen ma- ximalen Energiemengen/Leistungen netzknotenscharf bestimmt wird. Mit anderen Worten wird die Regelleistung adaptiv, das heißt in Abhängigkeit der vorgesehenen Einspeisung und Aus- speisung netzknotenscharf ermittelt und berücksichtigt. The method according to the invention is dynamic in the sense that, in contrast to static methods, a fixed control power is not provided, but rather this is determined dynamically and as a function of the transmitted planned maximum amounts of energy/power for each network node. In other words, the control power is determined and taken into account adaptively, i.e. depending on the planned feed-in and feed-out for each network node.
Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung zur Steuerung von Lastflüssen zwischen mehreren Energiesystemen über ein elekt- risches Netz umfasst eine Kommunikationseinheit sowie eine Recheneinheit, wobei die Kommunikationseinheit dazu ausgebil- det ist, Daten, die eine Information über eine durch das je- weilige Energiesystem am jeweiligen Netzknoten maximal be- reitstellbare Leistung umfassen, zu empfangen. Die erfin- dungsgemäße Steuerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist - für die Lastflüsse vorgesehenen erste Leistungen basierend auf den empfangenen am jeweiligen Netzknoten maximal bereit- stellbaren Leistungen zu ermitteln; The control device according to the invention for controlling load flows between several energy systems via an electrical network comprises a communication unit and a computing unit, the communication unit being designed to receive data that contains information about a maximum through the respective energy system at the respective network node - Include rideable power to receive. The control device according to the invention is characterized in that the arithmetic unit is designed for this - to determine the first services provided for the load flows based on the maximum services that can be provided at the respective network node;
- eine bezüglich des elektrischen Netzes interne und netzkno- tenaufgelösten Regelleistung basierend auf den ermittelten vorgesehenen ersten Leistungen sowie basierend auf bereitge- stellten Netzrandbedingungen des elektrischen Netzes zu be- stimmen; - to determine an internal and node-resolved control power with regard to the electrical network based on the determined intended first powers and based on provided network boundary conditions of the electrical network;
- die an den Netzknoten bestimmten Regelleistungen durch ein entsprechendes Reduzieren oder Erhöhen der an diesem Netzkno- ten durch die Energiesysteme maximal bereitstellbaren Leis- tungen zu berücksichtigen; - to take account of the control power determined at the network node by correspondingly reducing or increasing the maximum power that can be provided at this network node by the energy systems;
- vorgesehene zweite Leistungen basierend auf den reduzierten beziehungsweise erhöhten maximal bereitstellbaren Leistungen; zu ermitteln; und - intended second services based on the reduced or increased maximum services that can be provided; to investigate; and
- die Lastflüsse gemäß der ermittelten zweiten Leistungen zu steuern. - To control the load flows according to the determined second services.
Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile und Ausgestaltungen der erfin- dungsgemäßen Steuerungsvorrichtung. Similar and equivalent advantages and configurations of the control device according to the invention result in relation to the method according to the invention.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich eine für ein bezüglich des elektrischen Netzes übergeordnetes elektrisches Netz vorgesehene externe Regel- leistung entsprechend der internen Regelleistung berücksich- tigt. According to an advantageous embodiment of the invention, an external control power provided for an electrical network which is higher in relation to the electrical network is additionally taken into account in accordance with the internal control power.
Mit anderen Worten kann das elektrische Netz insgesamt für ein bezüglich diesem übergeordneten Netz Regelleistung (posi- tiv oder negativ) bereitstellen. Dies kann ebenfalls netzkno- tenscharf erfolgen, sodass einer oder mehrere Netzknoten, ge- gebenenfalls verschieden, zur externen Regelleistung beitra- gen. In other words, the electrical network as a whole can provide control power (positive or negative) for a higher-level network. This can also be done for each network node, so that one or more network nodes, possibly different, contribute to the external control reserve.
Weiterhin werden durch das erfindungsgemäße Verfahren zukünf- tige Anforderungen an elektrische Netze eingehalten (in Deutschland unter dem Begriff Redispatch 2.0 bekannt). Die Bereitstellung von Regelleistung (Flexibilität) aus dem elektrischen Netz für überlagerte Netzebenen beziehungsweise übergeordnete Netze wird sichergestellt, während Flexibili- täts- und Energieeinsatz im internen elektrischen Netz eben- falls, vorliegend durch die Steuerungsvorrichtung, optimiert wird. Furthermore, future requirements for electrical networks (known in Germany under the term Redispatch 2.0) are complied with by the method according to the invention. the The provision of control power (flexibility) from the electrical network for higher-level network levels or higher-level networks is ensured, while the use of flexibility and energy in the internal electrical network is also optimized, in this case by the control device.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die externe Regelleistung und/oder eine Netztopologie durch eine Steuereinheit des übergeordneten Netzes an die Steuerungsvor- richtung übermittelt. In an advantageous development of the invention, the external control power and/or a network topology is transmitted to the control device by a control unit of the higher-level network.
Mit anderen Worten wird die externe Regelleistung und/oder die Netztopologie, die das elektrische Netz und/oder das die- sem übergeordnete Netz umfassen kann, durch den Netzbetreiber des übergeordneten Netzes an die Steuerungsvorrichtung über- mittelt. Alternativ oder ergänzend kann die Netztopologie des elektrischen Netzes durch den Netzbetreiber des elektrischen Netzes an die Steuerungsplattform übermittelt werden. Dadurch sind vorteilhafterweise die Netzrandbedingungen sowie die Netzknoten der Steuerungsplattform bekannt. In other words, the external control power and/or the network topology, which can include the electrical network and/or the network that is higher than this, is transmitted to the control device by the network operator of the higher-level network. Alternatively or additionally, the network topology of the electrical network can be transmitted to the control platform by the network operator of the electrical network. As a result, the network boundary conditions and the network nodes of the control platform are advantageously known.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Ermitteln der ersten Leistungen mittels einem ersten Op- timierungsverfahren basierend auf einer ersten Zielfunktion unter Berücksichtigung der Netzrandbedingungen, wobei die ersten Leistungen die Variablen der ersten Zielfunktion sind. According to a preferred embodiment of the invention, the first powers are determined by means of a first optimization method based on a first target function, taking into account the network boundary conditions, with the first powers being the variables of the first target function.
Mit anderen Worten wird zum Ermitteln der ersten Leistungen eine erste mathematische Optimierung durchgeführt. Hierbei wird die erste Zielfunktion, die eine zu optimierende Eigen- schaft bezüglich der Lastenflüsse quantifiziert, extremali- siert, das heißt minimiert oder maximiert. Die ersten Leis- tungen sind die Variablen der ersten Zielfunktion, sodass diese durch das Extremalisieren der ersten Zielfunktion er- mittelt beziehungsweise ihre Werte berechnet werden. Die ers- te Zielfunktion wird unter Berücksichtigung von Nebenbedin- gungen extremalisiert. Vorliegend umfassen die Nebenbedingun- gen des Optimierungsproblems die Netzrandbedingungen, sodass diese dadurch bei der ersten Optimierung berücksichtigt wer- den. Mit anderen Worten respektiert die Lösung des ersten Op- timierungsproblems, die den ersten Leistungen entspricht, die Nebenbedingungen. Die erste Zielfunktion kann der Gesamtener- gieumsatz, der Primärenergieeinsatz, die Gesamtkohlenstoffdi- oxidemissionen und/oder die Gesamtkosten bezüglich der Last- flüsse sein. In other words, a first mathematical optimization is carried out to determine the first powers. Here, the first objective function, which quantifies a property to be optimized with regard to the load flows, is extremalized, ie minimized or maximized. The first services are the variables of the first target function, so that they are determined or their values are calculated by extremizing the first target function. The first objective function is extremalized taking into account the constraints. In the present case, the ancillary the optimization problem, the network boundary conditions are taken into account so that they are taken into account in the first optimization. In other words, the solution of the first optimization problem, which corresponds to the first performances, respects the constraints. The first target function can be the total energy conversion, the primary energy use, the total carbon dioxide emissions and/or the total costs with regard to the load flows.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine Reihenfolge der Energiesysteme gemäß welcher Reihenfolge das Reduzieren oder Erhöhen der bereitstellbaren Leistungen an einem der Netzknoten erfolgt basierend auf der ersten Opti- mierung festgelegt. In an advantageous development of the invention, a sequence of the energy systems is defined according to which sequence the reduction or increase in the power that can be provided at one of the network nodes takes place based on the first optimization.
Mit anderen Worten kann für einen Netzknoten die für diesen Netzknoten ermittelte Reserveleistung typischerweise durch mehrere Energiesysteme bereitgestellt werden. Zur Festlegung, welches Energiesystem zuerst beziehungsweise welche Energie- systeme überhaupt für die Regelleistung herangezogen werden, können die Beiträge bestimmt werden, welches Energiesystem zum Ergebnis (Wert der Zielfunktion) des Optimierungsproblems aufweist. Wird die Zielfunktion minimiert, so wird das Ener- giesystem mit dem niedrigsten Beitrag zuerst für die Regel- leistung herangezogen, das heißt diese wird von der durch dieses übermittelten maximale bereitstellbaren Energiemenge abgezogen. Dann wird das Energiesystems mit dem nächsthöheren Beitrag herangezogen, sodass sich bis zur vollständigen Abde- ckung der erforderlichen Regelleistung eine Reihenfolge der Energiesysteme ausbildet, die der oben genannten Reihenfolge entspricht. Beispielsweise werden die Energiesysteme gemäß ihrer spezifischen Kohlenstoffdioxidemissionen angeordnet. Weiterhin ist einer Anordnung (Reihenfolge) der Energiesyste- me gemäß der mit dem Bereitstellen der Regelleistung verbun- denen spezifischen Entgelte (Flexibilitätskosten) möglich. In other words, the reserve power determined for this network node can typically be made available for a network node by a number of energy systems. In order to determine which energy system is to be used first or which energy systems are to be used at all for the balancing power, the contributions can be determined which energy system has to the result (value of the target function) of the optimization problem. If the target function is minimized, the energy system with the lowest contribution is used first for the control power, ie this is subtracted from the maximum amount of energy that can be provided by this system. The energy system with the next higher contribution is then used, so that a sequence of the energy systems that corresponds to the above sequence is formed until the required balancing power is completely covered. For example, the energy systems are arranged according to their specific carbon dioxide emissions. Furthermore, an arrangement (sequence) of the energy systems according to the specific fees (flexibility costs) associated with the provision of the control reserve is possible.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Ermitteln der zweiten Leistung mittels einem zweiten Op- timierungsverfahren basierend auf einer zweiten Zielfunktion unter Berücksichtigung der Netzrandbedingungen, wobei die zweiten Leistungen die Variablen der zweiten Zielfunktion sind. According to an advantageous embodiment of the invention, the second power is determined by means of a second operational Timing method based on a second objective function, taking into account the network boundary conditions, with the second services being the variables of the second objective function.
Mit anderen Worten werden die zweiten Leistungen, wie bereits bevorzugt die ersten Leistungen, mittels einer Optimierung ermittelt beziehungsweise berechnet. Hierbei können die Opti- mierungen jeweils als Simulationen oder Vorhersagen oder Prognosen bezüglich der Lastenflüsse angesehen werden, da diese jeweils die Lastenflüsse und die zugehörigen ersten be- ziehungsweise zweiten Leistungen für einen zukünftigen Zeit- bereich, innerhalb welchem die Lastenflüsse dann basierend auf den zweiten Leistungen tatsächlich erfolgen, berechnen. Mit anderen Worten sind die Optimierungsverfahren ebenfalls Simulationsverfahren. Der Unterschied zwischen den ersten Leistungen (erste Optimierung) und zweiten Leistungen (zweite Optimierung) ist, dass die zweiten Leistungen die netzknoten- aufgelöste Regelleistung im Sinne der vorliegenden Erfindung berücksichtigt. Die obenstehenden Ausführungen über die erste Optimierung können ebenfalls für die zweite Optimierung her- angezogen werden. Bevorzugt sind die erste und zweite Ziel- funktion gleich. Mit anderen Worten werden dem ersten und zweiten Optimierungsverfahren dieselben Zielfunktionen zu- grunde gelegt. Die Nebenbedingungen sind jedoch grundsätzlich verschieden, da die Nebenbedingungen der zweiten Optimierung, die um die jeweilige Regelleistung reduzierten oder erhöhten maximale bereitstellbaren Energiemengen umfasst. In other words, the second powers, like the first powers already preferred, are determined or calculated by means of an optimization. The optimizations can each be viewed as simulations or predictions or forecasts with regard to the load flows, since these each show the load flows and the associated first or second services for a future time period within which the load flows are then based on the second services actually take place, calculate. In other words, the optimization methods are also simulation methods. The difference between the first services (first optimization) and second services (second optimization) is that the second services take into account the network node-resolved control power within the meaning of the present invention. The explanations above about the first optimization can also be used for the second optimization. The first and second target functions are preferably the same. In other words, the first and second optimization methods are based on the same target functions. However, the secondary conditions are fundamentally different, since the secondary conditions of the second optimization include the maximum amounts of energy that can be provided, reduced or increased by the respective control power.
Die Nebenbedingung der zweiten Optimierung umfassen somit die um die Regelleistung korrigierten maximale bereitstellbaren Energiemengen. Die Nebenbedingung der ersten Optimierung um- fassen die aus den Energiesystemen übermittelten maximale be- reitstellbaren Energiemengen. The secondary condition of the second optimization thus includes the maximum amounts of energy that can be provided, corrected for the control power. The constraint of the first optimization includes the maximum amounts of energy that can be made available transmitted from the energy systems.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfassen die Netzrandbedingungen maximale Leitungskapazitäten für ei- nen Lastfluss von einem Netzknoten zu einem weiteren Netzkno- ten. In an advantageous development of the invention, the network boundary conditions include maximum line capacities for a a load flow from one network node to another network node.
Diese maximale Leistungskapazitäten (maximale Leistung) be- ziehungsweise die Information über die jeweiligen maximalen Leistungs- und/oder Anschlusskapazitäten (maximale Anschluss- leistung) können durch die Energiesysteme an die Steuerungs- plattform übermittelt und bei den Optimierungen berücksich- tigt werden. Vorteilhafterweise respektieren die erste und zweiten Leistungen als Lösungen der jeweiligen Optimierung dadurch die technischen Randbedingungen, die durch die maxi- malen Leitungs- beziehungsweise Anschlusskapazitäten charak- terisiert sind. This maximum power capacity (maximum power) or the information about the respective maximum power and/or connection capacity (maximum connection power) can be transmitted by the energy systems to the control platform and taken into account in the optimisations. Advantageously, the first and second services as solutions of the respective optimization thereby respect the technical boundary conditions, which are characterized by the maximum line or connection capacities.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die an einem Netzknoten erforderliche interne Regelleistung mittels eines Risikofaktors aus der maximalen Leistungskapa- zität ermittelt. According to an advantageous embodiment of the invention, the internal control power required at a network node is determined using a risk factor from the maximum power capacity.
Der Risikofaktor kann ebenfalls als Auslastungsfaktor der je- weiligen Leistung bezeichnet werden. Dadurch kann vorteilhaf- terweise gekennzeichnet beziehungsweise ermittelt werden, wann eine Leitung als belastet gilt. Beispielsweise beträgt der Risikofaktor 80 Prozent der maximalen Leistungskapazität. Je nach Auslastung ist mehr oder weniger Regelleistung an den jeweiligen Netzknoten erforderlich. The risk factor can also be described as the utilization factor of the respective service. As a result, it can advantageously be identified or determined when a line is considered to be loaded. For example, the risk factor is 80 percent of the maximum performance capacity. Depending on the load, more or less balancing power is required at the respective network node.
Beispielsweise soll an einem Netzknoten i mehr eingespeist als verbraucht werden. Der Netzknoten i versorge den Netzkno- ten j (hoher Verbrauch) somit über die Leitung i → j . Wäre diese Leitung dadurch nahe ihrer maximalen Leistungskapazität (Grenzkapazität), so kann dem gemäß der vorliegenden Erfin- dung dadurch entgegengewirkt werden, indem beispielsweise am Netzknoten j zusätzlich eine Leistung eingespeist wird (Re- gelleistung) und/oder die Last reduziert wird. Es wird somit ermittelt für welchen Knoten ein Bedarf an interner Regel- leistung (Flexibilitätsbedarf) besteht. Diese kann dann durch den genannten Risikofaktor m beispielsweise durch Pk = μ· Pi,j,t, max berechnet werden, wobei Pi,j,t, maxdie maximale Leistungs- kapazität der Leitung i → j bezeichnet. Der Risikofaktor kann durch einen Netzbetreiber des elektrischen Netzes festgelegt und beispielsweise an die Steuerungsvorrichtung übermittelt werden. Die durch die Steuerungsvorrichtung ermittelte Regel- leistung kann weiterhin an den Netzbetreiber übermittelt wer- den. For example, more is to be fed in at a network node i than consumed. The network node i thus supplies the network node j (high consumption) via the line i→j. If this line were therefore close to its maximum power capacity (limit capacity), this can be counteracted according to the present invention by, for example, power being additionally fed in at network node j (control power) and/or the load being reduced. It is thus determined for which node there is a need for internal control services (requirement for flexibility). This can then be determined by the risk factor m mentioned, for example by P k = μ P i,j,t, max can be calculated, where P i,j,t, max denotes the maximum power capacity of the line i → j. The risk factor can be defined by a network operator of the electrical network and transmitted to the control device, for example. The control power determined by the control device can also be transmitted to the grid operator.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfassen die an die Steuerungsplattform übermittelten Daten eine In- formation über eine maximale Anschlussleistung der jeweiligen Energiesysteme . In an advantageous development of the invention, the data transmitted to the control platform includes information about a maximum connected load of the respective energy systems.
Dadurch kann die jeweilige maximale Anschlussleistung (An- schlusskapazität) der Energiesysteme bei den Optimierungen durch die Steuerungsvorrichtung berücksichtigt werden. Die Information über die maximalen Anschlussleitungen können be- vorzugt zusammen mit der Information über die jeweilige maxi- male bereitstellbare Energiemenge an die Steuerungsvorrich- tung übermittelt werden. As a result, the respective maximum connected load (connected capacity) of the energy systems can be taken into account in the optimizations by the control device. The information about the maximum connection lines can preferably be transmitted to the control device together with the information about the respective maximum amount of energy that can be provided.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die bereitstellbaren Leistungen, die entsprechend der be- stimmten Regelleistung reduziert oder erhöht werden, mit ei- nem zeitlich verschiebbaren Verbrauch, einer zeitlich ver- schiebbaren Erzeugung und/oder mit einer Bereitstellung durch einen Energiespeicher des jeweiligen Energiesystems assozi- iert. According to an advantageous embodiment of the invention, the power that can be provided, which is reduced or increased according to the specific control power, is associated with consumption that can be shifted over time, generation that can be shifted over time, and/or with provision by an energy store of the respective energy system - ed.
Dadurch kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass zeit- lich nicht verschiebbare Leistungen für die Regelleistung herangezogen werden. Übermitteln die jeweiligen Energiesyste- me eine Kennzeichnung ihrer jeweiligen vorgesehenen maximale bereitstellbaren Energiemenge als zeitlich verschiebbar oder zeitlich nicht verschiebbar, so kann die Steuerungsvorrich- tung bevorzugt die zeitlich verschiebbaren Leistungen inner- halb der Optimierungen für das Bereitstellen der Regelleis- tung berücksichtigen. Mit anderen Worten können die Energie- Systeme eine Information über zeitlich verschiebbare, bei- spielsweise innerhalb eines jeweiligen Zeitbereiches, vorge- sehene Leistungen/Energiemengen an die Steuerungsvorrichtung übermitteln. Bevorzugt werden die zeitlich verschiebbaren Leistungen für das Bereitstellen der Reserveleistung berück- sichtigt. As a result, it can advantageously be avoided that powers that cannot be shifted in time are used for the control power. If the respective energy systems transmit an identification of their respective intended maximum amount of energy that can be provided as being shiftable or not shiftable over time, the control device can preferably take into account the powers that can be shifted over time within the optimization for the provision of the control power. In other words, the energy Systems transmit information to the control device about power/energy quantities that can be shifted over time, for example within a respective time range. The powers that can be shifted over time are preferably taken into account for the provision of the reserve power.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Steuerungsvorrichtung zum Steuern der Lastflüsse innerhalb eines lokalen Energiemarktes verwendet. In an advantageous development of the invention, the control device is used to control the load flows within a local energy market.
Dadurch wird vorteilhafterweise innerhalb eines lokalen Ener- giemarktes ein vorteilhaftes Berücksichtigen von Regelleis- tung ermöglicht. Die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorlie- genden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen ist be- sonders für den Betrieb von lokalen Energiemärkten geeignet, da diese ein netzinternes Regeln des elektrischen Netzes mit- tels der ermittelten und durch die Energiesysteme bereitge- stellten Regelleistung, im Wesentlichen unabhängig von einem übergeordneten Netz, ermöglicht. Im Rahmen eines lokalen Energiemarktes können die Energiesysteme zusätzlich eine In- formation über ein spezifisches Entgelt (Entgelt pro Kilo- wattstunde) für die vorgesehene bereitstellbare maximale Energiemenge übermitteln. Somit kann im Rahmen eines lokalen Energiemarktes die übermittelten Daten ebenfalls als Angebot oder Gebot bezeichnet beziehungsweise angesehen werden. Advantageously, this allows control power to be taken into account within a local energy market. The control device according to the present invention and/or one of its configurations is particularly suitable for the operation of local energy markets, since this essentially allows for network-internal regulation of the electrical network by means of the control power determined and provided by the energy systems independent of a higher-level network. Within the framework of a local energy market, the energy systems can also transmit information about a specific fee (fee per kilowatt hour) for the intended maximum amount of energy that can be provided. Thus, in the context of a local energy market, the transmitted data can also be referred to or viewed as an offer or bid.
Wird die Steuerungsvorrichtung für einen lokalen Energiemarkt verwendet, so sind die Zielfunktionen bevorzugt die mit den Lastflüssen assoziierten Gesamtkosten, die sich aus der ers- ten beziehungsweise zweiten Leistung (Variablen) und dem je- weiligen zugehörigen Entgelt ausbilden. If the control device is used for a local energy market, the target functions are preferably the total costs associated with the load flows, which are formed from the first or second service (variables) and the respective associated fee.
Besonders bevorzugt bildet die Steuerungsvorrichtung eine lo- kale Energiemarktplattform aus. Die Steuerungsvorrichtung kann bevorzugt cloudbasiert sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren oder das Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung für einen kommenden Tag, insbesondere für den nächsten Tag, durchgeführt. The control device particularly preferably forms a local energy market platform. The control device can preferably be cloud-based. According to a preferred embodiment of the invention, the method according to the invention or the method according to an embodiment of the present invention is carried out for a coming day, in particular for the next day.
Besonders im Hinblick auf einen lokalen Energiemarkt wird dadurch vorteilhafterweise ein reserveleistungsberücksichti- gender Day-Ahead Handel ermöglicht. Particularly with regard to a local energy market, this advantageously enables day-ahead trading that takes reserve power into account.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren oder das Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wiederholend in Zeitabschnitten von einem Tag, einer Stunden, 15 Minuten und/oder 5 Minuten durchgeführt. In an advantageous development of the invention, the method according to the invention or the method according to an embodiment of the present invention is carried out repeatedly in time periods of one day, one hour, 15 minutes and/or 5 minutes.
Besonders im Hinblick auf einen lokalen Energiemarkt wird dadurch vorteilhafterweise ein reserveleistungsberücksichti- gender Intra-Day Handel ermöglicht. Particularly with regard to a local energy market, this advantageously enables intra-day trading that takes reserve power into account.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er- geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei- spielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schemati- siert: Further advantages, features and details of the invention result from the exemplary embodiments described below and from the drawings. The following are shown schematically:
Figur 1 eine Übersicht eines der vorliegenden Erfindung o- der eines ihrer Ausgestaltungen zugrundliegenden Gesamtsystems; und FIG. 1 shows an overview of an overall system on which the present invention or one of its configurations is based; and
Figur 2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Steuern von Lastflüssen gemäß einer Ausgestaltung der vorlie- genden Erfindung. FIG. 2 shows a flowchart of the method for controlling load flows according to an embodiment of the present invention.
Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente kön- nen in einer der Figuren oder in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figur 1 zeigt schematisiert ein mögliches Gesamtsystem, welches einem Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der vorlie- genden Erfindung zugrunde liegen kann. Identical, equivalent or equivalent elements can be provided with the same reference symbols in one of the figures or in the figures. FIG. 1 shows a possible overall system in a schematic form, which can form the basis of a method according to an embodiment of the present invention.
Das dargestellte Gesamtsystem umfasst wenigstens zwei Ener- giesysteme 2, beispielsweise zwei Gebäude, eine bezüglich der Energiesysteme 2 zentrale Steuerungsvorrichtung 1 sowie eine Steuereinheit 3 eines elektrischen Netzes. The overall system shown comprises at least two energy systems 2, for example two buildings, a central control device 1 with respect to the energy systems 2 and a control unit 3 of an electrical network.
Die Energiesysteme 2 können über das elektrische Netz Energie beziehungsweise Leistung austauschen. Diese Lastflüsse werden zwischen den Energiesystemen 2 durch die Steuerungsvorrich- tung 1 gesteuert. Hierzu können Daten beziehungsweise Infor- mationen zwischen den Energiesystemen 2 und der Steuerungs- vorrichtung 1, zwischen der Steuerungsvorrichtung 1 und der Steuereinheit 3 des elektrischen Netzes sowie zwischen den Energiesystemen 2 und der Steuereinheit 3 des elektrischen Netzes ausgetauscht werden. Diese Datenaustausche sind in der Figur 1 durch die jeweiligen Pfeile symbolisiert. The energy systems 2 can exchange energy or power via the electrical network. These load flows are controlled between the energy systems 2 by the control device 1 . To this end, data or information can be exchanged between the energy systems 2 and the control device 1, between the control device 1 and the control unit 3 of the electrical network, and between the energy systems 2 and the control unit 3 of the electrical network. These data exchanges are symbolized in FIG. 1 by the respective arrows.
Die Energiesysteme 2 umfassen jeweils ein Edge-Device, wel- ches den Datenaustausch und somit die Kommunikation mit der Steuerungsvorrichtung 1 ermöglicht. Weiterhin können die Edge-Devices für die Kommunikation mit der Steuereinheit des elektrischen Netzes 4 und somit mit dem Netzbetreiber ausge- bildet sein. The energy systems 2 each include an edge device, which enables data exchange and thus communication with the control device 1 . Furthermore, the edge devices can be designed for communication with the control unit of the electrical network 4 and thus with the network operator.
Die Edge-Devices sind dazu ausgebildet, Daten bezüglich des Steuerns von energietechnischen Anlagen 23 des jeweiligen Energiesystems von der Steuerungsvorrichtung 1 zu empfangen und ergänzend zu bearbeiten. Die Edge-Devices 21 geben diese empfangenen und gegebenenfalls bearbeiteten Daten an die Steuerungseinheit 22 der jeweiligen energietechnischen Anla- gen 23 weiter. Dadurch werden die energietechnischen Anlagen 23 entsprechend den durch die Steuerungsvorrichtung 1 an die Edge-Devices 21 übermittelten Daten gesteuert. Da schließlich die energietechnischen Anlagen 23 eine Leistung für das elektrische Netz über den Netzanschlusspunkt des zugehörigen Energiesystems 2 bereitstellen, werden somit die Lastenflüsse zwischen den Energiesystemen 2 durch die zentrale Steuerungs- vorrichtung 1 gesteuert. Beispielsweise sind die Edge-Devices 23 als Energiemanagementvorrichtung ausgebildet. Die Edge- Devices 23 bilden weiterhin eine Kommunikationsschnittstelle zur Steuerungsvorrichtung 1 aus. The edge devices are designed to receive data relating to the control of energy systems 23 of the respective energy system from the control device 1 and to process them additionally. The edge devices 21 forward this received and optionally processed data to the control unit 22 of the respective power engineering installation 23 . As a result, the power engineering systems 23 are controlled in accordance with the data transmitted by the control device 1 to the edge devices 21 . Finally, since the energy systems 23 a power for the electrical network via the network connection point of the associated Provide energy system 2, the load flows between the energy systems 2 are thus controlled by the central control device 1. For example, the edge devices 23 are embodied as energy management devices. The edge devices 23 also form a communication interface to the control device 1 .
Die Steuerungsvorrichtung 1 ist besonders bevorzugt als loka- le Energiemarktplattform ausgebildet. Im Rahmen eines lokalen Energiemarktes werden Angebote beziehungsweise Gebote für die Leistungen/Energiemengen, die das jeweilige Energiesystem zu einem oder mehreren der Lastenflüsse beabsichtigt beizutra- gen, durch die Edge-Devices 23 an die lokale Energiemarkt- plattform 1 übermittelt. Zum Steuern der Lastenflüsse sammelt somit die Steuerungsvorrichtung 1 beziehungsweise die lokale Energiemarktplattform 1 die Gebote aller teilnehmenden Ener- giesysteme 2 sinnbildlich ein. In diesem Sinne können die Energiesysteme 2 ebenfalls als Teilnehmer bezeichnet werden. The control device 1 is particularly preferably designed as a local energy market platform. As part of a local energy market, offers or bids for the services/energy quantities that the respective energy system intends to contribute to one or more of the load flows are transmitted by the edge devices 23 to the local energy market platform 1 . To control the load flows, the control device 1 or the local energy market platform 1 thus collects the bids of all participating energy systems 2 symbolically. In this sense, the energy systems 2 can also be referred to as participants.
Weiterhin werden Netzrandbedingungen und weitere Anforderun- gen des elektrischen Netzes, beispielsweise seine Netztopolo- gie sowie bezüglich des elektrischen Netzes externe Reserve- leistungsanforderungen (externe Flexibilitätsbedarfe bezie- hungsweise Anforderungen übergeordneter Netze beziehungsweise höheren Netzebenen), durch die Steuereinheit 3 an die Steue- rungsvorrichtung 1 übermittelt. Furthermore, network boundary conditions and other requirements of the electrical network, for example its network topology and, with regard to the electrical network, external reserve power requirements (external flexibility requirements or requirements of higher-level networks or higher network levels) are transmitted by the control unit 3 to the control device 1 transmitted.
Die Energiesysteme 2 können Energiesubsysteme umfassen, die dann im Sinne der vorliegenden Erfindung beziehungsweise ei- ner ihrer Ausgestaltungen als Energiesysteme behandelt wer- den. The energy systems 2 can include energy subsystems, which are then treated as energy systems within the meaning of the present invention or one of its configurations.
Die Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. FIG. 2 shows a flow chart of a method according to an embodiment of the present invention.
In dem folgenden Ausführungsbeispiel wird das Verfahren be- ziehungsweise die Steuerungsvorrichtung 1 für das Steuern von Lastenflüssen zwischen mehreren Energiesystemen 2 im Rahmen eines lokalen Energiemarktes verwendet. Hierbei kann die Steuerungsvorrichtung 1 als lokale Energiemarktplattform aus- gestaltet sein. In the following exemplary embodiment, the method or the control device 1 for controlling load flows between a plurality of energy systems 2 is included of a local energy market. In this case, the control device 1 can be designed as a local energy market platform.
Die Energiesysteme 2 bilden im Sinne eines lokalen Energie- marktes die Teilnehmer aus, das heißt diese beabsichtigen an einem der Lastenflüsse teilzunehmen. Die Lastenflüsse werden wieder über ein elektrisches Netz, an welchem die Energiesys- teme 2 angebunden sind, ausgetauscht. The energy systems 2 form the participants in terms of a local energy market, ie they intend to participate in one of the load flows. The load flows are again exchanged via an electrical network to which the energy systems 2 are connected.
Weiterhin ist eine Steuereinheit 3 eines Netzbetreibers des elektrischen Netzes im Verfahren eingebunden, sodass die Steuereinheit Daten beziehungsweise Informationen mit der Steuerungsvorrichtung 1 und den Energiesystemen 2 austauschen kann. Die Datenaustausche beziehungsweise Informationsaustau- sche sind durch die Pfeile 101,...,105 gekennzeichnet. Furthermore, a control unit 3 of a network operator of the electrical network is involved in the method, so that the control unit can exchange data or information with the control device 1 and the energy systems 2 . The data exchanges or information exchanges are identified by the arrows 101, . . . , 105.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Ausgestaltungen weist wenigstens fünf Schritte S1,...,S5 auf. Vorliegend werden die Schritte S1,...,S5 durch die Steuerungsvorrichtung 1 durchge- führt. Mit anderen Worten ist die Steuerungsvorrichtung 1 zur Durchführung der Schritte S1,...,S5 ausgebildet. The method according to the present embodiments has at least five steps S1,...,S5. In the present case, steps S1, . . . , S5 are carried out by the control device 1. In other words, the control device 1 is designed to carry out the steps S1,...,S5.
In einem den Schritten S1,...,S5 zeitlich vorgelagerten Schritt übermitteln die Energiesysteme 2 eine Information über ihre maximal bereitstellbare Energiemenge [kWh] beziehungs- weise Leistung, eine Information über ein damit assoziiertes minimale oder maximales Entgelt [Entgelt/kWh] sowie ergänzend eine zugehörige maximale Anschlussleistung an die Steuerungsvorrichtung 1. Dies kann für einen vorgesehenen Zeitpunkt beziehungsweise Zeitbereich t erfolgen. Für einen Verbrauch wird ein maximales Entgelt und für eine Erzeugung ein minimales Entgelt übermittelt. Weiterhin können ver- schiebbare Erzeugungs- und Verbrauchsarten als verschiebbar gekennzeichnet beziehungsweise übermittelt werden. Zusammen- fassend können diese an die Steuerungsvorrichtung 1 übermit- telten Daten/Informationen als Gebot oder Angebot für die Teilnahme des jeweiligen Energiesystems 2 an einem der Las- tenflüsse angesehen werden. In a step preceding the steps S1, . . . , S5, the energy systems 2 transmit information about their maximum amount of energy that can be provided [kWh] or power, information about an associated minimum or maximum fee [fee/kWh] and in addition, an associated maximum connected load to the control device 1. This can be done for a specified point in time or time range t. A maximum fee is transmitted for consumption and a minimum fee for generation. Furthermore, types of generation and consumption that can be shifted can be marked as shiftable or transmitted. In summary, this data/information transmitted to the control device 1 can be used as a bid or offer for the Participation of the respective energy system 2 can be viewed in one of the load flows.
Insbesondere bezüglich zeitlich verschiebbarer Leistungen können drei Angebote (Flexibilitätsangebote) unterschieden werden. In particular, three offers (flexibility offers) can be distinguished with regard to services that can be postponed.
Ein erstes Flexibilitätsangebot ist durch einen zeitlich ver- schiebbaren Verbrauch für einen Zeitbereich gekennzeichnet. Hierbei werden für den genannten Zeitbereich eine maximal zu beziehende Energiemenge, eine gegebenenfalls zeitabhängige Anschlussleistung sowie ein maximales Entgelt für den Ver- brauch an die Steuerungsvorrichtung 1 in Form von Daten/In- formation übermittelt. A first flexibility offer is characterized by consumption that can be shifted over time for a time range. A maximum amount of energy to be obtained, a possibly time-dependent connected load and a maximum charge for the consumption are transmitted to the control device 1 in the form of data/information for the stated time range.
Ein zweites Flexibilitätsangebot ist durch eine zeitlich ver- schiebbare Erzeugung für einen Zeitbereich gekennzeichnet. Hierbei werden für den genannten Zeitbereich eine maximal zu erzeugende Energiemenge, eine gegebenenfalls zeitabhängige Anschlussleistung sowie ein minimales Entgelt für die Erzeu- gung an die Steuerungsvorrichtung 1 in Form von Da- ten/Information übermittelt. A second flexibility offer is characterized by a temporally shiftable generation for a time range. A maximum amount of energy to be generated, a possibly time-dependent connected load and a minimum payment for the generation are transmitted to the control device 1 in the form of data/information for the stated time range.
Ein drittes Flexibilitätsangebot ist durch die Verwendung ei- nes Energiespeichers eines der Energiesysteme 2 für einen Zeitbereich gekennzeichnet. Hierbei werden für den genannten Zeitbereich eine maximale Speicherkapazität, eine maximale Lade- und minimale Entladeleistung des Energiespeichers (ge- gebenenfalls zeitabhängig), ein Lade- und Entladewirkungsgrad (gegebenenfalls zeitabhängig) sowie ein minimales Entgelt für die Verwendung des Energiespeichers an die Steuerungsvorrich- tung 1 in Form von Daten/Information übermittelt. A third flexibility offer is characterized by the use of an energy store of one of the energy systems 2 for a time range. A maximum storage capacity, a maximum charging and minimum discharging capacity of the energy store (possibly time-dependent), a charging and discharging efficiency (possibly time-dependent) and a minimum fee for the use of the energy store are sent to the control device 1 transmitted in the form of data/information.
Zusammenfassend wird wenigstens durch jedes teilnehmende Energiesystem eine maximale bereitstellbare Leistung/Energie- menge an die Steuerungsvorrichtung 1 für einen vorgesehenen Zeitbereich übermittelt. In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens werden durch die Steuerungsvorrichtung 1 für die Lastflüsse vorgesehenen ers- ten Leistungen basierend auf aus den Energiesystemen 2 an die Steuerungsvorrichtung 1 übermittelten Daten/Angeboten, die die Information über eine durch das jeweilige Energiesystem 2 am jeweiligen Netzknoten maximal bereitstellbare Leistung um- fassen, ermittelt. Das Übermitteln der genannten Daten ist mit dem Peil 101 gekennzeichnet. In summary, at least each participating energy system transmits a maximum amount of power/energy that can be provided to the control device 1 for a specified time range. In a first step S1 of the method, the first services provided by the control device 1 for the load flows are based on data/offers transmitted from the energy systems 2 to the control device 1, which provide information about a maximum that can be provided by the respective energy system 2 at the respective network node Include performance, determined. The transmission of the above data is marked with the 101 marker.
Das Ermitteln der vorgesehenen ersten Leistungen erfolgt mit- tels einer mathematischen Optimierung. Die Optimierung bezie- hungsweise das Optimierungsproblem basiert bevorzugt auf ei- ner Zielfunktion der Form wobei die zu ermittelnde erste Leistung (Variable) für einen vorgesehenen übermittelten Verbrauch (englisch: Bid) und ein zugehöriges übermitteltes minimales Entgelt, die zu ermittelnde erste Leistung (Variable) für einen vorgesehenen übermittelten Verbrauch (englisch: Ask) und das zugehörige maximale Entgelt, (englisch: discharge/charge; abgekürzt dch/ch) die erste Leistung (Vari- able) für eine vorgesehene und übermittelte Verwendung eines Energiespeichers und ein zugehöriges minimales Ent- gelt für die Verwendung des Energiespeichers, insbesondere eines Batteriespeichers. Die über eine Leitung i → j vorgese- hene fließende Leistung ist mit bezeichnet, wobei hierfür ebenfalls ein Entgelt (Netzentgelt) vorgesehen sein kann. The intended first services are determined by means of a mathematical optimization. The optimization or the optimization problem is preferably based on a target function of the form whereby the first service (variable) to be determined for a planned transmitted consumption (English: bid) and an associated transmitted minimum fee, the first service (variable) to be determined for a planned transmitted consumption (English: Ask) and the associated maximum fee (English: discharge/charge; abbreviated dch/ch) the first performance (variable) for an intended and transmitted use of an energy storage device and an associated minimum de- applies to the use of the energy store, in particular a battery store. The power flowing through a line i→j is denoted by , where for this a fee (network fee) should also be provided for can.
Mit anderen Worten sind die die Entscheidungsvariab- len (Variablen), die mittels der ersten Optimierung bestimmt werden. Die Variablen entsprechen den vorgesehenen ersten Leistungen des Teilnehmers k, am Netzknoten n zum Zeitpunkt t beziehungsweise innerhalb des mit t gekennzeichneten Zeitbe- reichs. Weiterhin wird vorliegend eine mit einer Erzeugung assoziierte Leistung positiv und eine mit einem Verbrauch as- soziierte Leistung negativ innerhalb der Zielfunktion bewer- tet, wobei vorliegend die Zielfunktion beziehungsweise derenIn other words, they are the decision variables (variables) determined by the first optimization. The variables correspond to the intended first services of the subscriber k at the network node n at the time t or within the time period marked t. Furthermore, the present one with a generation associated performance is evaluated positively and a performance associated with consumption is evaluated negatively within the target function, with the present target function or its
Wert minimiert wird. Dadurch werden die Variablen beziehungsweise deren Werte, die den ersten Leistungen ent- sprechen, bestimmt. value is minimized. This will make the variables or their values, which correspond to the first services, are determined.
Weiterhin weist das Optimierungsproblem die folgenden Neben- bedingungen auf: für alle Netzknoten n und Zeitpunkte t innerhalb eines Zeit- bereiches T. Furthermore, the optimization problem has the following constraints: for all network nodes n and points in time t within a time range T.
Ferner werden die Nebenbedingungen und verwendet. Hierbei entsprechen den aus den Energiesystemen 2 an die Steuerungsvorrichtung 1 übermittel- ten jeweiligen maximal bereitstellbaren Leistungen bezie- hungsweise innerhalb eines Zeitintervalls Δt den übermittel- ten jeweiligen maximal bereitstellbaren Energien. Dadurch werden diese übermittelten Daten bei der Optimierung berück- sichtigt. Furthermore, the secondary conditions and used. correspond to this the maximum power that can be provided in each case transmitted from the energy systems 2 to the control device 1 or the maximum power that can be provided in each case within a time interval Δt. As a result, this transmitted data is taken into account in the optimization.
Für Energiespeicher (Flexibilität erster Art) wird die weite- re Nebenbedingung verwendet, wobei diese aus Übersichtsgründen ohne Indices für Netzknoten und Teilnehmer dargestellt ist. For energy storage (flexibility of the first kind) the additional constraint becomes used, this being shown without indices for network nodes and subscribers for reasons of clarity.
Für verschiebbare Lasten (Flexibilität zweiter Art für ver- schiebbaren Verbrauch oder verschiebbare Erzeugung) sind durch die Nebenbedingung gekennzeichnet. Für einen Leitungsfluss beziehungsweise Lastfluss von einem Netzknoten i zu einem weiteren Netzknoten j des elektrischen Netzes werden die Netzrandbedingungen Pi,j = — Pj,i sowie Pi,jFor shiftable loads (flexibility of the second kind for shiftable consumption or shiftable generation) are given by the constraint marked. For a line flow or load flow from a network node i to a further network node j of the electrical network, the network boundary conditions P i,j = - P j,i and P i,j
Pi,j,t, max gefordert. Hierbei kann Pi,j,t, maxdurch die Energiesyste- me 2 und/oder durch einen Netzbetreiber des elektrischen Net- zes 4, beispielsweise durch eine Steuereinheit 3 des elektri- schen Netzes 4, an die Steuerungsvorrichtung 1 übermittelt werden und/oder durch ein der Steuerungsvorrichtung 1 bekann- tes Netzmodell ermittelt werden. Das Übermitteln der Netz- randbedingungen des elektrischen Netzes 4 durch die Steuer- einheit 3 des elektrischen Netzes 4 ist durch den Pfeil 102 symbolisiert . P i,j,t, max required. In this case, P i,j,t,max can be transmitted to the control device 1 by the energy systems 2 and/or by a network operator of the electrical network 4, for example by a control unit 3 of the electrical network 4, and/or be determined by a network model known to the control device 1 . The transmission of the network boundary conditions of the electrical network 4 by the control unit 3 of the electrical network 4 is symbolized by the arrow 102 .
In einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird eine bezüg- lich des elektrischen Netzes interne und netzknotenaufgelöste Regelleistung basierend auf den ermittelten vorgesehenen ers- ten Leistungen sowie basierend auf bereitgestellten Netzrand- bedingungen des elektrischen Netzes 4 bestimmt. In a second step S2 of the method, a control power that is internal to the electrical network and broken down into network nodes is determined based on the determined intended first powers and based on the provided network boundary conditions of the electrical network 4 .
Mit anderen Worten wird durch den zweiten Schritt 2 der Fle- xibilitätsbedarf des elektrischen Netzes 4 für die vorgesehe- nen ersten Leistungen für jeden der Netzknoten ermittelt. Mit anderen Worten steht nach dem ersten Schritt Sl, mittels wel- chem basierend auf den übermittelten Daten/Geboten die ersten Leistungen berechnet wurden, welche Leistung über welche Lei- tung und welche Netzknoten fließen sollte, sodass durch die Kenntnis der Netzrandbedingungen (maximale Leistungskapazi- tät) feststeht, ob eine Leitung durch den vorgesehenen Las- tenfluss, der der zugehörigen ersten Leistung entspricht, überlastet ist. Hierbei kann eine Leitung bereits ab 80 Pro- zent ihrer Maximalauslastung als überlastet gekennzeichnet werden. In other words, the second step 2 determines the flexibility requirement of the electrical network 4 for the first powers provided for each of the network nodes. In other words, after the first step S1, by means of which the first services were calculated based on the transmitted data/bids, which power should flow via which line and which network node, so that knowledge of the network boundary conditions (maximum power capacity) tät) it is clear whether a line is overloaded by the planned load flow, which corresponds to the associated first service. A line can be marked as overloaded from as little as 80 percent of its maximum load.
Mit anderen Worten wird innerhalb des zweiten Schrittes S2 berechnet, welche Netzknoten beziehungsweise welche Leitungen voraussichtlich nahe an ihrer Kapazitätsgrenze betrieben wer- den. Da das Ergebnis des ersten Optimierungsproblems (erste Leistungen) auf Vorhersagen der einzelnen Energiesysteme 2 beziehungsweise Teilnehmer basieren (übermittelte maximal be- reitstellbare Energiemenge/Leistung), ist nicht sicherge- stellt, ob die Kapazitätsgrenzen zur tatsächlichen Leistungs- erbringung ausreichend sind. Stark ausgelastete Leitungen, beispielsweise Pi,j, t ≥ α * Pi,j,t, max mit 0 ≤ α ≤ 1, deuten auf einen internen Flexibilitätsbedarf innerhalb des elektrischen Net- zes 4 betrachteten Netzgebietes hin. Der interne Flexibili- tätsbedarf (Regelleistung) kann durch die Steuerungsvorrich- tung 1 und/oder der Steuereinheit 3 des elektrischen Netzes 4, das heißt durch den Netzbetreiber, erfolgen. In other words, within the second step S2 it is calculated which network nodes or which lines are expected to be operated close to their capacity limit. Since the result of the first optimization problem (first performances) is based on predictions of the individual energy systems 2 or subscribers (transmitted maximum amount of energy/power that can be made available), it is not certain whether the capacity limits are sufficient for the actual performance. Highly utilized lines, for example P i,j, t ≥ α * P i,j,t, max with 0 ≤ α ≤ 1, indicate an internal need for flexibility within the electrical network 4 network area under consideration. The internal flexibility requirement (control power) can be provided by the control device 1 and/or the control unit 3 of the electrical network 4, ie by the network operator.
Weiterhin kann ein Risikofaktor m für das Bestimmen der Re- gelleistung beziehungsweise des Flexibilitätsbedarfs vorgese- hen sein, das heißt diese Regelleistung PFlex,k wird gemäß PFlex,k = μ · Pi,j,t, max bestimmt, beispielsweise mit μ = 0.2. Furthermore, a risk factor m can be provided for determining the control power or the flexibility requirement, ie this control power P Flex,k is determined according to P Flex,k =μ·P i,j,t,max , for example with μ = 0.2.
In einem dritten Schritt S3 des Verfahrens wird die an den Netzknoten bestimmte Regelleistung durch ein entsprechendes Reduzieren oder Erhöhen der an diesem Netzknoten durch die Energiesysteme 2 maximal bereitstellbaren Leistungen berück- sichtigt. In a third step S3 of the method, the control power determined at the network node is taken into account by a corresponding reduction or increase in the maximum power that can be provided by the energy systems 2 at this network node.
Mit anderen Worten werden die maximale bereitstellbaren Leis- tungen/Energien, die aus den Energiesystemen 2 an die Steue- rungsvorrichtung 1 übermittelt wurden und dem ersten Optimie- rungsproblem zugrunde lagen, durch die im zweiten Schritt S3 ermittelte und erforderliche Reserveleistung korrigiert. Ein Teil der durch die Energiesysteme 2 maximale bereitstellbaren Leistungen wird somit als Reserveleistung vorgesehen. Bei- spielsweise wird ein vorgesehener Verbrauch an einem Netzkno- ten reduziert und/oder an einem Netzknoten vorgesehene Ein- speisung erhöht. Diese sinnbildlich fiktiven und um die Re- gelleistung korrigierten maximale bereitstellbaren Leistungen werden anschließend für eine zweite Optimierung verwendet.In other words, the maximum powers/energies that can be provided, which were transmitted from the energy systems 2 to the control device 1 and on which the first optimization problem was based, are corrected by the reserve power determined and required in the second step S3. A portion of the maximum power that can be provided by the energy systems 2 is therefore provided as reserve power. For example, an intended consumption at a network node is reduced and/or the feed provided at a network node is increased. This symbolically fictitious maximum available power, corrected for the control power, is then used for a second optimization.
Mit anderen Worten werden anstatt der übermittelten maximal bereitstellbaren Leistungen, die bei der ersten Optimierung zum Bestimmen der erforderlichen Regelleistung verwendet wur- de, bei der zweiten Optimierung die um die erforderliche Re- gelleistung korrigierten maximale bereitstellbaren Leistungen verwenden. In other words, instead of the transmitted maximum power that can be provided, which was used in the first optimization to determine the required control power, in the second optimization the required control power is Use corrected maximum power that can be provided.
Die bestimmte Regelleistung kann gemäß einer festgelegten und/oder ermittelten Reihenfolge 42 im obengenannten Sinne auf die Energiesysteme 2 umgelegt werden. Mit anderen Worten wird ermittelt, welches Energiesystem 2 welchen Beitrag zu einer an einem Netzknoten erforderlichen und bestimmten Re- gelleistung leistet. Diese Reihenfolge ist in der Figur durch das Diagramm des Schrittes S3 symbolisiert, wobei beispiels- weise an der Abszisse des Diagramms die Regelleistung in Ki- lowattstunden (kWh) und an der Ordinate die mit der Bereit- stellung der jeweiligen Regelleistung verbundenen Entgelte der Energiesysteme 2 verbunden sind. Mit anderen Worten kön- nen die Energiesysteme 2 bezüglich ihrer Entgelte für das Be- reitstellen der Regelleistung oder bezüglich ihrer Kohlendi- oxidemissionen für das Bereitstellen der Regelleistung ange- ordnet werden (Reihenfolge 42). Im Rahmen eines lokalen Ener- giemarktes kann somit basierend auf Kenntnis der übermittelte Daten, beispielsweise in Form von Geboten, von der Steue- rungsvorrichtung 1 des lokalen Energiemarktes eine netzkno- tenscharfe beziehungsweise netzknotenaufgelöste Entgeltfunk- tion oder Kohlenstoffdioxidemissionsfunktion für das Bereit- stellen der Regelleistung ermittelt werden, wobei die Ener- giesysteme 2 beziehungsweise ihre zugehörigen energietechni- schen Anlagen aufsteigend nach ihren Entgelten oder ihrer Kohlenstoffdioxidemission für das Bereitstellen der Regel- leistung beziehungsweise des Flexibilitätsbedarfs geordnet werden (Reihenfolge 42). Der bestimmte Flexibilitätsbedarf sowie gegebenenfalls die Entgeltfunktion oder die Kohlen- stoffdioxidemissionsfunktion können von der Steuerungsvor- richtung 1 an die Steuereinheit 3 des elektrischen Netzes 4 übermittelt werden. Dies ist durch den Pfeil 103 gekennzeich- net. The specific control power can be allocated to the energy systems 2 according to a defined and/or determined order 42 in the above-mentioned sense. In other words, it is determined which energy system 2 makes which contribution to a control power that is required and determined at a network node. This sequence is symbolized in the figure by the diagram of step S3, with, for example, the control reserve in kilowatt hours (kWh) on the abscissa of the diagram and the fees associated with the provision of the respective control reserve of energy systems 2nd on the ordinate are connected. In other words, the energy systems 2 can be arranged with regard to their charges for providing the control reserve or with regard to their carbon dioxide emissions for providing the control reserve (sequence 42). In the context of a local energy market, based on knowledge of the transmitted data, for example in the form of bids, the control device 1 of the local energy market can determine a network-node-specific or network-node-resolved payment function or carbon dioxide emission function for the provision of control power with the energy systems 2 or their associated energy systems being arranged in ascending order according to their fees or their carbon dioxide emissions for the provision of the control reserve or the flexibility requirement (sequence 42). The specific need for flexibility and, if applicable, the fee function or the carbon dioxide emission function can be transmitted from the control device 1 to the control unit 3 of the electrical network 4 . This is indicated by the arrow 103.
In einem vierten Schritt S4 des Verfahrens werden vorgesehene zweiten Leistungen basierend auf den reduzierten beziehungs- weise erhöhten maximal bereitstellbaren Leistungen mittels der zweiten Optimierung ermittelt. Hierbei wird dieselbe Zielfunktion für die erste Optimierung verwendet. Allerdings werden für die zweite Optimierung nicht die übermittelten ma- ximal bereitstellbaren Leistungen/Energiemengen bezie- hungsweise als Nebenbedingung der Form verwendet, sondern die um die Regelleistung korrigierten be- reitstellbaren Leistungen/Energiemengen beziehungswei- se · Dadurch wird der interne Regelleistungsbedarf bei der zweiten Optimierung berücksichtigt. Weiterhin kann zu- sätzlich ein externer Regelleistungsbedarf eines dem elektri- schen Netz 4 übergeordneten Netzes berücksichtigt werden. Die Steuereinheit 3 des elektrischen Netzes 4 kann hierbei fest- legen, welcher interne und/oder externe Regelleistungsbedarf tatsächlich berücksichtigt wird. Insbesondere wird der exter- ne Regelleistungsbedarf durch die Steuereinheit 3 des elektrischen Netzes festgelegt und an die Steuerungsvorrich- tung 1 zum Berücksichtigen übermittelt werden. Dies ist durch den Pfeil 104 symbolisiert. In a fourth step S4 of the method, provided second services are based on the reduced or increased maximum services that can be provided determined by the second optimization. Here, the same objective function is used for the first optimization. However, for the second optimization, the transmitted maximum power/energy quantities that can be provided are not or as a constraint of form used, but the available power/energy quantities corrected by the control reserve or · This increases the internal control reserve requirement taken into account in the second optimization. Furthermore, an external control power requirement of a network that is higher than the electrical network 4 can also be taken into account. The control unit 3 of the electrical network 4 can determine which internal and/or external control power requirement is actually taken into account. In particular, the external control power requirement is determined by the control unit 3 of the electrical network and is transmitted to the control device 1 for consideration. This is symbolized by the arrow 104.
In einem fünften Schritt S5 des Verfahrens werden die Last- flüsse zwischen den Energiesysteme 2 beziehungsweise zwischen den energietechnischen Anlagen der Energiesysteme 2 gemäß der ermittelten zweiten Leistungen gesteuert. Dadurch wird si- chergestellt, dass der ermittelte interne Regelleistungsbe- darf sowie gegebenenfalls zusätzlich der externe Regelleis- tungsbedarf durch die tatsächlichen Lastenflüsse, beispiels- weise am nächsten Tag, bereitgestellt wird (symbolisiert durch den Pfeil 105). Hierbei kann zunächst überprüft werden, welche energietechnische Anlage an welchen Netzknoten ange- schlossen ist. Anschließend kann festgestellt werden, ob die jeweilige energietechnische Anlage einsatzbereit beziehungs- weise verfügbar ist. Dann werden die einsatzbereiten bezie- hungsweise verfügbaren energietechnischen Anlagen nach der ermittelten Reihenfolge 42 priorisiert und derart durch loka- le Steuereinheiten angesteuert, dass diese im vorgesehenen Zeitbereich die Leistung gemäß ihrer zugehörigen und ermit- telten zweiten Leistung erbringen. Wird ein Fehler innerhalb des genannten Vorgehens festgestellt, so kann das Verfahren, gegebenenfalls unter Berücksichtigung aktueller Messwerte o- der bereits bereitgestellter Energiemengen (Echtzeitoptimie- rung) wiederholt werden. Durch das vorliegende Verfahren wird im Rahmen eines lokalen Energiemarktes somit ein um die technisch erforderliche Re- serveleistung korrigierter Handel von elektrischer Energie ermöglicht. 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. In a fifth step S5 of the method, the load flows between the energy systems 2 or between the energy systems of the energy systems 2 are controlled according to the determined second powers. This ensures that the determined internal control reserve requirement and, if applicable, the external control reserve requirement are provided by the actual load flows, for example the next day (symbolized by the arrow 105). First of all, it can be checked which energy system is connected to which network node. It can then be determined whether the respective energy system is ready for use or available. Then the energy systems that are ready for use or available are prioritized according to the determined order 42 and controlled by local control units in such a way that they provide the power in the intended time range according to their associated and determined second power. If an error is detected within the procedure mentioned, the procedure if necessary, be repeated taking into account current measured values or the amounts of energy already provided (real-time optimization). As a result of the present method, within the framework of a local energy market, trading in electrical energy corrected by the technically required reserve capacity is made possible. Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the protective scope of the invention.
Bezugszeichenliste Reference List
1 Steuerungsvorrichtung1 control device
2 Energiesystem 3 Steuereinheit 2 Power system 3 Control unit
4 elektrisches Netz 4 electrical network
21 Edge-Device 21 edge device
22 Steuergerät 22 control unit
23 Anlage 42 Reihenfolge 23 Appendix 42 sequence
101 Pfeil 102 Pfeil 101 arrow 102 arrow
103 Pfeil 103 arrow
104 Pfeil 105 Pfeil 104 arrow 105 arrow
S1 erster Schritt S1 first step
S2 zweiter Schritt S2 second step
S3 dritter Schritt S3 third step
S4 vierter Schritt S5 fünfter Schritt S4 fourth step S5 fifth step

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zum Steuern von Lastflüssen zwischen mehreren Energiesystemen (2) über ein elektrisches Netz (4) mittels einer bezüglich der Energiesysteme (2) gemeinsamen Steue- rungsvorrichtung (1), wobei durch die Energiesysteme (2) je- weils eine mit einem Lastfluss assoziierte Leistung an we- nigstens einem Netzknoten des elektrischen Netzes (4) bereit- stellbar ist, umfassend wenigstens die folgenden Schritte:1. A method for controlling load flows between a plurality of energy systems (2) via an electrical network (4) by means of a control device (1) that is common to the energy systems (2), with the energy systems (2) each having a load flow associated power can be provided at least at one network node of the electrical network (4), comprising at least the following steps:
- (S1) Ermitteln von für die Lastflüsse vorgesehenen ersten Leistungen basierend auf aus den Energiesystemen (2) an die Steuerungsvorrichtung (1) übermittelten Daten, die eine In- formation über eine durch das jeweilige Energiesystem am je- weiligen Netzknoten maximal bereitstellbare Leistung umfas- sen; - (S1) Determination of the first powers provided for the load flows based on data transmitted from the energy systems (2) to the control device (1), which includes information about a maximum power that can be provided by the respective energy system at the respective network node sen
- (S2) Bestimmen einer bezüglich des elektrischen Netzes (4) internen und netzknotenaufgelösten Regelleistung basierend auf den ermittelten vorgesehenen ersten Leistungen sowie ba- sierend auf bereitgestellten Netzrandbedingungen des elektri- schen Netzes (4); - (S2) determining an internal and network node-resolved control power with regard to the electrical network (4) based on the determined intended first services and based on provided network boundary conditions of the electrical network (4);
- (S3) Berücksichtigen der an den Netzknoten bestimmten Re- gelleistung durch ein entsprechendes Reduzieren oder Erhöhen der an diesem Netzknoten durch die Energiesysteme (2) maximal bereitstellbaren Leistungen; - (S3) taking into account the control power determined at the network node by correspondingly reducing or increasing the maximum power that can be provided at this network node by the energy systems (2);
- (S4) Ermitteln von vorgesehenen zweiten Leistungen basie- rend auf den reduzierten beziehungsweise erhöhten maximal be- reitstellbaren Leistungen; und - (S4) determination of intended second services based on the reduced or increased maximum services that can be provided; and
- (S5) Steuern der Lastflüsse gemäß der ermittelten zweiten Leistungen. - (S5) control of the load flows according to the determined second services.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zusätzlich eine für ein bezüglich des elektrischen Netzes (4) übergeordnetes elektrisches Netz vorgesehene externe Regel- leistung entsprechend der internen Regelleistung berücksich- tigt wird. 2. The method as claimed in claim 1, characterized in that an external control power provided for an electrical network which is higher in relation to the electrical network (4) is additionally taken into account in accordance with the internal control power.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die externe Regelleistung und/oder eine Netztopologie durch eine Steuereinheit (3) des übergeordneten Netzes an die Steu- erungsvorrichtung (1) übermittelt wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the external control power and / or a network topology a control unit (3) of the higher-level network is transmitted to the control device (1).
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet dadurch, dass das Ermitteln der ersten Leistun- gen mittels einem ersten Optimierungsverfahren basierend auf einer ersten Zielfunktion unter Berücksichtigung der Netz- randbedingungen erfolgt, wobei die ersten Leistungen die Va- riablen der ersten Zielfunktion sind. 4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determination of the first powers is carried out by means of a first optimization method based on a first target function taking into account the network boundary conditions, the first powers being the variables of the first target function are.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass eine Reihenfolge (42) der Energiesysteme (2) gemäß welcher Reihenfolge das Reduzieren oder Erhöhen der bereitstellbaren Leistungen an einem der Netzknoten erfolgt basierend auf der ersten Optimierung festgelegt wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that a sequence (42) of the energy systems (2) is defined based on the first optimization, according to which sequence the reduction or increase in the power that can be provided at one of the network nodes takes place.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet dadurch, dass das Ermitteln der zweiten Leistung mittels einem zweiten Optimierungsverfahren basierend auf ei- ner zweiten Zielfunktion unter Berücksichtigung der Netzrand- bedingungen erfolgt, wobei die zweiten Leistungen die Variab- len der zweiten Zielfunktion sind. 6. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized in that the second performance is determined using a second optimization method based on a second objective function, taking into account the network boundary conditions, the second performance being the variables of the second objective function are.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet dadurch, dass die Netzrandbedingungen maximale Leitungskapazitäten für einen Lastfluss von einem Netzknoten zu einem weiteren Netzknoten umfassen. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the network boundary conditions include maximum line capacities for a load flow from one network node to another network node.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass die an einem Netzknoten erforderliche interne Regelleistung mittels eines Risikofaktors aus der maximalen Leistungskapa- zität ermittelt wird. 8. The method according to claim 7, characterized in that the internal control power required at a network node is determined using a risk factor from the maximum power capacity.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet dadurch, dass die Daten eine Information über eine maximale Anschlussleistung der jeweiligen Energiesysteme (2) umfassen. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the data include information about a maximum connected load of the respective energy systems (2).
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet dadurch, dass die bereitstellbaren Leistungen, die entsprechend der bestimmten Regelleistung reduziert oder erhöht werden, mit einem zeitlich verschiebbaren Verbrauch, einer zeitlich verschiebbaren Erzeugung und/oder mit einer Bereitstellung durch einen Energiespeicher des jeweiligen Energiesystems (2) assoziiert sind. 10. The method according to any one of the preceding claims, charac- terized in that the services that can be provided, which are reduced or increased according to the specific control power, with consumption that can be shifted over time, generation that can be shifted over time and/or with provision by an energy store of the respective Energy system (2) are associated.
11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet dadurch, dass die Steuerungsvorrichtung (1) zum Steuern der Lastflüsse innerhalb eines lokalen Energiemarktes verwendet wird. 11. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (1) is used for controlling the load flows within a local energy market.
12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet dadurch, dass dieses für einen kommenden Tag, insbesondere für den nächsten Tag, durchgeführt wird. 12. Method according to one of the preceding claims, characterized in that this is carried out for a coming day, in particular for the next day.
13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet dadurch, dass dieses wiederholend in Zeitab- schnitten von einem Tag, einer Stunde, 15 Minuten und/oder 5 Minuten durchgeführt wird. 13. Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is carried out repeatedly in time intervals of one day, one hour, 15 minutes and/or 5 minutes.
14. Steuerungsvorrichtung (1) zur Steuerung von Lastflüssen zwischen mehreren Energiesystemen (2) über ein elektrisches Netz (4), umfassend eine Kommunikationseinheit sowie eine Re- cheneinheit, wobei die Kommunikationseinheit dazu ausgebildet ist, Daten, die eine Information über eine durch das jeweili- ge Energiesystem (2) am jeweiligen Netzknoten maximal bereit- stellbare Leistung umfassen, zu empfangen, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist 14. Control device (1) for controlling load flows between a plurality of energy systems (2) via an electrical network (4), comprising a communication unit and a computing unit, wherein the communication unit is designed to transmit data containing information about a through the respective - GE energy system (2) at the respective network node include maximum available power to receive, characterized in that the computing unit is designed to do so
- für die Lastflüsse vorgesehenen erste Leistungen basierend auf den empfangenen am jeweiligen Netzknoten maximal bereit- stellbaren Leistungen zu ermitteln; - to determine the first services provided for the load flows based on the maximum services that can be provided at the respective network node;
- eine bezüglich des elektrischen Netzes (4) interne und netzknotenaufgelöste Regelleistung basierend auf den ermit- telten vorgesehenen ersten Leistungen sowie basierend auf be- reitgestellten Netzrandbedingungen des elektrischen Netzes- A control power internal to the electrical network (4) and broken down into network nodes based on the determined intended first services and based on the provided network boundary conditions of the electrical network
(4) zu bestimmen; - die an den Netzknoten bestimmten Regelleistungen durch ein entsprechendes Reduzieren oder Erhöhen der an diesem Netzkno- ten durch die Energiesysteme (2) maximal bereitstellbaren Leistungen zu berücksichtigen; - vorgesehene zweite Leistungen basierend auf den reduzierten beziehungsweise erhöhten maximal bereitstellbaren Leistungen; zu ermitteln; und (4) to determine; - to take into account the control power determined at the network node by a corresponding reduction or increase in the maximum power that can be provided at this network node by the energy systems (2); - intended second services based on the reduced or increased maximum services that can be provided; to investigate; and
- die Lastflüsse gemäß der ermittelten zweiten Leistungen zu steuern. - To control the load flows according to the determined second services.
15. Steuerungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 14, dadurch ge- kennzeichnet, dass diese als lokale Energiemarktplattform ausgebildet ist. 15. Control device (1) according to claim 14, characterized in that it is designed as a local energy market platform.
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