EP4533622A1 - Verfahren zum betreiben eines leistungsbereitstellungsnetzwerks, steuervorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens und leistungsbereitstellungsnetzwerk mit einer solchen steuervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines leistungsbereitstellungsnetzwerks, steuervorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens und leistungsbereitstellungsnetzwerk mit einer solchen steuervorrichtung

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EP4533622A1
EP4533622A1 EP23728069.8A EP23728069A EP4533622A1 EP 4533622 A1 EP4533622 A1 EP 4533622A1 EP 23728069 A EP23728069 A EP 23728069A EP 4533622 A1 EP4533622 A1 EP 4533622A1
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EP
European Patent Office
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power
devices
provision
power provision
power supply
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23728069.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten SCHÄFER
Alexander Bernhard
Dennis Beermann
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.)
Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
Rolls Royce Solutions GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce Solutions GmbH filed Critical Rolls Royce Solutions GmbH
Publication of EP4533622A1 publication Critical patent/EP4533622A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • control device for carrying out such a method and power provision network with such a control device
  • the invention relates to a method for operating a power provision network, a control device for carrying out such a method and a power provision network with such a control device.
  • Power provision devices typically physically track the load requirements placed on them.
  • an optimization problem resulting from the cost function is only mathematically permissible if a sum of the available powers of the at least two power provision devices is at least as large as the load requirement.
  • the sum of the available powers of the at least two power supply devices is smaller than the load requirement. For example, such a situation arises when the load requirement increases by a certain amount, for example 500 kW, within a few seconds and the output of the at least two power supply devices, however, only at a lower rate for physical or technical reasons, for example 200 kW per minute each. can be increased.
  • the invention is therefore based on the object of creating a method for operating a power provision network, a control device for carrying out such a method and a power provision network with such a control device, the disadvantages mentioned being at least partially remedied, preferably avoided.
  • the object is achieved in particular by creating a method for operating a power provision network which has at least two - in particular physical - power provision devices.
  • a load request to the power provision network is distributed between the at least two power provision devices and a virtual power provision device by optimizing a cost function, thereby obtaining a load distribution.
  • the at least two power supply devices are then operated in accordance with the load distribution obtained.
  • the load distribution obtained assigns a power to each power-providing device and a virtual power to the virtual power-providing devices.
  • a sum of the powers assigned to the at least two power provision devices and the virtual power of the virtual power provision device can always be exactly as large as the load requirement. This means that the cost function can be optimized at any time.
  • the method thus advantageously allows, in particular, computer-aided and therefore simple, exact, computerized and, in particular, automatic load distribution.
  • the virtual performance is not a real or physically performed performance, but rather a pure calculation variable for solving the optimization problem.
  • the virtual power assumes a positive value if, at a point in time, the sum of the powers assigned to the at least two power provision devices is smaller than that Load requirement.
  • the virtual power takes on a negative value if at a time the sum of the powers assigned to the at least two power provision devices is greater than the load requirement.
  • the power provision network reacts to a fall below the load requirement by the at least two power provision devices in that an electrical frequency of an alternating voltage in the power provision network first drops, increases again with an increase in the power assigned to the at least two power provision devices and then reaches a target frequency again when the The sum of the services assigned to the at least two power provision devices is as large as the load requirement.
  • the power provision network reacts to the load requirement being exceeded by the at least two power provision devices - in particular in the event of a sudden drop in load, whereby the at least two power provision devices cannot be regulated down quickly enough due to their inertia - by initially increasing an electrical frequency of an alternating voltage in the power provision network, with a decrease in the power assigned to the at least two power supply devices and then reaches the target frequency again when the sum of the services assigned to the at least two power supply devices has fallen to the reduced load requirement.
  • a particularly physical power provision device is a real existing device that can provide physically usable power.
  • a virtual power delivery device is a computational concept that cannot provide physical usable power.
  • the assigned powers Pi and P2 of the two power provision devices, the virtual power P v of the virtual power provision device and the predetermined costs or energy prices k of the load requirement PL ast-P l,max and P2 assigned to the individual power provision devices, max are the power upper limits assigned to the power provision devices or - in other words - currently maximum available services.
  • at least one of these upper power limits is time-dependent, in particular dependent on at least one current physical quantity of the associated power provision device, for example a current boost pressure.
  • the at least one time-dependent performance upper limit Pi,max(t) has a limited rate of change Pi imax .
  • Pi.min and P2,mm are lower power limits assigned to the power provision devices. These can be time-dependent, but also time-constant. In particular, it is possible that at least one of the performance lower limits Pi, m in, P2, mm is equal to zero. In particular, it is possible that both power lower limits Pi, m in, P2, mm are equal to zero.
  • the process is carried out in particular iteratively.
  • the at least one time-dependent power upper limit changes over time, so that the load distribution also changes accordingly, in particular until the assigned powers y, P2 in total equal the load requirement PLast.
  • the power provision network iteratively assumes a state in which the assigned services Pi, P2 are equal in total to the load requirement Plast. It is possible that the procedure will only be carried out again when either the load requirement PLast or the energy costs fa change. However, it is also possible for the process to be carried out continuously iteratively.
  • the cost function is optimized taking into account at least one additional secondary condition.
  • a maximum possible power change in the current power per unit of time of at least one power provision device of the at least two power provision devices is taken into account by means of the at least one additional secondary condition.
  • the at least one assigned service a limited rate of change Pt.
  • the above-mentioned power upper limits Pi, ma x and P2,max can also be static limits, which correspond in particular to the respective nominal power of the power supply device.
  • the cost function is predetermined based on the energy prices of the at least two power provision devices Costs of the virtual service provision device are calculated.
  • the predetermined costs of the virtual power provision device are selected to be greater than each of the energy prices of the at least two power provision devices.
  • the predetermined costs of the virtual power provision device are chosen to be at least 1 cent per kWh more expensive than the energy prices of the at least two, in particular physical, power provision devices.
  • the cost function K is preferably additionally calculated based on the maintenance costs for the at least two service provision devices and virtual maintenance costs of the virtual service provision device.
  • the virtual maintenance costs of the virtual power provision device are chosen to be more expensive than the maintenance costs of the at least two power provision devices. This can advantageously be used to control that at least two power supply devices are operated in a low-wear operating mode.
  • the predetermined costs for the virtual service are increased by at least 10%, in particular at least 20%, in particular at least 30%, in particular at least 40%, in particular at least 50%, in particular at least 75%, in particular at least 100%, in particular 150%, in particular at least 200%, larger than the energy prices of the at least two physical power supply devices in particular, are chosen to ensure a stable and rapid optimization of the cost function K.
  • the virtual maintenance costs are increased by at least 10%, in particular at least 20%, in particular at least 30%, in particular at least 40%, in particular at least 50%, in particular at least 75%, in particular at least 100%, in particular 150%, in particular at least 200% , chosen to be greater than the maintenance costs for the at least two power provision devices.
  • the load distribution is determined by minimizing the cost function.
  • an electrical machine that is operatively connected to an internal combustion engine drive is used as at least one power supply device of the at least two power supply devices.
  • an energy storage device is used as at least one power supply device of the at least two, in particular physical, power supply devices.
  • a heat storage device is used as the energy storage device.
  • a mechanical device is used as the energy storage device, selected from a group consisting of a flywheel storage, a spring, a pump storage, a compressed air storage, and a lifting storage.
  • an electrical device selected from a group consisting of a battery, an accumulator, and a capacitor is used as the energy storage device.
  • the electrical machine that is operationally connected to the internal combustion engine is used as at least one power provision device of the at least two power provision devices, wherein in particular the electrical machine that is operationally connected to an internal combustion engine is referred to as a genset.
  • the energy storage device is used as at least one of the at least two power supply devices.
  • the service provision network has at least one additional service provision device.
  • a photovoltaic system is used as the at least one additional power provision device.
  • a wind turbine is used as the at least one additional power provision device.
  • a hydroelectric power plant is used as the at least one additional power provision device.
  • a load prediction is specified for a predetermined prediction horizon.
  • the load distribution is then determined for a plurality of times within the predetermined prediction horizon.
  • the object is also achieved by creating a control device, the control device being set up to carry out a method according to the invention or a method according to one or more of the previously described embodiments.
  • the control device is preferably designed as a computing device, particularly preferably as a computer, or as a control device, in particular as a control device of a power supply network. In connection with the control device, there are in particular the advantages that have already been explained in connection with the method.
  • the control device is preferably set up to be operatively connected to the at least two power supply devices and set up to control each of them.
  • the virtual power provision device is a computing concept stored or implemented in the control device.
  • the object is ultimately also achieved by creating a power provision network with at least two power provision devices and a control device according to the invention or a control device according to one or more of the previously described embodiments.
  • a power provision network with at least two power provision devices and a control device according to the invention or a control device according to one or more of the previously described embodiments.
  • the control device is operatively connected to the at least two power supply devices and is set up to control each of them.
  • At least one power supply device of the at least two power supply devices is designed as an electrical machine which is drive-actively connected to an internal combustion engine.
  • at least one power provision device of the at least two power provision devices is designed as an energy storage device.
  • Figure 1 is a schematic representation of an exemplary embodiment of a service provision network
  • Figure 2 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method for operating the service provision network.
  • the power provision network 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a service provision network 1.
  • the power provision network 1 has at least two, in particular physical, power provision devices 3, in particular a first power provision device 3.1 and a second power provision device 3.2, a control device 7 and a schematically illustrated virtual power provision device 5 implemented as a mathematical calculation concept in the control device 7.
  • At least one power supply device 3 of the at least two power supply devices 3 is an energy storage device 9.
  • at least one power supply device 3 of the at least two power supply devices 3 is an electrical machine 13 which is drive-actively connected to an internal combustion engine 11.
  • the power provision network 1 has at least one additional power provision device 3.
  • the at least one additional power supply device 3 is a photovoltaic system.
  • the at least one additional power provision device 3 is a wind turbine.
  • the at least one additional power supply device 3 is a hydroelectric power plant.
  • the control device 7 is operatively connected to the at least two power supply devices 3 and is set up to control them. Furthermore, the control device 7 is set up to carry out a method for operating the power provision network 1 and thereby determine a load distribution for the at least two, in particular physical, power provision devices 3. The method is explained in more detail below with reference to Figure 2.
  • FIG. 2 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method for operating the service provision network 1.
  • a load request is specified for the power provision network 1.
  • the predetermined load requirement is divided between the at least two power provision devices 3 and a virtual power provision device 5 while optimizing a cost function.
  • the cost function is calculated based on the energy prices of the at least two power provision devices 3 and an energy price of the virtual power provision device 5.
  • the energy price of the virtual power provision device 5 is preferably assumed to be greater than the energy price of the at least two power provision devices 3.
  • the cost function is preferably minimized.
  • a load distribution is obtained.
  • a fourth step S4 the at least two power supply devices 3 are operated in accordance with the load distribution obtained.
  • step S5 at least one additional additional condition is established, with the cost function being optimized in the second step S2 taking into account the at least one additional additional condition.
  • a load prediction is specified for a predetermined prediction horizon, in particular based on the load requirement. Subsequently, in the second step S2 and the third step S3, the load distribution is determined for each point in time within the predetermined prediction horizon.
  • steps S1 to S4 are carried out iteratively or cyclically, in particular with a predetermined time interval, in order to determine a load distribution and to operate the power provision network in accordance with the load distribution.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungsbereitstellungsnetzwerks (1), das mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3) aufweist, wobei - eine Lastanforderung an das Leistungsbereitstellungsnetzwerk (1) auf die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3) und eine virtuelle Leistungsbereitstellungsvorrichtung (5) unter Optimierung einer Kostenfunktion aufgeteilt wird, wobei eine Lastverteilung erhalten wird, und wobei - die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3) gemäß der erhaltenen Lastverteilung betrieben werden.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zum Betreiben eines Leistungsbereitstellungsnetzwerks, Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und Leistungsbereitstellungsnetzwerk mit einer solchen Steuervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungsbereitstellungsnetzwerks, eine Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und ein Leistungsbereitstellungsnetzwerk mit einer solchen Steuervorrichtung.
Leistungsbereitstellungsvorrichtungen werden typischerweise den an sie gestellten Lastanforderungen physikalisch nachgeführt.
Um eine insbesondere rechnergestützte Lastverteilung zu erreichen, wäre es wünschenswert, zum Betreiben eines Leistungsbereitstellungsnetzwerks, das mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen aufweist, eine Lastanforderung an das Leistungsbereitstellungsnetzwerk derart mathematisch auf die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen aufteilen zu können, dass eine Kostenfunktion optimiert wird.
Ein aus der Kostenfunktion resultierendes Optimierungsproblem ist jedoch mathematisch nur dann zulässig, wenn eine Summe der verfügbaren Leistungen der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen mindestens so groß ist wie die Lastanforderung. Allerdings sind Situationen denkbar, in denen die Summe der verfügbaren Leistungen der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen kleiner ist als die Lastanforderung. Beispielsweise entsteht eine solche Situation, wenn die Lastanforderung innerhalb von wenigen Sekunden um einen bestimmten Betrag, beispielsweise 500 kW, ansteigt und die Leistungen der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen allerdings aus physikalischen oder technischen Gründen nur mit einer kleineren Rate, beispielsweise um jeweils 200 kW pro Minute, gesteigert werden können. Damit ist das Optimierungsproblem mit der Nebenbedingung der Lastanforderung nicht zulässig und somit kann keine Lastverteilung berechnet werden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungsbereitstellungsnetzwerks, eine Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und ein Leistungsbereitstellungsnetzwerk mit einer solchen Steuervorrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest teilweise behoben, vorzugsweise vermieden sind.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungsbereitstellungsnetzwerks geschaffen wird, das mindestens zwei - insbesondere physikalische - Leistungsbereitstellungsvorrichtungen aufweist. Eine Lastanforderung an das Leistungsbereitstellungsnetzwerk wird auf die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen und eine virtuelle Leistungsbereitstellungsvorrichtung unter Optimierung einer Kostenfunktion aufgeteilt, wobei eine Lastverteilung erhalten wird. Anschließend werden die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen gemäß der erhaltenen Lastverteilung betrieben.
Die erhaltene Lastverteilung ordnet jeder Leistungsbereitstellungsvorrichtungen eine Leistung und der virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtungen eine virtuelle Leistung zu. Vorteilhafterweise kann so eine Summe der den mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen zugeordneten Leistungen und der virtuellen Leistung der virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtung immer genau so groß sein wie die Lastanforderung. Damit ist eine Optimierung der Kostenfunktion zu jedem Zeitpunkt zulässig. Das Verfahren erlaubt somit vorteilhaft eine insbesondere rechnergestützte und damit einfache, exakte, computerisierte und insbesondere automatische Lastverteilung.
Die virtuelle Leistung ist dabei keine real oder physikalisch erbrachte Leistung, sondern eine reine Rechengröße für die Lösung des Optimierungsproblems. Insbesondere nimmt die virtuelle Leistung einen positiven Wert an, wenn zu einem Zeitpunkt die Summe der den mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen zugeordneten Leistungen kleiner ist als die Lastanforderung. Alternativ nimmt die virtuelle Leistung einen negativen Wert an, wenn zu einem Zeitpunkt die Summe der den mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen zugeordneten Leistungen größer ist als die Lastanforderung. Physikalisch reagiert das Leistungsbereitstellungsnetzwerk auf ein Unterschreiten der Lastanforderung durch die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen, indem eine elektrische Frequenz einer Wechselspannung in dem Leistungsbereitstellungsnetzwerk zunächst einbricht, mit einer Zunahme der den mindesten zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen zugeordneten Leistung wieder ansteigt und dann eine Soll-Frequenz wieder erreicht, wenn die Summe der den mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen zugeordneten Leistungen so groß ist wie die Lastanforderung. Physikalisch reagiert das Leistungsbereitstellungsnetzwerk auf ein Überschreiten der Lastanforderung durch die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen - insbesondere bei einem plötzlichen Lastabfall, wobei die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen aufgrund deren Trägheit nicht schnell genug herunter geregelt werden können -, indem eine elektrische Frequenz einer Wechselspannung in dem Leistungsbereitstellungsnetzwerk zunächst ansteigt, mit einer Abnahme der den mindesten zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen zugeordneten Leistung wieder abfällt und dann die Soll-Frequenz wieder erreicht, wenn die Summe der den mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen zugeordneten Leistungen auf die gesunkene Lastanforderung abgefallen ist.
Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird zwischen einer - insbesondere physikalischen - Leistungsbereitstellungsvorrichtung und einer virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtung unterschieden. Hierbei ist eine insbesondere physikalische Leistungsbereitstellungsvorrichtung eine real existierende Vorrichtung, die physikalisch nutzbare Leistung bereitstellen kann. Im Gegensatz dazu ist eine virtuelle Leistungsbereitstellungsvorrichtung ein rechnerisches Konzept, das keine physikalische nutzbare Leistung bereitstellen kann.
In einer Ausführungsform lautet das Optimierungsproblem für zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen und eine virtuelle Leistungsbereitstellungsvorrichtung min K(P1( P2, PV) = P^ + P2k2 + \Pvkv\ unter den Nebenbedingungen
P- + P2 + Pv - PLast 0 < pv mit der Kostenfunktion K, den zugeordneten Leistungen Pi und P2 der zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen, der virtuellen Leistung Pv der virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtung und den den einzelnen Leistungsbereitstellungsvorrichtungen zugeordneten vorbestimmten Kosten oder Energiepreisen k der Lastanforderung PL ast- P l,max und P2,max sind den Leistungsbereitstellungsvorrichtungen jeweils zugeordnete Leistungs-Obergrenzen oder -anders ausgedrückt - momentan maximal verfügbare Leistungen. Insbesondere ist mindestens eine dieser Leistungs-Obergrenzen zeitabhängig, insbesondere abhängig von mindestens einer momentanen physikalischen Größe der zugeordneten Leistungsbereitstellungsvorrichtung, beispielsweise einem momentanen Ladedruck. Insbesondere weist die mindestens eine zeitabhängige Leistungs-Obergrenze Pi,max(t) eine beschränkte Änderungsrate Piimax auf. Daraus ergibt sich, dass die verfügbare Leistung zumindest einer Leistungsbereitstellungsvorrichtung nicht beliebig schnell gesteigert werden kann, woraus insbesondere wiederum das eingangs beschriebene Problem resultiert, dass die Summe der den Leistungsbereitstellungsvorrichtungen zugeordneten Leistungen Pi, P2 zu bestimmten Zeiten kleiner sein kann als die Lastanforderung Plast. Pi.min und P2,mm sind den Leistungsbereitstellungsvorrichtungen jeweils zugeordnete Leistungs-Untergrenzen. Diese können zeitabhängig, aber auch zeitlich konstant sein. Insbesondere ist es möglich, dass mindestens eine der Leistungs-Untergrenzen Pi,min, P2,mm gleich null ist. Insbesondere ist es möglich, dass beide Leistungs-Untergrenzen Pi,min, P2,mm gleich null sind.
Das Verfahren wird insbesondere iterativ durchgeführt. Insbesondere ändert sich dabei mit der Zeit die mindestens eine zeitabhängige Leistungs-Obergrenze, sodass sich entsprechend auch die Lastverteilung verändert, insbesondere bis die zugeordneten Leistungen y, P2 in Summe gleich der Lastanforderung PLast sind. Insbesondere nimmt durch den im Verlauf der Iterationszyklen aufgrund der spezifisch hohen Kosten abnehmenden Betrag der virtuellen Leistung Pv das Leistungsbereitstellungsnetzwerk iterativ einen Zustand an, in dem die zugeordneten Leistungen Pi, P2 in Summe gleich der Lastanforderung Plast sind. Es ist möglich, dass das Verfahren dann erst wieder erneut durchgeführt wird, wenn sich entweder die Lastanforderung PLast oder die Energiekosten fa ändern. Es ist aber auch möglich, dass das Verfahren fortlaufend iterativ durchgeführt wird. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kostenfunktion unter Berücksichtigung mindestens einer zusätzlichen Nebenbedingung optimiert wird.
In einer Ausführungsform wird mittels der mindestens einen zusätzlichen Nebenbedingung insbesondere eine maximal mögliche Leistungsänderung der momentanen Leistung pro Zeiteinheit von mindestens einer Leistungsbereitstellungsvorrichtung der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen berücksichtigt.
Insbesondere weist die mindestens eine zugeordnete Leistung eine beschränkte Änderungsrate Pt auf. Daraus ergibt sich, dass die Leistung zumindest einer Leistungsbereitstellungsvorrichtung nicht beliebig schnell gesteigert werden kann, woraus insbesondere wiederum das eingangs beschriebene Problem resultiert, dass die Summe der den Leistungsbereitstellungsvorrichtungen zugeordneten Leistungen Pi, P2 zu bestimmten Zeiten kleiner sein kann als die Lastanforderung P Lasten einer bevorzugten Ausgestaltung ergibt sich eine erste zusätzliche Nebenbedingung der Form mit den der Änderungsrate zugeordneten minimalen Leistungsänderungsrate ai,mm und zugeordneten maximalen Leistungsänderungsrate ai,max. Alternativ oder zusätzlich ergibt sich eine zweite zusätzliche Nebenbedingung der Form mit den der Änderungsrate P2 zugeordneten minimalen Leistungsänderungsrate a2,min und zugeordneten maximalen Leistungsänderungsrate 2,max-
Wird die pro Zeiteinheit maximal mögliche Leistungsänderung über eine Nebenbedingung berücksichtigt, können die oben genannten Leistungs-Obergrenzen Pi,max und P2,max auch statische Grenzen sein, die insbesondere der jeweiligen Nennleistung der Leistungsbereitstellungsvorrichtung entsprechen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kostenfunktion anhand der Energiepreise der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen und vorbestimmter Kosten der virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtung berechnet wird. Zusätzlich werden die vorbestimmten Kosten der virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtung größer als jeder einzelne der Energiepreise der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen gewählt.
Vorteilhafterweise wird damit gewährleistet, dass die virtuelle Leistungsbereitstellungsvorrichtung nur dann hinzugezogen wird, wenn die Summe der den mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen zugeordneten Leistungen kleiner ist als die Lastanforderung.
Insbesondere werden die vorbestimmten Kosten der virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtung mindestens 1 Cent pro kWh teurer als die Energiepreise der mindestens zwei insbesondere physikalischen Leistungsbereitstellungsvorrichtungen gewählt.
In einer Ausführungsform wird die Kostenfunktion K vorzugsweise zusätzlich anhand der Wartungskosten für die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen und virtuelle Wartungskosten der virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtung berechnet. Zusätzlich werden die virtuellen Wartungskosten der virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtung teurer als die Wartungskosten der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen gewählt. Damit kann vorteilhafterweise gesteuert werden, dass mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen in einem verschleißarmen Betriebsmodus betrieben werden.
Insbesondere werden die vorbestimmten Kosten für die virtuelle Leistung um mindestens 10%, insbesondere mindestens 20%, insbesondere mindestens 30%, insbesondere mindestens 40%, insbesondere mindestens 50%, insbesondere mindestens 75%, insbesondere mindestens 100%, insbesondere 150%, insbesondere mindestens 200%, größer als die Energiepreise der mindestens zwei insbesondere physikalischen Leistungsbereitstellungsvorrichtungen gewählt, um eine stabile und schnelle Optimierung der Kostenfunktion K zu gewährleisten. Insbesondere werden die vorbestimmten Kosten kv für die virtuelle Leistung anhand der Energiepreise der mindestens zwei insbesondere physikalischen Leistungsbereitstellungsvorrichtungen mittels der Gleichung kv = f max(fcj) i bestimmt, wobei ein Faktor/vorbestimmt und größer als 1, insbesondere größer als 1,1, insbesondere größer als 1,2, insbesondere größer als 1,3, insbesondere größer als 1,4, insbesondere größer als 1,5, insbesondere größer als 1,75, insbesondere größer als 2, insbesondere größer als 2,5, insbesondere größer als 3, ist. Alternativ oder zusätzlich werden die virtuellen Wartungskosten um mindestens 10%, insbesondere mindestens 20%, insbesondere mindestens 30%, insbesondere mindestens 40%, insbesondere mindestens 50%, insbesondere mindestens 75%, insbesondere mindestens 100%, insbesondere 150%, insbesondere mindestens 200%, größer als die Wartungskosten für die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen gewählt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lastverteilung bestimmt wird, indem die Kostenfunktion minimiert wird.
Vorteilhafterweise ist damit möglich, das Leistungsbereitstellungsnetzwerk unter Berücksichtigung der spezifischen Kosten der Leistungsbereitstellungsvorrichtungen möglichst kostengünstig zu betreiben.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als mindestens eine Leistungsbereitstellungsvorrichtung der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen eine mit einer Brennkraftmaschine antrieb swirkverbundene elektrische Maschine verwendet wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als mindestens eine Leistungsbereitstellungsvorrichtung der mindestens zwei insbesondere physikalischen Leistungsbereitstellungsvorrichtungen eine Energiespeichervorrichtung verwendet wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird als Energiespeichervorrichtung eine Wärmespeichervorrichtung verwendet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird als Energiespeichervorrichtung eine mechanische Vorrichtung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Schwungradspeicher, einer Feder, einem Pumpspeicher, einem Druckluftspeicher, und einem Hubspeicher, verwendet. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird als Energiespeichervorrichtung eine elektrische Vorrichtung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Batterie, einem Akkumulator, und einem Kondensator verwendet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird als mindestens eine Leistungsbereitstellungsvorrichtung der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen die mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundene elektrische Maschine verwendet, wobei insbesondere die mit einer Brennkraftmaschine antriebswirkverbundene elektrische Maschine als Genset bezeichnet wird. Alternativ oder zusätzlich wird als mindestens eine der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen die Energiespeichervorrichtung verwendet.
In einer Ausgestaltung weist das Leistungsbereitstellungsnetzwerk mindestens eine zusätzliche Leistungsbereitstellungsvorrichtung auf. Als die mindestens eine zusätzliche Leistungsbereitstellungsvorrichtung wird insbesondere eine Photovoltaik-Anlage verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird als die mindestens eine zusätzliche Leistungsbereitstellungsvorrichtung eine Windkraftanlage verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird als die mindestens eine zusätzliche Leistungsbereitstellungsvorrichtung eine Wasserkraftanlage verwendet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Last- Vorhersage für einen vorbestimmten Prädiktionshorizont vorgeben wird. Anschließend wird die Last- Verteilung für eine Mehrzahl an Zeitpunkten innerhalb des vorbestimmten Prädiktionshorizonts bestimmt.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Steuervorrichtung geschaffen wird, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um ein erfindungsgemäßes Verfahren oder ein Verfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise als Rechenvorrichtung, besonders bevorzugt als Computer, oder als Steuergerät, insbesondere als Steuergerät eines Leistungsbereitstellungsnetzwerks, ausgebildet. In Zusammenhang mit der Steuervorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden. Die Steuervorrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um mit den mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen wirkverbunden zu werden, und eingerichtet zu deren jeweiliger Ansteuerung.
Insbesondere ist die virtuelle Leistungsbereitstellungsvorrichtung ein in der Steuervorrichtung eingespeichertes oder implementiertes Rechenkonzept.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Leistungsbereitstellungsnetzwerk mit mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen und einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung oder einer Steuervorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen geschaffen wird. In Zusammenhang mit dem Leistungsbereitstellungsnetzwerk ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und der Steuervorrichtung erläutert wurden.
Die Steuervorrichtung ist mit den mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen wirkverbunden und eingerichtet zu deren jeweiliger Ansteuerung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Leistungsbereitstellungsvorrichtung der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen als mit einer Brennkraftmaschine antriebswirkverbundene elektrische Maschine ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist mindestens eine Leistungsbereitstellungsvorrichtung der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen als Energiespeichervorrichtung ausgebildet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Leistungsbereitstellungsnetzwerks, und
Figur 2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben des Leistungsbereitstellungsnetzwerks.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Leistungsbereitstellungsnetzwerks 1. Das Leistungsbereitstellungsnetzwerk 1 mindestens zwei insbesondere physikalische Leistungsbereitstellungsvorrichtungen 3, insbesondere eine erste Leistungsbereitstellungsvorrichtung 3.1 und eine zweite Leistungsbereitstellungsvorrichtung 3.2, eine Steuervorrichtung 7 und eine schematisch dargestellte, als mathematisches Rechenkonzept in die Steuervorrichtung 7 implementierte virtuelle Leistungsbereitstellungsvorrichtung 5 auf.
Vorzugsweise ist mindestens eine Leistungsbereitstellungsvorrichtung 3 der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen 3 eine Energiespeichervorrichtung 9. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise mindestens eine Leistungsbereitstellungsvorrichtung 3 der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen 3 eine mit einer Brennkraftmaschine 11 antriebswirkverbundene elektrische Maschine 13.
In einer Ausgestaltung weist das Leistungsbereitstellungsnetzwerk 1 mindestens eine zusätzliche Leistungsbereitstellungsvorrichtung 3 auf. Die mindestens eine zusätzliche Leistungsbereitstellungsvorrichtung 3 ist in einem Ausführungsbeispiel eine Photovoltaik- Anlage. Alternativ oder zusätzlich ist die mindestens eine zusätzliche Leistungsbereitstellungsvorrichtung 3 eine Windkraftanlage. Alternativ oder zusätzlich die mindestens eine zusätzliche Leistungsbereitstellungsvorrichtung 3 eine Wasserkraftanlage.
Die Steuervorrichtung 7 ist mit den mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen 3 wirkverbunden und eingerichtet zu deren jeweiliger Ansteuerung. Weiterhin ist die Steuervorrichtung 7 eingerichtet, um ein Verfahren zum Betreiben des Leistungsbereitstellungsnetzwerks 1 durchzuführen und dabei eine Lastverteilung für die mindestens zwei insbesondere physikalischen Leistungsbereitstellungsvorrichtungen 3 zu ermitteln. Das Verfahren wird im Folgenden anhand von Figur 2 näher erläutert.
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben des Leistungsbereitstellungsnetzwerks 1.
In einem ersten Schritt S1 wird eine Lastanforderung an das Leistungsbereitstellungsnetzwerk 1 vorgegeben. In einem zweiten Schritt S2 wird die vorgegebene Lastanforderung auf die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen 3 und eine virtuelle Leistungsbereitstellungsvorrichtung 5 unter Optimierung einer Kostenfunktion aufgeteilt. Vorzugsweise wird die Kostenfunktion anhand der Energiepreise der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen 3 und eines Energiepreises der virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtung 5 berechnet. Dabei wird vorzugsweise der Energiepreis der virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtung 5 größer als die Energiepreise der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen 3 angenommen. Alternativ oder zusätzlich wird die Kostenfunktion vorzugsweise minimiert.
In einem dritten Schritt S3 wird eine Lastverteilung erhalten.
Anschließend werden in einem vierten Schritt S4 die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen 3 gemäß der erhaltenen Lastverteilung betrieben.
In einem optionalen fünften Schritt S5 wird mindestens eine zusätzliche Nebenbedingung aufgestellt, wobei die Kostenfunktion in dem zweiten Schritt S2 unter Berücksichtigung der mindestens einen zusätzlichen Nebenbedingung optimiert wird.
In einem optionalen sechsten Schritt S6 wird, insbesondere basierend auf der Lastanforderung, eine Lastvorhersage für einen vorbestimmten Prädiktionshorizont vorgeben. Anschließend wird in dem zweiten Schritt S2 und dem dritten Schritt S3 die Lastverteilung für jeden Zeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Prädiktionshorizonts bestimmt.
Vorzugsweise werden die Schritte S1 bis S4, insbesondere inklusive des fünften Schrittes S5 und/oder des sechsten Schrittes S6, iterativ oder zyklisch, insbesondere mit einem vorbestimmten zeitlichen Abstand durchgeführt, um eine Lastverteilung zu bestimmen und das Leistungsbereitstellungsnetzwerk gemäß der Lastverteilung zu betreiben.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben eines Leistungsbereitstellungsnetzwerks (1), das mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3) aufweist, wobei
- eine Lastanforderung an das Leistungsbereitstellungsnetzwerk (1) auf die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3) und eine virtuelle Leistungsbereitstellungsvorrichtung (5) unter Optimierung einer Kostenfunktion aufgeteilt wird, wobei eine Lastverteilung erhalten wird, und wobei
- die mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3) gemäß der erhaltenen Lastverteilung betrieben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kostenfunktion unter Berücksichtigung mindestens einer zusätzlichen Nebenbedingung optimiert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kostenfunktion anhand der Energiepreise der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3) und anhand von vorbestimmten Kosten der virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtung (5) berechnet wird, wobei die vorbestimmten Kosten der virtuellen Leistungsbereitstellungsvorrichtung (5) größer als jeder der Energiepreise der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3) angenommen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lastverteilung bestimmt wird, indem die Kostenfunktion minimiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als mindestens eine Leistungsbereitstellungsvorrichtung (3) der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3) eine mit einer Brennkraftmaschine (11) antriebswirkverbundene elektrische Maschine (13) verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als mindestens eine Leistungsbereitstellungsvorrichtung (3) der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3) eine Energiespeichervorrichtung (9) verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Lastvorhersage für einen vorbestimmten Prädiktionshorizont vorgeben wird, wobei die Lastverteilung für jeden Zeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Prädiktionshorizonts bestimmt wird.
8. Steuervorrichtung (7), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Leistungsbereitstellungsnetzwerk (1) mit einer Steuervorrichtung (7) nach Anspruch 8 und mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3), die mit der Steuervorrichtung (7) wirkverbunden sind.
10. Leistungsbereitstellungsnetzwerk (1) nach Anspruch 9, wobei
- mindestens eine Leistungsbereitstellungsvorrichtung (3) der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3) als mit einer Brennkraftmaschine (11) antriebswirkverbundene elektrische Maschine (13) ausgebildet ist, und/oder wobei
- mindestens eine Leistungsbereitstellungsvorrichtung (3) der mindestens zwei Leistungsbereitstellungsvorrichtungen (3) als Energiespeichervorrichtung (9) ausgebildet ist.
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