WO2012037989A2 - Verfahren zur rechnergestützten regelung der elektrischen energieverteilung in einem dezentralen energienetz - Google Patents

Verfahren zur rechnergestützten regelung der elektrischen energieverteilung in einem dezentralen energienetz Download PDF

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WO2012037989A2
WO2012037989A2 PCT/EP2010/067762 EP2010067762W WO2012037989A2 WO 2012037989 A2 WO2012037989 A2 WO 2012037989A2 EP 2010067762 W EP2010067762 W EP 2010067762W WO 2012037989 A2 WO2012037989 A2 WO 2012037989A2
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power
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Joachim Bamberger
Michael Metzger
Andrei Szabo
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators

Definitions

  • the invention relates to a method for computer-aided control of the electrical power distribution in a decentralized power grid and a corresponding power grid.
  • the decentralized generation of electrical energy by local power plants e.g., photovoltaic systems
  • small power generation nodes such as, e.g. individual households, both as energy consumers and as energy producers.
  • the distribution of electrical energy generated via local systems in corresponding energy networks is associated with considerable effort.
  • corresponding criteria must be taken into account regarding the capacity limits of energy networks.
  • predetermined requirements must be met for the voltage band for corresponding house connections in the energy grid.
  • care must be taken that a maximum thermal limit current in the power lines of the power grid is not exceeded.
  • the object of the invention is therefore to regulate the electrical energy distribution in a decentralized energy network, taking into account all participating in the power distribution network node.
  • the inventive method is used for energy distribution in a decentralized energy network with a Hehriere interconnected via power lines network nodes, the network nodes include first network nodes in the form of controllable power generation nodes.
  • the concept of energy distribution is to be understood broadly and includes not only energy distribution but also energy consumption or energy production.
  • Examples of such power generation nodes are systems that enable reactive power control, e.g. Synchronous generators (cogeneration plants), hydropower plants, voltage DC link converters (photovoltaic inverters, variable-speed wind turbines) and double-fed asynchronous machines (wind and hydro).
  • Synchronous generators cogeneration plants
  • hydropower plants voltage DC link converters (photovoltaic inverters, variable-speed wind turbines) and double-fed asynchronous machines (wind and hydro).
  • Typical measured values are the active power, the reactive power or corresponding electrical currents or
  • a step b) of the method based on the number of measurement values and taking into account a number of predetermined constraints to be met in the processing of electrical energy in the decentralized power grid, a number of manipulated variables, the processing of electrical energy in the Power network, by means of an optimization with an optimization target comprehensively set one or more optimization criteria, wherein the optimization criteria or the smallest possible deviation of the generated by the respective first network nodes active services of So11Wirklet include.
  • the steps of the method according to the invention can be repeated within the scope of the regulation at successive times. That is, the steps a) and b) are respectively repeated at respective times and provide corresponding values of manipulated variables, which are then set.
  • the network nodes in the energy network have a corresponding communication functionality, via which detected measured values of the network nodes can be collected and values of manipulated variables to be set can be returned to the network nodes.
  • the method according to the invention is characterized in that the active power of corresponding controllable local power generation nodes is regulated globally in an energy network as a function of predetermined setpoint powers.
  • the desired effective powers are suitably adjusted depending on the situation. For example, the setpoint efficiencies can be increased in the course of a day, when a first network node in the form of a photovoltaic system generates more energy due to increased solar radiation.
  • the network state of the energy network in all network nodes is determined in a suitable manner from corresponding measured values using methods known per se. there As a rule, the Kirchhoff laws are used. Based on the determined network state, the manipulated variables to be set can then be determined using the correspondingly determined optimization target.
  • the energy network comprises the following additional nodes in addition to the first controllable network nodes:
  • second network nodes which are non-controllable power and / or power generation nodes, e.g. conventional house connections without power generation functionality, and / or
  • One or more third network nodes which represent transformers with adjustable, provided in the power grid transformer voltage, the transformer voltage can be controlled in particular with known from the prior art on-load tap changers, and / or
  • the number of manipulated variables comprises the active powers and / or reactive powers generated by the respective first network nodes.
  • the number of manipulated variables further comprises the transformer voltages of the respective transformers of the third network nodes, if such third network nodes are provided in the power grid.
  • the optimization criterion (s) furthermore comprise the smallest possible deviation of the active power generated by the respective third network node from a desired active power and / or the reactive power generated by the respective third network node from a nominal reactive power.
  • the optimization criterion (s) furthermore comprise the smallest possible temporal change of predetermined quantities relating to the processing of electrical energy in the energy network, wherein the predetermined variables preferably comprise the active powers and / or reactive powers generated by the respective first network nodes. In this way, a temporally slowly varying power control can be achieved in the power grid without jumps.
  • the optimization target is described based on a cost function to be minimized, which represents a weighted sum of the optimization criteria considered in the optimization.
  • the corresponding weights of the sum are preferably variable. In this way, certain optimization criteria, depending on the situation, can be taken into account more or less by increasing or decreasing the corresponding weight.
  • the optimization is thus flexibly adaptable.
  • the number of predetermined boundary conditions which is taken into account in the optimization comprises one or more and in particular all of the following conditions:
  • Network node generated active power is below a maximum value
  • Network node generated reactive power is in a predetermined range of values
  • the adjustment of the manipulated variables is such that by the optimization of a manipulated variable for the displacement factor between generated at the respective first network node voltage and the respective first network node generated current and / or a control value for the respective first network node generated reactive power is given.
  • the generated reactive power of the respective first node can be suitably influenced via a suitable reactive power control.
  • the adjustment of the manipulated variables takes place with the aid of a functional relationship or a corresponding characteristic.
  • the regulation is configured in such a way that the optimization specifies a function for generating reactive power in a respective first network node as a function of the active power generated in the respective first network node.
  • This function can, for example, represent the displacement factor between current and voltage, which results in the ratio between active power and reactive power.
  • the regulation of the energy distribution takes place with the interposition of a management unit of the energy network, which communicates with the network nodes of the energy network.
  • the optimization according to step b) of the method according to the invention can be carried out centrally in the management unit, in which case all measured values which are required for the optimization, via corresponding communication interfaces in the central Verwal processing unit are collected and there the optimization is carried out.
  • the corresponding control values to be set resulting from the optimization are then returned to the actuators in the individual network nodes via corresponding communication interfaces.
  • the optimization in step b) it is also possible for the optimization in step b) to be distributed decentrally to the network nodes of the energy network via the administrative unit, the optimization preferably taking place based on dual decomposition.
  • the distributed optimization based on "dual decomposition" is known from the prior art and is described in more detail for energy networks, in particular in the document [1]. The entire disclosure of this document is incorporated herein by reference.
  • the invention further comprises a decentralized power grid having a plurality of network nodes interconnected via power lines, the network nodes comprising first network nodes in the form of controllable power generation nodes.
  • the energy network is designed such that the method described above for computer-aided regulation of the electrical energy distribution or preferred variants of this method can be carried out in this energy network.
  • FIG. 1 shows an example of an energy network which is regulated based on a variant of the method according to the invention.
  • the nodes N1, N2,..., N9 are indicated by way of example, wherein a low-voltage network generally contains a larger number of nodes.
  • the network is for energy Supplying a plurality of house connections, ie at least a part of the network nodes represent corresponding house connections.
  • the network nodes N2 to N5 are power generation nodes, which can feed electrical power into the network. If necessary, these nodes can also consume additional energy from the network. In this sense, the network nodes N2 to N5 represent first network nodes in the terminology of the claims.
  • the individual first network nodes can generate the power in various ways and have corresponding actuators to control the generation of electrical power.
  • To control the electrical power can be used as the first network node, for example, generation plants, which have a reactive power control.
  • generation plants which have a reactive power control.
  • Such plants are, for example, synchronous generators (combined heat and power plants or hydropower plants), voltage intermediate circuit inverters (photovoltaic inverters or
  • Variable speed wind turbines or double-fed asynchronous machines (wind and hydropower plants). It follows that the energy to be fed in can be generated in various ways, a preferred application is the use of photovoltaic systems.
  • the active powers generated by these network nodes are indicated by P 2 , P 3 , P and P 5 in FIG.
  • the corresponding reactive power is given as Q 2 , Q 3 , Q and Q 5 .
  • the individual applied to the network node voltages with U 2 , U 3 , U 5 and the corresponding currents with I 2 , I 3 , ..., I 5 indicated.
  • the further network node Nl represents a transformer node and thus a third network node in the sense of the claims.
  • This node is by means of a transformer voltage from a medium voltage network, which is indicated only schematically by a plurality of diamonds, transformed into the low voltage of the considered energy network.
  • the active power of the transformer node Nl is given P 1 and its reactive power Q 1 .
  • the transformer of the node Nl is equipped with a load level adjuster, by means of which the transmission ratio of the transformer and thus its voltage in the low-voltage network can be set to various predetermined voltage values.
  • the network node Nl represents a third network node in the sense of the claims.
  • the admittances between the individual neighboring nodes are also known in the power network, for example, the admittances y 1,2, y 2,3, y 3, and y is 4.5 shown in Fig. 1 between the respective network nodes with the indices of the admittances are.
  • the other, indicated in Fig. 1 network nodes N6 to N9 are any other network nodes, such as Energyverteilknoten between power lines or pure energy units, and in this sense second or fourth network node in the terminology of the claims.
  • these network nodes are also through corresponding voltages, currents and possibly active power and reactive power characterized, which, however, are not shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
  • At least part of the network nodes are equipped with a communication functionality, so that these network nodes can communicate with a central management unit, which is designated S in FIG. 1 and represents a server for managing the decentralized energy network.
  • a central management unit which is designated S in FIG. 1 and represents a server for managing the decentralized energy network.
  • such network nodes are provided with communication functionality which provides measurements of the energetic state (ie, voltage) in the power grid.
  • the transformer node N1 and the controllable power generation nodes N2 to N5 have a corresponding communication functionality. This will it makes it possible to receive measured values from the network via the management unit S and to transmit commands for regulating the generation of energy to the nodes N1 to N5.
  • the central management unit can be implemented as an agent for controlling the energy transport in the network and is often also referred to as AANTA (Area Administrator / Network Transport Agent).
  • AANTA Access Administrator / Network Transport Agent
  • the communication between the PEAs and an AANTA can take place in different ways depending on the application. For example, the data can be exchanged via PLC (Powerline Communication) or via a mobile telephone network (eg GSM). Also, if necessary, an Ethernet communication can be used for data exchange.
  • an optimized energy supply is achieved in such a way that the deviation of the generated active powers of the nodes N2 to N5 from corresponding desired values is as small as possible and the deviation of the active power of the transformer N1 and the reactive power of the Transformers Nl of corresponding setpoints is also as low as possible.
  • optimization is generally explained for a network having any number of transformers (i.e., third node), first node, and other (second and fourth) nodes, respectively.
  • M total number of nodes in the power network comprising transformer nodes, first nodes, and other (second and fourth) nodes, respectively.
  • the quantities a and a represent corresponding weights, which are suitably determined depending on how strong the individual terms or optimization criteria are to be considered.
  • Transformer is limited, the limit being specific to the corresponding transformer
  • the node is bounded, the boundary being specific to each node.
  • the above constraints are preferably set such that corresponding standards are met, e.g. The VDE 0175 standard (equivalent to DIN IEC 60038) or the VDEW Low Voltage Grid Generating Equipment Directive
  • the voltage band at house connections in 95% of the 10-minute averages of each weekly interval must not exceed ⁇ 10% of the grid
  • the VDEW directive if all decentralized energy feeders are connected to any grid node, the resulting voltage change must not exceed 2% of rated grid power compared to the state before the grid connection. cables and overhead lines in the power grid may only be loaded up to a maximum thermal limit current, as well as the above boundary conditions, in which a given limit apparent power is not exceeded by the individual transformers.
  • the above cost function C can also be modified depending on the application.
  • a cost function is used which takes into account as a further criterion that the temporal change of the active powers and the reactive powers of the individual first network nodes is as small as possible.
  • This can be expressed by the following cost function: Designate and the active power or reactive power according to the optimization in one or more preceding time periods.
  • Solution methods for the limited and optionally mixed integer optimization task according to the above cost function are known per se from the prior art.
  • quadratic sequential programming and a branchand bound algorithm are employed. To calculate the variables to be determined for the cost function, the following parameters from the energy network are known:
  • the first node or transformer node the first node or transformer node
  • the optimization method just described can, in one embodiment of the invention, be carried out centrally in the management unit S, which collects the measured values from all nodes and carries out the corresponding optimization based thereon. If necessary, however, it is also possible for the administrative unit to distribute the optimization decentrally. In this case, the optimization can be carried out by means of the dual decomposition, which is known per se from the prior art. A description of the dual decomposition can be found in the aforementioned publication [1].
  • the values to be set of the manipulated variables can be predetermined by a fixed setpoint value for the displacement factor cos ((p) between current and voltage or for the reactive power in each controllable first network node
  • Q (U) for each first network node, whereby the voltage at the network connection point of the corresponding first network node is stabilized Reactive power related or fed, with a proportional control in the form of a voltage statics is used.
  • the above-mentioned characteristics are parameterized as functions (in the simplest case as affine functions), so that as a result of the optimization, an adapted parameter set for the corresponding first network nodes is determined.
  • the embodiments of the method according to the invention described above have a number of advantages.
  • the method realizes a switching strategy which is dependent on the current or expected power flow for controlling power or current or voltage in controllable power generation nodes or
  • the regulation is designed in such a way that load limits are observed throughout the entire energy network considered.
  • the method makes it possible to use a control system which, in addition to the reactive power, can also use the active power as a manipulated variable for the voltage and current regulation.
  • the method does not provide a local compensation strategy for voltage band violations It is considered a model of the entire energy network, and over appropriate network state estimates both voltage band violations and resource overloads can be detected throughout the network and compensated within the scope of available actuators to influence current or voltage or power.
  • the method uses a central instance, with the aid of which corresponding values to be set for manipulated variables are determined according to an optimization strategy, wherein the manipulated variables are subsequently set in the individual controllable power generation nodes.
  • the energy network controlled via the corresponding administrative unit can realize network services for the next higher voltage level via active and reactive power setpoint values at corresponding transformer nodes.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnergestützten Regelung der elektrischen Energieverteilung in einem dezentralen Energienetz mit einer Vielzahl von über Stromleitungen (L) miteinander verbundener Netzknoten (N1, N2,..., N9), wobei die Netzknoten (N1, N2,..., N9) erste Netzknoten (N2, N3, N4, N5) in der Form von regelbaren Energieerzeugunqsknoten umfassen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für zumindest einen Teil der Netzknoten (N1, N2,..., N 9) eine Anzahl von Messwerten betreffend die in den jeweiligen Netzknoten (N1,N2,..., N9) verarbeitete elektrische Energie ermittelt. Anschließend wird basierend auf der Anzahl von Messwerten und unter Berücksichtigung einer Anzahl von vorgegebenen Randbedingungen, welche bei der Verarbeitung von elektrischer Energie im dezentralen Energienetz einzuhalten sind, eine Anzahl von Stellgrößen (P1, Q1,..., P5, Q5), welche die Verarbeitung von elektrischer Energie in dem Energienetz beeinflussen, mittels einer Optimierung mit einem Optimierungsziel umfassend ein oder mehrere Optimierungskriterien eingestellt, wobei das oder die Optimierungskriterien eine möglichst geringe Abweichung der von den jeweiligen ersten Netzknoten (N2, N3,N4, N5) generierten Wirkleistungen (P1,..., P5) von Sollwirkleistungen umfassen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur rechnergestützten Regelung der elektrischen Energieverteilung in einem dezentralen Energienetz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnergestutzten Regelung der elektrischen Energieverteilung in einem dezentralen Energienetz und ein entsprechendes Energienetz. Die dezentrale Erzeugung von elektrischer Energie durch lokale Energieerzeugungsanlagen (z.B. Photovoltaik-Anlagen) hat in den letzten Jahren stetig zugenommen. Insbesondere treten heutzutage immer häufiger kleine Energieerzeugungsknoten, wie z.B. einzelne Haushalte, sowohl als Energieverbraucher als auch als Energieerzeuger auf. Mit der Verteilung von über lokale Anlagen erzeugter elektrischer Energie in entsprechende Energienetze ist ein erheblicher Aufwand verbunden. Insbesondere müssen dabei entsprechende Kriterien betreffend die Belastbarkeitsgrenzen der Energienetze berücksichtigt werden. Darüber hinaus müssen vorgegebene Anforderungen an das Spannungsband für entsprechende Hausanschlüsse im Energienetz eingehalten werden. Ferner ist darauf zu achten, dass ein maximaler thermischer Grenzström in den Stromleitungen des Energienetzes nicht überschritten wird.
Um zulässige Grenzwerte der Spannung oder Belastungen von Betriebsmitteln in einem Energienetz einzuhalten, sind aus dem Stand der Technik lokale Regelungsverfahren bekannt, welche z.B. den lokalen Energieverbrauch direkt am Ort der Energieerzeugung erhöhen, um hierdurch überflüssige Leistung abzunehmen. Ferner kann bei Belastungsspitzen das Obersetzungsverhältnis von Verteilnetztransformatoren geändert und damit die Spannung im gesamten Energienetz gesenkt werden. Darüber hinaus ist es bekannt, über eine entsprechende Blindleistungsregelung von lokalen Energieerzeugern die eingespeiste elektrische Leistung zu steuern. Trotz an sich bekannter Verfahren zur Steuerung der elektrischen Energieeinspeisung gibt es derzeit noch keine Ansätze, welche unter Berücksichtigung vorgegebener Belastbarkeitsgrenzen die Gesamtheit aller Energieerzeuger bzw. EnergieVerbraucher im Energienetz geeignet regelt.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die elektrische Energieverteilung in einem dezentralen Energienetz unter Berücksichtigung aller an der Energieverteilung beteiligter Netzknoten zu regeln.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. das Energienetz gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur EnergieVerteilung in einem dezentralen Energienetz mit einer Hehrzahl von über Stromleitungen miteinander verbundenen Netzknoten, wobei die Netzknoten erste Netzknoten in der Form von regelbaren Energieerzeugungsknoten umfassen. Der Begriff der Energieverteilung ist dabei weit zu verstehen und umfasst neben der Energiedistribution auch den Energieverbrauch bzw. die Energieerzeugung. Erfindungsgemäß wird von einem Energienetz ausgegangen, bei dem zumindest ein Teil von Netzknoten lokale Energieerzeugungsknoten sind, deren erzeugte Energiemenge in geeigneter Weise regelbar ist. Beispiele solcher Energieerzeugungsknoten sind Anlagen, die eine Blindleistungsregelung ermöglichen, z.B. Synchrongeneratoren (Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen) , Wasserkraftanlagen, Spannungs-Zwischenkreisumrichter (Photovoltaik-Wechselrichter, drehzahlvariable Windkraftanlagen) und doppelt gespeiste Asynchronmaschinen (Wind- und Wasserkraftanlagen) . Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem
Schritt a) für zumindest einen Teil der Netzknoten im Energienetz eine Anzahl von Messwerten betreffend die in dem jeweiligen Netzknoten verarbeitete elektrische Energie ermit telt. Typische Messwerte sind dabei die Wirkleistung, die Blindleistung bzw. entsprechende elektrische Ströme bzw.
Spannungen. Anschließend wird in einem Schritt b) des Verfahrens basierend auf der Anzahl von Messwerten und unter Berücksichtigung einer Anzahl von vorgegebenen Randbedingungen, welche bei der Verarbeitung von elektrischer Energie im dezentralen Energienetz einzuhalten sind, eine Anzahl von Stellgrößen, welche die Verarbeitung von elektrischer Energie in dem Energienetz beeinflussen, mittels einer Optimierung mit einem Optimierungsziel umfassend ein oder mehrere Optimierungskriterien eingestellt, wobei das oder die Optimierungskriterien eine möglichst geringe Abweichung der von den jeweiligen ersten Netzknoten generierten Wirkleistungen von So11Wirkleistungen umfassen.
Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können im Rahmen der Regelung zu aufeinander folgenden Zeitpunkten wiederholt werden. Das heißt, die Schritte a) und b) werden jeweils zu entsprechenden Zeitpunkten wiederholt und liefern entsprechende Werte von Stellgrößen, welche dann eingestellt werden. Zur Realisierung des Verfahrens weisen die Netzknoten in dem Energienetz eine entsprechende Kommunikationsfunktionalität auf, über welche erfasste Messwerte der Netzknoten gesammelt und einzustellende Werte von Stellgrößen an die Netzknoten zurückgegeben werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass global in einem Energienetz die Wirkleistung entsprechender regelbarer lokaler Energieerzeugungsknoten in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwirkleistungen geregelt wird. Die Sollwirkleistungen sind dabei je nach Situation geeignet eingestellt. Beispielsweise können die Sollwirkleistungen im Laufe eines Tages hochgesetzt werden, wenn ein erster Netzknoten in der Form einer Photovoltaik-Anlage aufgrund einer erhöhten Sonneneinstrahlung mehr Energie erzeugt. In erfindungsgemäßen Verfahren wird aus entsprechenden Messwerten in geeigneter Weise mit an sich bekannten Methoden der Netzzustand des Energienetzes in allen Netzknoten ermittelt. Dabei werden in der Regel die Kirchhoff-Gesetze herangezogen. Basierend auf dem ermittelten Netzzustand können dann mit dem entsprechend festgelegten Optimierungsziel die einzustellenden Stellgrößen ermittelt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Energienetz neben den ersten regelbaren Netzknoten folgende weitere Knoten:
- einen oder mehrere zweite Netzknoten, welche nicht regelbare Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungsknoten darstellen, wie z.B. herkömmliche Hausanschlüsse ohne Energieerzeugungsfunktionalität, und/oder
- einen oder mehrere dritte Netzknoten, welche Transformatoren mit regelbarer, im Energienetz bereitgestellter Transformatorspannung darstellen, wobei die Transformatorspannung insbesondere mit aus dem Stand der Technik bekannten Laststufenschaltern geregelt werden kann, und/oder
- einen oder mehrere vierte Netzknoten, welche nicht regelbare Energieverteilknoten ohne Energieverbrauchsbzw. Energieerzeugungsfunktionalität darstellen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anzahl an Stellgrößen die von den jeweiligen ersten Netzknoten generierten Wirkleistungen und/oder Blindleistungen. Gegebenenfalls besteht auch die Möglichkeit, dass die Anzahl von Stellgrößen ferner die Transformatorspannungen der jeweiligen Transformatoren der dritten Netzknoten umfasst, sofern solche dritten Netzknoten im Energienetz vorgesehen sind.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem im Energienetz entsprechende dritte Netzknoten vorhanden sind, umfassen das oder die Optimierungskriterien ferner eine möglichst geringe Abweichung der von dem jeweiligen dritten Netzknoten erzeugten Wirkleistung von einer Sollwirkleistung und/oder der von dem jeweiligen dritten Netzknoten erzeugten Blindleistung von einer Sollblindleistung.
Hierdurch können in geeigneter Weise auch die an der Energie Verteilung beteiligten Transformatoren optimal geregelt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen das oder die Optimierungskriterien ferner eine möglichst geringe zeitliche Veränderung von vorbestimmten Größen betreffend die Verarbeitung von elektrischer Energie im Energienetz, wobei die vorbestimmten Größen vorzugsweise die von den jeweiligen ersten Netzknoten generierten Wirkleistungen und/oder Blindleistungen umfassen. Auf diese Weise kann eine zeitlich langsam variierende Leistungsregelung in dem Energienetz ohne Sprünge erreicht werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Optimierungsziel basierend auf einer zu minimierenden Kostenfunktion beschrieben, welche eine gewichtete Summe der bei der Optimierung berücksichtigten Optimierungskriterien darstellt. Die entsprechenden Gewichte der Summe sind dabei vorzugsweise variierbar. Auf diese Weise können bestimmte Optimierungskriterien je nach Situation stärker oder schwächer dadurch berücksichtigt werden, dass das entsprechende Gewicht erhöht bzw. herabgesetzt wird. Die Optimierung ist somit flexibel anpassbar. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anzahl von vorgegebenen Randbedingungen, welche bei der Optimierung berücksichtigt wird, eine oder mehrere und insbesondere alle der folgenden Bedingungen:
- die Bedingung, dass die von einem jeweiligen ersten
Netzknoten generierte Wirkleistung unter einem Maximalwert liegt;
- die Bedingung, dass die von einem jeweiligen ersten
Netzknoten generierte Blindleistung in einem vorbestimmten Wertebereich liegt;
- die Bedingung, dass die Größe des elektrischen Stroms zwischen zwei Netzknoten unter einem vorgegebenen Maximalwert liegt; - die Bedingung, dass der durch einen dritten Netzknoten fließende Strom und/oder die dort anliegende Spannung und/oder generierte Scheinleistung unter einem Maximalwert liegt;
- die Bedingung, dass die Spannung in einem jeweiligen Netzknoten in einem vorgegebenen Wertebereich liegt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Einstellung der Stellgrößen derart, dass durch die Optimierung ein Stellwert für den Verschiebungsfaktor zwischen am jeweiligen ersten Netzknoten generierter Spannung und am jeweiligen ersten Netzknoten generiertem Strom und/oder ein Stellwert für die am jeweiligen ersten Netzknoten generierte Blindleistung vorgegeben wird. Dabei kann über eine geeignete Blindleistungsregelung die generierte Blindleistung des jeweiligen ersten Knotens geeignet beeinflusst werden.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Einstellung der Stellgrößen mit Hilfe eines funktionalen Zusammenhangs bzw. einer entsprechenden Charakteristik. Dabei ist die Regelung derart ausgestaltet, dass durch die Optimierung eine Funktion zur Generierung von Blindleistung in einem jeweiligen ersten Netzknoten in Abhängigkeit von der im jeweiligen ersten Netzknoten generierten Wirkleistung vorgegeben wird. Diese Funktion kann z.B. den Verschiebungsfaktor zwischen Strom und Spannung darstellen, aus dem sich das Verhältnis zwischen Wirkleistung und Blindleistung ergibt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Regelung der Energieverteilung unter Zwischenschaltung einer Verwaltungseinheit des Energienetzes, welche mit den Netzknoten des Energienetzes kommuniziert. Dabei kann die Optimierung gemäß Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens zentral in der Verwaltungseinheit durchgeführt werden, wobei in diesem Fall alle Messwerte, die für die Optimierung benötigt werden, über entsprechende Kommunikationsschnittstellen in der zentralen Verwal tungseinheit gesammelt werden und dort die Optimierung durchgeführt wird. Die entsprechenden einzustellenden Stellwerte, die sich aus der Optimierung ergeben, werden anschließend an die Aktoren in den einzelnen Netzknoten wiederum Ober entsprechende Kommunikationsschnittstellen zurückgegeben. Gegebenenfalls besteht auch die Möglichkeit, dass die Optimierung in Schritt b) über die Verwaltungseinheit dezentral auf die Netzknoten des Energienetzes verteilt wird, wobei die Optimierung vorzugsweise basierend auf dualer Dekomposition (englisch: dual decomposition) erfolgt. Die verteilte Optimierung basierend auf "Dual Decomposition" ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird für Energienetze insbesondere in der Druckschrift [1] näher beschrieben. Die gesamte Offenbarung dieser Druckschrift wird durch Verweis zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren umfasst die Erfindung ferner ein dezentrales Energienetz mit einer Vielzahl von über Stromleitungen miteinander verbundener Netzknoten, wobei die Netzknoten erste Netzknoten in der Form von regelbaren Energieerzeugungsknoten umfassen. Das Energienetz ist dabei derart ausgestaltet, dass das oben beschriebene Verfahren zur rechnergestützten Regelung der elektrischen Energieverteilung bzw. bevorzugte Varianten dieses Verfahrens in diesem Energienetz durchführbar sind.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Fig. 1 detailliert beschrieben. Diese Figur zeigt ein Beispiel eines Energienetzes, welches basierend auf einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelt wird.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens basierend auf einem Niederspannungs-Energienetz beschrieben, dessen Aufbau in Fig. 1 gezeigt ist. In dem Netz der Fig. 1 sind beispielhaft die Knoten Nl, N2, ..., N9 angedeutet, wobei ein Niederspannungsnetz in der Regel eine größere Anzahl von Knoten enthält. Das Netz dient zur Energie Versorgung einer Vielzahl von Hausanschlüssen, d.h. zumindest ein Teil der Netzknoten stellen entsprechende Hausanschlüsse dar. In dem Szenario der Fig. 1 handelt es sich bei den Netzknoten N2 bis N5 um Energieerzeugungsknoten, welche elektrisehe Leistung in das Netz einspeisen können. Gegebenenfalls können diese Knoten auch zusätzlich Energie aus dem Netz verbrauchen. In diesem Sinne stellen die Netzknoten N2 bis N5 erste Netzknoten in der Terminologie der Patentansprüche dar. Die einzelnen ersten Netzknoten können die Energie auf verschiedene Art und Weise erzeugen und verfügen über entsprechende Aktoren, um die Erzeugung von elektrischer Leistung zu steuern. Zur Steuerung der elektrischen Leistung können als erste Netzknoten z.B. Erzeugungsanlagen eingesetzt werden, welche über eine Blindleistungsregelung verfügen. Solche Anlagen sind beispielsweise Synchrongeneratoren (Kraft-WärmeKopplungsanlagen oder Wasserkraftanlagen) , SpannungsZwischenkreisumrichter (Photovoltaik-Wechselrichter bzw.
drehzahlvariable Windkraftanlagen) oder doppelt gespeiste Asynchronmaschinen (Wind- und Wasserkraft nlagen) . Hieraus ergibt sich, dass die einzuspeisende Energie auf verschiedene Art und Weise erzeugt werden kann, wobei ein bevorzugter Anwendungsfall die Verwendung von Photovoltaik-Anlagen ist. Für die einzelnen ersten Netzknoten N2 bis N5 sind in Fig. 1 die von diesen Netzknoten generierten Wirkleistungen mit P2, P3, P und P5 angegeben. Die entsprechenden Blindleistungen sind mit Q2, Q3, Q und Q5 angegeben. Dabei wird die komplexe Schreibweise (d.h. Ρ1+jQ, i = 2, 5) zur Bezeichnung der Gesamtleistung verwendet. Darüber hinaus sind die einzelnen, an den Netzknoten anliegenden Spannungen mit U2, U3, U5 bzw. die entsprechenden Ströme mit I2, I3, ..., I5 angegeben. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist in Fig. 1 lediglich eine Stromleistung L zur Verbindung der Netzknoten wiedergegeben. In dem Energienetz der Fig. 1 stellt der weitere Netzknoten Nl einen Transformatorknoten und damit einen dritten Netzknoten im Sinne der Ansprüche dar. Über diesen Knoten wird mittels eines Transformators Spannung aus einem Mittelspannungs netz, welches lediglich schematisch durch eine Mehrzahl von Rauten angedeutet ist, in die Niederspannung des betrachteten Energienetzes transformiert. Dabei wird wiederum in komplexer Schreibweise die Wirkleistung des Transformatorknotens Nl mit P1 und dessen Blindleistung mit Q1 angegeben. Der Transformator des Knotens Nl ist mit einem Laststufensteller ausgestattet, Ober den das Obersetzungsverhältnis des Transformators und somit dessen Spannung im Niederspannungsnetz auf verschiedene vorbestimmte Spannungswerte eingestellt werden kann. Der Netzknoten Nl stellt einen dritten Netzknoten im Sinne der Ansprüche dar.
In dem Energienetz sind ferner die Admittanzen zwischen den einzelnen benachbarten Netzknoten bekannt, wobei in Fig. 1 beispielhaft die Admittanzen y1,2, y2,3, y3, und y4,5 zwischen den entsprechenden Netzknoten mit den Indizes der Admittanzen wiedergegeben sind. Die weiteren, in Fig. 1 angedeuteten Netzknoten N6 bis N9 sind beliebige andere Netzknoten, wie z.B. Energieverteilknoten zwischen Stromleitungen bzw. reine Energieverbrauchseinheiten, und stellen in diesem Sinne zweite bzw. vierte Netzknoten in der Terminologie der Ansprüche dar. Selbstverständlich sind diese Netzknoten ebenfalls durch entsprechende Spannungen, Ströme und gegebenenfalls Wirkleistungen und Blindleistungen charakterisiert, welche jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen in Fig. 1 nicht wiedergegeben sind.
Zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zumindest ein Teil der Netzknoten mit einer Kommunikationsfunktionalität ausgestattet, so dass diese Netzknoten mit einer zentralen Verwaltungseinheit kommunizieren können, welche in Fig. 1 mit S bezeichnet ist und einen Server zur Verwaltung des dezentralen Energienetzes darstellt. In dem Energienetz der Fig. 1 sind solche Netzknoten mit einer Kommunikationsfunktionalität versehen, welche Messwerte des energetischen ZuStands (d.h. Spannung bzw. Strom bzw. Leistung) in dem Energienetz liefern. Ferner verfügen der Transformatorknoten Nl und die regelbaren Energieerzeugungsknoten N2 bis N5 über eine entsprechende Kommunikationsfunktionalität. Hierdurch wird es ermöglicht, über die Verwaltungseinheit S Messwerte aus dem Netz zu empfangen und Befehle zur Regelung der Energieerzeugung an die Knoten Nl bis N5 zu übermitteln. Die Netzknoten mit entsprechenden Kommunikationsfunktionalitäten können als sog. PEAs (PEA = Personal Energy Agent) realisiert sein, welche in der Druckschrift [2] beschrieben werden. Über die PEAs können Messwerte aus dem Energienetz an die Verwaltungseinheit S übermittelt werden bzw. von der Verwaltungseinheit ausgesendete Kontrollparameter zur Regelung der Energie der einzelnen Netzknoten empfangen werden. Die zentrale Verwaltungseinheit kann als ein Agent zur Steuerung des Energietransports in dem Netz realisiert sein und wird häufig auch als AANTA bezeichnet (AANTA = Area Administrato /Network Transport Agent) . Die Kommunikation zwischen den PEAs und einem AANTA kann je nach Anwendungsfall auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Beispielsweise können die Daten über PLC (PLC = Powerline Communication) oder über ein Mobilfunknetz {z.B. GSM) ausgetauscht werden. Ebenfalls kann gegebenenfalls eine Ethernet-Kommunikation zum Datenaustausch verwendet werden.
Im Rahmen des hier beschriebenen Regelungsverfahrens wird unter Berücksichtigung entsprechender physikalischer Randbedingungen der einzelnen Netzknoten eine optimierte Energieeinspeisung dahingehend erzielt, dass die Abweichung der generierten Wirkleistungen der Knoten N2 bis N5 von entsprechenden Sollwerten möglichst klein ist und die Abweichung der Wirkleistung des Transformators Nl sowie der Blindleistung des Transformators Nl von entsprechenden Sollwerten ebenfalls möglichst gering ist. Im Folgenden wird die Optimierung allgemein für ein Netz mit einer beliebigen Anzahl von Transformatoren (d.h. dritten Knoten) , ersten Knoten sowie weiteren (zweiten bzw. vierten) Knoten erläutert.
Es wird folgende Notation verwendet: T = Anzahl von Transformatorknoten, t = 1, T ist der Transformatorindex;
N = Anzahl von ersten Knoten, n = 1, ..., N ist der Index für die ersten Knoten;
M = Gesamtanzahl der Knoten in dem Energienetz umfassend Transformatorknoten, erste Knoten sowie andere (zweite bzw. vierte) Knoten.
Zur Regelung wird ein Optimierungsziel betrachtet, welches durch die Minimierung der folgenden Kostenfunktion beschrieben ist:
Figure imgf000013_0001
Dabei werden im Rahmen der Optimierung als freie Parameter bzw. Stellgrößen die Wirk- bzw. Blindleistungen der einzelnen ersten Knoten sowie die TransformatorSpannungen betrachtet. Das heißt, die Stellgrößen sind gegeben durch: Pn, Qa, n = 1, ... N, Ut, t = 1, T. Die Größen a
Figure imgf000013_0005
und a„ stellen entsprechende Gewichte dar, welche in Abhängigkeit davon, wie stark die einzelnen Terme bzw. Optimierungskriterien zu berücksichtigen sind, geeignet festgelegt werden.
Gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform sind folgende Randbedingungen bei der Optimierung zu berücksichtigen:
1.
Figure imgf000013_0002
d.h. die erzeugte Wirkleistung von jedem ersten Knoten ist begrenzt;
2. d.h. die generierte Blindleistung
Figure imgf000013_0003
von jedem ersten Knoten ist begrenzt;
3. d.h. die Größe des Stroms zwischen
Figure imgf000013_0004
zwei Knoten ist begrenzt, wobei die Grenze spezifisch für das verwendete Stromleitungskabel zwischen den Knoten ist; 4. d.h. die Größe des Stroms in einem
Figure imgf000014_0002
Transformator ist begrenzt, wobei die Grenze spezifisch für den entsprechenden Transformator ist; und
5. , d.h. die Größe der Spannung an je
Figure imgf000014_0003
dem Knoten ist begrenzt, wobei die Grenze spezifisch für jeden Knoten ist.
Die obigen Randbedingungen sind vorzugsweise derart festgelegt, dass entsprechende Normen erfüllt sind, wie z.B. die Norm VDE 0175 {entspricht DIN IEC 60038) bzw. die VDEW-Richtlinie "Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz™ . Gemäß der zuerst genannten Norm darf das Spannungsband an Hausanschlüssen in 95% der 10-Minuten-Mittelwerte jedes Wochenintervalls maximal ±10% von der Netz-Nennspannung abweichen. Gemäß der VDEW-Richtlinie darf bei Zuschalten aller dezentraler Energie-Einspeiser an keinem Netzknoten die resultierende Spannungsänderung verglichen mit dem Zustand vor der Zuschaltung größer als 2% der Netz-Nennleistung sein. Des Weiteren wird durch die oben genannten Bedingungen berücksichtigt, dass Kabel und Freileitungen in dem Energienetz nur bis zu einem maximalen thermischen Grenzstrom belastet werden dürfen. Ebenso fließt in die obigen Randbedingungen ein, dass von den einzelnen Transformatoren eine vorgegebene Grenzscheinleistung nicht überschritten wird.
Die obige Kostenfunktion C kann je nach Anwendungsfall auch abgewandelt werden. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Kostenfunktion verwendet, welche als weiteres Kriterium berücksichtigt, dass die zeitliche Änderung der Wirkleistungen und der Blindleistungen der einzelnen ersten Netzknoten möglichst gering ist. Dies kann durch folgende Kostenfunktion zum Ausdruck gebracht werden:
Figure imgf000014_0001
Dabei bezeichnen
Figure imgf000015_0004
und die Wirkleistung bzw. die Blindleistung gemäß der Optimierung in einem oder mehreren vorhergehenden Zeitsehritten. Im Folgenden wird dargelegt, wie aus Mess erten des Energienetzes Größen abgeleitet werden können, aus denen die Kostenfunktion bestimmt und basierend darauf die Optimierung durchgeführt werden kann. Lösungsverfahren für die beschränkte und gegebenenfalls gemischt ganzzahlige Optimierungsaufgabe gemäß der obigen Kostenfunktion sind dabei an sich aus dem Stand der Technik bekannt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird quadratische sequentielle Programmierung und ein Branchand-Bound-Algorithmus eingesetzt. Zur Berechnung der für die Kostenfunktion zu ermittelnden Größen sind folgende Parameter aus dem Energienetz bekannt:
Die jeweiligen Admittanzen ynt der Stromleitung zwischen dem Knoten mit dem Index n und dem Knoten mit dem Index k (d.h. zwischen dem Knoten Nn und dem Knoten Nk) ;
die möglichen einzustellenden Spannungen der Transformatoren Ut, t=1,...,Ti
die Grenzen der Leistungen
Figure imgf000015_0001
in den ersten Netzknoten, wobei z hier und im Folgenden den aktuellen Zeitpunkt bzw. eine Reihe von vergangenen
Zeitpunkten darstellt;
die Sollleistungen in
Figure imgf000015_0002
den ersten Knoten bzw. Transformatorknoten;
die Leistungen in den Netzknoten, wo
Figure imgf000015_0005
bei m sich weder auf einen ersten Netzknoten noch auf einen Transformatorknoten bezieht und somit die Wirkbzw. Blindleistungen in zweiten bzw. vierten, nicht regelbaren Knoten bezeichnet (diese Leistungen sind an Stromverteilknoten gleich Null) ;
- die maximalen und minimalen Spannungen und Ströme an jedem Knoten bzw. in jeder Stromleitung, definiert durch:
Figure imgf000015_0003
· Basierend auf den obigen Größen können mit Hilfe der bekannten Kirchhoff-Regeln die folgenden Zustandsgieichungen aufgestellt werden:
(
Figure imgf000016_0001
Aus diesen Zustandsgieichungen können mit an sich bekannten Lösungsverfahren die Wirkleistung
Figure imgf000016_0002
und die Blindleistung an den Transformatorknoten ermittelt werden, welche wiederum in Kostenfunktion C einfließen. Ferner ergibt sich aus den obigen Gleichungen die Spannung Um,m=1,...,M , wobei m keine Transformatoren bezeichnet, sowie die Ströme Im,m=1,...,M in allen Netzknoten.
Das soeben beschriebene Optimierungsverfahren kann in einer Ausführungsform der Erfindung zentral in der Verwaltungseinheit S durchgeführt werden, welche die Messwerte von allen Knoten sammelt und basierend darauf die entsprechende Optimierung durchführt. Gegebenenfalls besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Verwaltungseinheit die Optimierung dezentral verteilt. In diesem Fall kann die Optimierung mittels der an sich aus dem Stand der Technik bekannten Dualen Dekomposition durchgeführt werden. Eine Beschreibung der Dualen Dekomposition findet sich in der bereits eingangs erwähnten Druckschrift [1] . In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens können die einzustellenden Werte der Stellgrößen durch einen festen Sollwert für den Verschiebungsfaktor cos((p) zwischen Strom und Spannung oder für die Blindleistung in jedem regelbaren ersten Netzknoten vorgegeben werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass eine Charakteristik cos(φ) (P) oder Q(P) für jeden ersten Netzknoten vorgegeben wird. Bei dieser Charakteristik speist der entsprechende erste Netzknoten typischerweise reine Wirkleistung (cos(φ)=l, Q=0) ein. Erst ab einer vorgegebenen Wirkleistung wird gleichzeitig Blindleistung von dem entsprechenden Netzknoten bezogen, um den Spannungsanstieg zu begrenzen. In einer weiteren Variante besteht auch die Möglichkeit, dass die Charakteristik Q(U) für jeden ersten Netzknoten vorgegeben wird. Bei dieser Festlegung wird die Spannung am Netzanschlusspunkt des entsprechenden ersten Netzknotens stabilisiert. Hierzu wird Blindleistung bezogen oder eingespeist, wobei eine proportionale Regelung in der Form einer Spannungsstatik verwendet wird. Die oben genannten Charakteristika werden dabei als Funktionen parametriert (im einfachsten Fall als affine Funktionen) , so dass als Ergebnis der Optimierung ein angepasster Parametersatz für die entsprechenden ersten Netzknoten bestimmt wird.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Das Verfahren realisiert über ein integriertes Netzmodell eine vom momentanen bzw. erwarteten Leistungsfluss abhängige Schaltstrategie zur Regelung von Leistung bzw. Strom bzw. Spannung in regelbaren Energieerzeugungsknoten bzw.
Transformatoren. Die Regelung ist dabei derart ausgelegt, dass Belastbarkeitsgrenzen im gesamten betrachteten Energienetz eingehalten werden. Das Verfahren ermöglicht unter Verwendung entsprechend steuerbarer Energieerzeugungsknoten ein Regelungssystem, welches neben der Blindleistung auch die Wirkleistung als Stellgröße für die Spannungs- und Stromregelung nutzen kann. Das Verfahren stellt dabei keine lokale Kompensationsstrategie für Spannungsbandverletzungen mittels Blindleistungsbereitstellung dar, sondern es wird ein Modell des gesamten Energienetzes betrachtet, und über entsprechende Netzzustandsschätzungen können sowohl Spannungsbandverletzungen als auch Betriebsmittelüberlastungen im gesamten Netz erkannt und im Rahmen von zur Verfügung stehenden Aktoren zur Beeinflussung von Strom bzw. Spannung bzw. Leistung kompensiert werden. Das Verfahren verwendet eine zentrale Instanz, mit deren Hilfe entsprechende einzustellende Werte für Stellgrößen gemäß einer Optimierungsstrategie ermittelt werden, wobei die Stellgrößen anschließend in den einzelnen regelbaren Energieerzeugungsknoten eingestellt werden. Durch den modellbasierten Optimierungsansatz des Regelverfahrens können flexibel Ziele für den Netzbetrieb vorgegeben werden. Beispielsweise kann das über die entsprechende Verwaltungseinheit gesteuerte Energienetz über Wirk- und Blindleistungssollwerte an entsprechenden Transformatorknoten Netzdienstleistungen für die nächst höhere Spannungsebene realisieren.
Literaturverzeichnis
[1] Jose Rivers, "Distributed Optimization for Active Voltage Control in Smart Grids", Bachelorarbeit, Lehrstuhl für Steuerungs- und Regelungstechnik, TU München, Kapitel 4 und 5, Seiten 19 bis 44.
[2] WO 2009/040140 AI

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur rechne gestatzten Regelung der elektrischen Energieverteilung in einem dezentralen Energienetz mit einer Vielzahl von über Stromleitungen (L) miteinander verbundener Netzknoten (Nl, N2, N9), wobei die Netzknoten (Nl, N2, .., N9) erste Netzknoten <N2, N3, N4, N5) in der Form von regelbaren Energieerzeugungsknoten umfassen, bei dem:
a) für zumindest einen Teil der Netzknoten (Nl, N2, N9) eine Anzahl von Messwerten betreffend die in den jeweiligen Netzknoten (Nl, N2, ..., N9) verarbeitete elektrische Energie ermittelt wird;
b) basierend auf der Anzahl von Hesswerten und unter Berücksichtigung einer Anzahl von vorgegebenen Randbedingungen, welche bei der Verarbeitung von elektrischer Energie im
Energienetz einzuhalten sind, eine Anzahl von Stellgrößen (P1, Q1, ..·, P5, Q5), welche die Verarbeitung von elektrischer Energie in dem Energienetz beeinflussen, mittels einer Optimierung mit einem Optimierungsziel umfassend ein oder mehrere Optimierungskriterien eingestellt wird, wobei das oder die Optimierungskriterien eine möglichst geringe Abweichung der von den jeweiligen ersten Netzknoten (N2, N3, N4, N5) generierten Wirkleistungen (P1, P5) von Sollwirkleistungen umfassen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Energienetz neben den ersten Netzknoten (N2, N3, N4, N5) ferner umfasst:
einen oder mehrere zweite Netzknoten (N6, N7, N8, N9), welche nicht regelbare Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungsknoten darstellen, und/oder
einen oder mehrere dritte Netzknoten (Nl) , welche Transformatoren mit regelbarer, im Energienetz bereitgestellter TransformatorSpannung darstellen, und/oder
einen oder mehrere vierte Netzknoten (N6, N7, N8, N9), welche nicht regelbare Energieverteilknoten darstellen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl von Stellgrößen (P1, Q1, ...., P5, Q5) die von den jeweiligen ersten Netzknoten (N2, N3, N4, N5) generierten Wirkleistungen und/oder Blindleistungen (P1, Q1, .., P5, Q5) umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, bei dem die Anzahl von Stellgrößen ferner die TransformatorSpannungen (üi) der jeweiligen Transformatoren der dritten Netzknoten (Nl) umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Kombination mit Anspruch 2, bei dem das oder die Optimierungskriterien ferner eine möglichst geringe Abweichung der von dem jeweiligen dritten Netzknoten (Nl) erzeugten Wirkleistung (P1) von einer Sollwirkleistung und/oder der von dem jeweiligen dritten Netzknoten (Nl) erzeugten Blindleistung <Q1) von einer Sollblindleistung umfassen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das oder die Optimierungskriterien ferner eine möglichst geringe zeitliche Veränderung von vorbestimmten Größen betreffend die Verarbeitung von elektrischer Energie im Energienetz umfassen, wobei die vorbestimmten Größen vorzugsweise die von den jeweiligen ersten Netzknoten <N2, N3, N4, N5> generierten Wirkleistungen und/oder Blindleistungen (P1, Q1, ..., P5, Q5) umfassen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Optimierungsziel basierend auf einer zu minimierenden Kostenfunktion beschrieben wird, welche eine gewichtete Summe der bei der Optimierung berücksichtigten Optimierungskriterien darstellt, wobei die Gewichte der Summe vorzugsweise veränderbar sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Anzahl von vorgegebenen Randbedingungen eine oder mehrere der folgenden Bedingungen umfasst:
- die Bedingung, dass die von einem jeweiligen ersten Netzknoten (N2, N3, N4, N5) generierte Wirkleistung (P1, P5) unter einem Maximalwert liegt; - die Bedingung, dass die von einem jeweiligen ersten Netzknoten (N2, N3, N4, N5) generierte Blindleistung (Q1, Q5) in einem vorbestimmten Wertebereich liegt;
- die Bedingung, dass die Größe des elektrischen Stroms zwischen zwei Netzknoten (Nl, N2f ..., N9) unter einem vorgegebenen Maximalwert liegt;
- die Bedingung, dass der durch einen dritten Netzknoten (Nl) fließende Strom (I1) und/oder die dort anliegende Spannung und/oder generierte Scheinleistung unter einem Maximalwert liegt;
- die Bedingung, dass die Spannung (U2, ü5) in einem jeweiligen Netzknoten (Nl, N2, N9) in einem vorgegebenen Wertebereich liegt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einstellung der Stellgrößen (P1, Q1, ..., P5, Q5) derart erfolgt, dass durch die Optimierung ein Stellwert für den Verschiebungsfaktor zwischen am jeweiligen ersten Netzknoten (N2, N3, N4, N5) generierter Spannung (Uz, ü5) und am jeweiligen ersten Netzknoten (N2, N3, N4, N5) generiertem Strom oder ein Stellwert für die am jeweiligen ersten Netzknoten generierte Blindleistung (Q2, ..., Q5) vorgegeben wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einstellung der Stellgrößen (P1, Q1, P5, Q5) derart erfolgt, dass durch die Optimierung eine Funktion zur Generierung von Blindleistung in einem jeweiligen ersten Netzknoten in Abhängigkeit von der im jeweilige Netzknoten generierten Wirkleistung (P2, .., P5) und/oder Spannung (U2, .., U5) vorgegeben wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Regelung der Energieverteilung unter Zwischenschaltung einer Verwaltungseinheit (S) des Energienetzes erfolgt, welche mit den Netzknoten (Nl, N2, N9) des Energienetzes kommuniziert.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Optimierung gemäß Schritt b) zentral in der Verwaltungseinheit (S) durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Optimierung in Schritt b) über die Verwaltungseinheit (S) dezentral auf die Netzknoten (Nl, N2, ...f N9) des Energienetzes verteilt wird, wobei die Optimierung vorzugsweise basierend auf Dualer Dekomposition erfolgt.
14. Dezentrales Energienetz mit einer Vielzahl von über Stromleitungen (L) miteinander verbundener Netzknoten (Nl, N2, _., N9), wobei die Netzknoten {Nl, N2, _., N9) erste Netzknoten (N2, N3, N4, N5) in der Form von regelbaren Energieerzeugungsknoten umfassen, wobei das Energienetz derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren zur rechnergestützten Regelung der elektrischen Energieverteilung durchführbar ist, bei dem: a) für zumindest einen Teil der Netzknoten (Nl, N2, N9) eine Anzahl von Messwerten betreffend die in den jeweiligen Netzknoten verarbeitete elektrische Energie ermittelt wird;
b) basierend auf der Anzahl von Messwerten und unter Berücksichtigung einer Anzahl von vorgegebenen Randbedingungen, welche bei der Verarbeitung von elektrischer Energie im Energienetz einzuhalten sind, eine Anzahl von Stellgrößen (P1, Q1, ..., P5, Q5) , welche die Verarbeitung von elektrischer Energie in dem Energienetz beeinflussen, mittels einer Optimierung mit einem Optimierungsziel umfassend ein oder mehrere Optimierungskriterien eingestellt wird, wobei das oder die Optimierungskriterien eine möglichst geringe Abweichung der von den jeweiligen ersten Netzknoten (N2, N3, N4, N5) generierten Wirkleistungen (P1, P5) von Sollwirkleistungen umfassen.
15. Energienetz nach Anspruch 14, welches zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 13 ausgelegt ist.
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