WO2021099400A1

WO2021099400A1 - Steuereinrichtung zur steuerung eines technischen systems mit wenigstens einer steuerbaren komponente, verfahren zum betreiben einer steuereinrichtung sowie anlage mit der steuereinrichtung

Info

Publication number: WO2021099400A1
Application number: PCT/EP2020/082556
Authority: WO
Inventors: Alexander Bernhard; Carsten SCHÄFER
Original assignee: Mtu Friedrichshafen Gmbh
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2021-05-27
Also published as: DE102019131632A1; EP4062338A1; CN114651265A; US20220276624A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuereinrichtung (100) zur Steuerung eines technischen Systems (112) mit wenigstens einer steuerbaren Komponente (108) bezüglich einer Zielgröße unter Berücksichtigung eines Prognoseverlaufs (106), wobei - der Prognoseverlauf (106) mit einer Anzahl von Werten (W) für Zeitpunkte (t1,…,t8, t1',…t8') in einem zukünftigen Zeitraum von einer Empfangseinheit (101) bereitgestellt ist, und die Komponente (108) auf Grundlage eines approximierten Prognoseverlaufs (111) steuerbar ist, wobei - Stützstellen (W, t) angegeben werden, um den Prognoseverlauf (106) zu approximieren. Erfindungsgemäß ist ein Optimierer (102) vorgesehen, der eine Analyseeinheit (104) zur Analyse des Prognoseverlaufs und einen Approximierer (104) zur Angabe des approximierten Prognoseverlaufs (106) aufweist, wobei - die Analyseeinheit (104) ausgebildet ist, die Stützstellen (Ws, ts) anhand der analysierten Werte (W) des Prognoseverlaufs (106) zu setzen, und - der Approximierer (107) ausgebildet ist, mit den anhand der analysierten Werte (W) des Prognoseverlaufs (106) gesetzten Stützstellen (Ws, ts) den approximierten Prognoseverlauf (111) anzugeben.

Description

MTU Friedrichshafen GmbH 18. November 2020

BESCHREIBUNG

Steuereinrichtung zur Steuerung eines technischen Systems mit wenigstens einer steuerbaren Komponente, Verfahren zum Betreiben einer Steuereinrichtung sowie Anlage mit der Steuereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines technischen Systems mit wenigstens einer steuerbaren Komponente bezüglich einer Zielgröße unter Berücksichtigung eines Prognoseverlaufs, wobei der Prognoseverlauf mit einer Anzahl von Werten für Zeitpunkte in einem zukünftigen Zeitraum von einer Empfangseinheit bereitgestellt ist, und die Komponente auf Grundlage eines approximierten Prognoseverlaufs steuerbar ist, wobei

- Stützstellen angegeben werden, um den Prognoseverlauf zu approximieren.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Steuern eines technischen Systems bezüglich einer Zielgröße unter Berücksichtigung eines Prognoseverlaufs, aufweisend die Schritte:

- Empfangen eines Prognoseverlaufs in Form mit einer Anzahl von Werten in einem zukünftigen Zeitraum,

- Bestimmen von Stützstellen für den Prognoseverlauf, um den Prognoseverlauf zu approximieren,

- Angeben des approximierten Prognoseverlaufs mit den Stützstellen,

- Steuern der Komponente auf Grundlage des approximierten Prognoseverlaufs.

Eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art zur Steuerung einer Komponente eines Systems bezüglich einer Zielgröße unter Berücksichtigung eines Prognoseverlaufs ist insofern bekannt, als dass der Prognoseverlauf mit einer Anzahl von Werten für Zeitpunkte in einem zukünftigen Zeitraum von einer Empfangseinheit bereitgestellt ist, und die Komponente auf Grundlage eines approximierten Prognoseverlaufs steuerbar ist, wobei Stützstellen angegeben werden, um den Prognoseverlauf zu approximieren. Das heißt konkret, dass im Stand der Technik Stützstellen ganz unabhängig von der Sache und insbesondere unabhängig vom Prognoseverlauf vorgegeben werden, um den Prognoseverlauf zu approximieren. Hierzu ist sozusagen eine Diskretisierungseinheit ausgebildet, eine Anzahl von üblicherweise äquidistante Stützstellen anzugeben, um den Prognoseverlauf zu approximieren, und einen mittels der Diskretisierung approximierten Prognoseverlauf mit den Stützstellen anzugeben.

In solchen an sich bekannten Steuereinrichtungen werden für die äquidistanten Stützstellen äquidistante Zeitabstände gewählt. Der Zeitpunkt einer Stützstelle in Bezug auf eine weitere Stützstelle ist daher in bisher bekannten Anwendungen dieser Art vorbestimmt. Für eine gegebene Anzahl an Stützstellen, kann insofern bislang oftmals nur ein vorbestimmter Prognosehorizont bei einer oft nur begrenzten Genauigkeit zur Approximation erreicht werden.

Steuerbare Komponenten mit einem dergleichen zudem in immer gleicher Weise implementierten diskretisierten Prognoseverlauf —der nachteiliger Weise mit lediglich mittels vorbestimmter und insofern unabhängig vorgegebenen Stützstellen approximiert ist— können unter Berücksichtigung des approximierten Prognoseverlaufs in einem zukünftigen Zeitraum bezüglich einer bestimmten und ggfs variablen Zielgröße nur bedingt in anpassbarer Weise gesteuert werden, insbesondere wenn der approximierte Prognoseverlauf in Form eines Verlaufs von Werten für vorbestimmt äquidistante Zeitpunkte gebildet ist.

Im Falle eines sich in der Realität dynamisch ändernden Prognoseverlaufs erweist sich ein Verlauf von Werten für vorbestimmt äquidistante Zeitpunkte für den lediglich in immer gleicher Weise diskretisierten Prognoseverlauf als vergleichsweise unflexible bzw. noch verbesserbar.

Wünschenswert ist es, abhängig vom Prognoseverlauf eine anpassbare Steuerung eines technischen Systems mit wenigstens einer steuerbaren Komponente möglich zu machen, insbesondere den approximierten Prognoseverlauf zu verbessern für eine verbesserte Steuerbarkeit der Komponente des Systems. Insbesondere kann eine Genauigkeit oder ein Prognosehorizont mit einem approximierten Prognoseverlauf bei einer vorgegebenen Anzahl von Stützstellen noch verbessert werden.

An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine Steuereinrichtung sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Komponente eines Systems anzugeben, mittels der wenigstens einer der oben genannten Aspekte berücksichtigt, insbesondere verbessert werden kann. Insbesondere ist es eine Aufgabe abhängig vom Prognoseverlauf eine anpassbare Steuerung eines technischen Systems mit wenigstens einer steuerbaren Komponente möglich zu machen, insbesondere den approximierten Prognoseverlauf zu verbessern für eine verbesserte Steuerbarkeit der Komponente des Systems.

Die Aufgabe hinsichtlich der Steuereinrichtung wird gelöst durch eine Steuereinrichtung gemäß Anspruch 1.

Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung der eingangs genannten Art. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass einen Optimierer, der eine Analyseeinheit zur Analyse des Prognoseverlaufs und einen Approximierer zur Angabe des approximierten Prognoseverlaufs aufweist, wobei

- die Analyseeinheit ausgebildet ist, die Stützstellen anhand der analysierten Werte des Prognoseverlaufs zu setzen, und

- der Approximierer ausgebildet ist, mit den anhand der analysierten Werte des Prognoseverlaufs gesetzten Stützstellen den approximierten Prognoseverlauf anzugeben.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass sich vorbestimmte Stützstellen nur bedingt für jeden sich ändernden Prognoseverlauf in gleichem Maße als vorteilhaft erweisen können; insbesondere eignen sich diese nicht für eine verbesserte flexible Prognose. Die Erfindung geht insbesondere von der Überlegung aus, dass eine Wahl von äquidistanten Zeitschritten für die Stützstellen in jedenfalls einigen Fällen eines approximierten Prognoseverlaufs nur eine vergleichsweise ungenaue Approximation des tatsächlich bereit gestellten Prognoseverlaufs erlaubt.

Konkret bedeutet das, dass die approximierten Stützstellen aufgrund der Form des bereit gestellten Prognoseverlaufs selbst gesetzt werden und nicht aufgrund eines vorgegebenen Zeitintervalls.

Es gibt eine Analyseeinheit im Optimierer, die den bereit gestellten Prognoseverlauf analysiert und die Stützstellen anhand der analysierten Werte des Prognoseverlaufs setzt.

Es gibt außerdem einen Approximierer im Optimierer, der den Prognoseverlauf anhand der analysierten Werte des Prognoseverlaufs gesetzten Stützstellen den approximierten Prognoseverlauf angibt. Die Erfindung berücksichtigt andererseits, dass vorteilhaft eine hohe Genauigkeit - d.h. ein geringer Fehler zwischen Approximation und bereit gestellten Prognoseverlauf- mit einer begrenzten Anzahl von Stützstellen und einem vertretbaren Rechenaufwand erreichbar sein sollte. Die Erfindung hat erkannt, dass sich jedenfalls das eingangs genannte Problem hinsichtlich einer Approximation des bereitgestellten Prognoseverlaufs nicht mit einer bloßen Erhöhung der Zahl der Stützstellen lösen lässt; sie hat erkannt, dass dies aufgrund eines zunehmenden Rechenaufwandes bei der Steuerung dann einer gewünschten schnellen Steuerung der Komponente nicht zuträglich ist.

Deswegen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass Stützstellen gesetzt werden anhand der Analyse des Prognoseverlaufs. Erfindungsgemäß kann mit den gesetzten Stützstellen -im Unterschied zu dem mit vorbestimmten Stützstellen in äquidistanten Zeitabständen approximierten Prognoseverlauf— für einen Prognoseverlauf nicht nur eine bessere, sondern vor allem eine flexiblere Approximation erreicht werden. Dies führt über die so verbesserte Approximation des bereitgestellten Prognoseverlaufs zu einer verbesserten Genauigkeit gegenüber der Approximation mit äquidistanten Zeitschritten zwischen den Stützstellen und einer verbesserten Rechenzeit im Vergleich zu sehr vielen Stützstellen für die Approximation.

Insbesondere kann eine Komponente des technischen Systems flexibler und genauer reagieren im Rahmen der Steuerung auf sich dynamisch ändernde Zielgrößen unter Berücksichtigung eines Prognoseverlaufs für die steuerbare Komponente, da der approximierte Prognoseverlauf mittels anhand der Analyse des Prognoseverlaufs gesetzten Stützstellen erstellt wird und damit passend zur sich dynamisch ändernden Zielgröße bzw. passend zum steuerungstechnisch zu lösenden Problem gewählt ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine Anlage mit einer Steuereinrichtung und einem technischen System zur Steuerung einer Komponente des technischen Systems gelöst. Die Anlage ist dafür vorgesehen mit der erfmdungsgemäßen Steuereinrichtung ein technisches System zu steuern. Die Erfindung führt so auch auf eine Anlage des Anspruchs 13 mit einer Steuereinrichtung der Erfindung und einem technischen System zur Steuerung einer Komponente des technischen Systems bezüglich einer Zielgröße unter Berücksichtigung eines Prognoseverlaufs. Eine Steuereinrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung kann vielfältig eingesetzt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Steuereinrichtung zur Steuerung eines technischen Systems bezüglich einer Zielgröße unter Berücksichtigung eines Prognoseverlaufs gelöst. So wird die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst.

Das Verfahren weist die Schritte auf:

- Empfangen eines Prognoseverlaufs in Form eines Verlaufs von Werten in einem zukünftigen Zeitraum,

- Angeben des approximierten Prognoseverlaufs mit den Stützstellen,

- Steuern der Komponente auf Grundlage des approximierten Prognoseverlaufs, Erfmdungsgemäß ist vorgesehen, dass

- die Stützstellen anhand der analysierten Werte des Prognoseverlaufs gesetzt werden, und

- mit den anhand der analysierten Werte des Prognoseverlaufs gesetzten Stützstellen der approximierte Prognoseverlauf angegeben wird.

Vorzugsweise wird das Verfahren mit einem Optimierer umgesetzt, der eine Analyseeinheit zur Analyse des Prognoseverlaufs und einen Approximierer zur Angabe des approximierten Prognoseverlaufs aufweist, wobei

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.

Der approximierte Prognoseverlauf kann als stützstellenoptimierter Prognoseverlauf angegeben werden. Stützstellenotpimiert ist der Prognoseverlauf dann, wenn er sich nur auf relevante Stützstellen für das jeweilige technische System oder die steuerbare Komponente des technischen Systems stützt. Solche relevanten Stützstellen ändern sich je nach Anforderung an das technische System. Der bereitgestellte Prognoseverlauf kann auf Erfahrungswerten, einer Prädiktion oder auf Werten aus einem neuronalen Netz basieren. Der Prognoseverlauf steht vorteilhaft in Bezug zu der Komponente dahingehend, dass die Werte des Prognoseverlaufs die Steuerung der Komponente beeinflusst. Das heißt, dass jede Stützstelle zu einem Zeitpunkt einen bestimmten Wert der Zielgröße angibt, der von der Steuereinrichtung angesteuert wird, und so der Steuerung der Komponente dient. Mit anderen Worten, der approximierte Prognoseverlauf mit den gesetzten Stützstellen, welche jeweils einen Wert und einen Zeitpunkt umfassen, dient der Steuerung der Komponente.

Zudem kann eine Prognose einer Komponente oder eines Subsystems die Steuerung aller Komponenten im System beeinflussen und nicht nur die Komponente selbst.

In einer Weiterbildung kann die Analyseeinheit ausgebildet sein, anhand der analysierten Werte charakteristische Werte des Prognoseverlaufs zu ermitteln und für die charakteristische Werte des Prognoseverlaufs Zeitpunkte auszuwählen, für welche die Stützstellen gesetzt werden. Die charakteristischen Werte sind signifikant für die Steuerung der Komponente des Systems oder des Systems selbst. Für die Steuerung der Komponente können Zeitpunkte signifikant sein, an denen Ereignisse stattfinden, die sich durch Steigungsänderungen im Prognoseverlauf nieder schlagen. Diese Ereignisse werden durch die charakteristischen Werte und den dazugehörigen Zeitpunkt definiert und als Stützstellen angegeben.

Vorteilhaft können solche charakteristischen Werte im Rahmen einer Kurvendiskussion des Prognoseverlaufs ermittelt werden. So können die charakteristische Werte durch eine Kurvendiskussion ausgewählt sein aus der Gruppe von charakteristischen Wertepunkten des Prognoseverlaufs bestehend aus: Minima, Maxima, Wendepunkte, Schnittstellen und/oder Nulldurchgänge des Prognoseverlaufs. Es können auch andere zu bestimmende Punkte im Prognoseverlauf für charakteristische Werte des Prognoseverlaufs gewählt werden, wie Nullstellen oder Schnittstellen mit anderen Prognoseverläufen oder dergleichen. Es können auch Gradienten oder Steigungsänderungen genutzt werden oder Schwellwerte zu allen vorgenannten charakteristischen Wertepunkten zur Ermittlung charakteristischer Werte. Insbesondere aber können generell solche charakteristischen Werte ermittelt werden, die mit signifikanten Ereignissen in Bezug auf oder bei oder für eine Komponente des technischen Systems oder für das technische System korrelieren. Mit einer solchen Ermittlung können Stützstellen anhand des charakteristischen Wertes und des dazugehörigen Zeitpunktes beispielsweise für eine lineare Interpolation in verbesserter Weise gesetzt werden, sodass eine Approximation den bereitgestellten Prognoseverlauf möglichst exakt, d.h. mit einem geringen Fehler zwischen Approximation und bereit gestellten Prognoseverlauf, abbildet.

Als besonders signifikant für die Steuereinrichtung eines technischen Systems erweisen sich ausgewählte Zeitpunkte, an denen sich der Prognoseverlauf charakteristisch in seinem Verlauf entwickelt; dies korreliert zumeist mit signifikanten Ereignissen bei oder für eine Komponente des technischen Systems. Insofern können charakteristische Werte auch für solche ausgewählten Zeitpunkte ermittelt werden.

Vorteilhaft können charakteristische Werte zusätzlich oder alternativ auch derart gewählt sein, dass Abweichungen zwischen dem Prognoseverlauf und dem approximierten Prognoseverlauf in Form des stützstellenoptimierten Prognoseverlaufs minimiert sind, insbesondere mittels einer Methode der kleinsten Fehlerquadrate ein Abstandsmaß minimiert ist, insbesondere ein Abstandsmaß zwischen dem Prognoseverlauf und dem stützstellenoptimierten Prognoseverlauf mit einer linearen Interpolation des Prognoseverlaufs.

In einer Weiterbildung kann der Approximierer ausgebildet sein, den stützstellenoptimierten Prognoseverlauf mit einer Interpolation, insbesondere einer linearen Interpolation anzugeben. In der numerischen Mathematik bezeichnet der Begriff „Interpolation“ eine Klasse von Problemen und Verfahren, bei denen zu gegebenen diskreten Daten eine stetige Funktion gefunden werden soll, die diese Daten abbildet. Auch wenn vorliegend bereits Stützstellen, die gemäß dem Konzept der Erfindung anhand der analysierten Werte des Prognoseverlaufs gesetzt werden ausreichend sein wären, so kann gleichwohl im Rahmen einer Weiterbildung die Interpolation eine bevorzugte weitergebildete Art der Approximation mitrealisieren. Es kann vorteilhaft die betrachtete Funktion durch die Interpolationsfunktion in den Stützstellen gemäß dem Konzept der Erfindung besonders exakt wiedergegeben und somit in den restlichen Punkten immerhin in nochmals verbesserter näherungsweiser Art.

So können zusätzlich zu den gemäß dem Konzept der Erfindung gesetzten Stützstellen auch weitere Stellen des Prognoseverlaufs für die Steuerung besonders vorteilhaft und in verbesserter Weise verwendet werden. Insbesondere bei einer linearen Interpolation des Prognoseverlaufs ist so ein minimaler Approximationsfehler des Prognoseverlaufs gewährleistet, wodurch auch solche weiteren Stellen für die Steuerung geeignet sind. Eine lineare Interpolation ist besonders vorteilhaft, da sie auf einer einfachen Rechnung beruht und somit wenig Rechenleistung in Anspruch nimmt, was die Rechenzeit noch weiter verkürzt. In anderen Weiterbildungen können auch kubische oder andere spline Interpolation verwendet werden.

Der Approximierer kann auch ausgebildet sein, den stützstellenoptimierten Prognoseverlauf im Hinblick auf eine vorbestimmte Eigenschaft, insbesondere Genauigkeit, einen verlängerten Prognosehorizont oder eine andere Systemeigenschaft anzugeben.

Wenn der stützstellenoptimierte Prognoseverlauf im Hinblick auf Genauigkeit anzugeben ist, können besonders Abschnitte des stützstellenoptimierten Prognoseverlaufs mit sich schnell verändernder Steigung kleinere Zeitabstände zwischen den Stützstellen haben. In einem solchen Fall kann der Horizont der Prognose auch kürzer sein als der Prognosehorizont mit Hilfe einer herkömmlichen Approximation der Prognose, d.h. mit äquidistanten Zeitabständen zwischen den Stützstellen.

Soll der stützstellenoptimierte Prognoseverlauf im Hinblick auf einen verlängerten Prognosehorizont angegeben werden, so haben die Stützstellen im Regelfall längere Zeitabstände als es in einer herkömmlichen Approximation der Prognose der Fall wäre, d.h. mit äquidistanten Zeitabständen zwischen den Stützstellen.

Der stützstellenoptimierte Prognoseverlauf kann auch im Hinblick auf eine andere Systemeigenschaft angegeben werden. Hier können beispielsweise Zielgrößen wie Leistung in einem Energieversorgungsnetz oder Emission eines Motors als Systemeigenschaften genutzt werden.

In einer Weiterbildung kann die Analyseeinheit dazu ausgebildet sein, eine Anzahl der Stützstellen zu empfangen, insbesondere als Eingangssignal zu empfangen. Dadurch ist es beispielsweise möglich eine Anzahl der Stützstellen manuell oder über eine Vorsteuerung oder eine Tabelle oder einen Speicher vorzugeben.

Die ausgewählten Zeitpunkte der ausgewählten Stützstellen können in ihren Zeitabständen zueinander unterschiedlich beabstandet sind. Zwischen den Stützstellen werden in herkömmlichen Approximationen fest und äquidistant gewählte Zeitabstände genutzt. Vorteilhaft ist gemäß der Weiterbildung im Unterschied dazu vorgesehen, dass die Zeitabstände unterschiedlich sind; nämlich abhängig von den charakteristischen Werten. Charakteristische Werte können Ereignisse wiedergeben, an denen beispielsweise in einem Energieversorgungsnetz viel Leistung aus dem Energieversorgungsnetz an Energieverbraucher abgegeben werden muss oder Energieerzeuger, insbesondere regenerative Energieerzeuger, zu wenig Leistung zur Verfügung stellen. Charakteristische Werte können auch Ereignisse sein, an denen ein Schiff in einen Hafen einläuft und andere Emissionsgrenzwerte eingehalten werden müssen. Den charakteristischen Werten ist ein Zeitpunkt zugeordnet. Zusammen bestimmt sich aus dem charakteristischen Wert und dem Zeitpunkt die gesetzte Stützstelle.

Die gesetzten Stützstellen können abhängig vom bereitgestellten Prognoseverlauf variabel sein, insbesondere mit einer Änderung im bereitgestellten Prognoseverlauf variabel gesetzt werden bzw. variieren. Mit einem geändert bereitgestellten Prognoseverlauf, ändern sich nach dem Konzept der Erfindung die gesetzten Stützstellen. Mit anderen Worten, ist ein erster Prognoseverlauf zu einem ersten Prognosezeitpunkt und ein zweiter Prognoseverlauf zu einem zweiten Prognosezeitpunkt bereitgestellt, wobei

- die Analyseeinheit ausgebildet ist, anhand des ersten Prognoseverlaufs erste Stützstellen zu setzen und der Approximierer ausgebildet ist, mit den ersten Stützstellen einen ersten approximierten Prognoseverlauf als den stützstellenoptimierten Prognoseverlauf anzugeben und

- die Analyseeinheit ausgebildet ist, anhand des zweiten Prognoseverlaufs zweite Stützstellen zu setzen und der Approximierer ausgebildet ist, mit den zweiten Stützstellen einen zweiten approximierten Prognoseverlauf als den stützstellenoptimierten Prognoseverlauf anzugeben, wobei die ersten und zweiten gesetzten Stützstellen unterschiedlich sind, insbesondere variieren, vorzugsweise der ersten und zweiten Zeitpunkte für die ersten und zweiten gesetzten Stützstellen abhängig vom Prognoseverlauf variieren.

Als Folge kann ein Prognosehorizont mit den gesetzten Stützstellen genauer sein oder weiter in der Zukunft liegen. Genauer meint in diesem Zusammenhang nicht ausschließlich, dass die gesetzten Stützpunkte näher zusammenliegen. Genauer sind die gesetzten Stützstellen vor allem, wenn der bereitgestellte Prognoseverlauf möglichst exakt durch den stützstellenoptimierten Prognoseverlauf abgebildet wird.

Weiter in der Zukunft liegt der Prognosehorizont, wenn er weiter in die Zukunft vorhersagt, als ein Prognosehorizont mit derselben Anzahl an Stützstellen, die fest und in äquidistanten Zeitschritten gewählt sind. Vorteilhaft kann die Analyseeinheit in regelmäßigen Zeitabständen zum Setzen der Stützstellen aufrufbar sein, insbesondere kann der Approximierer weiter ausgebildet sein, die Analyseeinheit in regelmäßigen Zeitabständen zum Setzen der Stützstellen aufzurufen. Die Analyseeinheit kann beispielsweise alle 1, 2 oder 5 Sekunden aufgerufen werden. Somit können die gesetzten Stützstellen regelmäßig an den Approximierer weitergegeben werden.

Eine Steuereinrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung kann in vielfältigen Anwendungen eingesetzt werden.

Vorteilhafterweise kann das technische System ein Antriebs- oder Energieversorgungssystem und die Komponente ein Motor oder ein Energieversorger oder Energieverbraucher sein. Die Zielgröße kann eine Emissionsvorgabe für den Motor oder eine Leistung in dem Energieversorgungssystem sein.

Beispielsweise kann für Schiffe oder Schienenfahrzeuge auf einer vorgegebenen Strecke die Zielgröße eine Emissionsvorgabe sein. Insbesondere Schiffe haben unterschiedliche Emissionsvorgaben abhängig davon ob sie sich auf dem offenen Meer befinden oder in einen Hafen einlaufen. Durch eine verbesserte Approximation können die Emissionsvorgaben besser eingehalten werden.

Die Zielgröße kann auch eine Leistung in einem Energieversorgungssystem sein. Hier wird beispielsweise eine Leistungsabgabe an die Energieverbraucher aus dem Energieversorgungssystem und eine Leistungszuführung von den Energieerzeugern in das Energieversorgungssystem approximiert. Durch eine verbesserte Approximation kann zum Beispiel eine Leistungsabgabe an die Energieverbraucher und eine Leistungszuführung von den Energieerzeugem besser aufeinander abgestimmt werden.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte Offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

FIG. 1 A ein technisches System mit einer Steuereinrichtung gemäß dem Stand der Technik zur Steuerung desselben bzw. zur Steuerung der Komponenten des technischen Systems mittels Steuereinheiten unter Berücksichtigung einer Randbedingung in Form eines Prognoseverlaufs;

FIG. 1B ein konkretes Beispiel eines Prognoseverlaufs mit einem Zeitverlauf einer

Prognose, wobei der Prognoseverlauf als ein approximierter Prognoseverlauf verwendet wird, d.h. mit einer Approximation des Verlaufs der Prognose gemäß dem Stand der Technik infolge einer Diskretisierung mittels äquidistanter Zeitabstände zum Prognoseverlauf;

FIG. 2A ein technisches System mit einer Steuereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung zur Steuerung desselben bzw. zur Steuerung der Komponenten des technischen Systems mittels Steuereinheiten unter Berücksichtigung einer Randbedingung in Form eines Prognoseverlaufs;

FIG. 2B ein konkretes Beispiel eines Prognoseverlaufs mit einem Zeitverlauf einer

Prognose, wobei der Prognoseverlauf als ein approximierter Prognoseverlauf verwendet wird, d.h. mit einer Approximation nach einer bevorzugten Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung;

FIG. 3 ein Beispiel einer linearen Interpolation zur Darstellung eines approximierten

Prognoseverlaufs nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung;

FIG. 4 ein Verfahren zum Betreiben einer Steuereinrichtung zur Steuerung eines technischen Systems, wie dies in FIG. 2A und FIG. 2B und FIG. 3 gezeigt ist, nach einer bevorzugten Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung.

FIG. 1A zeigt eine Anlage 15 mit einer Steuereinrichtung 10 zur Steuerung eines technischen Systems 12, das vorliegend schematisch dargestellt ist und repräsentativ ist für verschiedenste technische Systeme.

Das technische System 12 wird hier erläutert anhand eines repräsentativen Beispiels in Form eines an sich bekannten Energieversorgungsnetzes. Es ist bekannt, dass ein technisches System 12 in Form eines Energieversorgungsnetzes einen Energieversorger 6A bzw. einen Energieverbraucher 6B als Komponente 8aufweist.

In einer anderen hier nicht gezeigten Ausführungsform kann es sich bei einem technischen System 12 beispielsweise um ein Antriebssystem handeln, wie ein Antriebssystem für ein Schiff oder ein Antriebs System für ein Schienenfahrzeug - auch ein solches technisches System 12 kann eine komplexe Anordnung einer Anzahl von Komponenten 8 aufweisen, denen auch jeweils eine Steuereinheit zugeordnet sein kann.

Aufgabe einer solchen Steuereinrichtung 10 ist es, ein technische System 12 zu steuern u.a. bezüglich einer Zielgröße unter Berücksichtigung eines bekannten oder aktuell postulierten und kommunizierten Prognoseverlaufs 6.

Die in FIG. 1 A dargestellte Steuereinrichtung 10 zur Steuerung des technischen Systems 12 umfasst eine Empfangseinheit 1 u.a. für den Prognoseverlauf 6, und eine Anzahl von nicht im einzelnen gezeigten Steuereinheiten einer oder mehrerer Komponenten 8 des technischen Systems 12, beispielsweise Steuereinheiten für die oben genannten Komponenten 8 als Energieversorger 6A bzw. als Energieverbraucher 6B in dem Energieversorgungsnetz. Zur Handhabung und Kommunikation des Prognoseverlaufs 6 in der Steuereinrichtung 10 wird dieser mittels äquidistanter Zeitabstände At diskretisiert zu einem approximierten Prognoseverlauf 11; dies ist symbolisch in der Diskretisierungseinheit 5 der Steuereinrichtung 10 dargestellt.

Der bereitgestellte Prognoseverlauf 6 in Form eines Verlaufs von Werten W für Zeitpunkte t in einem zukünftigen Zeitraum von einer Empfangseinheit 1 bereitgestellt ist, und die Komponente auf Grundlage eines approximierten Prognoseverlaufs 11 steuerbar ist. Mit einer Diskretisierungseinheit 5 wird für den Prognoseverlauf eine Anzahl von Stützstellen ausgewählt, um den Prognoseverlauf zu approximieren, und den mittels der Diskretisierung approximierten Prognoseverlauf 11 mit den Stützstellen anzugeben.

Beispielsweise ist der Prognoseverlauf ein Verlauf von Werten für einen Stromverbrauch oder einer Emission als Funktion der Zeit, und die Komponente ist eine Energie produzierende oder verbrauchende Komponente oder eine Emission erzeugende Komponente. Auch eine Wetteränderung kann die Energie produzierende oder verbrauchende Komponente beeinflussen und steht somit in Bezug zu der Komponente.

Die Steuereinrichtung 10 steuert das Energieversorgungssystem 12 beispielsweise bezüglich einer Zielgröße, die vorliegend in FIG. 1B als volle Linie in Form einer eingespeisten Leistung des Energieversorgers 16A in das Energieversorgungsnetz 12 gezeigt ist und in Form einer entnommenen Leistung des Energieverbrauchers 16B aus dem Energieversorgungsnetz 12 gezeigt ist; die eingespeiste Leistung des Energieversorgers 16A und entnommene Leistung des Energieverbrauchers 16B wird gesteuert von der Steuereinrichtung 10 unter Berücksichtigung des Prognoseverlaufs 6. Der Prognoseverlauf 6 wird gemäß dem Stand der Technik, wie anhand von FIG. 1 A erläutert, der Diskretisierungseinheit 5 von der Empfangseinheit 1 bereitgestellt. Vorliegend wird der Prognoseverlauf 6 in Form eines Verlaufs von Werten W für die Leistungsabgabe und Leistungseinspeisung zum technischen System 12 in Form des Energieversorgungssystems für Zeitpunkte t in einem zukünftigen Zeitraum bereitgestellt.

Die Diskretisierungseinheit 5 bestimmt üblicherweise für den Prognoseverlauf 6 eine Anzahl von Stützstellen (W, t) um den Prognoseverlauf 6 zu approximieren, nämlich in dem der Prognoseverlauf 6 mittels äquidistanter Zeitabstände At diskretisiert wird zu einem approximierten Prognoseverlauf 11. Die Diskretisierungseinheit 5 erhält für das Approximieren des Prognoseverlaufs Zeitschritte At, die fest und äquidistant gewählt sind, und gibt den approximierten Prognoseverlauf 11 mit Stützstellen (W, t) an, die bei diesen fest und äquidistanten Zeitschritten At für die Zeitpunkte t der Stützstellen (W, t) gewählt sind. Der Energieversorger 6A und der Energieverbraucher 6B sind so von der Steuereinheit 10 auf Grundlage des approximierten Prognoseverlaufs 11 steuerbar, wobei dieser approximierte Prognoseverlauf 11, insbesondere wobei der approximierte Prognoseverlauf 11 zu den Steuereinheiten jeweils der Komponenten 8 des technischen Systems 12 übertragen werden kann.

FIG. 1B zeigt für ein Beispiel eines approximierten Prognoseverlaufs 11 gemäß dem Stand der Technik einen beispielhaften Zeitverlauf 20 von Werten W für die genannte Leistungsabgabe zu einem Energieverbraucher 16B und für die Leistungseinspeisung eines Energieversorgers 16A. Die Ausführungsform der FIG. 1B zeigt insofern als Beispiel einen Prognoseverlauf einer Leistung L eines Energieversorgers 16A und einen Prognoseverlauf einer Leistung L eines Energieverbrauchers 16B als Funktion der Zeit t.

In einer anderen hier nicht gezeigten Ausführungsform kann der Prognoseverlauf beispielsweise eine Emissionsvorgabe als Funktion der Zeit zeigen.

Eine Approximation eines Zeitverlaufs 20 einer Prognose erfolgt hier dadurch, dass ein Prognosehorizont 22 in vorgenannten fest und äquidistant gewählten Zeitschritten At aufgeteilt wird. Die Diskretisierungseinheit 5, die bereits in FIG. 1 A beschrieben wurde, kann diese Approximation des Prognoseverlaufs 6 zu einem approximierte Prognoseverlauf 11 im Rahmen der oben erläuterten Diskretisierung durchführen.

Im Rahmen der Anlage 15 kann so mit der Steuereinrichtung 10 zur Steuerung des technischen Systems 12 —wie anhand FIG. 1A beschrieben— unter Berücksichtigung des Prognoseverlaufs 6 der Leistung L des Energieversorgers 6A und des Prognoseverlaufs 6 der Leistung L des Energieverbrauchers 6B eine Leistungsabgabe an den Energieverbraucher 16B und eine Leistungseinspeisung des Energieversorgers 16A gesteuert werden. Die Leistung ist in Form eines Verlaufs von Werten für die Leistung L in einem Energieversorgungssystem für acht Zeitpunkte tl, ... ,t8 innerhalb des Prognosehorizonts 22 bereitgestellt. FIG. 2A zeigt demgegenüber gemäß dem Konzept der Erfindung im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform Jedoch ebenfalls beispielhaft, eine Anlage 150 mit einer Steuereinrichtung 100 zur Steuerung eines technischen Systems 112. Die Anlage 150 in FIG. 2A weist wiederum eine Empfangseinheit 101 und eine Anzahl von nicht im Detail gezeigten Steuereinheiten auf, die analog zu den bereits in FIG. 1 A beschriebenen, verwendet werden. D.h. auch hier dient die Steuereinrichtung 100 zur Steuerung des technischen Systems 112 und umfasst eine Empfangseinheit 101 u.a. für den Prognoseverlauf 106, und eine Anzahl von nicht im einzelnen gezeigten Steuereinheiten einer oder mehrerer Komponenten 108 des technischen Systems 112; beispielsweise die oben genannten Komponenten 108 als Energieversorger 106Abzw. als Energieverbraucher 106B an dem Energieversorgungsnetz. Für Strukturelemente, die bereits aus FIG. 1 A bekannt sind, werden in der Darstellung der FIG. 2A der Einfachheit halber identische Bezugszeichen verwendet. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich auf die Erläuterung der Unterschiede gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik der FIG. 1 A.

Zur Handhabung und Kommunikation des Prognoseverlaufs 106 in der Steuereinrichtung 100 wird dieser Prognoseverlauf 106 jedoch in verbesserter Weise zu einem approximierten Prognoseverlauf 111 gewandelt, nämlich mittels des in FIG. 2A symbolisch dargestellten Optimierers 102 - dies ist symbolisch in dem Optimierer 102 der Steuereinrichtung 100 erkennbar und wird im Folgenden erläutert.

Die Anlage 150 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der FIG. 2A unterscheidet sich also von der Anlage 150 der FIG. 1A durch den vorgenannten Optimierer 102, welcher eine Analyseeinheit 104 und einen Approximierer 107 umfasst. Die Analyseeinheit 104 ist im Rahmen der Steuereinrichtung 100 ausgebildet, anhand des Prognoseverlaufs 106 gesetzte Stützstellen (Ws, ts) zu setzen. Vorliegend setzt die Analyseeinheit 104 eine Anzahl #S gesetzter Stützstellen (Ws, ts), die durch jeweils einen charakteristischen Wert Ws und einen Zeitpunkt ts bestimmt sind.

Hier sind eine Anzahl #S gesetzter Stützstellen (Ws, ts) mit #S=5 dargestellt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl #S der Stützstellen (Ws, ts) natürlich als eine jede beliebige Anzahl #S gewählt werden, abhängig vom vertretbaren Rechenaufwand. Die Anzahl der Stützstellen #S sollte jedoch so gewählt sein, dass ein Rechenaufwand im Rahmen der Steuereinrichtung 100 vertretbar gering bleibt; insbesondere wenn es sich im eine Echtzeit- Anwendung handelt. Die Analyseeinheit 104 der Steuereinrichtung 100 kann charakteristischen Werte Ws des Prognoseverlaufs 106 beispielsweise bei Minima, Maxima oder Wendepunkten des Prognoseverlaufs 106 wählen. Minima, Maxima und Wendepunkte können besonders leicht im Rahmen einer Kurvendiskussion des Prognoseverlaufs 106 bestimmt werden. Das heißt, dass gemäß dem Konzept der Erfindung vorteilhaft —wie in dieser Ausführungsform beispielhaft dargestellt— die graphische Form des bereitgestellten Prognoseverlaufs 106 —also der Verlauf der Prognose selbst— dazu dient die Stützstellen Ws, ts auszuwählen. In anderen Ausführungsbeispielen können auch andere zu bestimmende Punkte im Prognoseverlauf für charakteristische Werte Ws des Prognoseverlaufs 106 gewählt werden, wie Nullstellen oder Schnittstellen mit anderen Prognoseverläufen oder dergleichen. In jedem Fall wird aber gemäß dem Konzept der Erfindung —anders als im Stand der Technik, bei dem die Stützstellen mit dem gleichen zeitlichen Abstand ausgewählt werden, die Form des Prognoseverlaufs somit nicht berücksichtigt wird— die graphische Form des bereitgestellten Prognoseverlaufs 106 —also der Verlauf der Prognose selbst— Einfluss haben auf die Wahl der Stützstellen Ws, ts.

Als besonders signifikant für die Steuereinrichtung 100 eines technisches Systems 112 — vorliegend in Form eines Energieversorgungsnetzes mit Energieversorger 106A und Energieverbraucher 106B als Komponenten 108— erweisen sich ausgewählte Zeitpunkte ts, an denen sich der Prognoseverlauf 106 charakteristisch in seinem Verlauf entwickelt; dies korreliert zumeist mit signifikanten Ereignissen bei oder für eine Komponente 108 des technischen Systems 112.

So ist es für ein technisches Systems 112 -vorliegend in Form eines Energieversorgungsnetzes mit Energieversorger 106A und Energieverbraucher 106B— signifikant, wenn besonders viele Energieverbraucher 106B Leistung aus dem Netz ziehen - als ausgewählte Zeitpunkte ts können solche Zeitpunkte t gewählt werden, an denen der Prognoseverlauf 106 der Energieverbraucher 106B stark ansteigt. Es können auch viele Energieverbraucher 106B aufhören, Leistung aus dem Netz zu ziehen - ausgewählte Zeitpunkte ts des Prognoseverlaufs 106 können also solche sein, an denen der Energieverbraucher 106B stark abfällt. Besonders signifikant sind auch Zeitpunkte t, an denen Energieversorger 106A aufgrund von Netzausfällen weniger Leistung in das Energieversorgungsnetz einspeisen; als ausgewählte Zeitpunkte ts können dann solche gewählt werden, an denen der Prognoseverlauf 106 der Energieversorger 106A stark abfällt.

Generell sind für die Steuerung also nicht nur Ereignisse signifikant, die sich durch Änderungen im Prognoseverlauf in Form von Minima, Maxima und Wendepunkte oder Gradienten oder Steigungsänderungen erkennen lassen, sondern generell solche, die mit signifikanten Ereignissen bei oder für eine Komponente 108 des technischen Systems 112 korrelieren. Mit den charakteristischen Werten Ws an diesen insofern charakteristischen Zeitpunkten ts wird dann gemäß dem Konzept der Erfindung eine Stützstelle (Ws, ts) gesetzt, mittels der im Unterschied zu dem zuvor erläuterten approximierten Prognoseverlauf 111 ein stützstellenoptimierter Prognoseverlauf 111.1 bestimmt wird.

Der Approximierer 107 der besonders bevorzugten Ausführungsform ist gemäß dem Konzept der Erfindung somit ausgebildet, mit den gesetzten Stützstellen (Ws, ts) der Analyseeinheit 104 einen approximierten Prognoseverlauf 111 als einen stützstellenoptimierten Prognoseverlauf 111.1 anzugeben.

Der Approximierer 107 kann die Analyseeinheit 104 in regelmäßigen Zeitabständen — beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen im Bereich von 5 Sekunden oder dergleichen— zum Setzen der Stützstellen (Ws, ts) aufrufen. In anderen Ausführungsformen kann die Analyseeinheit 104 natürlich je nach vertretbarem Rechenaufwand auch in anderen kürzeren oder längeren Zeitabständen von beispielsweise 1, 2 oder 10 Sekunden zum Setzen der Stützstellen aufgerufen werden.

Mit einem Aufruf der Analyseeinheit 104 in regelmäßigen Zeitabständen können jedenfalls für den Fall, dass sich Änderungen beim Prognoseverlauf 106 innerhalb eines solchen Zeitabstandes ergeben —beispielsweise, wenn sich aufgrund einer geänderten Wettervorhersage der Prognoseverlauf 106 ändert— die Stützstellen (Ws, ts) mit einer aktualisierten Analyse angegeben werden. D.h. für einen sich ändernden Prognoseverlauf 106 können dynamisch aktualisierte gesetzte Stützstellen (Ws, ts) mit einer aktualisierten Analyse angegeben werden - die gesetzten Stützstellen (Ws, ts) sind insofern aktuell optimiert für den sich ändernden Prognoseverlauf 106 mit einem Aufruf der Analyseeinheit 104 in regelmäßigen Zeitabständen.

Ein mit den gesetzten Stützstellen (Ws, ts), vorzugsweise mittels einer aktualisierten Analyse, approximierter Prognoseverlauf 111 wird dann als der genannte stützstellenoptimierte Prognoseverlauf 111.1 einer oder mehreren Steuereinheiten der Steuereinrichtung 100 des technischen Systems 112 —vorliegend zum Steuern der Energieversorger 106A und Energieverbraucher 106B— übergeben. FIG. 2B zeigt wiederum bespielhaft und im Prinzip jeweils einen Zeitveriauf 200 einer Prognose von Werten W für die genannte Leistungsabgabe zu einem Energieverbraucher 116B und für die Leistungseinspeisung eines Energieversorgers 116A als Funktion der Zeit t. d.h. einen Prognoseverlauf 106 einer Leistung L eines Energieversorgers 106A und einen Prognoseverlauf 106 einer Leistung L eines Energieverbrauchers 106B als Funktion der Zeit t - diesmal entspricht dies einem erläuterten stützstellenoptimierten Prognoseverlauf 111.1 nach der bevorzugten Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung wie dies anhand von FIG. 2A erläutert ist.

Insbesondere ist —ersichtlich im Unterschied zur beschriebenen Approximation in FIG. 1B— in der Approximation der FIG. 2B eine Approximation des Prognoseverlaufs der Leistung L gezeigt, bei der die ausgewählten Zeitpunkte ts der gesetzten Stützstellen (Ws, ts) — vorliegend acht Zeitpunkte ts = tl .. t8‘— variable Zeitabstände Atl ... At8‘ haben.

Zudem wird — u.a. aufgrund von variablen und teilweise größeren Zeitabständen DΐE,...At8‘ — im Vergleich zu der beschriebenen Approximation in der Ausführungsform der FIG. 1B bei der Ausführungsform der FIG. 2B im Hinblick auf einen verlängerten Prognosehorizont 220 approximiert. Beispielsweise ist der Zeitabstand At8‘ -wie zwischen den charakteristischen Zeitpunkten t7‘ und t8‘ - hier größer als die Zeitabstände At in dem Beispiel aus dem Stand der Technik der Fig. 1 A. Insgesamt liegt der verlängerte Prognosehorizont 220 damit weiter in der Zukunft.

Wichtig ist jedoch, dass bei der Auswahl von Minima, Maxima und Schnittstellen als Werte Ws für die Stützstellen (Ws, ts) nicht garantiert ist, dass sich ein längerer Prädiktionshorizont ergibt. Wären beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1B die Zeitabstände At länger, würde sich ein längerer Prädiktionshorizont ergeben.

Eine Approximation des stützstellenoptimierten Prognoseverlaufs 111.1 in Hinblick auf den sozusagen verlängerten Prognosehorizont 220 ist jedoch nicht zwangsläufig.

Es können gleichwohl charakteristische Zeitpunkte ts engere Zeitabstände At‘ aufweisen —wie dies in der Ausführungsform der FIG. 2B beispielsweise zwischen den näher aneinander liegenden charakteristischen Zeitpunkten t3‘ und t4‘ der Fall ist—; diese charakteristischen Zeitpunkte ts in engeren variablen Zeitabstände At‘ erlauben eine genauere Approximation als die festen und äquidistant gewählten Zeitabstände At, die in FIG. 1B beschrieben sind. Im Unterschied zur beschriebenen Approximation in FIG. 1B liefert die Wahl der Minima, Maxima und Schnittpunkte als Stützstellen jedoch eine einfache Möglichkeit zur besseren Approximation des Prognoseverlaufes, d.h. der mittlere quadratische Fehler ist hier geringer als bei der Wahl von äquidistanten Stützstellen.

Das Paar charakteristischer Wert Wl,.. ,W8 und ausgewählter Zeitpunkt tl‘,.. ,t8‘ bestimmen die gesetzten Stützstellen (Ws, ts).

Die charakteristischen Werte Ws der gesetzten Stützstellen (Ws, ts) —vorliegend Wl,.. ,W8— sind durch eine Kurvendiskussion des Prognoseverlaufs der Leistung L ermittelbar. Vorliegend sind die charakteristischen Werte Ws ausgewählt aus der Gruppe: Minima PT, Maxima PH, und Schnittstellen A der Prognoseverläufe des Energieversorgers und des Energieverbrauchers. In anderen Ausführungsbeispielen können auch Wendepunkte und Nulldurchgänge des Prognoseverlaufs oder Schwellwerte S ausgewählt sein. Es können auch unabhängig von einer Kurvendiskussion generell solche Stützstellen (Ws, ts) ausgewählt werden, die mit signifikanten Ereignissen bei oder für eine Komponente des technischen Systems korrelieren; beispielsweise können diese willkürlich oder durch eine Signalisierung vorgegeben werden.

Eine Anlage 150 der Ausführungsform der FIG. 2A kann unter Berücksichtigung des Prognoseverlaufs der Leistung L des Energieversorgers 106A und des Prognoseverlaufs der Leistung L in einem Energieversorgungssystem als ein Beispiel eines technischen Systems 112 für charakteristische Zeitpunkte ts —vorliegend acht Zeitpunkte tl‘,...,t8‘ in dem verlängerten Prognosehorizont 220— mittels der erläuterten Steuereinrichtung 100 eine Leistungsabgabe an den Energieverbraucher 116B und eine Leistungseinspeisung des Energieversorgers 116A in verbesserter Weise steuern.

FIG. 3 zeigt schematisch wie eine lineare Interpolation 300 eines Prognoseverlaufs 106 in Form eines Verlaufs von Werten W als Funktion der Zeit t in vorteilhafter Weise genutzt werden kann im Rahmen der bevorzugten Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung. Bei der linearen Interpolation 300 ist vorgesehen, dass jeweils zwischen zwei gesetzten Stützstellen ((Wsl, tsl); (Ws2, ts2)) der Prognoseverlauf 106 linear interpoliert wird, d.h. mit einer Interpolationsgeraden zur linearen Interpolation 300. Die Bestimmung der charakteristischen Werte Wsi, Ws2 kann mit den dazu gehörigen charakteristischen Zeitpunkte tsi, ts2- derart erfolgen, dass die Abweichung zwischen der Kurve des Prognoseverlaufs 106 und der Approximation 114 minimiert wird; dies kann beispielsweise im Rahmen einer Methode der kleinsten Fehlerquadrate umgesetzt werden. Dabei wird zu der Kurve des Prognoseverlaufs 106 eine Menge an Interpolationsgeraden derart bestimmt, dass diese möglichst nahe an den Datenpunkten des Prognoseverlaufs 106 verläuft und somit die Kurve des Prognoseverlaufs 106 bestmöglich, d.h. unter Minimierung der Abstandsabweichungen, zusammenfasst

FIG. 4 zeigt ein Ablaufdiagram zur Erläuterungen eines Verfahrens 400 zum Betreiben einer Steuereinrichtung 100 zur Steuerung eines technischen Systems 112 mit einer Anzahl Komponenten 108 nach einer bevorzugten Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung. Das technische System 112 wird mit dem Verfahren 400 bezüglich einer Zielgröße unter Berücksichtigung eines Prognoseverlaufs 106 gesteuert. Die Komponente 108 ist auf Grundlage eines approximierten Prognoseverlaufs 111 steuerbar.

In einem ersten Schritt 402 wird der Prognoseverlauf 106 in Form eines Verlaufs von Werten W in einem zukünftigen Zeitraum von einer Empfangseinheit 101 empfangen.

In einem zweiten Schritt 404 wird eine Anzahl von Stützstellen W, t für den Prognoseverlauf 106 bestimmt, um den Prognoseverlauf 106 zu approximieren. Gemäß dem Konzept der Erfindung werden die Stützstellen (Ws, ts) anhand des Prognoseverlaufs 106 mit Hilfe eines Paares charakteristischer Werte Ws und Zeitpunkte ts gesetzt. D.h. eine Analyseeinheit 104 ist zunächst ausgebildet, anhand des Prognoseverlaufs 106 Stützstellen (Ws, ts) zu setzen.

Vorliegend ist vorgesehen, dass der approximierte Prognoseverlauf 111 in einem dritten Schritt 406 mit den Stützstellen (Ws, ts) angegeben wird als ein stützstellenoptimierter Prognoseverlauf 111.1. Ein Approximierer 107 ist dazu ausgebildet, mit den gesetzten Stützstellen (Ws, ts) den approximierten Prognoseverlauf 111 als einen stützstellenoptimierten Prognoseverlauf 111.1 anzugeben.

In einem vierten Schritt 408 wird die Komponente 108 auf Grundlage des approximierten Prognoseverlaufs 111 gesteuert. BEZUGSZEICHENLISTE

I Empfangseinheit (Stand der Technik)

5 Diskretisierungseinheit

6 Prognoseverlauf

6A Energieversorger als beispielsweiser Teil einer Komponente 8

6B Energieverbraucher als b ei spi eis weiser Teil einer Komponente 8

8 Komponente des technischen Systems

10 Steuereinrichtung (Stand der Technik)

I I approximierter Prognoseverlauf

12 technisches System

16A Leistungseinspeisung zu einem Energieversorger als Funktion der Zeit

16B Leistungsabgabe zu einem Energieverbraucher als Funktion der Zeit

20 Zeitverlauf der Prognose

22 Prognosehorizont

100 Steuereinrichtung (bevorzugte Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung)

101 Empfangseinheit

102 Optimierer

104 Analyseeinheit

106 Prognoseverlauf

106A Energieversorger als beispielsweiser Teil einer Komponente 108

106B Energieverbraucher als bei spi eis weiser Teil einer Komponente 108

107 Approximierer

108 Komponente des technischen Systems

III approximierter Prognoseverlauf, anhand des Prognoseverlaufs 106 approximiert

111.1 stützstellenoptimierter Prognoseverlauf

112 technisches System

114 Approximation

116A Leistungseinspeisung zu einem Energieversorger als Funktion der Zeit

116B Leistungsabgabe zu einem Energieverbraucher als Funktion der Zeit

150‘ Anlage (Stand der Technik)

150 Anlage (bevorzugte Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung)

200 Zeitverlauf der Prognose

220 verlängerter Prognosehorizont 300 lineare Interpolation

400 Verfahren

402 Empfangen

404 Bestimmen 406 Angeben

408 Steuern

A Schnittstelle

L Systemeigenschaft

PH Maxima

PT Minima ti...t8_, ti‘ ... te‘ Zeitpunkte W Wert

W, t Stützstellen

W_s charakteristischer Wert

(Ws, ts) gesetzte Stützstellen

At äquidistante Zeitabstände

Atl ... At8‘ variable Zeitabstände

#S Anzahl der Stützstellen S Schwellwert

Claims

ANSPRÜCHE

1. Steuereinrichtung (100) zur Steuerung eines technischen Systems (112) mit wenigstens einer steuerbaren Komponente (108) bezüglich einer Zielgröße unter Berücksichtigung eines Prognoseverlaufs (106), wobei

- der Prognoseverlauf (106) mit einer Anzahl von Werten (W) für Zeitpunkte (tl,.. ,t8, tl‘,.. t8‘) in einem zukünftigen Zeitraum von einer Empfangseinheit (101) bereitgestellt ist, und die Komponente (108) auf Grundlage eines approximierten Prognoseverlaufs (111) steuerbar ist, wobei

- Stützstellen (W, t) angegeben werden, um den Prognoseverlauf (106) zu approximieren, gekennzeichnet durch einen Optimierer (102), der eine Analyseeinheit (104) zur Analyse des Prognoseverlaufs und einen Approximierer (104) zur Angabe des approximierten Prognoseverlaufs (106) aufweist, wobei

- die Analyseeinheit (104) ausgebildet ist, die Stützstellen (Ws, ts) anhand der analysierten Werte (W) des Prognoseverlaufs (106) zu setzen, und

- der Approximierer (107) ausgebildet ist, mit den anhand der analysierten Werte (W) des Prognoseverlaufs (106) gesetzten Stützstellen (Ws, ts) den approximierten Prognoseverlauf (111) anzugeben.

2. Steuereinrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der approximierte Prognoseverlauf (111) als ein stützstellenoptimierter Prognoseverlauf (111.1) angegeben wird.

3. Steuereinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (104) ausgebildet ist anhand der analysierten Werte, charakteristische Werte (Ws) des Prognoseverlaufs (106) zu ermitteln und für die charakteristische Werte (Ws) des Prognoseverlaufs (106) Zeitpunkte (ts) auszuwählen, für welche die Stützstellen gesetzt werden.

4. Steuereinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Approximierer (107) ausgebildet ist, den stützstellenoptimierten Prognoseverlauf (111.1) mit einer Interpolation, insbesondere einer linearen Interpolation (300), anzugeben.

5. Steuereinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Approximierer (107) ausgebildet ist, den stützstellenoptimierten Prognoseverlauf (111.1) im Hinblick auf eine vorbestimmte Eigenschaft, insbesondere eine Genauigkeit, einen verlängerten Prognosehorizont (220) oder eine Systemeigenschaft (L), anzugeben.

6. Steuereinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (104) dazu ausgebildet ist, eine Anzahl (#S) der Stützstellen zu empfangen, insbesondere als Eingangssignal zu empfangen.

7. Steuereinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgewählte Zeitpunkte (ts) der gesetzten Stützstellen (Ws, ts) in ihren Zeitabständen (At‘) zueinander unterschiedlich beabstandet sind.

8. Steuereinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gesetzten Stützstellen (Ws, ts) abhängig vom bereitgestellten Prognoseverlauf (106) variabel sind, insbesondere mit einer Änderung im bereitgestellten Prognoseverlauf (106) variabel gesetzt werden.

9. Steuereinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (104) in regelmäßigen Zeitabständen zum Setzen der gesetzten Stützstellen (Ws, ts) aufrufbar ist, insbesondere der Approximierer (107) ausgebildet ist, die Analyseeinheit (104) in regelmäßigen Zeitabständen zum Setzen der gesetzten Stützstellen (Ws, ts) aufzurufen.

10. Steuereinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Werte (W_s) durch eine Kurvendiskussion ausgewählt sind aus der Gruppe von charakteristischen Wertepunkten des Prognoseverlaufs (106) bestehend aus: Minima (PT), Maxima (PH), Wendepunkte, Schnittstellen (A) und/oder Nulldurchgänge des Prognoseverlaufs (106).

11. Steuereinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristischen Werte (Ws) derart gewählt sind, dass eine Abweichung zwischen dem Prognoseverlauf (106) und dem approximierten Prognoseverlauf (111) in Form des stützstellenoptimierten Prognoseverlaufs (111.1) minimiert sind, insbesondere mittels einer Methode der kleinsten Fehlerquadrate ein Abstandsmaß minimiert ist, insbesondere ein Abstandsmaß zwischen dem Prognoseverlauf (106) und dem stützstellenoptimierten Prognoseverlaufs (111.1) mit einer linearen Interpolation des Prognoseverlaufs (106). 12. Steuereinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das technische System (112) ein Antriebs- oder Energieversorgungssystem ist, wobei eine Komponente (108) ein Motor oder ein Energieversorger (106A) oder ein Energieverbraucher (106B) ist.

13. Anlage (150) mit einer Steuereinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche und einem technischen System (112) zur Steuerung einer Komponente (108) des technischen Systems (112) bezüglich einer Zielgröße unter Berücksichtigung eines Prognoseverlaufs (106).

14. Verfahren (400) zum Steuern eines technischen Systems (112) bezüglich einer Zielgröße unter Berücksichtigung eines Prognoseverlaufs (106), aufweisend die Schritte:

- Empfangen (402) eines Prognoseverlaufs (106) mit einer Anzahl von Werten (W) in einem zukünftigen Zeitraum, - Bestimmen (404) von Stützstellen (W, t) für den Prognoseverlauf (106), um den

Prognoseverlauf (106) zu approximieren,

- Angeben (406) des approximierten Prognoseverlaufs (111) mit den Stützstellen (W, t),

- Steuern (408) der Komponente (108) auf Grundlage des approximierten Prognoseverlaufs

(111), dadurch gekennzeichnet, dass

- die Stützstellen (Ws, ts) anhand der analysierten Werte (W) des Prognoseverlaufs (106) gesetzt werden, und

- mit den anhand der analysierten Werte (W) des Prognoseverlaufs (106) gesetzten Stützstellen (Ws, ts) der approximierte Prognoseverlauf (111) angegeben wird.