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DE102019121990A1 - Method for modeling one or more energy conversion systems in an energy management system - Google Patents

Method for modeling one or more energy conversion systems in an energy management system Download PDF

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DE102019121990A1
DE102019121990A1 DE102019121990.6A DE102019121990A DE102019121990A1 DE 102019121990 A1 DE102019121990 A1 DE 102019121990A1 DE 102019121990 A DE102019121990 A DE 102019121990A DE 102019121990 A1 DE102019121990 A1 DE 102019121990A1
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DE
Germany
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energy
energy conversion
management system
parameters
power
Prior art date
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Pending
Application number
DE102019121990.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Jens Werner
Joachim Seifert
Peter Schegner
Paul Seidel
Tobias Heß
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Dieenergiekoppler De GmbH
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
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Publication date
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Priority to EP20761140.1A priority patent/EP4014295A1/en
Priority to PCT/DE2020/100709 priority patent/WO2021027994A1/en
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Pending legal-status Critical Current

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Der Erfindung, welche ein Verfahren zur Modellierung einer oder mehrerer Energiewandlungsanlagen (2) in einem Energiemanagementsystem (1), betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, womit eine verbesserte, effizientere und einfache Steuerung eines Energiemanagementsystems (1) ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein technologieunabhängiges abstraktes Modell (26) für jede Energiewandlungsanlage (2) mit ihren jeweiligen statischen Parametern (17) und ihren jeweiligen dynamischen Parametern (18) erzeugt wird, wobei dynamische Parameter (18) durch eine Verarbeitung (63) mittels mathematischer Algorithmen (33) sowie Optimierungen (34) auf Grundlage einer Bedarfsprognose (29) und Einschränkungen für den Anlagenbetrieb (32) gebildet werden und wobei statische Parameter (17) durch die Eingabe von technologieunabhängigen Anlagenparametern gebildet werden.The invention, which relates to a method for modeling one or more energy conversion systems (2) in an energy management system (1), is based on the object of specifying a solution with which an improved, more efficient and simple control of an energy management system (1) is made possible. This object is achieved in that a technology-independent abstract model (26) is generated for each energy conversion system (2) with its respective static parameters (17) and their respective dynamic parameters (18), with dynamic parameters (18) being processed by processing (63 ) by means of mathematical algorithms (33) and optimizations (34) based on a demand forecast (29) and restrictions for the system operation (32) and with static parameters (17) being formed by entering technology-independent system parameters.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modellierung einer oder mehrerer Energiewandlungsanlagen in einem Energiemanagementsystem, wobei in dem Energiemanagementsystem mindestens eine Energiewandlungsanlage und eine Steuerungs- und Regelungseinheit bereitgestellt wird.The invention relates to a method for modeling one or more energy conversion systems in an energy management system, at least one energy conversion system and a control and regulation unit being provided in the energy management system.

Die politisch gewollte und getriebene Energiewende führt zu einer Dezentralisierung der Energiebereitstellung in den Sektoren Strom, Wärme/Kälte und Mobilität. Die Sektoren werden zunehmend miteinander vernetzt bzw. gekoppelt. Dies erfolgt beispielsweise durch kleine, steuerbare Energiewandlungsanlagen, wie zum Beispiel Wärmepumpen, Blockheizkraftwerke oder Elektrofahrzeuge. Die Dezentralisierung führt dazu, dass große konventionelle Kraftwerke abgeschaltet werden können. Weiterhin besteht die Zielstellung einer Effizienzerhöhung bei der Energieerzeugung.The politically wanted and driven energy turnaround is leading to a decentralization of energy supply in the electricity, heating / cooling and mobility sectors. The sectors are increasingly being networked or coupled with one another. This is done, for example, through small, controllable energy conversion systems, such as heat pumps, combined heat and power plants or electric vehicles. The decentralization means that large conventional power plants can be switched off. There is also the objective of increasing the efficiency of energy generation.

Diese Entwicklungen führen dazu, dass zunehmend sogenannte Energiemanagementsysteme (EMS) installiert werden. Diese Energiemanagementsysteme können lokal an einem oder mehreren Energiewandlungsanlagen oder übergeordnet über einen Verbund von Energiewandlungsanlagen eingesetzt werden. Ein derartiges Energiemanagementsystem kann die nachfolgend aufgezählten Komponenten umfassen:

  • • ein oder mehrere Energiewandlungsanlagen, wie beispielsweise Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, Wärmepumpen, Brennstoffzellen, Heizstäbe, Elektrofahrzeug, Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlage), angeschlossen an ein oder mehrere Versorgungsnetze
  • • Bedarfe (Verbraucher) in einem oder mehreren Sektoren (Strom / Wärme / Kälte / Mobilität)
  • • Speichereinheiten, wie thermisch, chemisch oder elektrisch arbeitende Speicher
  • • Sensorik / Zähler zur Erfassung relevanter energetischer Schnittstellen oder Kenngrößen von Energiewandlungsanlagen und Speichern
  • • eine lokale Steuerungs- / Regelungseinheit, welche einzelnen oder einer Gruppe an Energiewandlungsanlagen zugeordnet ist / sind und deren Steuerung / Regelung übernehmen sowie Messdaten der Sensorik erfassen
These developments mean that so-called energy management systems (EMS) are increasingly being installed. These energy management systems can be used locally on one or more energy conversion systems or at a higher level via a network of energy conversion systems. Such an energy management system can include the components listed below:
  • • one or more energy conversion systems, such as combined heat and power systems, heat pumps, fuel cells, heating rods, electric vehicles, photovoltaic systems (PV systems), connected to one or more supply networks
  • • Requirements (consumers) in one or more sectors (electricity / heating / cooling / mobility)
  • • Storage units such as thermal, chemical or electrical storage units
  • • Sensors / meters for recording relevant energetic interfaces or parameters of energy conversion systems and storage
  • • a local control / regulation unit, which is / are assigned to individual or a group of energy conversion systems and take over their control / regulation as well as record measurement data from the sensors

Bei einem sogenannten lokalen Energiemanagementsystem ist einer oder mehreren Energiewandlungsanlagen eine Steuerungs- / Regelungseinheit zugeordnet, auf welcher die Teilfunktionalitäten des Energiemanagementsystem implementiert sind.In a so-called local energy management system, one or more energy conversion systems are assigned a control / regulation unit on which the partial functionalities of the energy management system are implemented.

Im Falle eines sogenannten übergeordneten Energiemanagementsystems wird das Energiemanagementsystem durch einen Bestandteil einer Energieleitstelle für die Steuerung der untergeordneten Einheiten ergänzt. Hierfür besitzt entweder die Steuerungs- / Regelungseinheit zusätzlich die Funktionalität eines Gateways oder die Kommunikation erfolgt über ein separates Gateway.In the case of a so-called superordinate energy management system, the energy management system is supplemented by a component of an energy control center for controlling the subordinate units. For this purpose, either the control / regulation unit also has the functionality of a gateway or communication takes place via a separate gateway.

Aus dem Stand der Technik sind derartige Energiemanagementsystem in verschiedenen Anwendungsfällen bekannt.Such energy management systems are known in various applications from the prior art.

Beispiel 1: Virtuelle Kraftwerke zur Vermarktung der durch erneuerbare Energien eingespeisten Energie an der StrombörseExample 1: Virtual power plants for marketing the energy fed in from renewable energies on the electricity exchange

Beispiel 2: Steuerung eines Batteriespeichers in einem System aus PV-Anlage, Batteriespeicher und elektrischen Verbrauchern zur Erhöhung des Anteils der durch die PV-Anlage produzierten Energie am im System verbrauchter Energie (Eigenbedarfsdeckung)Example 2: Control of a battery storage system in a system consisting of a PV system, battery storage and electrical consumers to increase the proportion of the energy produced by the PV system in relation to the energy consumed in the system (coverage of internal requirements)

Beispiel 3: Anbindung und Pooling (Gruppierung) von Blockheizkraftwerken (Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen) zur Gewährleistung der notwendigen Mindestleistung für die Bereitstellung von Regelleistung als Systemdienstleistung im Rahmen eines Virtuellen KraftwerksExample 3: Connection and pooling (grouping) of combined heat and power plants (combined heat and power plants) to guarantee the necessary minimum power for the provision of control power as a system service within the framework of a virtual power plant

Als Stand der Technik werden die nachfolgend benannten Dokumente angegeben:

  • DE 10 2009 044 161 A1
  • DE 10 2005 056 084 A1
  • • US 2009 / 0088907 A1
  • • Hess, T.; Werner, J.; Schegner, P.: Konzepte für ein sektorenübergreifendes Energiemanagement, ETG Kongress 2019
  • • Seifert, J.; Werner, J.; Seidel, P.; u. a.: RVK II - Praxiserprobung des Regionalen Virtuellen Kraftwerks auf Basis der Mikro-KWK-Technologie, ISBN 978-3-8007-4630-9
  • • BTC AG: Broschüre BTC Virtual Power Plant - Verbraucher und Erzeuger bündeln und vermarkten, https://www.btc-ag.com/Angebote/BTC-VPP-Virtual-Power-Plant (Abrufdatum 03.07.2019)
The documents named below are specified as the state of the art:
  • DE 10 2009 044 161 A1
  • DE 10 2005 056 084 A1
  • • US 2009/0088907 A1
  • • Hess, T .; Werner, J .; Schegner, P .: Concepts for cross-sectoral energy management, ETG Congress 2019
  • • Seifert, J .; Werner, J .; Seidel, P .; including: RVK II - practical testing of the regional virtual power plant based on micro-CHP technology, ISBN 978-3-8007-4630-9
  • • BTC AG: Brochure BTC Virtual Power Plant - Consumers and producers bundling and marketing, https://www.btc-ag.com/Angebote/BTC-VPP-Virtual-Power-Plant (retrieved on 03.07.2019)

Nachteilig an derartigen bekannten Systemen ist es, dass Optimierungen beispielsweise in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit nur begrenzt erfolgen. Außerdem werden Restriktionen für den Betrieb einer Energiewandlungsanlagen, wie beispielsweise Bedarfe, nur unzureichend in einer Einsatzplanung berücksichtigt.A disadvantage of such known systems is that optimizations, for example with regard to economic efficiency, are only made to a limited extent. In addition, restrictions for the operation of an energy conversion system, such as requirements, are only insufficiently taken into account in deployment planning.

Nach dem Stand der Technik müssen Anlagenmodelle für einzelne Energiewandlungsanlagen generiert werden und in die Einsatzplanung und Regelung eingebunden werden. Außerdem ist die Funktion des Energiemanagementsystems nicht unabhängig von der Technologie der Energiewandlungsanlagen. Somit ist die nutzbare Flexibilität zur Steuerung einer Energiewandlungsanlage nur unzureichend.According to the state of the art, system models for individual energy conversion systems have to be generated and integrated into the operational planning and control. In addition, the function of the energy management system is not independent of the technology of the energy conversion systems. The flexibility that can be used to control an energy conversion system is therefore insufficient.

Somit besteht ein Bedarf an einer Lösung, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet und ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Energiemanagementsystems angibt.Thus, there is a need for a solution which overcomes the disadvantages of the prior art and provides an improved method for controlling an energy management system.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Verfahren zur Modellierung einer oder mehreren Energiewandlungsanlagen in einem Energiemanagementsystem (EMS) anzugeben, welches eine verbesserte, effizientere und einfache Steuerung einer oder mehrerer Energiewandlungsanlagen in einem Energiemanagementsystem ermöglicht.The object of the invention now consists in specifying a method for modeling one or more energy conversion systems in an energy management system (EMS), which enables an improved, more efficient and simple control of one or more energy conversion systems in an energy management system.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by a method with the features according to claim 1 of the independent claims. Further developments are given in the dependent claims.

Das Verfahren zur Steuerung eines Energiemanagementsystems sieht in einem derartigen System mindestens eine Energiewandlungsanlage und eine Steuerungs- und Regelungseinheit vor.The method for controlling an energy management system provides at least one energy conversion system and one control and regulation unit in such a system.

Weiterhin vorgesehen ist es, dass in einem vorgelagerten Verfahrensschritt ein abstraktes Modell für jede Energiewandlungsanlage erzeugt wird, in welchem die Energiewandlungsanlage mit ihren jeweiligen statischen Parametern und ihren jeweiligen dynamischen Parametern abgebildet wird.It is also provided that in a preceding process step an abstract model is generated for each energy conversion system, in which the energy conversion system is mapped with its respective static parameters and its respective dynamic parameters.

Mittels Sensoren werden Messdaten innerhalb des Energiemanagementsystems erfasst und an die Steuerungs- und Regelungseinheit übertragen. Auf der Grundlage dieser Messdaten wird eine Prognose eines zu erwartenden Energiebedarfs erstellt.Using sensors, measurement data are recorded within the energy management system and transmitted to the control and regulation unit. On the basis of this measurement data, a prognosis of an expected energy demand is made.

Dieser Energiebedarf wird in Verbindung mit dem Speicherpotential (z.B. Kapazität eines elektrischen, thermischen, chemischen Speichers) in seinem zeitlichen Verlauf in einem sogenannten Energieband abgebildet, welches eine untere energetische Grenzkurve und eine obere energetische Grenzkurve aufweist. Innerhalb dieser energetischen Grenzkurven erfolgt die Steuerung der Energiewandlungsanlage.This energy requirement is mapped in connection with the storage potential (e.g. capacity of an electrical, thermal, chemical storage) in its time course in a so-called energy band, which has a lower energetic limit curve and an upper energetic limit curve. The energy conversion system is controlled within these energetic limit curves.

Vorgesehen ist es auch, dass die abstrakten Modelle mehrerer Energiewandlungsanlagen in einem abstrakten Modell mehrerer Energiewandlungsanlagen mittels einer Aggregation zusammengefasst werden und dass die untere energetische Grenzkurve und die obere energetische Grenzkurve auf der Grundlage des abstrakten Modells mehrerer Energiewandlungsanlagen bestimmt werden.It is also intended that the abstract models of several energy conversion systems are combined in an abstract model of several energy conversion systems by means of an aggregation and that the lower energetic limit curve and the upper energetic limit curve are determined on the basis of the abstract model of several energy conversion systems.

Ebenfalls vorgesehen ist es, dass das abstrakte Modell unter Beachtung gemeinsamer Energiebedarfe erzeugt wird. Derartige gemeinsame Energiebedarfe liegen dann vor, wenn zwei oder mehr Energiewandlungsanlagen gemeinsam den Bedarf eines Verbrauchers decken. Deckt beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage und eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage den Bedarf eines elektrischen Verbrauchers gemeinsam ab, besteht die Möglichkeit, dass die Photovoltaik-Anlage tagsüber einen größeren oder den gesamten Bedarf abdecken kann, während die Photovoltaik-Anlage in der Nacht nicht an der Deckung des Bedarfs des Verbrauchers beteiligt ist.It is also envisaged that the abstract model is generated while taking common energy requirements into account. Such common energy needs exist when two or more energy conversion systems jointly cover the needs of a consumer. For example, if a photovoltaic system and a combined heat and power system cover the needs of an electrical consumer together, there is the possibility that the photovoltaic system can cover a greater or all of the demand during the day, while the photovoltaic system does not switch on at night is involved in meeting the needs of the consumer.

Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigen:

  • 1: ein beispielhaftes Energiemanagementsystem mit verschiedenen Komponenten,
  • 2: ein abstraktes und aggregiertes Modell mit weiteren funktionalen Zusammenhängen in einer Prinzipdarstellung,
  • 3: ein abstraktes Anlagenmodell einer Energiewandlungsanlage,
  • 4: eine Darstellung prinzipieller verfahrenstechnischer Zusammenhänge bei einer Aggregation,
  • 5: ein beispielhaftes Energiemanagementsystem am Beispiel eines Hauses mit verschiedenen Komponenten,
  • 6: eine Prinzipdarstellung einer Energiewandlungsanlage Elektrofahrzeug,
  • 7: eine Prinzipdarstellung einer Energiewandlungsanlage Batteriespeicher,
  • 8: eine Darstellung von Leistungsprognosen einer Energiewandlungsanlage Elektrofahrzeug,
  • 9: eine Darstellung von Lade- und Entladevorgängen eines Elektrofahrzeugs,
  • 10: eine Darstellung eines prognostizierten Mobilitäts-Bedarfs eines Elektrofahrzeugs,
  • 11: eine Darstellung einer prognostizierten Ladeleistung eines Elektrofahrzeugs,
  • 12: eine Darstellung von verfahrensgemäß erzeugten energetischen Grenzkurven,
  • 13: eine Darstellung von verfahrensgemäß erzeugten energetischen Grenzkurven in einer Zusammenschau mit möglichen Ladebereichen eines Elektrofahrzeuges,
  • 14: eine Darstellung von verfahrensgemäß erzeugten und optimierten energetischen Grenzkurven,
  • 15: eine Darstellung des Resultats der Optimierung der energetischen Grenzkurven,
  • 16: eine Darstellung von energetischen Grenzkurven für einen Batteriespeicher,
  • 17: eine Darstellung von Leistungsgrenzkurven einer prognostizierten Leistung für einen Batteriespeicher,
  • 18: eine Darstellung von energetischen Grenzkurven zweier Energiewandlungsanlagen mit resultierenden aggregierten energetischen Grenzkurven,
  • 19: eine weitere Darstellung von energetischen Grenzkurven zweier Energiewandlungsanlagen mit resultierenden aggregierten energetischen Grenzkurven,
  • 20: eine Darstellung einer Bedarfs- und Erzeugungsprognose mit aggregierten Leistungsgrenzkurven und
  • 21: eine Darstellung von verfahrensgemäß angepasster aggregierter Leistungsgrenzkurven.
The previously explained features and advantages of this invention can be better understood and assessed after careful study of the following detailed description of the preferred, non-limiting example embodiments of the invention with the accompanying drawings, which show:
  • 1 : an exemplary energy management system with various components,
  • 2 : an abstract and aggregated model with further functional relationships in a schematic diagram,
  • 3 : an abstract system model of an energy conversion system,
  • 4th : a representation of basic procedural relationships in an aggregation,
  • 5 : an exemplary energy management system using the example of a house with various components,
  • 6th : a schematic diagram of an energy conversion system for an electric vehicle,
  • 7th : a schematic diagram of an energy conversion system battery storage,
  • 8th : a representation of performance forecasts of an energy conversion system electric vehicle,
  • 9 : a representation of charging and discharging processes of an electric vehicle,
  • 10 : a representation of a forecast mobility demand of an electric vehicle,
  • 11 : a representation of a predicted charging power of an electric vehicle,
  • 12 : a representation of process-generated energetic limit curves,
  • 13 : a representation of energetic limit curves generated according to the method in a synopsis with possible charging areas of an electric vehicle,
  • 14th : a representation of process generated and optimized energetic limit curves,
  • 15th : a representation of the result of the optimization of the energetic limit curves,
  • 16 : a representation of energetic limit curves for a battery storage,
  • 17th : a representation of power limit curves of a predicted power for a battery storage,
  • 18th : a representation of energetic limit curves of two energy conversion plants with resulting aggregated energetic limit curves,
  • 19th : Another representation of energetic limit curves of two energy conversion plants with the resulting aggregated energetic limit curves,
  • 20th : a representation of a demand and generation forecast with aggregated power limit curves and
  • 21st : a representation of process-adapted aggregated power limit curves.

In der 1 ist ein beispielhaftes Energiemanagementsystem 1 mit verschiedenen Komponenten dargestellt.In the 1 is an exemplary energy management system 1 shown with different components.

Das Energiemanagementsystem 1 umfasst eine oder mehrere Energiewandlungsanlagen 2. Derartige Energiewandlungsanlagen 2 können beispielsweise eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, eine Wärmepumpe, eine Brennstoffzelle, ein Heizstab, ein Elektrofahrzeug oder ein Photovoltaik-Anlage sein. Hierbei ist es vorgesehen, dass die Energiewandlungsanlagen 2, welche Energie erzeugen oder verbrauchen können, an ein Versorgungsnetz 3 oder an mehrere Versorgungsnetze 3 angeschlossen sein können.The energy management system 1 includes one or more energy conversion systems 2 . Such energy conversion systems 2 can be, for example, a combined heat and power plant, a heat pump, a fuel cell, a heating element, an electric vehicle or a photovoltaic system. It is provided that the energy conversion systems 2 which can generate or consume energy to a supply network 3 or to several supply networks 3 can be connected.

Weiterhin gibt es Energiebedarfe 4 bzw. kurz Bedarfe 4, welche in den Sektoren Stromversorgung, Wärmeversorgung, Kälteversorgung oder Mobilität auftreten können.There are also energy requirements 4th or briefly needs 4th which can occur in the power supply, heating, cooling or mobility sectors.

Vorgesehen sind auch sogenannte Speichereinheiten 5 bzw. Energiespeicher 5, welche beispielsweise als thermische, chemische oder elektrische Speichereinheiten 5 ausgelegt sein können.So-called storage units are also provided 5 or energy storage 5 which, for example, as thermal, chemical or electrical storage units 5 can be designed.

Das Energiemanagementsystem 1 umfasst weiterhin Sensoren 6 bzw. Zähler, welche an verschiedenen relevanten energetischer Schnittstellen Parameter bzw. Kenngrößen von Energiewandlungsanlagen 2, Versorgungsnetzen 3, Bedarfe 4 und/oder Energiespeichern 5 erfassen.The energy management system 1 furthermore includes sensors 6th or meters, which at various relevant energy interfaces parameters or parameters of energy conversion systems 2 , Utility networks 3 , Needs 4th and / or energy storage 5 capture.

Weiterhin ist eine lokale Steuerungs- und Regelungseinheit 7 vorgesehen, welche einzelnen oder einer Gruppe an Energiewandlungsanlagen 2 zugeordnet ist und deren Steuerung bzw. Regelung übernimmt. Eine derartige Steuerung bzw. Regelung erfolgt beispielsweise mittels entsprechender durch die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 erzeugter Steuerbefehle 8, welche im Beispiel der 1 an eine Energiewandlungsanlagen 2 übertragen werden. Außerdem werden von der Steuerungs- und Regelungseinheit 7 Messdaten 9 von den Sensoren 6 bzw. Zählern 6 empfangen und verarbeitet.There is also a local control and regulation unit 7th provided which individual or a group of energy conversion systems 2 is assigned and takes control or regulation. A Such control or regulation takes place, for example, by means of a corresponding control and regulation unit 7th generated control commands 8th , which in the example of the 1 to an energy conversion system 2 be transmitted. In addition, the control and regulation unit 7th Measurement data 9 from the sensors 6th or counters 6th received and processed.

Diese beschriebenen Bestandteile werden von einem sogenannten lokalen Energiemanagementsystem 1a umfasst.These components are described by what is known as a local energy management system 1a includes.

Im Falle eines übergeordneten Energiemanagementsystem 1b wird das Energiemanagementsystem 1 durch einen Bestandteil der Energieleitstelle 10 ergänzt, wie es im oberen Teil der 1 dargestellt ist.In the case of a higher-level energy management system 1b becomes the energy management system 1 through part of the energy control center 10 complements as it is in the upper part of the 1 is shown.

Für eine derartige Ergänzung bzw. Erweiterung eines lokalen Energiemanagementsystems 1a mit einem übergeordneten Energiemanagementsystem 1b ist das übergeordnete Energiemanagementsystem 1b mit einer Schnittstelle 11 ausgestattet. Über diese Schnittstelle 11 kann das übergeordnete Energiemanagementsystem 1b direkt oder über ein Gateway 12, welches auch als eine Verbindungseinheit bezeichnet werden kann, mit dem lokalen Energiemanagementsystem 1a zu einem beide Bestandteile beinhaltenden Energiemanagementsystem 1 gekoppelt werden. Als ein derartiges Gateway 12 bzw. eine Verbindungseinheit wird üblicherweise eine Komponente angesehen, welche eine Verbindung wie eine Datenverbindung zwischen zwei Systemen herstellt. Im Beispiel der 1 stellt das Gateway 12 eine Datenverbindung zwischen der Energieleitstelle 10 und der Steuerungs- und Regelungseinheit 7 her.For such a supplement or expansion of a local energy management system 1a with a higher-level energy management system 1b is the higher-level energy management system 1b with an interface 11 fitted. Via this interface 11 the higher-level energy management system can 1b directly or via a gateway 12 , which can also be referred to as a connection unit, with the local energy management system 1a to an energy management system containing both components 1 be coupled. As such a gateway 12 or a connection unit is usually viewed as a component that establishes a connection such as a data connection between two systems. In the example of 1 provides the gateway 12 a data link between the energy control center 10 and the control and regulation unit 7th here.

Die Energieflüsse 13 sind mittels jeweiliger Strich-Strich-Linien dargestellt.The energy flows 13 are shown by means of the respective dash-dash lines.

Vorgesehen sein kann es, dass beispielsweise der Steuerungs- und Regelungseinheit 7 Daten einer externen Prognose 14 übertragen werden. Derartige Daten einer externen Prognose 14 umfassen Informationen über beispielsweise die Temperatur oder Globalstrahlung am Standort des lokalen Energiemanagementsystems 1a über einen Prognosezeitraum von beispielsweise einem Tag in einer zeitlich aufgelösten Form von beispielsweise 15 min.It can be provided that, for example, the control and regulation unit 7th External forecast data 14th be transmitted. Such data from an external forecast 14th include information about, for example, the temperature or global radiation at the location of the local energy management system 1a over a forecast period of, for example, one day in a time-resolved form of, for example, 15 minutes.

Bei einem lokalen Energiemanagementsystem 1a ist einem oder mehreren Energiewandlungsanlagen 2 je eine Steuerungs- und Regelungseinheit 7 zugeordnet, auf welcher die benötigten Teilfunktionalitäten des Energiemanagementsystems 1a implementiert sind. Diese Steuerungs- und Regelungseinheit 7 weist mindestens eine Recheneinheit sowie Einheiten zur Speicherung von Daten auf. Derartige Daten können beispielsweise auch in einem Datenbanksystem gespeichert werden.With a local energy management system 1a is one or more energy conversion systems 2 one control and one regulation unit each 7th assigned on which the required sub-functionalities of the energy management system 1a are implemented. This control and regulation unit 7th has at least one processing unit and units for storing data. Such data can also be stored in a database system, for example.

Das lokalen Energiemanagementsystem 1a optimiert den Betrieb aller angeschlossenen Energiewandlungsanlagen 2 nach verschiedenen Gesichtspunkten, wie beispielsweise nach einer Wirtschaftlichkeit, einer Energieeffizienz oder anderen unter Beachtung des auftretenden Energiebedarfs 4. Ein derartiger Energiebedarf 4 ist entweder bekannt oder kann in einem derartigen System auf der Steuerungs- und Regelungseinheit 7 in geeigneter Weise prognostiziert werden.The local energy management system 1a optimizes the operation of all connected energy conversion systems 2 according to various aspects, such as economic viability, energy efficiency or others, taking into account the energy demand 4th . Such an energy requirement 4th is either known or can be used in such a system on the control and regulation unit 7th be forecast in an appropriate manner.

Derartige Bedarfsprognosen 29 können beispielsweise auf Basis der im Energiemanagementsystem 1 gewonnenen Messdaten 9 erfolgen, welche mittels verschiedener Sensoren 6 oder Zähler 6 erfasst werden. Weiterhin können für derartige Bedarfsprognosen 29 externe Prognosen 14 wie beispielsweise Wetterdaten genutzt werden, welche beispielsweise über das Internet 15 via Funknetz oder DSL-Anbindung oder eine Energieleitstelle 10 empfangen werden können.Such demand forecasts 29 can for example based on the energy management system 1 obtained measurement data 9 take place, which by means of various sensors 6th or counter 6th are recorded. Furthermore, for such demand forecasts 29 external forecasts 14th how, for example, weather data is used, which for example via the Internet 15th via radio network or DSL connection or an energy control center 10 can be received.

Für die Anbindung der Sensoren 6 oder Zähler 6 besitzt das Energiemanagementsystem 1 eine zugeordnete Steuerungs- und Regelungseinheit 7 mit entsprechenden Schnittstellen zur Anbindung der übertragenen Messdaten 9. Die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 ist weiterhin mit entsprechenden Schnittstellen zur Verbindung mit einer oder mehreren Energiewandlungsanlagen 2 ausgestattet. Im Falle eines übergeordneten Energiemanagementsystems 1b besitzt die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 zusätzlich eine Schnittstelle zu der übergeordneten Energieleitstelle 10. Für den Datenaustausch zwischen der Steuerungs- und Regelungseinheit 7 und dem übergeordneten Energiemanagementsystem 1b kann eine Verbindungseinheit 12 wie ein Gateway vorgesehen werden. Alternativ kann die Funktionalität der Verbindungseinheit 12 auch in die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 integriert werden.For connecting the sensors 6th or counter 6th owns the energy management system 1 an assigned control and regulation unit 7th with appropriate interfaces for connecting the transmitted measurement data 9 . The control and regulation unit 7th is also with appropriate interfaces for connection to one or more energy conversion systems 2 fitted. In the case of a higher-level energy management system 1b owns the control and regulation unit 7th in addition, an interface to the higher-level energy control center 10 . For data exchange between the control and regulation unit 7th and the higher-level energy management system 1b can be a connection unit 12 like a gateway. Alternatively, the functionality of the connection unit 12 also in the control and regulation unit 7th to get integrated.

Im Falle eines übergeordneten Energiemanagementsystems 1b koordiniert das übergeordnete Energiemanagementsystem 1b mehrere untergelagerte lokale Energiemanagementsysteme 1a, welche wiederum aus einer oder mehreren Energiewandlungsanlagen 2 und einer zugeordneten Steuerungs- und Regelungseinheit 7 bestehen können.In the case of a higher-level energy management system 1b coordinates the higher-level energy management system 1b several subordinate local energy management systems 1a which in turn from one or more energy conversion systems 2 and an associated control and regulation unit 7th can exist.

Die Koordination eines derartigen Energiemanagementsystems 1, umfassend ein lokales und ein übergeordnetes Energiemanagementsystem 1a, 1b erfolgt anhand verschiedener Zielgrößen, wie beispielsweise Wirtschaftlichkeit, Energieeffizienz, Spitzenlastkappung und anderen mehr. Die Funktion des Energiemanagementsystems 1 basiert auf den erfassten Messdaten 9, welche durch die Verbindungseinheit 12 (Gateway) oder die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 mit Verbindungseinheit-Funktionalität an das übergeordnete Energiemanagementsystem 1b weitergeleitet werden.The coordination of such an energy management system 1 , comprising a local and a higher-level energy management system 1a , 1b takes place on the basis of various target parameters, such as profitability, energy efficiency, peak load capping and more. The function of the energy management system 1 is based on the recorded measurement data 9 , which through the connection unit 12 (Gateway) or the control and regulation unit 7th with connection unit functionality to the higher-level energy management system 1b to get redirected.

Informationen zur Koordination der einzelnen Energiewandlungsanlagen 2 werden von der Energieleitstelle 10 des übergeordneten Energiemanagementsystems 1b an die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 übermittelt, welche diese an die untergeordneten Energiewandlungsanlagen 2 übergeben. Diese Informationen zur Koordination können im einfachsten Fall direkte Steuerbefehle wie Einschalten (AN) oder Ausschalten (AUS) der eine Sollleistungsvorgabe (Psoll) für die entsprechende Energiewandlungsanlage 2 sein.Information on the coordination of the individual energy conversion systems 2 are from the energy control center 10 of the higher-level energy management system 1b to the control and regulation unit 7th transmitted which these to the subordinate energy conversion systems 2 to hand over. In the simplest case, this information for coordination can be direct control commands such as switching on (ON) or switching off (OFF) the target output specification (P soll ) for the corresponding energy conversion system 2 be.

Für die Funktionsweise eines derartigen Energiemanagementsystems 1 ist mindestens ein das Energiemanagementsystem 1 abbildendes Modell hinterlegt. Mehrere Modelle mit verschiedenen Szenarien können ebenfalls hinterlegt werden.For the functioning of such an energy management system 1 is at least one the energy management system 1 depicted model deposited. Several models with different scenarios can also be stored.

Anhand eines derartigen Modells kann das Energiemanagementsystem 1 eine Einsatzplanung für die Energiewandlungsanlagen 2 vornehmen. Alternativ kann eine Betriebsüberwachung des Energiemanagementsystems 1 mittels der Steuerungs- und Regelungseinheiten 7 im Echtzeitbetrieb vorgenommen werden.Using such a model, the energy management system 1 an application planning for the energy conversion systems 2 make. Alternatively, operational monitoring of the energy management system 1 by means of the control and regulation units 7th can be carried out in real time.

Derartige Modelle müssen daher sämtliche relevanten Eigenschaften der Energiewandlungsanlagen 2 enthalten.Such models must therefore have all the relevant properties of the energy conversion systems 2 contain.

Hierzu gehören Daten, wie zum Beispiel die Erzeugungsleistungen oder Verbrauchsleistungen jeder Energiewandlungsanlage 2 an allen energetischen Schnittstellen der jeweiligen Anlage oder beispielsweise Anlauf- und Abschaltzeitkonstanten einer Energiewandlungsanlage 2 oder Leistungsrauschen.This includes data such as the generation performance or consumption performance of each energy conversion system 2 at all energetic interfaces of the respective system or, for example, start-up and shutdown time constants of an energy conversion system 2 or performance noise.

Zusätzlich müssen innerhalb des Energiemanagementsystems 1 relevante Parameter zum energetischen Verschiebepotential, zu den Bedarfsprognosen 29 sowie zum aktuellen Systemzustand vorrätig sein. Das energetische Verschiebepotential sagt aus, wie lange eine Energiewandlungsanlage 2 ausgeschaltet werden kann, ohne Restriktionen wie beispielsweise einen Wärmebedarf zu verletzen bzw. wie lange eine Energiewandlungsanlage 2 angeschaltet bleiben kann, bis der Speicher bzw. Energiespeicher 5 maximal gefüllt ist.In addition, within the energy management system 1 relevant parameters for the energetic shift potential, for the demand forecasts 29 as well as the current system status. The energetic shift potential indicates how long an energy conversion system will last 2 can be switched off without violating restrictions such as heat demand or how long an energy conversion system will last 2 can remain switched on until the memory or energy storage 5 is filled to the maximum.

Die Teilfunktionalitäten des Energiemanagementsystems 1, welche meist anwendungsfallspezifisch entwickelt werden, kombinieren in der Regel ein statisches Modell mit unveränderlichen Informationen bzw. Parametern über mindestens eine zu steuernde Energiewandlungsanlage 2 mit den zusätzlich notwendigen Informationen, wie beispielsweise Prognosen auf Basis externer Prognosen 14 oder aktueller technischer und/oder energetischer Systemzustand der Energiewandlungsanlage 2. Somit kann eine Einsatzplanung, also eine Prognose des zukünftigen, gewollten Betriebs der steuerbaren Energiewandlungsanlagen 2 vorgenommen werden.The partial functionalities of the energy management system 1 , which are usually developed for a specific application, usually combine a static model with unchangeable information or parameters about at least one energy conversion system to be controlled 2 with the additional information required, such as forecasts based on external forecasts 14th or current technical and / or energetic system status of the energy conversion system 2 . This enables deployment planning, i.e. a forecast of the future, desired operation of the controllable energy conversion systems 2 be made.

Die Teilfunktionalitäten, die ein Energiemanagementsystem 1 aufweisen muss, lassen sich gliedern in die Einsatzplanung, Steuerung/Regelung und Betriebsüberwachung. Für die Umsetzung einer Anwendung, zum Beispiel die Reduktion der Spitzenlast in einem elektrischen Versorgungsnetz 3, müssen die sich aus der Anwendung ergebenden logischen Verknüpfungen berücksichtigt werden und werden daher im Modell abgebildet. Eine logische Verknüpfung stellt dabei dar, wie zum Beispiel eine spezifische Energiewandlungsanlage 2, zum Beispiel ein Elektrofahrzeug 42, zur Reduktion der Spitzenlast in einem elektrischen Versorgungsnetz 3 beitragen kann, dabei die Verfügbarkeit des Elektrofahrzeugs 42 berücksichtigt wird und gleichzeitig gewährleistet wird, dass für den Bedarf 4 an Mobilität immer ausreichend Energie im Speicher des Elektrofahrzeugs 42 zur Verfügung steht.The partial functionalities that make up an energy management system 1 can be broken down into operational planning, control / regulation and operational monitoring. For the implementation of an application, for example the reduction of the peak load in an electrical supply network 3 , the logical links resulting from the application must be taken into account and are therefore mapped in the model. A logical connection is represented here, such as a specific energy conversion system 2 , for example an electric vehicle 42 to reduce the peak load in an electrical supply network 3 can contribute to the availability of the electric vehicle 42 is taken into account while ensuring that for the need 4th In terms of mobility, there is always enough energy in the storage of the electric vehicle 42 is available.

Für die Prognosen werden in der Regel Bedarfsprognosen 29 zu Energiebedarf 4 sowie Erzeugungsprognosen 39 zur Einspeisung von nicht steuerbaren Energiewandlungsanlagen 2 als Parameter für das Energiemanagementsystem 1 genutzt. Eine derartige nicht steuerbare Energiewandlungsanlage 2 ist beispielsweise eine Photovoltaik-Anlagen.Demand forecasts are usually used for the forecasts 29 to energy requirements 4th as well as generation forecasts 39 for feeding non-controllable energy conversion systems 2 as a parameter for the energy management system 1 used. Such a non-controllable energy conversion system 2 is for example a photovoltaic system.

Zusätzlich verwendet das Energiemanagementsystem 1 die Modelle, um den geplanten Betrieb für die Energiewandlungsanlagen 2 im Echtzeitbetrieb umzusetzen. Hierbei muss gesteuert bzw. geregelt und überwacht werden. Ausfälle und/oder Abweichungen müssen zeitnah erkannt und ausgeglichen werden.In addition, the energy management system uses 1 the models to the planned operation for the energy conversion systems 2 to be implemented in real-time operation. This must be controlled or regulated and monitored. Failures and / or deviations must be recognized promptly and compensated for.

Energiemanagementsysteme nach dem bekannten Stand der Technik basieren darauf, dass die Modelle der Energiewandlungsanlagen 2 als einzelne Modelle mit ihren statischen Parametern manuell konfiguriert werden. Jede Energiewandlungsanlage 2 wird dabei stets über ein eigenes hersteller- bzw. technologiespezifisches Modell beschrieben.Energy management systems according to the known state of the art are based on the models of the energy conversion systems 2 be configured manually as individual models with their static parameters. Any energy conversion system 2 is always described using its own manufacturer or technology-specific model.

Somit muss das Energiemanagementsystem mit seinen Teilfunktionalitäten Einsatzplanung, Steuerung/Regelung und Betriebsüberwachung spezifisch an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden, das heißt die verschiedenen hersteller- bzw. technologiespezifischen Modelle müssen in das Verfahren integriert werden. Gleichzeitig müssen verschiedene Ziele für den Betrieb oder Grenzen, die den Betrieb der Energiewandlungsanlagen 2 einschränken, gesondert im Energiemanagementsystem und in den Verfahren für die Einsatzplanung, Steuerung/ Regelung und Betriebsüberwachung berücksichtigt werden.The energy management system with its sub-functionalities of deployment planning, control / regulation and operational monitoring must therefore be specifically adapted to the respective application, i.e. the various manufacturer and technology-specific models must be integrated into the process. At the same time there must be different goals for the operation or limits that the operation of the energy conversion systems 2 be considered separately in the energy management system and in the procedures for deployment planning, control / regulation and operational monitoring.

Beispiele für Betriebsgrenzen von derartigen Anlagen sind z.B.:

  • • der Wärmebedarf, wenn zwei Energiewandlungsanlagen 2 an der Wärmebereitstellung beteiligt sind
  • • die Verfügbarkeit eines Elektrofahrzeugs 42 (E-Fahrzeug ist an Steckdose angeschlossen)
  • • der Speicherladezustand eines thermischen oder elektrischen Speichers 5
  • • maximale mögliche oder minimal notwendige Einspeisung in elektrische Versorgungsnetze 3
Examples of operating limits of such systems are, for example:
  • • the heat demand if there are two energy conversion systems 2 are involved in the provision of heat
  • • the availability of an electric vehicle 42 (E-vehicle is connected to the socket)
  • • the storage charge status of a thermal or electrical storage unit 5
  • • maximum possible or minimum necessary feed into electrical supply networks 3

Insbesondere bei einer Abbildung mehrerer Energiewandlungsanlagen 2, welche in einem logischen Zusammenhang stehen, wird die Umsetzung eines Energiemanagementsystems nach dem Stand der Technik schwierig.Especially when mapping several energy conversion systems 2 , which are logically related, the implementation of an energy management system according to the prior art becomes difficult.

In einem logischen Zusammenhang bzw. einer logischen Verknüpfung stehen beispielsweise zwei oder mehr Energiewandlungsanlagen 2, welche einen gemeinsam Energiebedarf 4 decken oder an einer Steuerungs- und Regelungseinheit 7 angeschlossen sind und in einem funktionalen Zusammenhang stehen. Ein derartiger funktionaler Zusammenhang besteht beispielsweise in einem System, bestehend aus zwei Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen 2, welche gemeinsam den thermischen Bedarf 4 in einem Gebäude decken.For example, two or more energy conversion systems are in a logical connection or a logical connection 2 which have a common energy requirement 4th cover or on a control and regulation unit 7th are connected and functionally related. Such a functional relationship exists, for example, in a system consisting of two combined heat and power plants 2 which jointly meet the thermal demand 4th cover in a building.

Durch die feste, logische Integration von hersteller- bzw. technologiespezifischen Modellen und Grenzen in die Verfahren für die Einsatzplanung, Steuerung/Regelung und Betriebsüberwachung wird die Entwicklung eines Energiemanagementsystems erschwert. Benötigt wird daher eine, dem Energiemanagementsystem vorgelagerte Abstraktionsebene, durch die verschiedene Energiewandlungsanlagen 2 und verschiedene Grenzen abgedeckt werden können und die die Anwendung im Energiemanagementsystem standardisieren und vereinheitlichen.The fixed, logical integration of manufacturer or technology-specific models and limits in the procedures for deployment planning, control / regulation and operational monitoring makes the development of an energy management system more difficult. What is needed is an abstraction level upstream of the energy management system through the various energy conversion systems 2 and different limits can be covered and which standardize and unify the application in the energy management system.

Die Erfindung basiert darauf, dass alle Informationen, die ein Energiemanagementsystem 1 für die einzelnen Teilfunktionalitäten benötigt, mit einem abstrakten und aggregierten Modell 16 abgebildet werden. In der 2 ist dieses Modell 16 mit weiteren funktionalen Zusammenhängen dargestellt.The invention is based on the fact that all information that an energy management system 1 required for the individual sub-functionalities, with an abstract and aggregated model 16 be mapped. In the 2 is this model 16 shown with further functional contexts.

Dem Modell 16 übergeordnet ist ein Energiemanagementsystem 1 mit seinen Teilfunktionalitäten wie einer Einsatzplanung bezüglich der verfügbaren Ressourcen Energiewandlungsanlagen 2, Energiespeicher 5 sowie der Energiebedarfe 4. Weitere Teilfunktionalitäten sind die Steuerung und/oder Regelung sowie die Betriebsüberwachung der zum Energiemanagementsystem 1 gehörenden Energiewandlungsanlagen 2.The model 16 An energy management system is superordinate 1 with its partial functionalities such as deployment planning with regard to the available resources of energy conversion systems 2 , Energy storage 5 as well as the energy requirements 4th . Further sub-functionalities are the control and / or regulation as well as the operational monitoring of the energy management system 1 associated energy conversion systems 2 .

Ein derartiges abstraktes, aggregiertes Modell 16 beschreibt dabei die Kombination von mehreren einzelnen abstrakten Modellen 26 je einer realen Energiewandlungsanlage 2. Es stellt somit ein Modell 16 eines Gesamtsystems in einem Energiemanagementsystem 1 dar und beinhaltet alle zugehörigen untergeordneten bzw. untergelagerten Anlagen bzw. Bestandteile wie Energiewandlungsanlagen 2. Durch Abstraktion sowohl einzelner Modelle aber auch des Gesamtsystems (mehrere Anlagen) können die Teilfunktionalitäten des Energiemanagementsystems 1 unabhängig vom eigentlichen Typ der Energiewandlungsanlage 2 beschrieben werden. Hierbei kann eine Energiewandlungsanlage 2 sowohl eine Brennstoffzelle als auch eine Wärmepumpe oder eine andere Anlage sein.Such an abstract, aggregated model 16 describes the combination of several individual abstract models 26th one real energy conversion system each 2 . It thus represents a model 16 of an overall system in an energy management system 1 and includes all associated subordinate or subordinate systems or components such as energy conversion systems 2 . By abstracting both individual models and the overall system (several systems), the partial functionalities of the energy management system 1 regardless of the actual type of energy conversion system 2 to be discribed. Here an energy conversion system 2 be both a fuel cell and a heat pump or other system.

Zusätzlich ist ein weiterer Vorteil dieser Abstraktion darin zu sehen, dass die Umsetzung eines Energiemanagementsystems 1 unabhängig von der Menge der Energiewandlungsanlagen 2 im Gesamtsystem ist, da es die Aggregation unterschiedlichster Anlagentypen erlaubt. Die einfache Abbildung mehrerer Energiewandlungsanlagen 2 mit ihren Speichern und/oder Bedarfen, welche in einem logischen Zusammenhang stehen, also einen gemeinsamen Bedarfe decken bzw. zu einer Steuerungs- und Regelungseinheit 7 zugeordnet sind und in einem funktionalen Zusammenhang stehen, wird somit möglich. Eine Umsetzung von Energiemanagementsystemen 1 wird derart deutlich vereinfacht.Another advantage of this abstraction can be seen in the fact that the implementation of an energy management system 1 regardless of the amount of energy conversion systems 2 is in the overall system, as it allows the aggregation of the most diverse types of systems. The simple illustration of several energy conversion systems 2 with their memories and / or requirements, which are logically related, i.e. cover a common requirement or to a control and regulation unit 7th are assigned and are functionally related, becomes possible. An implementation of energy management systems 1 is so much simplified.

Das abstrakte Modell 16 ist Bestandteil des Energiemanagementsystems 1, jedoch den einzelnen Teilfunktionalitäten vorgelagert. Es ist implementiert auf der Steuerungs- und Regelungseinheit 7 bei einem lokalen Energiemanagementsystem 1a oder bei einem übergeordneten Energiemanagementsystem 1b. Bei einem übergeordneten Energiemanagementsystem 1b ist die Implementierung auch in der Energieleitstelle 10 möglich.The abstract model 16 is part of the energy management system 1 , but upstream of the individual sub-functionalities. It is implemented on the control and regulation unit 7th with a local energy management system 1a or with a higher-level energy management system 1b . With a higher-level energy management system 1b is the implementation in the energy control center 10 possible.

Wie in der 2 gezeigt, besteht das abstrakte Modell 16 aus statischen Parametern 17 und dynamischen Parametern 18.Like in the 2 shown, the abstract model exists 16 from static parameters 17th and dynamic parameters 18th .

Vorgesehen ist es, dass das abstrakte Modell 16 auf zwei Ebenen eingesetzt wird bzw. dass sich das abstrakte Modell 16 über zwei Ebenen erstreckt. Zum einen auf der zweiten Ebene 23 der einzelnen Energiewandlungsanlagen 2, zum anderen auf einer überlagerten ersten Ebene 22.It is intended that the abstract model 16 is used on two levels or that the abstract model 16 extends over two levels. On the one hand on the second level 23 of the individual energy conversion systems 2 , on the other hand on a superimposed first level 22nd .

In der 2 ist auch der Vorgang einer Disaggregation 21 gezeigt, bei welchem aus Sollbefehlen 24 und Daten aus dem zur Verfügung stehenden Modell 16 Steuerbefehle 25 zur Steuerung der einzelnen Energiewandlungsanlagen 2 erzeugt werden.In the 2 is also the process of disaggregation 21st shown in which from target commands 24 and data from the available model 16 Control commands 25th to control the individual energy conversion systems 2 be generated.

Von jeder Energiewandlungsanlage 2, welche einer Steuerungs- und Regelungseinheit 7 zugeordnet ist, werden zunächst die statischen Parameter 17a je Energiewandlungsanlage 2 in einem allgemeingültigen, diese Energiewandlungsanlage 2 abbildendes Modell 26a einmalig konfiguriert. Einem derartigen Modell 26a kann eine Energiewandlungsanlage 2a, ein Energiespeicher 5a und ein zu deckender Energiebedarf 4a zugeordnet sein, wie es in der 3 dargestellt ist. Somit umfassen die statischen Parameter 17a die Parameter der Energiewandlungsanlage 2a, des Energiespeichers 5a und den zu deckenden Energiebedarf 4a.From every energy conversion system 2 , which is a control and regulation unit 7th is assigned, first the static parameters 17a per energy conversion system 2 in a general, this energy conversion system 2 Imaging model 26a configured once. Such a model 26a can be assigned an energy conversion system 2a, an energy store 5a and an energy requirement 4a to be covered, as shown in FIG 3 is shown. Thus, the static parameters include 17a the parameters of the energy conversion system 2a, the energy store 5a and the energy demand 4a to be covered.

Die Parameter 17 und 18 sind dabei einheitlich und unabhängig vom Typ der Energiewandlungsanlage 2. Die statischen Parameter 17a, 17b, ...,17n mehrerer abstrakter Modelle auf Ebene einer einzelnen Anlage werden im Anschluss einer Aggregation 19 zugeführt, wie es in der 2 und 4 gezeigt ist.The parameters 17th and 18th are uniform and independent of the type of energy conversion system 2 . The static parameters 17a , 17b , ..., 17n several abstract models at the level of an individual plant are followed by an aggregation 19th fed as it is in the 2 and 4th is shown.

Hierzu wird zunächst ein geeignetes Bezugssystem 38 festgelegt, zum Beispiel die primäre, wichtigste Energiewandlungsanlage 2. Dieses Bezugssystem 38 wird bei sämtlichen Aggregationschritten 19 und Disaggregationsschritten 21 bis zum übergeordneten abstrakten Modell genutzt. Anhand von mathematischen Algorithmen, welche abhängig vom jeweils zu aggregierenden, statischen Parameter sind, erfolgt die Aggregation 19, d.h. die Verknüpfung von Modellen auf Anlagenebene. Hierbei müssen zusätzlich gemeinsame Energiebedarfe 4, die durch die Anlagen gedeckt werden müssen sowie die energetischen Schnittstellen berücksichtigt werden.For this purpose, a suitable reference system is first created 38 defined, for example the primary, most important energy conversion system 2 . This frame of reference 38 is used in all aggregation steps 19th and disaggregation steps 21st used up to the higher-level abstract model. The aggregation takes place on the basis of mathematical algorithms, which are dependent on the respective static parameters to be aggregated 19th , ie the linking of models at the plant level. In addition, there must be common energy requirements 4th that must be covered by the systems and the energetic interfaces are taken into account.

Im Anschluss werden verschiedene Hilfsgrößen 20 unter Anwendung mathematischer Verfahren abgeleitet und wieder aggregiert, wie es beispielhaft in der 4 dargestellt ist. Diese Hilfsgrößen 20 werden in Kombination mit den dynamischen Parametern 18 der Anlagenmodelle für die Einsatzplanung durch das Energiemanagementsystem 1 genutzt. Als Ergebnis ergeben sich die statischen Parameter 17 einer Gruppe an Anlagen, die dieselben Parameter wie das Modell einer Einzelanlage beinhaltet und von den Hilfsgrößen erweitert wird.Following are various auxiliary variables 20th derived using mathematical procedures and aggregated again, as exemplified in the 4th is shown. These auxiliary variables 20th are combined with the dynamic parameters 18th of the system models for resource planning by the energy management system 1 used. The result is the static parameters 17th a group of systems that contains the same parameters as the model of a single system and is expanded by the auxiliary variables.

Neben den statischen Parametern 17 besitzen die dynamischen Parameter 18 einen besonderen Rang. Die dynamischen Parameter 18 dienen im Wesentlichen dem Energiemanagementsystem 1 zur Einsatzplanung. Es handelt sich hierbei um kontinuierlich sich verändernde Werte. Sie beschreiben, in welchen energetischen Grenzen eine Anlage bzw. eine Kombination an Anlagen gesteuert werden kann. Dies wird für eine Energiewandlungsanlage 2 durch zwei energetische Grenzkurven 27, 28 definiert. Innerhalb dieser energetischen Grenzkurven 27, 28 ist es durch das Energiemanagementsystem 1 möglich, einen Betrieb für die Anlage oder die Anlagen zu organisieren, ohne dass Energiebedarfe 4 nicht erfüllt werden oder Einschränkungen für den freien Anlagenbetrieb missachtet werden. Für mehrere Energiewandlungsanlagen 2 werden entsprechend erzeugte sogenannte aggregierte Grenzkurven 59, 60 genutzt.In addition to the static parameters 17th own the dynamic parameters 18th a special rank. The dynamic parameters 18th essentially serve the energy management system 1 for deployment planning. These are continuously changing values. They describe the energetic limits within which a system or a combination of systems can be controlled. This will be for an energy conversion system 2 through two energetic limit curves 27 , 28 Are defined. Within these energetic limit curves 27 , 28 it is through the energy management system 1 possible to organize an operation for the plant or plants without energy requirements 4th are not met or restrictions for free system operation are disregarded. For several energy conversion systems 2 so-called aggregated limit curves are generated accordingly 59 , 60 used.

Einschränkungen für den freien Anlagenbetrieb können sein:

  • • Zeitpläne (Betrieb der Anlage zu gewünschten Zeiten gewollt),
  • • Sperrzeiten (Anlagenbetrieb aufgrund von z.B. Geräuschemissionen verboten),
  • • Verfügbarkeitszeiten (Elektrofahrzeug ist an das Stromnetz angeschlossen),
  • • Maximal mögliche und minimal notwendige Einspeisung in das elektrische Netz oder
  • • Speicherladezustände von elektrischen und thermischen Speichern
Restrictions for free plant operation can be:
  • • Schedules (operation of the system at the desired times is desired),
  • • Blocking times (plant operation is prohibited due to e.g. noise emissions),
  • • Availability times (electric vehicle is connected to the power grid),
  • • Maximum possible and minimum necessary feed into the electrical network or
  • • Storage states of charge of electrical and thermal storage systems

Die erste und die zweite energetische Grenzkurve 27 und 28 beschreiben somit das zukünftige energetische sogenannte Verschiebepotential, welches durch eine Energiewandlungsanlage 2 gegeben ist. Ergänzt werden die dynamischen Parameter 18 durch ein sogenanntes Regelpotential, welches die Regelbarkeit der Energiewandlungsanlage 2 bezüglich ihrer Leistung beschreibt.The first and the second energetic limit curve 27 and 28 thus describe the future energetic so-called shift potential, which is generated by an energy conversion system 2 given is. The dynamic parameters are supplemented 18th by a so-called control potential, which makes the energy conversion system controllable 2 in terms of their performance.

Die Anwendung dynamischer Parameter 18 bzw. 18a, 18b, ..., 18n erfolgt auf zwei Ebenen. Zum einen auf Ebene des Modells 26 bzw. 26a, 26b, ..., 26n einer einzelnen Energiewandlungsanlage 2, wie in der 3 dargestellt.The application of dynamic parameters 18th or. 18a , 18b , ..., 18n takes place on two levels. On the one hand at the model level 26th or 26a, 26b, ..., 26n of a single energy conversion system 2 , like in the 3 shown.

Diese dynamischen Parameter 18 bzw. 18a, 18b, ..., 18n werden ermittelt basierend auf Bedarfsprognosen 29, welche für die durch die jeweilige Energiewandlungsanlage 2 zu deckenden Energiebedarfe 4 zu prognostizieren sind. Die Bedarfsprognosen 29 werden erstellt anhand von externen Prognosen 14, wie beispielsweise Wetterprognosen und historischen Messwerten 31, welche durch die Verbindungseinheit 12 (Gateway) erfasst und zwischengespeichert wurden.These dynamic parameters 18th or. 18a , 18b , ..., 18n are determined based on demand forecasts 29 , which for the respective energy conversion system 2 energy needs to be covered 4th are to be forecast. The demand forecasts 29 are created on the basis of external forecasts 14th such as weather forecasts and historical readings 31 , which through the connection unit 12 (Gateway) were recorded and cached.

Die Bedarfsprognosen 29 werden unter Anwendung mathematischer Algorithmen 33 unter Berücksichtigung der Einschränkungen 32 für den freien Betrieb der Energiewandlungsanlage 2 und der statischen Parameter 17 sowie mittels Messdaten 9 in einen Verarbeitungsschritt 63 verarbeitet.The demand forecasts 29 are made using mathematical algorithms 33 taking into account the restrictions 32 for the free operation of the energy conversion system 2 and the static parameters 17th as well as by means of measurement data 9 in a processing step 63 processed.

Zusätzlich wird ein sogenanntes Regelpotential, welches sogenannte Leistungsgrenzkurven 52 und 53 bzw. energetische Grenzkurven 27 und 28 festlegt, innerhalb derer eine Regelung erfolgen kann, der Energiewandlungsanlage 2 erstellt. Hierfür werden die statischen Parameter 17 und die Einschränkungen 32 für den freien Betrieb der Energiewandlungsanlage 2 genutzt. Diese Einschränkungen 32 können beispielsweise mittels einer Konfiguration 35 erzeugt werden.In addition, a so-called control potential, which is called power limit curves 52 and 53 or energetic limit curves 27 and 28 specifies within which regulation can take place, the energy conversion system 2 created. The static parameters 17th and the restrictions 32 for the free operation of the energy conversion system 2 used. These limitations 32 can for example by means of a configuration 35 be generated.

Derart werden die erste und die zweite energetische Grenzkurve 27 und 28 sowie das Regelpotential bzw. die Leistungsgrenzkurven 52 und 53 für den Betrieb einer einzelnen Energiewandlungsanlage 2 bereitgestellt.This is how the first and second energetic limit curves become 27 and 28 as well as the control potential or the power limit curves 52 and 53 for the operation of a single energy conversion system 2 provided.

Vorgesehen ist es weiterhin, dass erste Optimierungen 34 direkt an den energetischen Grenzkurven 27 und 28 vorgenommen werden können. Eine derartige erste Optimierung 34 können beispielsweise gewünschte Zeiten des Betriebs einer Energiewandlungsanlage 2, den energetisch effizienten Betrieb der Energiewandlungsanlage 2 oder auch ein Speicherlademanagement z.B. eines an die Energiewandlungsanlage 2 angeschlossenen Speichers 5 betreffen. Beispielsweise könnte es vorgesehen sein, dass eine Energiewandlungsanlage 2 nachts nicht betrieben werden soll. Im Resultat einer derartigen nicht zwingenden ersten Optimierung 34 werden beispielsweise die dynamischen Parameter 18a einer ersten Energiewandlungsanlage 2 bereitgestellt, wie es in der 3 gezeigt ist.It is still planned that the first optimizations 34 directly at the energetic limit curves 27 and 28 can be made. Such a first optimization 34 for example, the desired times for the operation of an energy conversion system 2 , the energetically efficient operation of the energy conversion system 2 or a storage charge management, for example one on the energy conversion system 2 connected memory 5 affect. For example, it could be provided that an energy conversion system 2 should not be operated at night. As a result of such a non-mandatory first optimization 34 are for example the dynamic parameters 18a a first energy conversion system 2 provided as it is in the 3 is shown.

Die Erstellung der dynamischen Parameter 18 bzw. 18a, 18b, ..., 18n erfolgt für jede einzelne Energiewandlungsanlage 2. Ein Vorteil hierbei besteht darin, dass diese Parameter anhand mathematischer Verfahren bzw. eines mathematischen Algorithmus 33 in einem Schritt der Aggregation 19 bereitgestellt werden können. Dieser Schritt der Aggregation 19 ist in der 4 sowohl für statische Parameter 17 als auch für dynamische Parameter 18 gezeigt.The creation of the dynamic parameters 18th or. 18a , 18b , ..., 18n takes place for each individual energy conversion system 2 . One advantage here is that these parameters are based on mathematical methods or a mathematical algorithm 33 in one step of aggregation 19th can be provided. This step of aggregation 19th is in the 4th both for static parameters 17th as well as for dynamic parameters 18th shown.

Bei der Aggregation 19 muss jedoch insbesondere berücksichtigt werden, wenn verschiedene Energiewandlungsanlagen 2 gemeinsam einen Energiebedarf 4 oder gemeinsam mehrere Energiebedarfe 4 decken. Daher werden bei der Aggregation 19 die energetischen Schnittstellen 36 bzw. gemeinsamen Bedarfe 37 berücksichtigt.In aggregation 19th however, must be particularly taken into account when using different energy conversion systems 2 together an energy requirement 4th or several energy requirements together 4th cover. Therefore, when aggregating 19th the energetic interfaces 36 or common needs 37 considered.

Ebenso wird wiederum das Bezugssystem 38 genutzt. Bei der Aggregation 19 werden wieder Hilfsgrößen 20 abgeleitet. Im Anschluss können die dynamischen Parameter 18 um zweite Optimierungen 64 ergänzt werden.The frame of reference is likewise again 38 used. In aggregation 19th become auxiliary variables again 20th derived. The dynamic parameters 18th for second optimizations 64 can be added.

Im Unterschied zur zweiten Ebene 23 einer einzelnen Energiewandlungsanlage 2 sind hierbei insbesondere übergreifende Optimierungen zwischen verschiedenen Energiewandlungsanlagen 2 und unter Berücksichtigung von nicht steuerbaren Energiebedarfen 4 und/oder Energieerzeugungen 39 von Interesse. Ebenso wie die Energiebedarfe 4 mittels einer Bedarfsprognose 29 vorauskalkuliert werden können, können die Energieerzeugungen 39 mittels einer Erzeugungsprognose 39 kalkuliert werden.In contrast to the second level 23 a single energy conversion system 2 are especially comprehensive optimizations between different energy conversion systems 2 and taking into account non-controllable energy requirements 4th and / or power generation 39 of interest. Just like the energy requirements 4th by means of a demand forecast 29 can be calculated in advance, the energy production 39 by means of a production forecast 39 be calculated.

In einem weiteren Schritt wird es möglich, die Grenzen im Sinne vorgelagerter zweiter Optimierungen 64 des Betriebs der Energiewandlungsanlagen 2 zu modifizieren. Zweite Optimierungen 64 können zum Beispiel die Energieeffizienz eines Gesamtsystems oder die Eigenbedarfsoptimierung sein, d.h. die maximale Nutzung der Erzeugung durch Energiewandlungsanlagen 2 für Bedarfe und Vermeidung der Einspeisung in Versorgungsnetze 3. Dies wird insbesondere in übergeordneten Energiemanagementsystemen 1b relevant, um verschiedene lokale Ziele in der Einsatzplanung zu berücksichtigen. Hierzu können durch einen Optimierungsalgorithmus gewünschte Betriebszeiten bestimmt werden, wodurch die dynamischen Parameter 18a, 18b, ..., 18n modifiziert werden. Dies führt zur Eingrenzung der energetischen Grenzkurven 27 und 28 und somit einer Beschränkung des nutzbaren energetischen Verschiebepotentials. Für die Einsatzplanung bedeutet dies jedoch, dass verschiedene Ziele parallel erfüllt werden können. Dies steigert die Wirtschaftlichkeit eines übergeordneten Energiemanagementsystems 1b.In a further step it becomes possible to set the limits in terms of upstream second optimizations 64 the operation of the energy conversion systems 2 to modify. Second optimizations 64 can be, for example, the energy efficiency of an overall system or the optimization of internal requirements, ie the maximum use of generation by energy conversion systems 2 for requirements and avoidance of feeding into supply networks 3 . This is particularly important in higher-level energy management systems 1b relevant in order to consider various local goals in the operational planning. For this purpose, desired operating times can be determined by means of an optimization algorithm, whereby the dynamic parameters 18a , 18b , ..., 18n be modified. This leads to the limitation of the energetic limit curves 27 and 28 and thus a limitation of the usable energetic shift potential. For operational planning, however, this means that various goals can be met in parallel. This increases the profitability of a higher-level energy management system 1b .

Sämtliche verwendete mathematische Verfahren sind umkehrbar gestaltet, so dass die Disaggregation 21 in 2 ermöglicht wird, bei welcher die Steuerbefehle 25 zur Steuerung der einzelnen Energiewandlungsanlagen 2 erzeugt werden. Hierbei werden insbesondere die statischen und dynamischen Parameter 17 und 18 der Energiewandlungsanlagen 2 genutzt. Besondere Relevanz besitzen die abgeleiteten Hilfsgrößen 20, da nur sie es erlauben, den bei der Datenaggregation 19 aufgetretenen Informationsverlust auszugleichen und eine zuverlässige Disaggregation 21 zu realisieren.All used mathematical procedures are designed reversible, so that the disaggregation 21st in 2 is made possible in which the control commands 25th to control the individual energy conversion systems 2 be generated. In particular, the static and dynamic parameters 17th and 18th of the energy conversion systems 2 used. The derived auxiliary variables are particularly relevant 20th , since only they allow the data aggregation 19th to compensate for any loss of information and reliable disaggregation 21st to realize.

Bei der Bestimmung eines Ablaufplans bzw. Fahrplans durch die Einsatzplanung wird dieser unter Nutzung des abstrakten Modells 16 in einen Ablaufplan bzw. Fahrplan für jede einzelne Energiewandlungsanlage 2 übersetzt. Dies hat von Vorteil, dass in das Energiemanagementsystem 1 nicht jede Energiewandlungsanlage 2 kommunikationstechnisch eingebunden werden muss, sondern die Einbindung des aggregierten Modells 16 (Systems) ausreichend ist. Die Verarbeitung aller Grenzen in den Modellen der Energiewandlungsanlage 2 ermöglicht es, eine zuverlässige Aufteilung zu erreichen. Als derartige Grenzen können beispielsweise zu deckende Bedarfe 4 (Wärmebedarfe), Verfügbarkeit einer Energiewandlungsanlage 2, Zeitpläne, maximal mögliche oder minimal notwendige Einspeisung in das Versorgungsnetz 3 oder Speicherladezustände genannt werden.When a schedule or timetable is determined by the deployment planning, this is made using the abstract model 16 into a schedule or timetable for each individual energy conversion system 2 translated. This has the advantage of being in the energy management system 1 not every energy conversion system 2 must be integrated in terms of communication technology, but rather the integration of the aggregated model 16 (Systems) is sufficient. The processing of all limits in the models of the energy conversion system 2 enables a reliable distribution to be achieved. Such limits can be, for example, requirements to be covered 4th (Heat demand), availability of an energy conversion system 2 , Schedules, maximum possible or minimum necessary feed into the supply network 3 or memory charge states.

Das abstrakte Modell 16 ermöglicht es, dass eine einheitliche Schnittstelle zu den Teilfunktionalitäten des Energiemanagementsystems 1 wie einer Einsatzplanung, Steuerung, Regelung erzeugt werden kann, wonach diese nicht an die Anwendung angepasst werden müssen.The abstract model 16 enables a uniform interface to the partial functionalities of the energy management system 1 how an application planning, control, regulation can be generated, after which these do not have to be adapted to the application.

Von weiterem Vorteil ist, dass die dynamischen Parameter 18, 18a, 18b, ...,18n über verschiedene Ebenen mit verschiedenen Grenzen, wie zum Beispiel Zeitpläne, Sperrzeiten, Verfügbarkeitszeiten oder Bedarfe, oder Optimierungszielen wie zum Beispiel Optimierungen bezüglich der Energieeffizienz einer einzelnen Energiewandlungsanlage 2, bezüglich der Energieeffizienz mehrerer Energiewandlungsanlagen 2 oder eine Eigenbedarfsoptimierung, verarbeitet werden können. So erlaubt die Abstraktion, auch Restriktionen in den elektrischen Netzen einfach zu berücksichtigen, ohne die Komplexität des Energiemanagementsystems 1 weiter zu erhöhen. So kann zum Beispiel die maximal zulässige Einspeisung durch die Energiewandlungsanlage 2 und den Verbund von Energiewandlungsanlagen 2 in Abhängigkeit vom prognostizierten Einspeiseverhalten von Photovoltaik-Anlagen in einem Ortsnetz berücksichtigt werden.Another advantage is that the dynamic parameters 18th , 18a , 18b , ..., 18n over different levels with different limits, such as schedules, blocking times, availability times or requirements, or optimization goals such as optimizing the energy efficiency of an individual energy conversion system 2 , regarding the energy efficiency of several energy conversion systems 2 or an optimization of internal requirements, can be processed. The abstraction also allows restrictions in the electrical networks to be easily taken into account, without the complexity of the energy management system 1 to increase further. For example, the maximum permissible feed-in from the energy conversion system 2 and the network of energy conversion systems 2 depending on the predicted feed-in behavior of photovoltaic systems in a local network.

Die dynamischen Parameter 18, 18a, 18b, ...,18n sind in dem Verfahren von besonderer Relevanz, da hierdurch das Energiemanagementsystem 1 in der Lage ist, unabhängig von der Verfahrensweise gültige Lösungen zu liefern, welche Anlagenparameter 17 und 18, Energiebedarfe 4, Einschränkungen 32 für den lokalen Anlagenbetrieb und lokale Optimierungen berücksichtigen. Mit der Optimierung im Sinne des Energiemanagementsystems 1 können hierdurch parallele Anwendungsfälle erfüllt werden, d.h. ohne hohen Aufwand können verschiedene Optimierungsziele umgesetzt werden.The dynamic parameters 18th , 18a , 18b , ..., 18n are of particular relevance in the process, as this results in the energy management system 1 is able to deliver valid solutions regardless of the procedure, which system parameters 17th and 18th , Energy requirements 4th , Restrictions 32 for local system operation and local optimization. With optimization in terms of the energy management system 1 this enables parallel applications to be fulfilled, ie various optimization goals can be implemented without great effort.

Der Einsatz des abstrakten Modells 16 ist hierbei nicht auf eine Steuerungs- und Regeleinheit 7 begrenzt. Ebenso ist ein Einsatz in der Energieleitstelle eines übergeordneten Energiemanagementsystems 1b möglich.The use of the abstract model 16 is not on a control and regulation unit 7th limited. It is also used in the energy control center of a higher-level energy management system 1b possible.

Zur Beschreibung des Verfahrens zur Steuerung eines Energiemanagementsystems in einer beispielhaften Ausführung wird das in der 5 dargestellte Energiemanagementsystem 1 genutzt.To describe the method for controlling an energy management system in an exemplary embodiment, this is described in FIG 5 energy management system shown 1 used.

In diesem Energiemanagementsystem 1 existiert ein elektrischer Allgemeinverbrauch 40, eine Photovoltaik-Anlage 41 (PV-Anlage), ein Energiespeicher 5 in einer Ausführung als ein Batteriespeicher und ein Elektrofahrzeug 42, welches über eine Anschlusssteckdose 45 an die Ladebox 43 angeschlossen und geladen werden kann.In this energy management system 1 there is general electrical consumption 40 , a photovoltaic system 41 (PV system), an energy storage device 5 in an embodiment as a battery storage and an electric vehicle 42 , which has a connection socket 45 to the charging box 43 connected and charged.

Der Batteriespeicher 5 und die Ladebox 43 sind steuerbare Systeme, d.h. die Ladung bzw. Entladung kann mittels Steuerbefehlen 25 durch die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 des Energiemanagementsystems 1 vorgegeben werden. Die PV-Anlage 41 wird als nicht steuerbares System betrachtet, d.h. die Leistungsbereitstellung kann bzw. soll nicht durch die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 beeinflusst werden. Die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 erfasst die Energieflüsse 13 für beide Energiewandlungsanlagen 2, also den elektrischen Verbraucher 40 und der Ladebox 43, sowie die PV-Anlage 41 über die Sensoren 6a, 6b, 6c und 6d, welche auch Bestandteil der Energiemanagementsystems 1 sein können. Hierbei ermittelt der erste Sensor 6a die Leistung PSP vom bzw. zum Energiespeicher 5. Der zweite Sensor 6b ermittelt die Leistung PPV der PV-Anlage 41, während der dritte Sensor 6c die Leistung PE-FZG zur Ladebox 43 bzw. zum Elektrofahrzeug 42 ermittelt. Darüber hinaus ist ein Sensor 6d zur Erfassung der Leistung PHaus zum Haus hin oder vom Haus vorgesehen, wobei in diesem Beispiel das Energiemanagementsystem 1 ein System für ein Haus mit seinen Komponenten 40, 41, 42 und 5 ist. Der Sensor 6d ist beispielsweise der Elektroenergiezähler bzw. Hauptzähler im Haus, welcher an die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 angeschlossen ist und welcher abrechnungsrelevant ist. Der Sensor 6d bzw. Hauptzähler im Haus ist mit einem allgemeinen Versorgungsnetz 44 verbunden. Die Darstellung in der 5 zeigt, dass die Sensoren 6a bis 6d ihre Messdaten 9 an die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 übermitteln und die Steuerungs- und Regelungseinheit 7 Steuerbefehle 25 an den Energiespeicher 5 und die Ladebox 43 senden kann.The battery storage 5 and the charging box 43 are controllable systems, ie the charging and discharging can be done by means of control commands 25th through the control and regulation unit 7th of the energy management system 1 can be specified. The PV system 41 is viewed as a non-controllable system, ie the provision of power cannot or should not be done by the control and regulation unit 7th to be influenced. The control and regulation unit 7th records the energy flows 13 for both energy conversion systems 2 , i.e. the electrical consumer 40 and the charging box 43 , as well as the PV system 41 about the sensors 6a , 6b , 6c and 6d, which are also part of the energy management system 1 could be. The first sensor determines 6a the power P SP from or to the energy store 5 . The second sensor 6b determines the power P PV of the PV system 41 , while the third sensor 6c the power P E-FZG to the charging box 43 or to the electric vehicle 42 determined. In addition, a sensor 6d is provided for detecting the power P house towards the house or from the house, the energy management system in this example 1 a system for a house with its components 40 , 41 , 42 and 5 is. The sensor 6d is, for example, the electrical energy meter or main meter in the house, which is connected to the control and regulation unit 7th is connected and which is relevant for billing. The sensor 6d or main meter in the house is connected to a general supply network 44. The representation in the 5 shows that the sensors 6a to 6d their measurement data 9 to the control and regulation unit 7th transmit and the control and regulation unit 7th Control commands 25th to the energy storage 5 and the charging box 43 can send.

Die Struktur für die Einheit Ladebox 43 und Elektrofahrzeug 42 ist in der 6 genauer dargestellt. Die steuerbare Anlage ist in diesem Fall die Ladebox 43, welche mittels der von der Steuerungs- und Regelungseinheit 7 übermittelten Steuerbefehle 25 gesteuert wird. Alternativ könnte auch eine Möglichkeit des Aktivierens und des Deaktivierens des Ladevorgangs über das Elektrofahrzeug 42 selbst bestehen.The structure for the unit charging box 43 and electric vehicle 42 is in the 6th shown in more detail. In this case, the controllable system is the charging box 43 , which by means of the control and regulation unit 7th transmitted control commands 25th is controlled. Alternatively, there could also be a possibility of activating and deactivating the charging process via the electric vehicle 42 exist themselves.

Als Energiespeicher im Elektrofahrzeug 42 ist im Rahmen des Verfahrensbeispiels der Akku 46 mit dessen Kapazität zu verstehen. Der Bedarf ist die Mobilität des Elektrofahrzeugs 42, welcher jedoch für das Energiemanagement 1 nicht erfasst werden kann. Der Bedarf ergibt sich somit aus der notwendigen Energie, die nachgeladen werden muss, wenn das Elektrofahrzeug 42 an der Ladebox 43 beispielsweise über die Anschlusssteckdose 45 angeschlossen ist. Die 6 zeigt auch einen Batteriewechselrichter 47, welcher unmittelbar mit dem Akku 46 verbunden ist sowie den Motor 48 des Elektrofahrzeugs 42.As energy storage in electric vehicles 42 is the battery in the context of the process example 46 with its capacity to understand. The need is the mobility of the electric vehicle 42 which, however, is used for energy management 1 cannot be captured. The need therefore arises from the energy required that must be recharged when the electric vehicle 42 at the charging box 43 for example via the connection socket 45 connected. The 6th also shows a battery inverter 47 which directly connects to the battery 46 connected as well as the engine 48 of the electric vehicle 42 .

Die Struktur für den Batteriespeicher 5 ist in der 7 dargestellt. Der Batteriespeicher 5 ist in seiner Struktur besonders, da er keinen Bedarf besitzt. Im Rahmen der Verfahrensbeschreibung ist der Batteriespeicher 5 als eine Kombination aus einem steuerbaren Erzeuger 49, einem zweiten Akku 50 und einem steuerbaren Verbraucher 51 zu verstehen.The structure for the battery storage 5 is in the 7th shown. The battery storage 5 is special in its structure because it has no need. The battery storage is part of the process description 5 as a combination of a controllable generator 49 , a second battery 50 and a controllable consumer 51 to understand.

Innerhalb dieses Systems existieren zwei Einzelanlagen, welche durch Energiewandlungsanlagen 2, Speicherkapazitäten und Energiebedarfe 4 geprägt sind. Eine Energiewandlungsanlage 2 bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zwei Energieformen anhand eines internen Prozesses miteinander gekoppelt werden.There are two individual systems within this system, which are powered by energy conversion systems 2 , Storage capacities and energy requirements 4th are shaped. An energy conversion system 2 in this context means that two forms of energy are coupled with one another using an internal process.

Eine der beiden Energieformen (können auch identisch sein) ist hierbei als primäre Energieform anzusehen (Energieform 1). Diese dient im Wesentlichen als Größe für eine Vermarktung / Optimierung im Energiemanagementsystem 1.One of the two forms of energy (can also be identical) is to be regarded as the primary form of energy (form of energy 1 ). This essentially serves as a parameter for marketing / optimization in the energy management system 1 .

Die andere Energieform, auf deren Seite dann i.d.R. der mit der Energiewandlungsanlage 2 verbundene Energiebedarf 4 liegt, ist als Restriktion für den Betrieb der Anlage anzusehen (Energieform 2). Hier wird nur untergeordnet optimiert.The other form of energy, on whose side the one with the energy conversion system 2 associated energy demand 4th is to be seen as a restriction for the operation of the system (energy form 2 ). Optimization is only subordinate here.

Nachfolgend einige Beispiele zur Verdeutlichung der Zusammenhänge beider Energieformen in einer Energiewandlungsanlage 2:

  • Beispiel Ladebox für Elektrofahrzeug:
    • • Energieform 1: Elektroenergie (auf Seite des elektrischen Versorgungsnetzes 3)
    • • Energieform 2: Elektroenergie (auf Seite des Elektrofahrzeugs 42)
  • Beispiel Batteriespeicher:
    • • Energieform 1: Elektroenergie (auf Seiten des elektrischen Versorgungsnetzes 3)
    • • Energieform 2: Elektroenergie (auf Seite des Akkus 46)
  • Beispiel Kraft-Wärme-Kopplungsanlage:
    • • Energieform 1: Elektroenergie
    • • Energieform 2: Wärmenergie
  • Beispiel Wärmepumpe:
    • • Energieform 1: Elektroenergie
    • • Energieform 2: Wärmeenergie
Below are a few examples to illustrate the relationships between the two forms of energy in an energy conversion system 2 :
  • Example charging box for an electric vehicle:
    • • Form of energy 1 : Electric energy (on the side of the electrical supply network 3 )
    • • Form of energy 2 : Electric energy (on the side of the electric vehicle 42 )
  • Example battery storage:
    • • Form of energy 1 : Electric energy (on the part of the electrical supply network 3 )
    • • Form of energy 2 : Electric energy (on the battery side 46 )
  • Example of a combined heat and power plant:
    • • Form of energy 1 : Electrical energy
    • • Form of energy 2 : Thermal energy
  • Example heat pump:
    • • Form of energy 1 : Electrical energy
    • • Form of energy 2 : Thermal energy

Nachfolgend erfolgt die beispielhafte Verfahrensbeschreibung zur Bildung des abstrakten, aggregierten Anlagenmodells. Ausgehend von den statischen Parametern 17 des abstrakten Modells 26 einer Energiewandlungsanlage 2, Prognosen zu Bedarfen 29 und Einschränkungen für den Anlagenbetrieb 32 werden zunächst die VerfahrensschritteThe following is an exemplary description of the process for creating the abstract, aggregated system model. Based on the static parameters 17th of the abstract model 26th an energy conversion system 2 , Forecasting requirements 29 and restrictions on system operation 32 are first the procedural steps

Verarbeitung 63 und erste Optimierung 34 für das Elektrofahrzeug 42 (E-FZG) für das abstrakte Anlagenmodell 26 einer einzelnen Energiewandlungsanlage 2
und im Anschluss die Verfahrensschritte
Aggregation 19 und 19a, Ableitung von Hilfsgrößen 20 und 20a und die zweiten Optimierungen 64 für das abstrakte, aggregierte Anlagenmodell 16 aller zugehörigen Energiewandlungsanlagen 2
erläutert.
processing 63 and first optimization 34 for the electric vehicle 42 (E-FZG) for the abstract system model 26th a single energy conversion system 2
and then the process steps
Aggregation 19th and 19a , Derivation of auxiliary quantities 20th and 20a and the second optimizations 64 for the abstract, aggregated system model 16 all associated energy conversion systems 2
explained.

Die Bildung des abstrakten Anlagenmodells 16 einer Energiewandlungsanlage 2 soll am Beispiel des Elektrofahrzeugs 42 erfolgen. Verfahrenswesentliche Ausgangsgrößen sind die Anlagenparameter, also die statischen Parameter 17 und die dynamischen Parameter 18. Für ein Elektrofahrzeug 42 können dies zum Beispiel sein:

  • • Leistungsstufen, welche eingestellt werden können zur Ladung des Elektrofahrzeugs 42
  • • Speicherkapazität des Akkus 46
  • • Leistungsverlauf für typischen Ladevorgang
  • • Verluste des Akkus 46
  • • ...
The formation of the abstract plant model 16 an energy conversion system 2 should using the example of the electric vehicle 42 respectively. The system parameters, i.e. the static parameters, are essential output variables 17th and the dynamic parameters 18th . For an electric vehicle 42 can be, for example:
  • • Power levels that can be set for charging the electric vehicle 42
  • • Storage capacity of the battery 46
  • • Power curve for a typical charging process
  • • Loss of battery 46
  • • ...

Im nachfolgenden Verfahrensschritt werden anhand dieser Informationen die statischen Parameter 17 der Energiewandlungsanlage 2, in diesem Fall des Elektrofahrzeugs 42, gebildet. Nachfolgend werden einige der statischen Parameter 17 beispielhaft aufgezeigt und deren Bedeutung am Beispiel des Elektrofahrzeugs 42 erläutert:

  • • Leistungsstufen der Anlage PLS Anl:
    • ◯ Entspricht den Leistungsstufen der Anlage auf der Seite der primären Energieform 1 (Elektroenergie)
    • ◯ PLS Anl = [PE-FZG LS0, ..., PE-FZG LSmax] PE-FZG LSmax > PE-FZG LS0 > 0
  • • Modus Leistungsregelung MP Anl
    • ◯ Entspricht dem Modus der Leistungsregelung (diskrete Regelung, modulierende Leistungsregelung)
    • ◯ Hier: diskret
  • • Leistung Zustand AUS Paus Anl
    • ◯ Leistung der Anlage im Zustand aus
    • ◯ Paus Anl = PE-FZG LS0
  • • Abschaltzeitkonstante: TAbs Anl
    • o Entspricht einer Zeitdauer für die Abschaltung einer Anlage (für Regelung wichtig)
    • o Für das Elektrofahrzeug aus der Leistungskurve entnommen
    • o Z.B. TAbs Anl= 30 min
  • • Energiewandlungskennzahl: α Anl = [ P Anl  EF 1 LS 0 P Anl  EF 2 LS 0 , , P Anl  EF 1 LS max P Anl  EF 2 LS max ]
    Figure DE102019121990A1_0001
    • o Entspricht einer allgemeingültigen Wandlungskennzahl zwischen der Leistung in Energieform 1 und der Leistung in Energieform 2 in Abhängigkeit der Leistungsstufen
    • o Da beim Elektrofahrzeug 42 die primäre und sekundäre Energieform identisch ist, berücksichtigt der Faktor nur die Verluste der Umwandlungseinheit und beträgt ca. αAnl ≈ [1,...1]
  • • Speicherkapazität: ESp kap Anl EF1. = α · ESp kap Anl EF2 bzw. ESp kap Anl EF1 = α · QSp kap Anl EF 2
    • o Die Speicherkapazität entspricht einer speicherbaren Energie im Speicher, welcher der Energiewandlungsanlage zugeordnet ist und wird anhand der Energiewandlungszahl auf die primäre Energieform 1 bezogen.
    • ◯ Für das Elektrofahrzeug ergibt sich: ESP kap E-FZG = 1 · ESp kap Akku
  • • Leistungsrauschen σP Anl
    • o Das Leistungsrauschen entspricht einem prozentualen Wert, welcher beschreibt, wie groß die ungewünschte Fluktuation der Leistung im laufenden Betrieb ist. Der Wert ist insbesondere für die Regelung notwendig.
    • o Beispielhaft sei hier σP = 0 angenommen.
In the following process step, the static parameters are determined using this information 17th the energy conversion system 2 , in this case the electric vehicle 42 , educated. The following are some of the static parameters 17th shown by way of example and their significance using the example of the electric vehicle 42 explained:
  • • Performance levels of the system P LS Anl :
    • ◯ Corresponds to the performance levels of the system on the side of the primary form of energy 1 (Electrical energy)
    • ◯ P LS Anl = [P E-FZG LS0 , ..., P E-FZG LSmax ] P E-FZG LSmax > P E-FZG LS0 > 0
  • • Power control mode M P Anl
    • ◯ Corresponds to the power control mode (discrete control, modulating power control)
    • ◯ Here: discreet
  • • Power state OFF P from Anl
    • ◯ System performance in the off state
    • ◯ Paus Anl = P E-FZG LS0
  • • Switch-off time constant: T Abs Anl
    • o Corresponds to a period of time for the shutdown of a system (important for control)
    • o Taken from the performance curve for the electric vehicle
    • o E.g. T Abs Anl = 30 min
  • • Energy conversion index: α Appendix = [ P Anl EF 1 LS 0 P Anl EF 2 LS 0 , ... , P Anl EF 1 LS max P Anl EF 2 LS max ]
    Figure DE102019121990A1_0001
    • o Corresponds to a generally applicable conversion ratio between the power in the form of energy 1 and performance in energy form 2 depending on the performance levels
    • o As with the electric vehicle 42 the primary and secondary forms of energy are identical, the factor only takes into account the losses of the conversion unit and is approx. α Anl ≈ [1, ... 1]
  • • Storage capacity: E Sp kap Anl EF1 . = α · E Sp kap Anl EF2 or E Sp kap Anl EF1 = α · Q Sp kap Anl EF 2
    • o The storage capacity corresponds to a storable energy in the storage, which is assigned to the energy conversion system and is based on the energy conversion number on the primary form of energy 1 based.
    • ◯ For the electric vehicle: E SP cap E-FZG = 1 · E Sp cap battery
  • • Power noise σ P Anl
    • o The power noise corresponds to a percentage value which describes how great the undesired fluctuation in power is during operation. The value is particularly necessary for regulation.
    • o As an example, σ P = 0 is assumed here.

Die dynamischen Parameter 18 einer Energiewandlungsanlage 2, in diesem Fall des Elektrofahrzeugs 42, bestehen im Wesentlichen aus:

  • • Untere und obere Leistungsgrenzkurve 52 und 53
  • • Untere und obere energetische Grenzkurve 27 und 28
The dynamic parameters 18th an energy conversion system 2 , in this case the electric vehicle 42 , essentially consist of:
  • • Lower and upper power limit curve 52 and 53
  • • Lower and upper energetic limit curve 27 and 28

Zunächst wird die Erstellung der unteren Leistungsgrenzkurve 52 Pprog min und der oberen Leistungsgrenzkurve 53 Pprog max beschrieben. Diese beschreiben, welche Leistung einer Energiewandlungsanlage 2 zu einem Zeitpunkt vorgegeben werden kann. Hierfür werden die statischen Parameter 17 der Energiewandlungsanlage 2 sowie die Einschränkungen 32 für den Anlagenbetrieb genutzt. Zu erstgenanntem gehören im Wesentlichen die Leistungsstufen PLS Anl. Als Einschränkung 32 für den Anlagenbetrieb sind im Sinne des Elektrofahrzeugs 42 insbesondere die möglichen Ladezeiträume zu nennen, d.h. die Zeiträume, in denen das Elektrofahrzeug 42 an die Ladebox 43 angeschlossen ist. Im Rahmen der Verarbeitung werden die Informationen kombiniert. Während der Ladezeiträume ergeben sich die Leistungsgrenzkurven 52 und 53 aus der minimalen und maximalen Leistungsstufe. Außerhalb dieser Zeit entspricht Pprog max = Pprog min = PE-FZG LS0. Die Leistungsgrenzkurve 52 und 53 sind beispielhaft der 8 dargestellt.First, the creation of the lower power limit curve 52 P prog min and the upper power limit curve 53 P prog max described. These describe the performance of an energy conversion system 2 can be specified at a time. The static parameters 17th the energy conversion system 2 as well as the restrictions 32 used for system operation. The first-mentioned essentially includes the performance levels P LS Anl . As a caveat 32 for system operation are in the sense of the electric vehicle 42 to mention in particular the possible charging periods, ie the periods in which the electric vehicle 42 to the charging box 43 connected. The information is combined during processing. The power limit curves arise during the charging periods 52 and 53 from the minimum and maximum power level. Outside of this time P prog max = P prog min = P E-FZG LS0 . The power limit curve 52 and 53 are exemplary of 8th shown.

Die 8 zeigt eine prognostizierte Leistung P 54 in einem zeitlichen Verlauf. Die dargestellten Bereiche B2, B3 und B4 stellen Zeitbereiche dar, in welchen das Elektrofahrzeug 42 über die Anschlusssteckdose 45 mit der Ladebox 43 verbunden ist und geladen werden kann. Die Strich-Punkt-Linie stellt die unteren Leistungsgrenzkurve 52 Pprog min dar, während mit der Strich-strich-Linie die oberen Leistungsgrenzkurve 53 Pprog max gezeigt ist. So besteht beispielsweise im Bereich B3 in einer Zeit zwischen 18 Uhr und 6 Uhr des Folgetags die Möglichkeit das Elektrofahrzeug 42 aufzuladen.The 8th shows a predicted performance P 54 over time. The areas B2, B3 and B4 shown represent time periods in which the electric vehicle 42 via the connection socket 45 with the charging box 43 is connected and can be charged. The dash-dot line represents the lower power limit curve 52 P prog min , while the dash-dash line represents the upper power limit curve 53 P prog max is shown. For example, the electric vehicle can be used in area B3 between 6 p.m. and 6 a.m. the following day 42 to charge.

Ergänzend zur den Leistungsgrenzkurven 52 und 53 erfolgt die Erstellung der unteren energetischen Grenzkurve 27 Eprog min und der oberen energetischen Grenzkurve 28 Eprog max. Ausgangspunkt für die Erstellung der dynamischen Parameter 18 ist die Erstellung einer Bedarfsprognose für einen Zeitraum, der in der Zukunft liegt und für den das Energiemanagementsystem eine Optimierung bzgl. verschiedener, möglicher Optimierungsziele vornehmen soll. Die Bedarfsprognose 29 wird für jede Energiewandlungsanlage 2 mit Energiebedarf 4 erstellt und gibt den Bedarf der Zukunft in einem zeitlichen Verlauf an. Sie wird aus den Messwerten zum Bedarf / zum Speicherverhalten oder aus abgeleiteten Größen erstellt.In addition to the power limit curves 52 and 53 the lower energetic limit curve is created 27 E prog min and the upper energetic limit curve 28 E prog max.starting point for the creation of the dynamic parameters 18th is the creation of a demand forecast for a period in the future and for which the energy management system is to carry out an optimization with regard to various possible optimization goals. The demand forecast 29 becomes for every energy conversion system 2 With Energy demand 4th creates and specifies future needs over time. It is created from the measured values on demand / storage behavior or from derived variables.

Im Falle eines Elektrofahrzeugs 42 kann die Prognose aus dem Leistungsverlauf des Ladevorgangs und den Speicherzuständen gewonnen werden, wie es beispielhaft in der 9 gezeigt ist. 9 zeigt den zeitlichen Verlauf des Speicherladezustands 58 ESp ist. In Richtung der linken Y-Achse der 9 ist die Ist-Ladeleistung Pist dargestellt. Beispielsweise in einem Zeitbereich zwischen 18 Uhr und 6 Uhr des Folgetags erfolgt eine von der aktuellen Ladung des Akkus 46 des Elektrofahrzeuges 42 abhängige Nachladung. Hierbei ist die Ladedauer abhängig vom Energieverbrauch aus dem Akku 46 im Zeitraum zwischen 6 Uhr und 18 Uhr, wobei dieser linear interpoliert wird.In the case of an electric vehicle 42 the prognosis can be obtained from the performance curve of the charging process and the storage states, as exemplified in the 9 is shown. 9 shows the progression of the storage charge status over time 58 E Sp is . In the direction of the left Y-axis of the 9 is the actual charging power P is shown. For example, in a time range between 6 p.m. and 6 a.m. the following day, the battery is currently charged 46 of the electric vehicle 42 dependent reloading. The charging time depends on the energy consumption from the battery 46 between 6 a.m. and 6 p.m., with linear interpolation.

Wichtig ist es, zu beachten, dass die Nachladung eines Elektrofahrzeugs 42 nicht dem eigentlichen Bedarf entspricht (Bedarf = „Fahren des E-Fahrzeugs“). Dies bedeutet, dass der Bedarf aus dem Leistungsverlauf des Ladevorgangs bzw. den Speicherladezuständen abgeleitet werden muss, um eine Prognose durchführen zu können. Für die Ableitung werden zusätzlich die Abwesenheitszeiten, in welchen das Elektrofahrzeugs 42 nicht an Ladebox 43 angeschlossen ist, und die Annahme einer mittleren Leistung genutzt. Ein derart entstehender prognostizierter Mobilitäts-Bedarf 55 ist in der 10 in seinem zeitlichen Verlauf dargestellt. In Richtung der Y-Achse der 10 ist prognostizierter Mobilitäts-Bedarf Pprog dargestellt.It is important to note that recharging an electric vehicle 42 does not correspond to the actual need (need = "driving the e-vehicle"). This means that the demand must be derived from the performance curve of the charging process or the storage charge states in order to be able to carry out a forecast. For the derivation, the absence times in which the electric vehicle 42 not on charging box 43 is connected, and the assumption of a medium power is used. A forecast mobility demand that arises in this way 55 is in the 10 shown in its course over time. In the direction of the Y-axis of the 10 the forecast mobility requirement P prog is shown.

Für die Prognose kommen u.a. folgende Verfahren in Frage:

  • • Künstliche Neuronale Netze,
  • • Das Naive Prognoseverfahren,
  • • Regressionsverfahren
The following methods can be used for the prognosis:
  • • Artificial Neural Networks,
  • • The naive prognosis method,
  • • Regression method

Basierend auf der Bedarfsprognose 29 erfolgt die Verarbeitung anhand von mathematischen Algorithmen. Hierfür wird zunächst die kumulierte Summe 56 Esum prog für die prognostizierte Ladeleistung (Mobilitätsbedarf) gebildet.Based on the demand forecast 29 processing is carried out using mathematical algorithms. For this purpose, the cumulative total 56 Esum prog formed for the forecast charging capacity (mobility requirement).

Für die nachfolgenden Betrachtungen wird davon ausgegangen, dass die prognostizierten Leistungsverläufe diskret vorliegen mit einem Zeitabstand von beispielsweise Δt=15 min. Die Leistungen entsprechen somit Mittelwerten über den Zeitraum Δt. Somit gilt E sum prog ( i ) = 0 i P prog ( i ) Δ t

Figure DE102019121990A1_0002
für alle i ∈:[0... T], wobei i ... einem Zählindex zu den Leistungswerten entspricht.For the following considerations, it is assumed that the predicted performance curves are available discretely with a time interval of, for example, Δt = 15 min. The performances thus correspond to mean values over the period of time Δt. Thus applies E. sum prog ( i ) = 0 i P prog ( i ) Δ t
Figure DE102019121990A1_0002
for all i ∈: [0 ... T], where i ... corresponds to a counting index for the power values.

Das Ergebnis ist in der 11 dargestellt. 11 zeigt den Verlauf der prognostizierten Ladeleistung 56 in ihren zeitlichen Verlauf. In einem nächsten Schritt wird anhand der statischen Parameter 17 bzw. Anlagenparameter mittels der Speicherkapazität ESp kap, dem Speicherladezustand zum Zeitpunkt ESp (takt) und der unteren und oberen Leistungsgrenzkurve 52 und 53 die untere und obere energetische Grenzkurven 27 und 28 ermittelt (Eprog min ,Eprog max). Ziel hierbei ist es auch, unzulässige Zustände auszuschließen.The result is in the 11 shown. 11 shows the course of the predicted charging power 56 in their course over time. The next step is based on the static parameters 17th or system parameters by means of the storage capacity E Sp kap , the storage charge state at the time E Sp (t act ) and the lower and upper power limit curve 52 and 53 the lower and upper energetic limit curves 27 and 28 determined (E prog min , E prog max ). The aim here is also to rule out inadmissible conditions.

Die vorab genannten Punkte können für das maximale Energieband der Energiewandlungsanlage 2 formeltechnisch wie folgt beschrieben werden: E prog max ( i ) = min ( P LS max ( i ) Δ t , E sum prog ( t ) E sum prog ( i 1 ) ) + E Sp ( t akt )

Figure DE102019121990A1_0003
The points mentioned above can be used for the maximum energy band of the energy conversion system 2 can be described technically as follows: E. prog max ( i ) = min ( P LS max ( i ) Δ t , E. sum prog ( t ) - E. sum prog ( i - 1 ) ) + E. Sp ( t act )
Figure DE102019121990A1_0003

Die 12 zeigt hierzu den zeitlichen Verlauf der Ladeleistung Esum prog 56, welche zwischen der unteren energetischen Grenzkurve 27 Eprog min und der oberen energetischen Grenzkurve 28 Eprog max verläuft. In Richtung der Y-Achse der 9 ist die kumulierte Summe 57 Esum dargestellt.The 12 shows the time curve of the charging power Esum prog 56, which is between the lower energetic limit curve 27 E prog min and the upper energetic limit curve 28 E prog max runs. In the direction of the Y-axis of the 9 is the cumulative total 57 Esum depicted.

In der 13 sind vier Bereiche B1, B2, B3 und B4 dargestellt. B1 stellt einen Bereich mit einem unzulässigen Zustand dar. B2, B3 und B4 sind Bereiche, in denen eine Ladung möglich ist, sogenannte mögliche Ladezeiträume. Alle 4 Bereiche werden beachtet, indem die untere und obere Leistungsgrenzkurve 52 und 53 berücksichtigt wird.In the 13 four areas B1, B2, B3 and B4 are shown. B1 represents an area with an inadmissible state. B2, B3 and B4 are areas in which charging is possible, so-called possible charging periods. All 4th Areas are taken into account by the lower and upper power limit curve 52 and 53 is taken into account.

Eine Weiterverarbeitung bzw. Optimierung kann beispielsweise notwendig sein, wenn gefordert ist, dass am Ende des Ladezyklus der Akku 46 des Elektrofahrzeugs 42 zu mindestens 50% geladen sein muss. Diese Anforderung in Verbindung mit den möglichen Ladezeiträumen hat direkten Einfluss auf die untere Grenze. Nach einer derartigen Optimierung der unteren energetischen Grenzkurve 27 wird eine bearbeitetet untere energetische Grenzkurve 27a erzeugt.Further processing or optimization may be necessary, for example, if the battery is required at the end of the charging cycle 46 of the electric vehicle 42 must be charged to at least 50%. This requirement in connection with the possible charging periods has a direct influence on the lower limit. After such an optimization of the lower energetic limit curve 27 a processed lower energetic limit curve is processed 27a generated.

Bearbeitung der unteren energetischen Grenzkurve 27 erfolgt auf Basis der Einschränkungen 32 für den freien Anlagenbetrieb.Processing of the lower energetic limit curve 27 is based on the restrictions 32 for free system operation.

Die Bearbeitung der unteren energetischen Grenzkurve ist in 14 ersichtlich. Diese Bearbeitung muss unter Beachtung der statischen Parameter 17 bzw. Anlagenparameter erfolgen. Die nachfolgend in Klammer stehenden Ziffern 1 bis 7 korrespondieren mit den in der 14 gezeigten Ziffern.

  • (1) Negative Werte für die kumulierte energetische Grenzkurve sind aufgrund positiver Werte der Leistungsstufen unzulässig.
  • (2), (3) Es ist gefordert, dass ein Speicherladezustand von 50% am Ende des möglichen Ladezeitraums erreicht sein muss. Dies erfordert, dass die untere Grenzkurve diesen Punkt (3) schneidet. Der Anstieg der unteren Grenzkurve (2) muss der maximalen Leistung der Anlage entsprechen.
  • (4), (5) Am Ende des mögliche Ladezeitraums B3 muss ein Speicherladezustand erreicht sein, dass der darauffolgende, prognostizierte Bedarf erfüllt werden kann. Im Falle des Elektrofahrzeugs bedeutet dies, dass zum Beginn des nächsten Nachladezeitraums B4 der minimale Speicherladezustand vorhanden ist. Um den notwendigen Speicherladezustand in B3 zu erreichen, muss rechtzeitig geladen werden. Der Anstieg (4) entspricht wiederum die maximale Leistung der Anlage.
  • (6), (7) analog zu (2), (3), entspricht der Forderung nach einem Speicherladezustand von 50% am Ende eines möglichen Nachladezeitraums.
The processing of the lower energetic limit curve is in 14th evident. This processing must take into account the static parameters 17th or system parameters. The numbers in brackets below 1 to 7th correspond to those in the 14th digits shown.
  • (1) Negative values for the cumulative energetic limit curve are not permitted due to positive values for the performance levels.
  • (2), (3) It is required that a storage capacity of 50% must be reached at the end of the possible charging period. This requires that the lower limit curve this point ( 3 ) cuts. The rise of the lower limit curve ( 2 ) must correspond to the maximum output of the system.
  • (4), (5) At the end of the possible charging period B3, the storage tank must be charged so that the subsequent, forecast demand can be met. In the case of the electric vehicle, this means that the minimum storage charge state is present at the beginning of the next recharging period B4. In order to achieve the necessary storage charge status in B3, charging must be carried out in good time. The rise ( 4th ) in turn corresponds to the maximum output of the system.
  • (6), (7) analogous to (2), (3), corresponds to the requirement for a storage battery charge of 50% at the end of a possible recharging period.

Im nächsten Schritt können Anlagenoptimierungen berücksichtigt werden. Dies könnte zum Beispiel die Forderung sein, dass eine Ladung möglichst immer am Ende des möglichen Nachladezeitraums erfolgt. Für das Elektrofahrzeug 42 ist eine solche Anlagenoptimierung aufgrund geringer Stillstandsverluste jedoch nicht notwendig.In the next step, system optimizations can be taken into account. This could, for example, be the requirement that charging always takes place at the end of the possible reloading period. For the electric vehicle 42 However, such a system optimization is not necessary due to low downtime losses.

Unter Berücksichtigung aller beschriebenen Bearbeitungsschritte ergibt sich final die untere und obere energetische Grenzkurve 27a und 28a, wie in der 15 dargestellt ist.Taking into account all the processing steps described, the final result is the lower and upper energetic limit curve 27a and 28a , like in the 15th is shown.

Nachfolgend wird die Bildung eines aggregierten, abstrakten Anlagenmodells 16 an einem Beispiel eines aus der 7 bekannten Batteriespeichers 5 beschrieben.The following is the formation of an aggregated, abstract plant model 16 using an example from the 7th known battery storage 5 described.

Nachfolgend sind die statischen und dynamischen Parameter des Modells des Batteriespeichers.The following are the static and dynamic parameters of the battery storage model.

Statische Parameter 17Static parameters 17

  • • Leistungsstufen der Anlage PLS Anl:
    • ◯ PLS Anl = [PBSP LS0, ..., PBSP LSmax] PBSP LS0 < 0, PBSP LSmax > 0
    • Performance levels of the system P LS Anl :
    • ◯ P LS Anl = [P BSP LS0 , ..., P BSP LSmax ] P BSP LS0 <0, P BSP LSmax > 0
  • • Modus Leistungsregelung MP Anl
    • ◯ diskret
    • Power control mode M P Anl
    • ◯ discreet
  • • Leistung Zustand AUS Paus Anl
    • ◯ Leistung der Anlage im Zustand aus
    • ◯ Paus Anl = 0W
    • Power state OFF P from Anl
    • ◯ System performance in the off state
    • ◯ P from Anl = 0W
  • • Abschaltzeitkonstante: TAbs Anl
    • ◯TAbs Anl = 0 min
    • Switch-off time constant: T Abs Anl
    • ◯ T Abs Anl = 0 min
  • • Energiewandlungskennzahl: α Anl = [ P Anl  EF 1 LS 0 P Anl  EF 2 LS 0 , , P Anl  EF 1 LS max P Anl  EF 2 LS max ]
    Figure DE102019121990A1_0004
    • ◯ αAnl ≈[1,...,1]
    • Energy conversion index: α Appendix = [ P Anl EF 1 LS 0 P Anl EF 2 LS 0 , ... , P Anl EF 1 LS max P Anl EF 2 LS max ]
    Figure DE102019121990A1_0004
    • ◯ α Anl ≈ [1, ..., 1]
  • • Speicherkapazität: E Sp kap Anl EF1 . = α E Sp kap Anl EF 2  
    Figure DE102019121990A1_0005
    bzw. E Sp kap Anl EF1 = α Q Sp kap Anl EF 2  
    Figure DE102019121990A1_0006
    • E Sp kap BSP =1 E Sp kap AKKU  
      Figure DE102019121990A1_0007
    • Storage capacity: E. Sp cap Anl EF1 . = α E. Sp cap Anl EF 2
    Figure DE102019121990A1_0005
    or. E. Sp cap Anl EF1 = α Q Sp cap Anl EF 2
    Figure DE102019121990A1_0006
    • E. Sp cap BSP = 1 E. Sp kap AKKU
      Figure DE102019121990A1_0007
  • • Leistungsrauschen σP Anl = 0• Power noise σ P Anl = 0

Dynamische Parameter 18Dynamic parameters 18

Die Einzelanlage des Batteriespeichers 5 hat keinen Bedarf auf Seite der sekundären Energieform zu decken. Daher ist der Anstieg der unteren und oberen energetischen Grenzkurve 27 und 28 gleich null. Da der Batteriespeicher 5 auch negative Leistungswerte annehmen kann, im Falle einer Einspeisung, ergibt sich mit der unteren und oberen energetischen Grenzkurve 27 und 28 ein achsenparalleles Band zur Abszisse, wie es in der 16 gezeigt ist. Die zu diesem Batteriespeicher 5 zugehörige untere Leistungsgrenzkurve 52 und die obere Leistungsgrenzkurve 53 sind in der 17 dargestellt.The single system of the battery storage 5 has no need to cover the secondary form of energy. Hence the rise of the lower and upper energetic limit curve 27 and 28 equals zero. As the battery storage 5 can also assume negative power values, in the case of a feed-in, results from the lower and upper energetic limit curve 27 and 28 an axially parallel band to the abscissa, as shown in the 16 is shown. The to this battery storage 5 associated lower power limit curve 52 and the upper power limit curve 53 are in the 17th shown.

Nachfolgend erfolgt eine Überlagerung der statischen Parameter 17 und 17a der beiden Energiewandlungsanlagen 2, also dem Batteriespeicher 5 und dem Elektrofahrzeug 42.The static parameters are then superimposed 17th and 17a of the two energy conversion systems 2 , so the battery storage 5 and the electric vehicle 42 .

Die statischen Parameter 17 und 17a der beiden Energiewandlungsanlagen 2 müssen im nächsten Schritt überlagert werden. Hierzu werden u.a. folgende Verfahren / Maßnahmen genutzt:

  • • mathematische Algorithmen,
  • • Kenntnisse zu Bedarfen, die durch beide Einzelanlagen gleichermaßen gedeckt werden können,
  • • Definition eines Bezugssystems
The static parameters 17th and 17a of the two energy conversion systems 2 must be overlaid in the next step. The following procedures / measures are used for this purpose:
  • • mathematical algorithms,
  • • Knowledge of requirements that can be met equally by both individual systems,
  • • Definition of a reference system

In dem dargestellten Beispiel besitzen beide Energiewandlungsanlagen 2 keine gemeinsam gedeckten Bedarfe. Ein Beispiel für diesen Fall wäre, wenn zum Beispiel zwei KWK-Anlagen den Heizwärmebedarf eines Gebäudes über den gleichen Heizungskreis decken würden.In the example shown, both have energy conversion systems 2 no jointly covered needs. An example for this case would be if, for example, two CHP systems covered the heating demand of a building via the same heating circuit.

Da im Beispiel keine gemeinsamen Bedarfe existieren, ist auch kein Bezugssystem zu definieren. Ein Bezugssystem ist nur dann notwendig, wenn zwei oder mehr Energiewandlungsanlagen 2 gemeinsam einen Energiebedarf 4 decken. Dann muss für die Aggregation 19 eine Bezugsanlage festgelegt werden, welche i.d.R. die priorisierte Anlage ist und primär eingesetzt wird.Since there are no common requirements in the example, no reference system needs to be defined. A reference system is only necessary if two or more energy conversion systems 2 together an energy requirement 4th cover. Then it must for aggregation 19th a reference system can be determined, which is usually the prioritized system and is primarily used.

Die Überlagerung der einzelnen statischen Parameter 17 und 17a kann beispielsweise anhand der nachfolgend genannten Algorithmen erfolgen:

  • • Leistungsstufen PLSI :
    • o Überlagerung abhängig von dem Modus der Leistungsregelung der Anlagen:
    • o Z.B. bei diskreten Leistungsstufen: Aggregation durch Bildung aller möglichen Kombinationen ohne Wiederholung, Addition der Werte und aufsteigende Sortierung
    • o Mögliche Weiterverarbeitung ist u.a. die Reduktion der Leistungsstufen
  • • Modus Leistungsregelung MP
    • ◯ Ergibt sich aus der Methodik der Aggregation der Leistungsstufen
    • ◯ Z.B. bei Überlagerung diskreter Leistungsstufen -> diskret, ebenso
  • • Leistung Zustand AUS Paus
    • o Addition der Leistung im Zustand AUS aller Einzelanlagen
  • • Abschaltzeitkonstante: TAbs
    • ◯ Abschaltzeitkonstante ergibt sich aus dem Maximum aller Abschaltzeitkonstanten
  • • Energiewandlungskennzahl: α Anl = [ P  EF 1 LS 0 P EF 2 LS 0 , , P EF 1 LS max P EF 2 LS max ]
    Figure DE102019121990A1_0008
    • ◯ Überlagerung abhängig vom Modus der Leistungsregelung der Anlagen
    • ◯ Z.B. bei diskreten Leistungsstufen: Aggregation durch Bildung aller möglichen Kombinationen ohne Wiederholung, Multiplikation Werte und Sortierung gemäß den Zuordnungen zu den aggregierten Leistungsstufen
  • • Speicherkapazität: ESP kap
    • ◯ Addition der Speicherkapazitäten aller Einzelanlagen
  • • Leistungsrauschen σP = 0
    • ◯ Addition des Leistungsrauschen aller Einzelanlagen
The superposition of the individual static parameters 17th and 17a can be done using the algorithms mentioned below:
  • • Performance levels P LSI :
    • o Overlay depending on the power control mode of the systems:
    • o For example, with discrete performance levels: aggregation by forming all possible combinations without repetition, adding the values and sorting in ascending order
    • o Possible further processing is, among other things, the reduction of the performance levels
  • • Power control mode M P
    • ◯ Result from the method of aggregating the performance levels
    • ◯ E.g. if discrete power levels are superimposed -> discrete, likewise
  • • Power state OFF P off
    • o Addition of the power in the OFF state of all individual systems
  • • Switch-off time constant: T Abs
    • ◯ Switch-off time constant results from the maximum of all switch-off time constants
  • • Energy conversion index: α Appendix = [ P EF 1 LS 0 P EF 2 LS 0 , ... , P EF 1 LS max P EF 2 LS max ]
    Figure DE102019121990A1_0008
    • ◯ Overlay depending on the system capacity control mode
    • ◯ Eg with discrete performance levels: aggregation by forming all possible combinations without repetition, multiplication of values and sorting according to the assignments to the aggregated performance levels
  • • Storage capacity: E SP cap
    • ◯ Addition of the storage capacities of all individual systems
  • • Power noise σ P = 0
    • ◯ Addition of the power noise of all individual systems

Im Anschluss an die Überlagerung der statischen Parameter 17 und 17a wird eine Hilfsgröße 20 abgeleitet. Diese Hilfsgröße 20 ist ein Leistungsvektor, der sich von den Leistungsstufen, den Energiewandlungskennzahlen, dem Wissen über gemeinsam zu deckende Bedarfe 37 und dem festgelegten Bezugssystem ergibt. Er wird nachfolgend als P̃LS dargestellt und ergänzt die statischen Parameter 17.Following the superposition of the static parameters 17th and 17a becomes an auxiliary variable 20th derived. This auxiliary variable 20th is a performance vector that differs from the performance levels, the energy conversion indicators, the knowledge of the needs to be met together 37 and the specified reference system. It is shown below as P̃ LS and supplements the static parameters 17th .

Neben den statischen Parametern 17 und 17a aller Energiewandlungsanlagen 2 müssen auch die dynamischen Parameter 18 und 18a der beiden Energiewandlungsanlagen 2 aggregiert werden. Hierbei werden zunächst die unteren und oberen Grenzkurven 27, 27' und 28, 28' der beiden Energiewandlungsanlagen 2 addiert. Hierzu muss gegebenenfalls analog zur Aggregation 19 der statischen Parameter 17 und 17a die Kenntnis über gemeinsam zu deckende Energiebedarfe 37 und dem Bezugssystem mit in der Aggregation 19 betrachtet werden. Das Ergebnis der Aggregation 19 ist in den 18 und 19 dargestellt.In addition to the static parameters 17th and 17a of all energy conversion systems 2 also need the dynamic parameters 18th and 18a of the two energy conversion systems 2 be aggregated. The lower and upper limit curves are initially used 27 , 27 'and 28, 28' of the two energy conversion systems 2 added. For this purpose, analogous to the aggregation 19th the static parameters 17th and 17a knowledge of the energy needs to be covered jointly 37 and the reference system in the aggregation 19th to be viewed as. The result of the aggregation 19th is in the 18th and 19th shown.

Die 18 zeigt in einer gemeinsamen Darstellung die untere und obere energetische Grenzkurve 27 und 28 für das Elektrofahrzeug 42 als auch die untere und obere energetische Grenzkurve 27' und 28' für den Batteriespeicher 5. Im Ergebnis der verfahrensgemäßen Verarbeitung ergeben sich die aggregierte untere energetische Grenzkurve 59 und die aggregierte obere energetische Grenzkurve 60, wie in der 18 dargestellt. Die Y-Achse entspricht einer kumulierten Summe.The 18th shows the lower and upper energetic limit curve in a common representation 27 and 28 for the electric vehicle 42 as well as the lower and upper energetic limit curve 27 'and 28' for the battery storage 5 . The aggregated lower energetic limit curve results from the processing according to the method 59 and the aggregated upper energetic limit curve 60 , like in the 18th shown. The Y-axis corresponds to a cumulative sum.

Die 19 zeigt in einer gemeinsamen Darstellung die untere und obere Leistungsgrenzkurve 52 und 53 für das Elektrofahrzeug 42 als auch die untere und obere Leistungsgrenzkurve 52' und 53' für den Batteriespeicher 5. Im Ergebnis der verfahrensgemäßen Verarbeitung ergeben sich die aggregierte untere Leistungsgrenzkurve 65 und die aggregierte obere Grenzkurve 66, wie in der 19 dargestellt. Die Y-Achse bildet die prognostizierte Leistung P ab. Die aggregierte untere Leistungsgrenzkurve 65 überdeckt im Beispiel der 19 die untere Leistungsgrenzkurve 52' des Batteriespeichers.The 19th shows the lower and upper power limit curve in a common representation 52 and 53 for the electric vehicle 42 as well as the lower and upper power limit curves 52 'and 53' for the battery storage 5 . The result of the processing according to the method results in the aggregated lower power limit curve 65 and the aggregated upper limit curve 66 , like in the 19th shown. The Y-axis shows the predicted power P. The aggregated lower power limit curve 65 covered in the example of 19th the lower power limit curve 52 'of the battery storage.

In einem zweiten Schritt wird wiederum im Rahmen des Aggregationsvorgangs eine Hilfsgröße 20a abgeleitet, welche beschreibt, wie lange eine Energiewandlungsanlage 2 bzw. eine Kombination von Energiewandlungsanlage 2n bei maximaler Leistung in Betrieb sein muss, um die untere energetische Grenzkurve 27 zu erfüllen. Diese Hilfsgröße ergänzt die dynamischen Parameter 18.In a second step, an auxiliary variable is again used as part of the aggregation process 20a derived, which describes how long an energy conversion system 2 or a combination of energy conversion system 2n must be in operation at maximum power in order to reach the lower energetic limit curve 27 to meet. This auxiliary variable supplements the dynamic parameters 18th .

In einem weiteren Schritt können die unbeeinflussbaren Systeme wie beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage 42 und der elektrische Verbraucher 40 noch berücksichtigt werden. Eine Optimierung ist hierbei sowohl bei den energetischen Grenzkurven 59 und 60 gemäß 18 als auch bei den Leistungsgrenzkurven 65 und 66 gemäß 19 möglich.In a further step, the systems that cannot be influenced, such as a photovoltaic system 42 and the electrical consumer 40 still to be considered. An optimization is here both for the energetic limit curves 59 and 60 according to 18th as well as the power limit curves 65 and 66 according to 19th possible.

Im gezeigten Beispiel ist es sinnvoll, die Lastgänge in den Leistungsgrenzkurven zu berücksichtigen. Beispielhaft seien die Leistungsgrenzkurven mit den Prognosen in der 20 ersichtlich.In the example shown, it makes sense to take the load profiles into account in the power limit curves. The power limit curves with the forecasts in 20th evident.

20 zeigt zwischen der aggregierte untere Leistungsgrenzkurve 65 und der aggregierte oberen Leistungsgrenzkurve 66 eine Bedarfsprognose 29 des Energiebedarfs sowie eine Erzeugungsprognose 39. 20th shows between the aggregated lower power limit curve 65 and the aggregated upper power limit curve 66 a demand forecast 29 of the energy demand as well as a generation forecast 39 .

Im Rahmen der Optimierung kann vorgegeben werden, mit welcher Leistung die steuerbaren Energiewandlungsanlagen 2 minimal und maximal betrieben werden sollen unter Beachtung der nicht steuerbaren Energiewandlungsanlagen 2. So ist es beispielsweise möglich, im Falle eines nicht steuerbaren Verbrauchs die maximale zulässige Leistung, also die aggregierte obere Leistungsgrenzkurve 66 zumindest teilweise zu reduzieren. Die Reduktion kann unterschiedlich hoch ausfallen, je nachdem wie hoch das „Maß“ der Optimierung sein soll. Eine derartige Optimierung ist beispielhaft in der 21 dargestellt.As part of the optimization, it can be specified with what power the controllable energy conversion systems 2 minimum and maximum should be operated taking into account the non-controllable energy conversion systems 2 . For example, in the case of non-controllable consumption, it is possible to use the maximum permissible power, i.e. the aggregated upper power limit curve 66 to reduce at least partially. The reduction can be different, depending on how high the "level" of optimization should be. Such an optimization is exemplified in 21st shown.

In der 21 sind die derart optimierten Leistungsgrenzkurven, also die angepasste aggregierte untere Leistungsgrenzkurve 61 sowie die angepasste aggregierte obere Leistungsgrenzkurve 62 dargestellt. Der Raum zwischen der unteren Leistungsgrenzkurve 61 und der oberen Leistungsgrenzkurve 62 ist der zum jeweiligen Zeitpunkt zur Verfügung stehende Bereich in welchem das Energiemanagementsystem 1 mittels der entsprechenden Steuerungs- und Regelungseinheit 7 eine Steuerung bzw. Regelung einzelner Energiewandlungsanlagen 2 vornehmen kann.In the 21st are the power limit curves optimized in this way, i.e. the adjusted aggregated lower power limit curve 61 as well as the adjusted aggregated upper power limit curve 62 shown. The space between the lower power limit curve 61 and the upper power limit curve 62 is the area in which the energy management system is available at the time 1 by means of the corresponding control and regulation unit 7th a control or regulation of individual energy conversion systems 2 can make.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
EnergiemanagementsystemEnergy management system
1a1a
lokales Energiemanagementsystemlocal energy management system
1b1b
übergeordnetes Energiemanagementsystemhigher-level energy management system
22
EnergiewandlungsanlageEnergy conversion system
33
VersorgungsnetzSupply network
44th
Energiebedarf / BedarfEnergy demand / demand
55
EnergiespeicherEnergy storage
6, 6a, 6b, ..., 6n6, 6a, 6b, ..., 6n
Sensor / ZählerSensor / counter
77th
Steuerungs- und RegelungseinheitControl and regulation unit
88th
SteuerbefehlControl command
99
MessdatenMeasurement data
1010
EnergieleitstelleEnergy control center
1111
Schnittstelleinterface
1212th
Verbindungseinheit / GatewayLink unit / gateway
1313
EnergieflussEnergy flow
1414th
externe Prognoseexternal forecast
1515th
InternetInternet
1616
abstraktes und aggregiertes Modellabstract and aggregated model
17, 17a, 17b,..., 17n17, 17a, 17b, ..., 17n
statische Parameterstatic parameters
18, 18a, 18b, ..., 18n18, 18a, 18b, ..., 18n
dynamische Parameterdynamic parameters
19, 19a, 19b19, 19a, 19b
AggregationAggregation
20, 20a, 20b20, 20a, 20b
HilfsgrößenAuxiliary variables
2121st
DisaggregationDisaggregation
2222nd
erste Ebenefirst floor
2323
zweite Ebenesecond level
2424
SollbefehlTarget command
2525th
SteuerbefehlControl command
2626th
abstraktes Modell einer Energiewandlungsanlageabstract model of an energy conversion system
27, 27a27, 27a
erste (untere) energetische Grenzkurvefirst (lower) energetic limit curve
28, 28a28, 28a
zweite (obere) energetische Grenzkurvesecond (upper) energetic limit curve
2929
BedarfprognoseDemand forecast
3131
Historische MesswerteHistorical readings
3232
Einschränkungen zum AnlagenbetriebPlant operation restrictions
3333
Mathematische AlgorithmenMathematical Algorithms
3434
erste Optimierungenfirst optimizations
3535
Konfigurationconfiguration
3636
Energetische SchnittstelleEnergetic interface
3737
gemeinsamer Energiebedarfcommon energy demand
3838
BezugssystemReference system
3939
ErzeugungsprognoseGeneration forecast
4040
elektrischer Verbraucherelectrical consumer
4141
Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage)Photovoltaic system (PV system)
4242
ElektrofahrzeugElectric vehicle
4343
LadeboxCharging box
4545
AnschlusssteckdoseConnection socket
4646
erster Akkufirst battery
4747
BatteriewechselrichterBattery inverter
4848
Motorengine
4949
Steuerbarer EnergieerzeugerControllable energy generator
5050
weiter Akkufurther battery
5151
steuerbarer Verbrauchercontrollable consumer
5252
untere Leistungsgrenzkurvelower power limit curve
5353
obere Leistungsgrenzkurveupper power limit curve
5454
prognostizierte Leistung Pforecast performance P
5555
prognostizierter Mobilitäts-Bedarfforecast mobility needs
5656
Verlauf prognostizierte Ladeleistung Esum progCourse of the forecasted charging capacity Esum prog
5757
kumulierte Summe Esumcumulative total Esum
5858
Speicherladezustand Esp ist The storage charge level is E sp
5959
aggregierte untere energetische Grenzkurveaggregated lower energetic limit curve
6060
aggregierte obere energetische Grenzkurveaggregated upper energetic limit curve
6161
angepasste aggregierte untere Leistungsgrenzkurveadjusted aggregated lower power limit curve
6262
angepasste aggregierte obere Leistungsgrenzkurveadjusted aggregated upper power limit curve
6363
Verarbeitungprocessing
6464
zweite Optimierungsecond optimization
6565
aggregierte untere Leistungsgrenzkurveaggregated lower power limit curve
6666
aggregierte obere Leistungsgrenzkurveaggregated upper power limit curve

FormelzeichenFormula symbol BedeutungenMeanings PAV P AV Elektrische Leistung des Allgemeinverbrauchs (elektrischer Verbraucher) (40)Electrical power of general consumption (electrical consumer) (40) PE-FZG P E-FZG Elektrische Leistung, die durch ein Elektrofahrzeug (42) aufgenommen oder abgegeben wirdElectrical power that is consumed or output by an electric vehicle (42) PLS Anl P LS Anl Leistungen zu den Leistungsstufen einer Energiewandlungsanlage (2) auf der Seite der primären Energieform 1 (z.B. Elektroenergie)Services for the performance levels of an energy conversion system (2) on the side of the primary energy form 1 (e.g. electrical energy) PE-FZG LS0 P E-FZG LS0 Leistung bei Leistungsstufe 0 eines Elektrofahrzeugs (42) auf der Seite der primären Energieform 1 (z.B. Elektroenergie)Power at power level 0 of an electric vehicle (42) on the side of primary energy form 1 (e.g. electrical energy) PE-FZG LSmax P E-FZG LSmax Leistung bei maximaler Leistungsstufe eines Elektrofahrzeugs (42) auf der Seite der primären Energieform 1 (z.B. Elektroenergie)Power at the maximum power level of an electric vehicle (42) on the side of primary energy form 1 (e.g. electrical energy) MP Anl M P Anl Modus der Leistungsregelung einer Energiewandlungsanlage (2), zum Beispiel kontinuierliche Leistungsregelung oder diskrete Leistungsregelung in StufenPower control mode of an energy conversion system (2), for example continuous power control or discrete power control in stages Paus Anl P from appendix Elektrische Leistung im Zustand aus der Energiewandlungsanlage (2)Electrical power in the state from the energy conversion system (2) TAbs Anl T Abs Anl Abschaltzeitkonstante, entspricht der Zeitdauer, die der Vorgang der Abschaltung einer Energiewandlungsanlage (2) benötigtSwitch-off time constant, corresponds to the time required for the process of switching off an energy conversion system (2) αAnl α Appendix Energiewandlungskennzahl einer Energiewandlungsanlage (2), entspricht dem Verhältnis zwischen der Leistung auf Seite der Energieform 1 zur Leistung auf Seite der Energieform 2Energy conversion index of an energy conversion system (2), corresponds to the ratio between the power on the side of energy form 1 to the power on the side of energy form 2 PAnl EF 1 LS 0 P Anl EF 1 LS 0 Leistung der Energiewandlungsanlage (2) bei Leistungsstufe 0 auf Seite der Energieform 1Power of the energy conversion system (2) at power level 0 on the energy form 1 side PAnl EF 2 LS 0 P Anl EF 2 LS 0 Leistung der Energiewandlungsanlage (2) bei Leistungsstufe 0 auf Seite der Energieform 2Power of the energy conversion system (2) at power level 0 on the energy form 2 side PAnl EF 1 LS max P Anl EF 1 LS max Leistung der Energiewandlungsanlage (2) bei maximaler Leistungsstufe auf Seite der Energieform 1Power of the energy conversion system (2) at maximum power level on the energy form 1 side PAnl EF 2 LS max P Anl EF 2 LS max Leistung der Energiewandlungsanlage (2) bei maximaler Leistungsstufe auf Seite der Energieform 2Power of the energy conversion system (2) at the maximum power level on the energy form 2 side ESp kap Anl EF1 E Sp cap Anl EF1 Elektrische Speicherkapazität bezogen auf Energieform 1, entspricht der speicherbaren Energie im Speicher (5), welcher der Energiewandlungsanlage (2) zugeordnet ist, bezogen auf die Seite der Energieform 1Electrical storage capacity related to energy form 1, corresponds to the storable energy in the memory (5), which is assigned to the energy conversion system (2), related to the side of energy form 1 ESp kap Anl EF2 E Sp cap Anl EF2 Elektrische Speicherkapazität bezogen auf Energieform 2, entspricht der speicherbaren Energie im Speicher (5), welcher der Energiewandlungsanlage (2) zugeordnet ist, bezogen auf die Seite der Energieform 2Electrical storage capacity based on energy form 2 corresponds to the storable energy in the storage device (5), which is assigned to the energy conversion system (2), based on the side of energy form 2 QSp kap Anl EF2 Q Sp cap Anl EF2 Thermische Speicherkapazität bezogen auf Energieform 2, entspricht der thermisch speicherbaren Energie im Speicher (5), welcher der Energiewandlungsanlage (2) zugeordnet ist, bezogen auf die Seite der Energieform 2Thermal storage capacity related to energy form 2, corresponds to the thermally storable energy in the memory (5), which is assigned to the energy conversion system (2), related to the side of energy form 2 ESp kap Akku E Sp kap battery Speicherkapazität des Akkus eines Elektrofahrzeugs (42) für die Energieform 2Storage capacity of the battery of an electric vehicle (42) for energy form 2 ESp kap E-FZG E Sp kap E-FZG Speicherkapazität eines Elektrofahrzeugs (42) bezogen auf die Energieform 1Storage capacity of an electric vehicle (42) based on the energy form 1 σP Anl σ P Anl Leistungsrauschen einer Energiewandlungsanlage (2), entspricht einem prozentualen Wert, welcher beschreibt, wie groß die ungewünschte Fluktuation der elektrischen Leistung der Energiewandlungsanlage (2) im Betrieb ist, bezogen auf Energieform 1Power noise of an energy conversion system (2) corresponds to a percentage value which describes how great the undesired fluctuation of the electrical power of the energy conversion system (2) is in operation, based on energy form 1 Pprog min P prog min Leistungsverlauf gemäß der unteren Leistungsgrenzkurve (52), entspricht prognostizierten WertenPower curve according to the lower power limit curve (52), corresponds to forecast values Pprog max P prog max Leistungsverlauf gemäß der oberen Leistungsgrenzkurve (53), entspricht prognostizierten WertenPower curve according to the upper power limit curve (53), corresponds to forecast values Eprog min E prog min Kumulierter Energieverlauf der unteren energetische Grenzkurve (27), entspricht prognostizierten WertenCumulative energy curve of the lower energetic limit curve (27), corresponds to forecast values Eprog max E prog max Kumulierter Energieverlauf der oberen energetischen Grenzkurve (28), entspricht prognostizierten WertenCumulative energy curve of the upper energetic limit curve (28), corresponds to forecast values ESp ist E Sp is Verlauf der zum aktuellen Zeitpunkt gespeicherte Energie in einem Speicher (5), der einer Energiewandlungsanlage (2) zugeordnet ist, hier für ein Elektrofahrzeug (42)Course of the energy stored at the current point in time in a memory (5) that is assigned to an energy conversion system (2), here for an electric vehicle (42) Pist P is Verlauf der elektrischen Leistung für eine Energiewandlungsanlage (2), hier die Ladeleistung für ein Elektrofahrzeug (42)Electric power curve for an energy conversion system (2), here the charging power for an electric vehicle (42) Pprog P prog Prognostizierte Leistung für eine Energiewandlungsanlage (2), die als Bedarf durch die Energiewandlungsanlage (2) zu decken ist, hier die prognostizierte Ladeleistung eines Elektrofahrzeugs (42)Predicted power for an energy conversion system (2), which is to be covered as demand by the energy conversion system (2), here the predicted charging power of an electric vehicle (42) Esum prog E sum prog Kumulierte Summe der Energie, die ausgehend von der prognostizierten Leistung für eine Energiewandlungsanlage (2) Pprog sich ergibt, hier kumulierte Summe der prognostizierten Ladeleistung eines Elektrofahrzeugs (42)Cumulative sum of the energy that results from the predicted power for an energy conversion system (2) P prog , here the cumulative sum of the predicted charging power of an electric vehicle (42) ii ZählschrittCounting step ΔtΔt Zeitabstand zwischen zwei Zählschritten iTime interval between two counting steps i ττ Anzahl der maximaler Zählschritte unter Beachtung einer zu betrachtenden Zeitdauer (Prognosedauer) und einem Zeitabstand zwischen den ZählschrittenNumber of maximum counting steps taking into account a period to be considered (forecast duration) and a time interval between the counting steps PLS max P LS max Leistung bei maximaler LeistungsstufePerformance at maximum performance level PBSP LS0 P BSP LS0 Leistung bei Leistungsstufe 0 eines Batteriespeichers (5) auf der Seite der primären Energieform 1 (z.B. Elektroenergie)Power at power level 0 of a battery storage (5) on the side of primary energy form 1 (e.g. electrical energy) PBSP LSmax P BSP LSmax Leistung bei maximaler Leistungsstufe eines Batteriespeichers (5) auf der Seite der primären Energieform 1 (z.B. Elektroenergie)Power at the maximum power level of a battery storage (5) on the side of the primary energy form 1 (e.g. electrical energy) ESp kap E-FZG E Sp kap E-FZG Speicherkapazität eines Batteriespeichers (5) bezogen auf die Energieform 1Storage capacity of a battery store (5) based on the energy form 1 PLS P LS Leistungen zu den Leistungsstufen mehrerer Energiewandlungsanlagen (2) auf der Seite der primären Energieform 1 (z.B. Elektroenergie)Services for the performance levels of several energy conversion systems (2) on the side of the primary energy form 1 (e.g. electrical energy) MP M P Modus der Leistungsregelung mehrerer Energiewandlungsanlagen (2), zum Beispiel kontinuierliche Leistungsregelung oder diskrete Leistungsregelung in StufenPower control mode for several energy conversion systems (2), for example continuous power control or discrete power control in stages Paus P off Elektrische Leistung im Zustand mehrerer Energiewandlungsanlagen (2)Electrical power in the state of several energy conversion systems (2) TAbs T Abs Abschaltzeitkonstante, entspricht der Zeitdauer, die der Vorgang der Abschaltung mehrerer Energiewandlungsanlagen (2) maximal benötigtSwitch-off time constant, corresponds to the maximum time that the process of switching off several energy conversion systems (2) requires αα Energiewandlungskennzahl einer Kombination mehrerer Energiewandlungsanlagen (2), entspricht dem Verhältnis zwischen der Leistung auf Seite der Energieform 1 zur Leistung auf Seite der Energieform 2Energy conversion index of a combination of several energy conversion systems (2), corresponds to the ratio between the power on the side of energy form 1 to the power on the side of energy form 2 PEF 1 LS 0 P EF 1 LS 0 Leistung mehrerer Energiewandlungsanlagen (2) bei Leistungsstufe 0 auf Seite der Energieform 1Performance of several energy conversion systems (2) at performance level 0 on the energy form 1 side PEF 2 LS 0 P EF 2 LS 0 Leistung mehrerer Energiewandlungsanlagen (2) bei Leistungsstufe 0 auf Seite der Energieform 2Performance of several energy conversion systems (2) at performance level 0 on the energy form 2 side PEF 1LS max P EF 1LS max Leistung mehrerer Energiewandlungsanlagen (2) bei maximaler Leistungsstufe auf Seite der Energieform 1Power of several energy conversion systems (2) at maximum power level on the energy form 1 side PEF 2 LS max P EF 2 LS max Leistung der Energiewandlungsanlage (2) bei maximaler Leistungsstufe auf Seite der Energieform 2Power of the energy conversion system (2) at the maximum power level on the energy form 2 side ESp kap E Sp cap Elektrische Speicherkapazität bezogen auf Energieform 1, entspricht der speicherbaren Energie mehrerer Speicher (5), welche mehreren Energiewandlungsanlage (2) zugeordnet ist, bezogen auf die Seite der Energieform 1Electrical storage capacity related to energy form 1, corresponds to the storable energy of several storage units (5), which is assigned to several energy conversion systems (2), related to the side of energy form 1 σP σ P Leistungsrauschen mehrerer Energiewandlungsanlage (2), entspricht einem prozentualen Wert, welcher beschreibt, wie groß die ungewünschte Fluktuation der elektrischen Leistung der Energiewandlungsanlage (2) im Betrieb ist, bezogen auf Energieform 1Power noise from several energy conversion systems (2) corresponds to a percentage value which describes how great the undesired fluctuation of the electrical power of the energy conversion system (2) is in operation, based on energy form 1 LS LS Hilfsgröße als Ableitung aus den Leistungsstufen, den Energiewandlungskennzahlen, dem Wissen über zu deckende Bedarfe (4) und dem festzulegenden BezugssystemAuxiliary variable as a derivation from the performance levels, the energy conversion indicators, knowledge of the needs to be covered (4) and the reference system to be defined

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102009044161 A1 [0010]DE 102009044161 A1 [0010]
  • DE 102005056084 A1 [0010]DE 102005056084 A1 [0010]

Claims (10)

Verfahren zur Modellierung einer oder mehrerer Energiewandlungsanlagen (2) in einem Energiemanagementsystem (1), wobei in dem Energiemanagementsystem (1) mindestens eine Energiewandlungsanlage (2) und eine Steuerungs- und Regelungseinheit (7) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein technologieunabhängiges abstraktes Modell (26) für jede Energiewandlungsanlage (2) mit ihren jeweiligen statischen Parametern (17) und ihren jeweiligen dynamischen Parametern (18) erzeugt wird, wobei dynamische Parameter (18) durch eine Verarbeitung (63) mittels mathematischer Algorithmen (33) sowie Optimierungen (34) auf Grundlage einer Bedarfsprognose (29) und Einschränkungen für den Anlagenbetrieb (32) gebildet werden und wobei statische Parameter (17) durch die Eingabe von technologieunabhängigen Anlagenparametern gebildet werden.Method for modeling one or more energy conversion systems (2) in an energy management system (1), at least one energy conversion system (2) and a control and regulation unit (7) being provided in the energy management system (1), characterized in that a technology-independent abstract model (26) is generated for each energy conversion system (2) with its respective static parameters (17) and its respective dynamic parameters (18), with dynamic parameters (18) being processed (63) using mathematical algorithms (33) and optimizations (34 ) are formed on the basis of a demand forecast (29) and restrictions for the system operation (32), and static parameters (17) are formed by entering technology-independent system parameters. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus zwei oder mehr abstrakten Modellen (26) je einer Energiewandlungsanlage (2) mittels einer Aggregation (19) ein abstraktes und aggregiertes Modell (16) gebildet wird, welches mindestens die statischen Parameter (17a, 17b, ... , 17n) und die dynamischen Parameter (18a, 18b, ... , 18n) der zwei oder mehr Energiewandlungsanlagen (2) abbildet.Procedure according to Claim 1 , characterized in that an abstract and aggregated model (16) is formed from two or more abstract models (26) each from an energy conversion system (2) by means of an aggregation (19), which at least the static parameters (17a, 17b, ... , 17n) and the dynamic parameters (18a, 18b, ..., 18n) of the two or more energy conversion systems (2). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aggregation (19) unter zu Hilfenahme energetischer Schnittstellen (36), eines Bezugssystems (38), mathematischer Algorithmen (33) und gemeinsamer Energiebedarfe (37) erfolgt.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that an aggregation (19) takes place with the aid of energetic interfaces (36), a reference system (38), mathematical algorithms (33) and common energy requirements (37). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Aggregation (19) Hilfsgrößen (20) gebildet werden, wobei die aus den statischen Parametern (17a) und (17b) der abstrakten Modelle (26) bei der Aggregation (19) gebildeten Hilfsgrößen (20) in den statischen Parametern (17) des abstrakten und aggregierten Modells (16) abgespeichert werden und wobei die aus den dynamischen Parametern (18a) und (18b) der abstrakten Modelle (26) bei der Aggregation (19) gebildeten Hilfsgrößen (20) in den dynamischen Parametern (18) des abstrakten und aggregierten Modells (16) gespeichert werden.Method according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that during the aggregation (19) auxiliary variables (20) are formed, the auxiliary variables (20) formed from the static parameters (17a) and (17b) of the abstract models (26) during the aggregation (19) in the static parameters (17) of the abstract and aggregated model (16) are stored and the auxiliary variables (20) formed from the dynamic parameters (18a) and (18b) of the abstract models (26) during the aggregation (19) in the dynamic parameters (18) of the abstract and aggregated model (16) are stored. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamischen Parameter (18) des abstrakten und aggregierten Modells (16) durch zweite Optimierungen (64) gebildet werden, wobei statische Parameter (17) des abstrakten und aggregierten Anlagenmodells (16) sowie Ausgangsgrößen der Aggregation (19b), der Bedarfsprognose (29) und der Erzeugungsprognose (39) genutzt werden.Method according to one of the Claims 2 to 4th , characterized in that the dynamic parameters (18) of the abstract and aggregated model (16) are formed by second optimizations (64), static parameters (17) of the abstract and aggregated system model (16) and output variables of the aggregation (19b), the demand forecast (29) and the generation forecast (39) can be used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerbefehle (25) für Energiewandlungsanlagen (2) mittels einer Disaggregation (21) unter Verwendung von Sollbefehlen (24) aus dem Energiemanagementsystem (1) sowie der statischen Parameter (17) und der dynamischen Parameter (18) des abstrakten und aggregierten Modells (16) gebildet werden.Method according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that control commands (25) for energy conversion systems (2) by means of a disaggregation (21) using target commands (24) from the energy management system (1) and the static parameters (17) and the dynamic parameters (18) of the abstract and aggregated model (16) are formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Optimierung (34) nach vorgegebenen Zeiten des Betriebs einer Energiewandlungsanlage (2) oder einem energetisch effizienten Betrieb der Energiewandlungsanlage (2) erfolgt.Method according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the first optimization (34) takes place after predetermined times of the operation of an energy conversion system (2) or an energetically efficient operation of the energy conversion system (2). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Optimierung (64) nach Wirtschaftlichkeit, Energieeffizienz oder Spitzenlastkappung erfolgt.Method according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the second optimization (64) takes place according to economy, energy efficiency or peak load capping. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsgrenzen wie ein zu erfüllender Wärmebedarf durch die Energiewandlungsanlage (2), eine Verfügbarkeit eines Elektrofahrzeugs (42), ein Speicherzustand eines thermischen oder elektrischen Speichers (5) und eine maximal mögliche oder minimal notwendige Einspeisung in elektrische Versorgungsnetze (3) berücksichtigt werden.Method according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that operating limits such as a heat demand to be met by the energy conversion system (2), the availability of an electric vehicle (42), a storage status of a thermal or electrical storage device (5) and a maximum possible or minimum necessary feed into electrical supply networks (3) be taken into account. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiemanagementsystem (1) ein lokales Energiemanagementsystem (1a) oder ein übergeordnetes Energiemanagementsystem (1b) ist.Method according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the energy management system (1) is a local energy management system (1a) or a superordinate energy management system (1b).
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