Autarker Betrieb einer Energie-Bereitstellungsvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der elektrischen Energieversorgung in einem Stromnetz wie beispielsweise einem sog. Inselnetz. Insbesondere

betrifft die vorliegende Erfindung eine Energie-Bereitstel- lungsvorrichtung zum Bereitstellen von elektrischer Leistung bzw. Energie für ein Stromnetz bzw. für die an dem Stromnetz angeschlossenen elektrischen Verbraucher sowie ein Energie- Bereitstellungssystem mit mehreren solchen Energie- Bereitstellungsvorrichtungen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Leistung bzw. Energie sowie ein Computerprogramm zum

Durchführen bzw. Steuern eines solchen Verfahrens.

Hybride Energie-Bereitstellungssysteme kombinieren typischer ^¬ weise mehrere unterschiedliche Energie-Bereitstellungs ^¬ vorrichtungen um möglichst zuverlässig und bevorzugt unter Ausnutzung von regenerativer Energie ein elektrisches Stromnetz mit elektrischer Energie bzw. Leistung zu versorgen bzw. um ein elektrisches Inselnetz zu bilden und die daran

angeschlossenen elektrischen Verbraucher zuverlässig und auf effiziente Weise mit elektrischer Leistung bzw. Energie zu versorgen. Typische Energie-Bereitstellungsvorrichtungen, die in unterschiedlichen Kombinationen verschiedenste

Konfigurationen von Energie-Bereitstellungssystemen bilden können, sind (a) (Diesel) -Generatoren, (b) (Block) -Heizkraft ^¬ werke, (c) Photovoltaikanlagen, (d) Windenergieanlagen, und (e) elektrische Energiespeicher mit Batterien bzw. Akkumulatoren, wobei diese Aufzählung jedoch nicht abschließend ist. Die Energie-Bereitstellungsvorrichtungen (a) bis (d) sind

Energie-Erzeugungsvorrichtungen, welche eine nicht-elektrische Primärenergie in elektrische Energie umwandeln. Die Energie-Bereitstellungsvorrichtung (e) muss zunächst mit erzeugter elektrischer Energie gespeist bzw. geladen werden, bevor sie zu einem späteren Zeitpunkt, zu dem beispielsweise wenig regenerative Energie zur Verfügung steht und/oder die angeschlossenen elektrischen Verbraucher einen hohen

Energiebedarf haben, die gespeicherte elektrische Energie abgeben können.

Ein Energie-Bereitstellungssystem weist häufig auch eine übergeordnete Steuereinheit auf. Diese sorgt insbesondere dafür, dass abhängig von (i) den Betriebszuständen der angeschlossenen Verbraucher bzw. deren aktuellen und/oder für die nähere Zukunft prognostizierten Energiebedarf und/oder (ii) den Betriebszuständen der Energie-Bereitstellungs- Vorrichtungen bzw. der elektrischen Leistung, welche diese aktuell und/oder (prognostiziert) in der näheren Zukunft bereitstellen können, die verschiedenen Energie-Bereitstellungsvorrichtungen steuert. Eine solche Steuerung umfasst insbesondere eine (gesteuerte oder geregelte) Einstellung der elektrischen Leistung, welche von der betreffenden Energie- Bereitstellungsvorrichtung mit dem Stromnetz ausgetauscht wird. Dabei kann die Menge an elektrischer Leistung kontinu ^¬ ierlich bzw. in kleinen Schritten eingestellt werden oder die betreffende Energie-Bereitstellungsvorrichtung kann komplett zu- bzw. abschaltet werden. Eine übergeordnete Steuereinheit wird häufig auch als (überlagertes) Leitsystem bezeichnet. Als Kriterien für eine Steuerung der Leistungsbereitstellung aus den verschiedenen Energie-Bereitstellungsvorrichtungen dienen in der Regel die Sicherstellung einer hohen Stabilität des betreffenden Stromnetzes sowie eine kostenoptimale

Energieerzeugung .

Es ist jedoch möglich, dass eine Kommunikationsverbindung ausfällt, über welche Steuersignale für die Steuerung von zumindest einer Energie-Bereitstellungsvorrichtung übertrage werden. Dies führt zu einem unkontrollierten Betrieb der betreffenden Energie-Bereitstellungsvorrichtung, was die Stabilität des betreffenden Stromnetzes beeinträchtigt und damit die Versorgungssicherheit der Stromversorgung für die angeschlossenen Verbraucher gefährdet. Um die Auswirkungen von gestörten bzw. ausgefallenen Kommunikationsverbindungen zu minimieren, werden bei bekannten Energie-Bereitstellungs ^¬ systemen die Kommunikationsverbindungen redundant ausgelegt. Dies bedeutet, dass für jede Kommunikationsverbindung

zumindest zwei unabhängige Kommunikationswege vorgesehen sind. Eine Realisierung dieses Ansatzes ist jedoch mit erheblichen Zusatzkosten verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Versorgungs ^¬ sicherheit für elektrische Verbraucher, welche an einem

Stromnetz angeschlossen sind, welches von einem vorstehend beschriebenen Energie-Bereitstellungssystem gespeist wird, auf einfache und effektive Weise zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhän ^¬ gigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen, weitere Merkmale und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit den vorrichtungsbezogenen Ansprüchen

beschrieben sind, selbstverständlich für die verfahrensbezogenen Ansprüche sowie für das Computerprogramm, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung dieser Erfindung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird beschrieben eine Energie-Bereitstellungsvorrichtung, welche aufweist (a) eine Bereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen von elektrischer Leistung für ein Stromnetz bzw. für die an dem Stromnetz angeschlossenen elektrischen Verbraucher; (b) eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs der Bereitstellungs ^¬ einrichtung in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus; (c) eine Schnittstelle, eingerichtet zum Empfangen von externen Steuersignalen und zum Weiter- leiten der externen Steuersignale, welche indikativ sind für die Art und Weise, wie die Bereitstellungseinrichtung in dem ersten Betriebsmodus arbeitet; (d) eine Kommunikation- Überwachungseinheit, welche mit der Schnittstelle und der Steuereinheit gekoppelt ist und welche eingerichtet ist (dl) zu überwachen, ob externe Steuersignale von der Schnittstelle empfangen werden und, (d2) falls für eine vorbestimmten

Zeitspanne kein externes Steuersignal oder kein gültiges externes Steuersignal von der Schnittstelle empfangen wurde, ein Betriebsmodus-Steuersignal an die Steuereinheit zu übermitteln, welches die Steuereinheit dazu veranlasst, die Bereitstellungseinrichtung in dem zweiten Betriebsmodus zu betreiben .

Der beschriebenen Energie-Bereitstellungsvorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass innerhalb eines Energie- Bereitstellungssystems mit bevorzugt mehreren solchen

Energie-Bereitstellungsvorrichtungen die Auswirkungen von einem Ausfall einer Kommunikationsverbindung, über welche normalerweise die externen Steuersignale gesendet werden, dahingehend zumindest teilweise kompensiert wird, dass die Bereitstellungseinrichtung in den zweiten Betriebsmodus übergeht. Der zweite Betriebsmodus kann sich insbesondere dadurch von dem ersten Betriebsmodus unterscheiden, dass ein Ausbleiben der externen Steuersignale nicht zu einer

unerwünschten oder sogar gefährlichen Instabilität der gesamten Energie-Bereitstellungsvorrichtung führt. In dem zweiten Betriebsmodus arbeitet die Energie- Bereitstellungsvorrichtung bzw. die

Bereitstellungseinrichtung vielmehr autark. Auch wenn ein solcher autarker Betrieb insbesondere in Hinblick auf die

Effizienz des Energie-Bereitstellungssystems typischerweise nicht so günstig sein sollte, so ist das Vorsehen des zweiten Betriebsmodus und insbesondere der automatische Übergang in diesen zweiten Betriebsmodus im Vergleich zu dem Aufwand für eine redundante Auslegung von Kommunikationsverbindungen sehr viel effizienter. Bei einer solchen Abwägung ist auch zu berücksichtigen, dass die betreffende Energie- Bereitstellungsvorrichtung im Normalfall und damit für die überwiegende Zeit in dem ersten Betriebsmodus bzw. zumindest nicht in dem zweiten Betriebsmodus arbeitet.

Die beschriebenen Einheiten der Energie-Bereitstellungs ^¬ vorrichtung, insbesondere die Steuereinheit und die

Kommunikation-Überwachungseinheit, stellen funktionale

Einheiten dar, welche abhängig von der konkreten Ausführungsform mittels Hardware, Software oder in hybrider Form durch eine Kombination von Hardware und Software realisiert werden können. Diese Einheiten können auch durch eine gemeinsame Einheit mittels Hardware und/oder mittels Software realisiert werden, welcher optional auch noch die Schnittstelle

zugeordnet sein kann.

Die externen Steuersignale können von jeder beliebigen

Entität an die beschriebene Schnittstelle übermittelt werden. Diese Entität kann ein sog. Leitsystem eines Energie- Bereitstellungssystems sein, welche neben der beschriebenen Energie-Bereitstellungsvorrichtung auch noch zumindest eine andere Energie-Bereitstellungsvorrichtung steuert.

Die unterschiedlichen Betriebsmodi können sich insbesondere durch die Werte für elektrische Parameter bzw. für entspre- chende interne Steuerparameter voneinander unterscheiden.

Dazu zählen insbesondere Parameter, welche für die Leistung indikativ sind, die von der betreffenden Energie-Bereitstel ^¬ lungsvorrichtung in das Stromnetz eingespeist wird. Falls es sich bei der Energie-Bereitstellungsvorrichtung um einen elektrischen Energiespeicher handelt, dann kann ein solcher (weiterer) Parameter insbesondere für die Leistung indikativ sein, welche aktuell oder in der näheren Zukunft in das Stromnetz eingespeist wird bzw. werden soll.

Unter dem Begriff "externes Steuersignal" werden in diesem Dokument nicht nur Signale verstanden, welche zu einer

Änderung der Art und Weise des Betriebs der Bereitstellungs ^¬ einrichtung (im ersten Betriebsmodus) führen. Ein Steuersignal kann auch ein Signal sein, welches dafür sorgt, dass die Steuereinrichtung den Betrieb der Bereitstellungseinrichtung (im ersten Betriebsmodus) beibehält. In diesem Fall enthält das Steuersignal die Information, den Betrieb der jeweiligen Bereitstellungseinrichtung (zumindest für eine bestimmte Zeitspanne) unverändert beizubehalten. Unter einem "Steuersignal" ist in diesem Dokument ganz allgemein jegliche übertragene bzw. zu übertragenden

Information zu verstehen, welche einen Einfluss auf die Art und Weise des Betriebs der Bereitstellungseinrichtung (im ersten Betriebsmodus) oder auf einen Übergang zwischen den beiden Betriebsmodi hat. Die Information kann in analoger oder digitaler Form mittels geeigneter Spannungsverläufe übertragen werden. Die Information kann auch auf der

Grundlage eines geeigneten Kommunikationsprotokolls mittels Nachrichten, Datentelegrammen, etc. übermittelt werden.

Die vorbestimmte Zeitspanne kann auf vielfältige Weise gemessen bzw. überwacht werden. Derzeit als geeignet

angesehene Mittel sind beispielsweise Timer, fortlaufende Zähler, sog. Watchdogs, etc.

Es wird darauf hingewiesen, dass in diesem Dokument für ein und denselben technischen Vorgang manchmal der Begriff

"Energie" und an anderer Stelle der Begriff der "Leistung" oft im Zusammenhang mit dem gleichen technischen Vorgang verwendet wird. Die physikalische Größe "Energie" ist in bekannter Weise die über einen bestimmten Zeitraum

integrierte Leistung. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die

Energie-Bereitstellungsvorrichtung (a) ein Stromgenerator, insbesondere ein Diesel-Generator, (b) ein Heizkraftwerk, insbesondere ein Block-Heizkraftwerk, mit einer Stromerzeugungsturbine, (c) eine Photovoltaikanlage, (d) eine Windener ^¬ gieanlage oder (e) ein elektrischer Energiespeicher.

Die Erfindung kann mit verschiedenen Arten von Energie- Bereitstellungsvorrichtungen realisiert werden und hat damit ein weit verbreitetes Anwendungspotential. Grundsätzlich können alle Arten von Vorrichtungen (i) zum Erzeugen von elektrischer Energie, (ii) zum Umwandeln thermischer oder mechanischer Energie in elektrische Energie sowie (iii) zum temporären Speichen von elektrischer Energie zum Einsatz kommen. Insbesondere können für einen (ökologisch) ausgewogenen Energiemix an dem beschriebenen Stromnetz mehrere unterschiedliche Arten von Energie-Bereitstellungsvorrichtungen angeschlossen sein, welche die angeschlossenen

Verbraucher mit elektrischer Energie versorgen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der zweite Betriebsmodus ein autarker Betriebsmodus. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Steuereinheit den

Betrieb der Energie-Bereitstellungsvorrichtung lediglich auf Grundlage von internen aktuellen Betriebsparametern und/oder von Eingangsgrößen steuert, welche von der Energie- Bereitstellungsvorrichtung selbst bzw. von der Energie- Bereitstellungsvorrichtung zugeordneten Sensoren erfasst werden. Insbesondere bedeutet "autark", dass die Steuerung der Energie-Bereitstellungsvorrichtung nicht von externen Steuersignalen abhängt.

Ein autarker Betriebsmodus kann auch dann vorliegen, wenn eine Kommunikationsverbindung von und zu externen Entitäten wie beispielsweise ein Leitsystem eines Energie- Bereitstellungssystems intakt ist, (gültige) externe Steuersignale aber aus welchem Grund auch immer nicht

empfangen oder nicht genutzt werden. Ein solches "Nicht

Nutzen" von Steuersignalen kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn die Energie-Bereitstellungsvorrichtung lediglich zu Testzwecken in dem zweiten autarken Betriebsmodus

betrieben wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Energie-Bereitstellungsvorrichtung ferner eine Stromnetz- Überwachungseinheit auf, welche mit der Steuereinheit gekop ^¬ pelt ist und welche mit dem Stromnetz an einem Messpunkt koppelbar ist.

Die Stromnetz-Überwachungseinheit kann im einfachsten Fall ein (lokales) Messgerät zum Erfassen der Frequenz und/oder der Spannung des Stromnetzes an dem genannten Messpunkt sein. Die aktuelle Netzfrequenz und/oder die aktuelle Netzspannung können der Steuereinheit nämlich wichtige Informationen über den aktuellen (Auslastungs ) Zustand des Stromnetzes geben, welche in dem zweiten (autarken) Betriebsmodus von der

Steuereinheit zum Steuern eines in Hinblick auf eine hohe Stromnetz-Stabilität geeignete Steuerung des Betriebs der Energie-Bereitstellungsvorrichtung verwendet werden. In

Hinblick auf eine proaktive Stabilisierung des Stromnetzes können auch zeitliche Änderungen der genannten Stromnetzparameter Frequenz und/oder Spannung verwendet werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass auch andere physikalische Parameter verwendet werden können, welche charakteristisch für den aktuellen Zustand des Stromnetzes sind. So können beispielsweis Phasenwinkel zwischen Spannung und einem aus dem Stromnetz heraus bzw. in das Stromnetz hinein fließenden Strom erfasst werden, welcher Phasenwinkel indikativ die Stärke einer Blindleistung ist. Manche Energie-Bereitstel- lungsvorrichtungen, insbesondere solche, welche über einen sog. AC-DC-AC Leistungskonverter an das Stromnetz angeschlossen sind, können durch einen geeigneten Betrieb von Hochleistungs-Halbleiterschaltern des Konverters zu einer Blindleistungskompensation beitragen .

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt im zweiten Betriebsmodus lediglich eine Primärrege ^¬ lung und/oder eine Tertiärregelung. Eine Sekundärregelung erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel in dem zweiten

Betriebsmodus nicht. Die Primärregelung kann mittels einer in der Steuereinheit integrierten "Droopfunktion" realisiert werden. Die Tertiärregelung kann mittels einer in der Steuereinheit integrierten Ein- bzw. Ausschaltsteuerung realisiert werden. Unter dem Ausdruck "Primärregelung" kann insbesondere eine Regelung verstanden werden, die bei einer auftretenden

Differenz zwischen einem Ist-Wert und einem Soll-Wert eines Stromnetzparameters einen Stelleingriff vornimmt, dessen Stärke unmittelbar von der Differenz abhängt. Bei einem

Proportionalregler ist eine entsprechende Regelcharakteristik eine Gerade bzw. eine "Droopfunktion" . Eine Primärregelung mit insbesondere einer "Droopfunktion" kann dafür sorgen, dass die Leistungsbeiträge zwischen verschiedenen Energie- Bereitstellungsvorrichtungen entsprechend ihrer jeweiligen Leistungsfähigkeit aufgeteilt wird. Dies kann quasi

instantan, das heißt ohne eine zeitliche Verzögerung, geschehen .

Unter dem Ausdruck "Sekundärregelung" kann insbesondere eine Regelung verstanden werden, welche anhand einer zeitweiligen Veränderung von zumindest einem Sollwert eines Stromnetzparameters dafür sorgt, dass Frequenz und Spannung ihren Sollwerten angeglichen wird. Die Sekundärregelung ist

typischerweise etwas langsamer als die Primärregelung. Eine Sekundärregelung ergeht typischerweise über mehrere Energie- Bereitstellungsvorrichtungen und kann daher auch als

Kollektivregelung bezeichnet werden. Aus diesem Grund scheidet in dem o.g. autarken Betriebsmodus die Durchführung einer Sekundärregelung aus.

Unter dem Ausdruck "Tertiärregelung" kann insbesondere eine in Bezug auf die Primär- und die Sekundärregelung langsamere Regelung verstanden werden, welche durch ein Zuschalten bzw. Abschalten von Energie einspeisenden Energie-Bereitstellungs ^¬ vorrichtungen oder Energie aufnehmenden Energie-Bereitstellungsvorrichtungen dafür sorgt, dass genügend Energie-Bereit- Stellungskapazität für einen Ausgleich zwischen eingespeister Leistung und entnommener Leistung zur Verfügung steht. Aus Effizienzgründen können, falls mehr als genügend Energie- Bereitstellungskapazität zur Verfügung steht, einzelne

Energie-Bereitstellungsvorrichtungen mittels der Tertiärre- gelung (vorrübergehend) abgeschalten werden. Dabei können

Energie einspeisende Energie-Bereitstellungsvorrichtungen die vorstehend genannten Energie-Bereitstellungsvorrichtungen (a) bis (d) und der elektrische Energiespeicher (e) sein, sofern er gerade entladen wird. Eine Energie aufnehmende Energie- Bereitstellungsvorrichtung kann der elektrische Energiespeicher (e) sein, sofern er gerade (durch überschüssige in dem Netz verfügbare Leistung) geladen wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Energie- Bereitstellungssystem beschrieben, welches aufweist (a) zumindest zwei Energie-Bereitstellungsvorrichtungen wie vorstehend beschrieben und (b) eine übergeordnete Steuerungs ^¬ vorrichtung, welche über eine Kommunikationsverbindung mit den Energie-Bereitstellungsvorrichtungen kommunikativ gekop- pelt ist, so dass, sofern die Kommunikationsverbindung intakt ist, die externen Steuersignale von der übergeordneten Steuerungsvorrichtung an die jeweilige Steuereinheit der Energie- Bereitstellungsvorrichtungen übertragbar sind. Dem beschriebenen Energie-Bereitstellungssystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auch bei einem Ausfall der

Kommunikationsverbindung ein Weiterbetrieb der Energie- Bereitstellungsvorrichtungen gewährleistet werden kann, wobei der Weiterbetrieb insbesondere hinsichtlich der Stabilität des Stromnetzes nicht wesentlich ungünstiger ist als ein unter anderem von der übergeordneten Steuerungsvorrichtung gesteuerter Betrieb. Es kann also erforderlich sein, dass gewisse Einschränkungen hinsichtlich eines optimalen Betriebs in Kauf genommen werden müssen. Bei einer geeigneten Einstellung der Steuerungsparameter für den zweiten Betriebsmodus sind diese Einschränkungen typischerweise jedoch nicht so gravierend, als dass sie den Aufbau einer zweiten redundanten Kommunikationsverbindung rechtfertigen würden.

Die beschriebene übergeordnete Steuerungsvorrichtung, welche auch als (überlagertes) Leitsystem bezeichnet werden kann, realisiert bevorzugt eine Tertiär- und eine Sekundärregelung. Eine (für jede Energie-Bereitstellungsvorrichtung individuelle) Primärregelung wird typischerweise nicht vorgenommen.

Mit dem beschriebenen Energie-Bereitstellungssystem kann auf vorteilhafte Weise ein sog. Inselnetz gebildet werden. Ein Inselnetz ist in bekannter Weise ein Stromnetz, an welches lediglich einige wenige Energie-Bereitstellungsvorrichtungen angeschlossen sind, welches ein räumlich enges Gebiet versorgt und welches keinen elektrischen Anschluss zu anderen Stromnetzen besitzt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Leistung für ein Stromnetz bzw. für die an dem Stromnetz angeschlossenen elektrischen Verbraucher mittels einer Energie-Bereitstellungsvorrichtung beschrieben. Die Energie-Bereitstellungsvorrichtung kann insbesondere eine Energie-Bereitstellungsvorrichtung des vorstehend beschriebenen Typs sein. Das Verfahren weist auf (a) ein Überwachen, ob externe Steuersignale von einer Schnitt- stelle der Energie-Bereitstellungsvorrichtung empfangen werden; und falls für eine vorbestimmte Zeitspanne kein externes Steuersignal oder kein gültiges externes Steuersignal von der Schnittstelle empfangen und an eine Steuereinheit der Energie-Bereitstellungsvorrichtung

weitergeleitet wurde, (b) ein Überführen der Energie- Bereitstellungsvorrichtung von einem ersten Betriebsmodus in einen zweiten Betriebsmodus.

Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis

zugrunde, dass bei einem Ausfall einer Kommunikations ^¬ verbindung, über welche im Normalbetrieb die externen

Steuersignale von einer übergeordneten Steuerungsvorrichtung des Energie-Bereitstellungssystems empfangen werden, ein Weiterbetrieb der von dem Ausfall der Kommunikationsverbindung betroffenen Energie-Bereitstellungsvorrichtung möglich ist, wobei die Stabilität des Stromnetzes nicht oder nicht signifikant gefährdet wird. Dafür sorgt der beschriebene zweite Betriebsmodus, welcher mittels geeigneter Betriebs ^¬ parameter (werte) einen autarken Betrieb der Energie- Bereitstellungsvorrichtung ermöglicht. Die Betriebsparameter (werte) werden bevorzugt von einer (internen)

Steuereinheit der Energie-Bereitstellungsvorrichtung

vorgegeben, wobei diese auch von lokal gewonnenen Messwerten, insbesondere von Messwerten indikativ für den aktuellen

Zustand des Stromnetzes, abhängen können. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung steuert eine Steuereinheit der Energie-Bereitstellungs ^¬ vorrichtung eine Bereitstellungseinrichtung der Energie- Bereitstellungsvorrichtung im zweiten Betriebsmodus derart, dass die Bereitstellungseinrichtung dem Stromnetz eine elektrische Leistung bereitstellt, welche in Bezug zu einer anderen elektrischen Leistung, die von einer anderen Bereitstellungseinrichtung einer anderen Energie-Bereitstellungsvorrichtung dem Stromnetz bereitgestellt wird, ein vorbestimmtes Verhältnis aufweist.

Anschaulich ausgedrückt sorgt die (lokale) Steuereinheit ggf. zusammen mit zumindest einer anderen (lokalen) Steuereinheit der anderen Energie-Bereitstellungsvorrichtung dafür, dass (auch) im zweiten Betriebsmodus ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen den elektrischen Leistungsbeiträgen der einzelnen Energie-Bereitstellungsvorrichtungen gegeben ist. Dieses Verhältnis kann sich insbesondere ergeben aus der Leistungs ^¬ fähigkeit, insbesondere der Maximalleistung der jeweiligen Energie-Bereitstellungsvorrichtung. Gleichartige Energie- Bereitstellungsvorrichtungen mit einer gleichen elektrischen Leistungsfähigkeit stellen dabei bevorzugt jeweils die gleiche elektrische Leistung bereit.

Es wird darauf hingewiesen, dass, falls es sich bei den

Energie-Bereitstellungsvorrichtungen um elektrische

Energiespeicher handelt, die entsprechende (n) lokale (n) Steuereinheiten dafür sorgen können, dass ein vorgegebenes Verhältnis in Bezug auf die jeweils von dem Stromnetz aufgenommene elektrische Leistung hergestellt wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf, falls nach einer gewissen Zeit wieder gültige externe Steuersignale empfangen werden, ein Überführen der Energie-Bereitstellungsvorrichtung von dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus. Dadurch kann nach einer Wiederherstellung der Kommunikationsver- bindung auf vorteilhafte Weise automatisch wieder in den ersten Betriebsmodus übergegangen werden, welcher typischerweise für die Stabilität des Stromnetzes und insbe ^¬ sondere auch für die energetische Effizienz der Stromerzeugung zumindest etwas besser ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Überführen von dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus erst nach einer vorgegebenen Verzögerungszeitspanne nach dem erneuten Empfang von gültigen exter- nen Steuersignalen. Dadurch kann insbesondere verhindert werden, dass bei einem Wieder-Funktionieren der Kommunikationsverbindung mehrere Energie-Bereitstellungsvorrichtungen gleichzeitig ans Netz gehen und dadurch die Stabilität des Netzes beeinträchtigen. Dazu kann man innerhalb eines

Energie-Bereitstellungssystems mit mehreren Energie- Bereitstellungsvorrichtungen unterschiedlichen Energie- Bereitstellungsvorrichtungen unterschiedliche

Verzögerungszeitspannen zuordnen .

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf, vor dem Überführen der Energie- Bereitstellungsvorrichtung von dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus, ein Parametrieren der Energie- Bereitstellungsvorrichtung mit Parameterwerten, welche bei einem Übergang von dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus indikativ sind für die Art und Weise des

Betriebs in dem ersten Betriebsmodus.

Dadurch kann durch einen geeignete Wahl der Parameterwerte bei einem Umschalten von dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus, welches Umschalten naturgemäß ein diskreter Prozess ist, verhindert werden, dass dieses

Umschalten zu einer Instabilität des Stromnetzes führt. Dabei ist es in der Regel ausreichend, wenn die Parametrisierung lediglich für einen vergleichsweise kurzen Zeitraum beginnend mit dem Zeitpunkt des Umschaltens gültig ist. Danach kann die vorstehend beschriebene übergeordnete Steuereinheit die globale Steuerung der betreffenden Energie-Bereitstellungs ^¬ vorrichtung übernehmen und dafür neue Parameterwerte an die (lokale) Steuereinheit übermitteln. Durch eine geeignete Parametrierung kann insbesondere die

Frequenz und die Höhe der Spannung der zu Beginn des ersten Betriebsmodus von der Energie-Bereitstellungsvorrichtung bereitgestellten Spannung eingestellt werden. Auf alle Fälle kann durch die beschriebene Parametrisierung ein sanfter Übergang zwischen den beiden Betriebsmodi gewährleistet werden, so dass Instabilitäten des Stromnetzes nicht zu besorgen sind. Auch in Bezug auf geeignete Parameterwerte kann der aktuelle Zustand des Stromnetzes berücksichtigt werden. Wie bereits vorstehend erwähnt kann dafür insbesondere die aktuelle

Frequenz und/oder die aktuelle Spannung an einem Messpunkt des Stromnetzes herangezogen werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf, falls für eine weitere vorbestimmte Zeitspanne gültige externe Steuersignale empfangen werden (a) ein Empfangen eines Diagnose-Startsignals durch die

Steuereinheit; (b) ein Überführen der Energie-Bereitstel ^¬ lungsvorrichtung von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus; (c) ein Sammeln von Diagnoseinformationen, welche für Betriebsparameterwerte der Energie-Bereitstel ^¬ lungsvorrichtung in zweiten Betriebsmodus indikativ sind; und (d) ein Senden der Diagnoseinformationen an eine

übergeordnete Steuerungsvorrichtung. Die übergeordnete

Steuerungsvorrichtung kann insbesondere die vorstehend im Zusammenhang mit dem Energie-Bereitstellungssystem genannte übergeordnete Steuereinheit sein, welche nicht nur den

Betrieb der genannten Energie-Bereitstellungsvorrichtung sondern auch den Betrieb von zumindest einer weiteren

Energie-Bereitstellungsvorrichtung zumindest mitbestimmt.

Anschaulich ausgedrückt wird bei dem hier beschriebenen

Verfahren trotz einer funktionierenden Kommunikationsverbindung die Energie-Bereitstellungsvorrichtung

(vordergründig unnötigerweise) in den zweiten Betriebsmodus überführt. Während die Energie-Bereitstellungsvorrichtung in diesem zweiten Betriebsmodus arbeitet werden jedoch mittels geeigneter Messeinrichtungen und/oder durch eine Analyse von Betriebssoftware Diagnoseinformationen gesammelt, welche die Art und Weise des Betriebs der Energie-Bereitstellungs- Vorrichtung in dem zweiten Betriebsmodus charakterisieren. Diese Diagnoseinformationen können dann von der

übergeordneten Steuerungsvorrichtung oder jeder anderen Auswerteeinheit analysiert werden, so dass man über das

Verhalten der Energie-Bereitstellungsvorrichtung in dem zweiten Betriebsmodus wichtige Erkenntnis gewinnen kann, die beispielsweise für eine möglichst geeignete Parametrisierung verwendet werden können. Auch dadurch können (diskrete) Übergänge zwischen den verschiedenen Betriebsmodi sanfter realisiert werden, so dass ein weiterer Beitrag für eine Stabilisierung des Stromnetzes geleistet wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Computerprogramm zum Bereitstellen von elektrischer

Leistung für ein Stromnetz bzw. für die an dem Stromnetz angeschlossenen elektrischen Verbraucher mittels einer

Energie-Bereitstellungsvorrichtung, insbesondere einer

Energie-Bereitstellungsvorrichtung des vorstehend

beschriebenen Typs. Das Computerprogramm ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des

vorstehend beschriebenen Verfahrens eingerichtet. Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blue- ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere eine Steuereinheit für eine Energie-Bereitstellungsvorrichtung derart

programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann . Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.

Die in diesem Dokument beschriebene Erfindung kann auch unter Verwendung eines "CLOUD" Netzes mit entsprechenden virtuellen Speicherplätzen und entsprechender virtuelle Rechenkapazität durchgeführt werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.

Figur 1 zeigt ein Stromnetz mit mehreren daran

angeschlossenen elektrischen Verbrauchern und einem Energie- Bereitstellungssystem mit einem "Mix" an unterschiedlichen Energie-BereitstellungsVorrichtungen .

Figur 2 zeigt eine Energie-Bereitstellungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der Zeichnung sind gleiche Komponenten sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.

Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend

beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale

einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier

explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Figur 1 zeigt ein Stromnetz 150 an dem mehrere elektrische Verbraucher 170 angeschlossen sind. Gemäß dem hier

dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die elektrischen Verbraucher 170 mehrere Haushalte 170a sowie eine Fabrik 170b, welche einen im Vergleich zu den Haushalten 170a besonders hohen Bedarf an elektrischer Energie hat. Die von den elektrischen Verbrauchern 170 benötigte elektrische Energie wird von einem Energie-Bereitstellungssystem 110 aufgebracht, welches eine Mehrzahl von unterschiedlichen Arten von elektrischen Energie-Bereitstellungsvorrichtungen 100 aufweist. Bei dem Energie-Bereitstellungssystem 110 handelt es sich im Wesentlichen um ein sog. "dezentrales System". Dies ist am einfachsten daraus ersichtlich, dass jede der Energie-Bereitstellungsvorrichtungen 100 an einem anderen Anschlusspunkt an dem elektrischen Stromnetz 150 angeschlossen ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, einzelne Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 elektrisch zusammenzufassen und an einen gemeinsamen Anschlusspunkt mit dem elektrischen Stromnetz 150 zu verbinden. Auch ein beliebiger anderer "Mix" von Energie- Bereitstellungsvorrichtungen 100 ist möglich.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das elektrische Energie-Bereitstellungssystem 110 zwei Arten von sog. "regenerativen" Energiequellen, nämlich eine

Photovoltaikanlage 100a und eine Windenergieanlage 100b. Außerdem umfasst das Energie-Bereitstellungssystem 110 zwei herkömmliche Energieerzeuger, nämlich einen (mit

Dieselkraftstoff betriebenen) Stromgenerator lOOd sowie ein Heizkraftwerk lOOe, welches insbesondere ein so genanntes Blockheizkraftwerk sein kann. Ferner umfasst das Energie- Bereitstellungssystem 110 noch einen elektrischen

Energiespeicher 100c, welcher in Zeiten eines "Strom- Überangebots" elektrische Energie aus dem Stromnetz 150 aufnimmt, diese speichert und in Zeiten einer "Strom- Knappheit" zumindest einen Teil der gespeicherten

elektrischen Energie wieder an das elektrische Stromnetz 150 abgibt. Auf diese Weise können zeitliche Schwankungen in dem Verhältnis zwischen (i) der von den elektrischen Verbrauchern 170 benötigten elektrischen Leistung und (ii) der von den Energie-Bereitstellungsvorrichtungen 100a, 100b, lOOd und lOOe bereitgestellten bzw. erzeugten elektrischen Leistung ausgeglichen werden.

Um den Betrieb des elektrischen Energie- Bereitstellungssystems 110 zu koordinieren und damit eine hohe Energieeffizienz zu gewährleisten, ist eine häufig als Leitsystem bezeichnete übergeordnete Steuervorrichtung 120 vorgesehen, welche über eine Mehrzahl von

Kommunikationsverbindungen 122 den einzelnen Energie- Bereitstellungsvorrichtungen 100 bzw. deren lokalen

Steuereinheiten geeignete koordinierende Steuersignale übermittelt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede der Energie-Bereitstellungsvorrichtungen 100 über eine eigene Kommunikationsverbindung 122 mit der

übergeordneten Steuervorrichtung 120 verbunden. Anstelle einer solchen sternförmigen Verbindung können auch andere Topologien von Kommunikationsnetzen verwendet werden.

Es ist offensichtlich, dass bei einem Ausfall von zumindest einer Kommunikationsverbindung 122 die von dem Ausfall betroffene Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 nicht mehr in koordinierter Weise (in Bezug zu anderen Energie- Bereitstellungsvorrichtungen 100) betrieben werden kann.

Dadurch wird insbesondere die Effizienz der elektrischen Energieversorgung reduziert.

Um die negativen Auswirkungen eines Ausfalls einer

Kommunikationsverbindung 122 zu minimieren, weisen gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest einige der Energie-Bereitstellungsvorrichtungen 100 eine (lokale)

Steuereinheit auf, welche in der Lage ist, einen Ausfall der jeweiligen Kommunikationsverbindung 123 zu erkennen und dann dafür zu sorgen, dass die betreffende Energie- Bereitstellungsvorrichtung 100 von einem ersten Betriebsmodus (Normalbetrieb) in einen zweiten Betriebsmodus

(Notfallbetrieb) übergeht.

Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer solchen Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung 100 weist auf (a) eine Bereitstellungseinrichtung 202 zum

Bereitstellen von elektrischer Leistung für das Stromnetz

150. Falls es sich bei der Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 um einen elektrischen Energiespeicher handelt, dann ist die Bereitstellungseinrichtung 202 nicht nur konfiguriert, um elektrische Energie bereitzustellen sondern auch um

elektrische Energie von dem Stromnetz 150 aufzunehmen und zu speichern .

Der Betrieb der Bereitstellungseinrichtung 202 wird von einer (lokalen) Steuereinheit 204 gesteuert, wobei zumindest ein erster Betriebsmodus und ein zweiter Betriebsmodus möglich ist. Über eine Schnittstelle 206 empfängt im ersten

Betriebsmodus die Steuereinheit 204 koordinierende

Steuersignale von der in Figur 1 dargestellten übergeordneten Steuervorrichtung 120. Die entsprechende

Kommunikationsverbindung ist auch in Figur 2 mit dem

Bezugszeichen 122 gekennzeichnet. Die koordinierenden

Steuersignale geben der Steuereinheit 204 Vorgaben, die auch den aktuellen und/oder zukünftigen Betrieb von anderen

Energie-Bereitstellungsvorrichtungen 100 berücksichtigen, welche ebenfalls an dem Stromnetz 150 angeschlossen sind.

Die Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 weist ferner eine Kommunikation-Überwachungseinheit 208 auf, welche mit der Schnittstelle 206 und der (lokalen) Steuereinheit 204

gekoppelt ist und welche eingerichtet ist (i) zu überwachen, ob externe koordinierende Steuersignale von der Schnittstelle 206 empfangen werden. Falls dies für eine vorbestimmten Zeitspanne nicht der Fall sein sollte und für eine vorbestimmten Zeitspanne kein externes bzw. koordinierendes Steuersignal oder kein gültiges externes bzw. koordinierendes Steuersignal von der Schnittstelle 206 empfangen wurde, dann übermittelt die Kommunikation-Überwachungseinheit 208 ein Betriebsmodus-Steuersignal an die Steuereinheit 204. Als Antwort auf den Empfang eines solchen Betriebsmodus- Steuersignales steuert die Steuereinheit 204 die

Bereitstellungseinrichtung 202 dahingehend, dass diese von dem normalen ersten Betriebsmodus in den zweiten

Betriebsmodus übergeht.

Da in diesem zweiten Betriebsmodus aufgrund einer nicht funktionierenden Kommunikationsverbindung 122 keine

koordinierenden externe Steuersignale empfangen werden können, ist die Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 darauf angewiesen, autark die Art und Weise zu bestimmen, wie sie arbeitet. Dies betrifft insbesondere die Stärke der aktuellen Produktion bzw. Abgabe von elektrischer Leistung oder, falls es sich bei der Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 um einen elektrischen Energiespeicher handelt, ggf. auch die Stärke der aktuellen elektrischen Leistung, welche von dem Stromnetz 150 aufgenommen wird. Zusätzlich entscheidet die Steuereinheit 204 der Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 im zweiten Betriebsmodus auch darüber, ob sie sich ein- oder ausschaltet. Beim Ausschalten prüft sie noch, ob noch andere Energie-Bereitstellungsvorrichtungen aktiv sind.

Um in diesem zweiten Betriebsmodus geeignete

Betriebsparameter zu finden, ist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 eine Stromnetz-Überwachungseinheit 210 zugeordnet. Diese misst lokal an einem Messpunkt des Stromnetzes 150, welcher Messpunkt zumindest in Bezug auf die Topologie des

Stromnetzes 150 nahe bei der Energie- Bereitstellungsvorrichtung 100 liegt, elektrische Parameter des Stromnetzes 150. Zu diesen Parametern zählen insbesondere die aktuelle Spannung und/oder die aktuelle Frequenz der an dem Stromnetz 150 anliegenden elektrischen

Versorgungsspannung. Zusätzlich werden auch die von der

Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 bereitgestellten

Leistungen (Blindleistung und Wirkleistung) gemessen. Die entsprechenden Messwerte werden dann an die Steuereinheit 204 übergeben, welche den Betrieb der Energie-Bereitstellungs ^¬ vorrichtung 100 bzw. der Bereitstellungseinrichtung 202 abhängig von diesen Messwerten steuert. Aufgrund der

Zuordnung der Stromnetz-Überwachungseinheit 210 zu der

Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 können diese Messwerte als interne Messwerte bezeichnet werden, so dass der zweite Betriebsmodus der Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 in der Tat ein autarker Betriebsmodus ist.

Im Folgenden wird anhand von mehreren Ausführungsbeispielen der Betrieb der Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100 im zweiten Betriebsmodus näher erläutert. Dabei wird auch spezifisch auf verschiedenen Arten von Energie- Bereitstellungsvorrichtungen 100 eingegangen.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel gilt

unabhängig von der Art von Energie-Bereitstellungsvorrichtung 100, dass in dem zweiten Betriebsmodus, welcher aufgrund eines Ausfalls der entsprechenden Kommunikationsverbindung auch als Notfall-Betriebsmodus bezeichnet werden kann, lediglich eine Primärregelung und eine Tertiärregelung vorgenommen wird. Eine Sekundärregelung, welche insbesondere die Frequenz und die Spannung der bereitgestellten

elektrischen Leistung bei wechselnder Last auf ihrem Sollwert hält, ist hier explizit nicht vorgesehen. Die Primärregelung erfolgt bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispielen über eine in der jeweiligen lokalen Steuereinheit 204

implementierte Droopfunktion . Die Tertiärregelung erfolgt über eine ebenfalls in der jeweiligen lokalen Steuereinheit 204 implementierte (digitale) Ein-/Ausschaltsteuerung . I . Primärregelungen 1.1 Primärregelung bei Stromgeneratoren

Unter dem Begriff "Stromgeneratoren" können in diesem Kapitel alle Arten Generatoren verstanden werden, welche mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln, wobei die

mechanische Energie aus einer Umwandlung aus thermischer und/oder chemischer Energie erfolgen kann. Bei den in dieser Anmeldung beschriebenen Stromnetzen können die

Stromgeneratoren beispielsweise Diesel-Generatoren oder die Generatoren eines (Block) Heizkraftwerkes sein.

Alle an dem Stromnetz 150 angeschlossenen und von einem

Ausfall der Kommunikationsverbindung betroffenen

Stromgeneratoren erzeugen gemeinsam ein Netz mit einer definierten Frequenz und einer definierten

Spannungsamplitude. Die Sollwerte für Frequenz (f _soll ) und

Amplitude (V _soll ) der von dem Stromgenerator bereitgestellten elektrischen Leistung werden gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nach folgenden Gleichungen bestimmt: f _soll = k _f (Psoii - Pist) + fo (1)

V _soll = k _v (Q _soll - Q _ist ) + V ₀ (2)

Dabei sind fo und V ₀ die Sollwerte für die Frequenz bzw. die Spannung des Stromnetzes 150. k _f und k _v sind die

entsprechenden Droop-Faktoren bzw.

Proportionalitätskonstanten. Sie sind in bekannter Weise dafür indikativ, wie stark die Primärregelung auf Änderungen der Istwerte von der von dem Stromgenerator erzeugten

elektrischen Wirkleistung P _ist bzw. Blindleistung Q _ist

reagiert. P _S0 n ist die Soll-Wirkleistung, Q _S0 n die Soll- Blindleistung . In dem zweiten Betriebsmodus werden die Parameter k _f , P _so n, fo und k _v , Q _so ii und V ₀ auf Default-Werte gesetzt. Diese Default- Werte werden so aufeinander abgestimmt, dass eine

gleichmäßige Lastaufteilung zwischen den verschiedenen an dem Stromnetz 150 angeschlossenen Stromgeneratoren erfolgt.

Es wird darauf hingewiesen, dass die (mathematischen)

Vorzeichen der Wirk- und Blindleistungen sich auf das sog. Erzeugerzählpfeilsystem beziehen. Demnach entspricht eine positive Wirkleistung einem Einspeisen von Leistung in das Stromnetz .

1.2 Primärregelung bei elektrischen Energiespeichern

Die elektrischen Energiespeicher erzeugen ebenfalls ein Netz mit einer definierten Frequenz und einer definierten

Spannungsamplitude. Im zweiten Betriebsmodus wird ein

elektrischer Energiespeicher ebenfalls mit den vorstehend angegebenen Droop-Kurven (1) und (2) betrieben. Da ein

Speicher aber nicht unendlich entladen bzw. geladen werden kann, verfügt er zumindest im zweiten Betriebsmodus über eine zusätzliche autarke Entlade- bzw. Ladesteuerung. Nähert sich beim Aufladen der Speicher einem definierten oberen

Ladungszustand (State of Charge, SOC) an, so hebt die lokale Steuereinheit den Wert f _S0 n und/oder P _S0 n an und reduziert damit den Leistungszufluss . Nähert sich beim Entladen der Speicher einem definierten unteren SOC, so wird der Wert für f _so ii und/oder P _S0 n abgesenkt und damit der Leistungsabfluss reduziert. Dabei können die nicht konstant gehaltenen Werte für f _so ii und/oder P _S0 n so eingestellt werden, dass der

Speicher in einem Bereich von 40% < SOC< 70% pendelt. Dieser Vorgang erfolgt sehr langsam mit einer Zeitkonstante im

Bereich von einigen Minuten. Damit reagiert der Speicher auf Lastsprünge dynamisch und beteiligt sich an der dynamischen Stabilisierung des Stromnetzes 150 ohne zu stark entladen bzw. beladen zu werden. Dies trägt auch zu einer Verlängerung der Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers (Batterie, Akkumulator) bei.

1.3 Primärregelungen bei Photovoltaik- und Windenergieanlagen

Die Photovoltaik- und Windenergieanlagen stellen Leistungsquellen dar und setzen ein vorhandenes Netz voraus. Die folgenden Gleichungen (3) und (4) geben die Wirkleistung P _S0 n und die Blindleistung Q _so n an, welche von der entsprechenden Anlage in das Stromnetz eingespeist werden soll.

P _soll = (f _soll - f _ist ) / k _f + P ₀ (3) Qsoii = ( soii - V _ist ) / k _v + Qo (4)

Dabei sind f _S0 n und V _soll die Sollwerte für die Frequenz bzw. die Spannung der von der Photovoltaik- bzw. Windenergieanlage gelieferten elektrischen Leistung. Die Parameter f _ist bzw. V _ist sind die dazugehörigen Ist-Werte. k _f und k _v sind die

entsprechenden Droop-Faktoren . P ₀ und Qo sind die Sollwerte für den Zufluss von Wirkleistung bzw. Blindleistung in das Stromnetz .

In dem zweiten Betriebsmodus sind auch die Werte für die Parameter der o.g. Gleichungen (3) und (4) auf geeignete

Default-Werte gesetzt. Bei passender Abstimmung aller Droop- Faktoren arbeitet das hybride Energie-Bereitstellungssystem stabil und die Energieerzeugungskomponenten teilen sich die Gesamtlast der an das Stromnetz angeschlossenen elektrischen Verbraucher untereinander auf. Je nach Last schwanken dabei die Frequenz und die Amplitude der Spannung des Stromnetzes. Insbesondere die Abweichung der Frequenz von der Nennfrequenz des Netzes kann als Kriterium dafür dienen, ob eine hohe oder eine niedrige Last vorliegt. II. Tertiärregelungen

II.l Tertiärregelung bei Stromgeneratoren Eine niedrige Frequenz des Stromnetzes deutet auf eine hohe (Gesamt) Last durch die elektrischen Verbraucher hin. Deshalb wird bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Unterschreitung einer unteren Frequenzschwelle von den inaktiven Stromgeneratoren als Einschaltsignal interpretiert. Damit nicht alle Stromgeneratoren gleichzeitig einschalten, verfügt bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel jeder Generator über eine individuelle Verzögerung für sein

Einschaltsignal. Falls keine Spannung am Stromnetz anliegt (z.B. weil alle Generatoren abgeschalten wurden, sog.

"Schwarzfall") _/ dann wird aus Sicherheitsgründen (im zweiten Betriebsmodus) ein erneutes Anschalten von Generatoren verhindert. Sinkt die Leistung eines aktiven Generators unter eine vorgegebene untere Schwelle, dann schaltet sich der betreffende Generator selbständig ab. Dadurch wird (im zweiten Betriebsmodus) verhindert, dass eine Mehrzahl von Generatoren mit einer aus Effizienzgründen zu geringen

Leistung arbeitet. Ein aus Stabilitätsgründen ggf. sehr ungünstiges gleichzeitiges Abschalten einer Vielzahl oder sogar aller am Stromnetz angeschlossenen Generatoren wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch verhindert, dass jeder Generator über eine individuelle

Verzögerung seines Abschaltsignales verfügt. Alternativ kann auch das Absinken der Frequenz des Stromnetzes unter einen vorgegebenen unteren Schwellenwert als ggf. für jeden

Generator individuell verzögertes Abschaltsignal verwendet werden .

Um (aus Stabilitätsgründen) ein sanftes Abschalten zu

realisieren, kann sich vor dem eigentlichen Abschalten der betreffende Generator entlasten, indem er die Frequenz und die Amplitude der von ihm bereitgestellten elektrischen

Spannung so lange absenkt, bis die Wirk- und die Blindleistung einen vorgegebenen Schwellenwert

unterschreiten. Ist dies möglich, dann übernehmen

offensichtlich andere Energie-Bereitstellungsvorrichtungen die Leistung des Generators. Ist das nicht möglich, dann ist der betreffende Generator die letzte verbliebene Energie- Bereitstellungsvorrichtung und schaltet deshalb nicht ab, weil ansonsten ein vollständiger Ausfall des Stromnetzes ("Blackout") zu besorgen wäre.

11.2 Tertiärregelung bei elektrischen Energiespeichern

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind im zweiten Betriebsmodus, sofern beispielsweise aus Gründen der Betriebssicherheit möglich, die elektrischen Energiespeicher grundsätzlich immer eingeschaltet. Sie schalten sich nicht selbständig aus. In diesem Sinne gibt es für elektrische Energiespeicher eine eingeschränkte Tertiärregelung, welche ein Abschalten der elektrischen Energiespeicher verhindert. Ein selbstständiges Einschalten von inaktiven elektrischen

Energiespeichern im zweiten Betriebsmodus kann möglich sein.

11.3 Tertiärregelung bei Photovoltaik- und Windenergieanlagen

Im zweiten Betriebsmodus sind die Photovoltaik- und Wind ^¬ energieanlagen immer dann eingeschaltet, wenn auch der bzw. die elektrischen Energiespeicher eingeschaltet ist bzw. sind. Sind alle Energiespeicher nicht eingeschaltet oder kann der Zustand der Energiespeicher nicht zuverlässig festgestellt werden, dann schalten sich die Photovoltaik- und

Windenergieanlagen ab. Alternativ könnten sie in diesem Fall auch mit einer stark reduzierten Einspeiseleistung (z.B.

ihrer minimalen Leistung einer 24 h Leistungskurve) betrieben werden. Bezugs zeichenliste

100 Energie-Bereitstellungs orrichtung

100a Photovoltaikanlage

100b Windenergieanlage

100c elektrischer Energiespeicher

lOOd Stromgenerator

lOOe Heizkraftwerk

110 Energie-BereitstellungsSystem

120 übergeordnete Steuervorrichtung / Leitsystem

122 Kommunikationsverbindung

150 Stromnetz

170 elektrischer Verbraucher

170a Haushalt

170b Fabrik

202 Bereitstellungseinrichtung

204 Steuereinheit

206 Schnittstelle

208 Kommunikation-Überwachungseinheit

210 Stromnetz-Überwachungseinheit