Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aggregieren von Betriebswerten, die das energetische Verhalten einer Vielzahl örtlich verteilter Betriebseinheiten beschreiben. Die Betriebseinheiten können zum Beispiel Geräte einer Industrieanlage oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge sein. Von den Betriebseinheiten können zumindest einige einheitlich ausgestaltet und/oder zumindest einige zueinander unterschiedlich ausgestaltet sein. Zu der Erfindung gehört auch eine Überwachungsvorrichtung, mittels welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird hier zunächst am Beispiel einer Industrieanlage erläutert. In einer Industrieanlage können in einem Areal oder Gebiet eine Vielzahl von Geräten angeordnet sein, von denen jedes eine Betriebseinheit darstellt, die elektrische Energie mit einem elektrischen Versorgungsnetz der Anlage austauschen kann. Eine Betriebseinheit kann hierbei ein elektrischer Verbraucher sein, beispielsweise ein Elektromotor oder eine Pumpe, oder eine elektrische Energiequelle, beispielsweise eine Photovoltaikanlage oder ein Wasserkraftwerk. Eine Betriebseinheit kann auch abwechselnd sowohl als elektrischer Verbraucher als auch als elektrische Energiequelle wirken, wie beispielsweise ein elektrischer Akkumulator oder Energiespeicher.

Im Zusammenhang mit der Steuerung solcher Betriebseinheiten im Rahmen des Industriestandards„Industrie 4.0" und auch im Zusammenhang mit der Vernetzung von Betriebseinheiten zu einem sogenannten„Internet of Things" (loT) ist vorgesehen, dass Betriebseinheiten ihren Betrieb autonom oder selbstständig steuern, anstatt zentral von einer Leitstelle geschaltet zu werden. Damit ist es aber schwierig zu ermitteln, welchen elektrischen Leistungsbedarf (elektrischer Verbraucher) und/oder welche elektrische Leistungsfähigkeit (elektrische Energiequelle) insgesamt die Vielzahl der Betriebseinheiten zu einem gegebenen Zeitpunkt gegenüber dem Versorgungsnetz aufweist. Hierzu müssen elektrische Betriebswerte der Betriebseinheiten, beispielsweise die jeweils momentan verbrauchte oder erzeugte elektrische Leistung, zusammengefasst, d.h. aggregiert werden.

Das beschriebene Problem kommt aber nicht nur bei Industrieanlagen vor. Im Zusammenhang mit der Erfindung wird allgemein von einer Vielzahl von örtlich verteilten Betriebseinheiten ausgegangen, deren Betriebswerte aggregiert werden sollen. So kann beispielsweise ein Netz aus Messstellen (z.B. Stromzähler) oder eine Anlage aus elektrischen Ladestationen für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge ebenfalls eine solche Anlage aus Betriebseinheiten darstellen. Auch bei solchen Ladestationen ist nicht zentral steuerbar, wann diese elektrische Leistung abgeben, da dies davon abhängt, wann ein Fahrer sein Elektrof ahrzeug an eine Ladestation anschließt. Auch eine Vielzahl von Haushalten mit elektrischen Verbrauchern und Photovoltaikanlagen und/oder Wärmepumpen kann als Anlage mit einer Vielzahl örtlich verteilter Betriebseinheiten angesehen werden. Deshalb sind hier zur Veranschaulichung einige Beispiele für jeweils eine Betriebseinheit angegeben: eine elektrische Maschine (Generator, Motor), eine Ladestation für ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, eine Photovoltaikanlage, ein Wasserkraftwerk, ein Pumpspeicherkraftwerk, ein an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossenes Elektrofahrzeug (betrieben als elektrischer Verbraucher oder als elektrischer Zwischenspeicher), ein Haushaltsgerät, ein Gebäude mit einer elektrischen Gebäudeinstallation. Diese Beispiele stellen keine abschließende Liste dar.

Aus der US 7243044 B2 ist das Aggregieren von Betriebsdaten von öffentlichen Gebäuden oder Schulen oder Krankenhäusern bekannt. Die Betriebsdaten können die verbrauchte Energie angeben. Für die Aggregation kann ein Aggregationszeitraum vorgegeben werden.

Um Betriebswerte einzelner solcher Betriebseinheiten zu ermitteln, können zum einen an der Betriebseinheit mittels einer Messeinheit oder Sensoreinheit aktuelle Messwerte ermittelt werden. Diese können dann von einer zentralen Überwachungsvorrichtung empfangen und mit den Messwerten anderer Betriebseinheiten aggregiert werden. So erhält man Aggregationswerte, die für die Gesamtheit oder Vielzahl der Betriebseinheiten das Gesamtverhalten der Betriebseinheiten in Bezug auf eine energetische Größe, wie beispielsweise die elektrische Leistung oder Wärmeenergie, beschreiben, also z.B. die Gesamtleistung. Neben einer Sensoreinheit kann aber auch auf eine Datenbank zugegriffen werden, in welcher gespeicherte, historische Messwerte gespeichert sein können. Im Folgenden sind eine Sensoreinheit und eine Datenbank jeweils allgemein als Datenquelle bezeichnet.

Möchte man nun zu einem vorgegebenen Aggregationszeitpunkt einen Aggregationswert der Betriebseinheiten kennen oder ermitteln, so kann sich das Problem ergeben, dass nicht aus jeder Datenquelle zum vorgegebenen Aggregationszeitpunkt auch ein Messwert vorliegt. Um dieses Problem klarer zu unterscheiden, werden im Folgenden die aus den Datenquellen (Sensoreinheit, Datenbank) verfügbaren Werte als Rohwerte bezeichnet. Dagegen sind die zu den vorgegebenen Aggregationszeitpunkten benötigten Werte als Betriebswerte bezeichnet. Ein Rohwert, dessen Erfassungszeitpunkt mit dem vorgegebenen Aggregationszeitpunkt übereinstimmt, kann also als Betriebswert verwendet werden.

Aus der US 2012/0290266 A1 ist ein Datenaggregationssystem bekannt, mittels welchem aus einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren Messwerte empfangen werden, wobei jeder Messwert auch einen Erfassungszeitpunkt umfasst. Die Messwerte können beispielsweise Blutdruckwerte sein. Um die Vielzahl der Messwerte aggregieren zu können, wird der Zeitstempel des Erfassungszeitpunkts jeweils durch einen zentralen Systemzeitstempel ersetzt. Hierdurch weisen die Messwerte unterschiedlicher Sensoren gleiche Zeitstempel auf und können somit zeitsynchron aggregiert werden. Nachteilig hierbei ist, dass hier einfach so getan wird, als sei ein Messwert zu einem anderen Zeitpunkt erfasst worden. Dies kann bei der Aggregation zu verfälschten Aggregationswerten führen.

Ein weiteres Problem kann sich dadurch ergeben, dass die Sensoreinheiten (zum Beispiel Energiezähler) der Betriebseinheiten nicht stets auf ihre Funktionstüchtigkeit überwacht werden können, weil dies aufgrund der besagten örtlichen Verteilung der Betriebseinheiten zeitlich und technisch zu aufwändig sein kann. Zudem ist das Übertragen von Rohwerten über eine Übertragungsstrecke hinweg ebenfalls fehleranfällig. Bei einem Energiezähler kann es zusätzlich vorkommen, dass durch einen Austausch des Zählers der signalisierte Zählerwert einen Sprung oder Umbruch aufweist, weil der neue Energiezähler die Zählung wieder bei Null beginnt. Insgesamt kann es also durch Kommunikationsausfälle, Umkonfiguration oder Wechsel einer Sensoreinheit oder durch einen Defekt in einer Sensoreinheit zu lückenbehafteter oder fehlerhafter Signalisierung des elektrischen Verhaltens einer einzelnen Betriebseinheit kommen. Dies sollte bei der Aggregation erkannt und berücksichtigt werden können.

Aus der WO 2015/079554 A1 ist das Steuern von Geräten bekannt, die über ein elektrisches Versorgungsnetz elektrisch gekoppelt sind. Sensoreinheiten erfassen Sensordaten, die aber aufgrund von Verzögerungen in der Übertragung nicht immer zeitnah für die Steuerung verfügbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zu einer Vielzahl örtlich verteilter Betriebseinheiten Aggregationswerte zu ermitteln, die das Betriebsverhalten der Gesamtheit der Betriebseinheiten beschreiben. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Aggregieren von Betriebswerten einer Vielzahl örtlich verteilter Betriebseinheiten bereitgestellt.

Das Verfahren kann durch eine Überwachungsvorrichtung durchgeführt werden, die beispielsweise als ein Zentralrechner ausgestaltet sein kann. In der beschriebenen Weise werden Aggregationszeitpunkte für das Aggregieren vorgegeben. Zu jedem Aggregationszeitpunkt soll ein Aggregationswert bereitgestellt werden, sodass sich eine Zeitreihe aus Aggregationswerten ergibt. Hierzu wird durch die Überwachungsvorrichtung zunächst ein Idealzustand geschaffen, der darin besteht, dass für jede der Betriebseinheiten die besagten Betriebswerte ermittelt werden, die eine gesuchte Betriebsgröße zu jeweils einem der Aggregationszeitpunkte beschreiben. Die Betriebswerte sind also im vorgegebenen Zeitraster der Aggregationszeitpunkte, also im Aggregationstakt, verfügbar. Die besagte Betriebsgröße kann beispielsweise ein elektrischer Strom oder eine elektrische Energie oder eine elektrische Leistung oder Wärmeenergie oder Wärmeleistung sein, welche die jeweilige Betriebseinheit mit einem Versorgungsnetz austauscht. Die Betriebsgröße kann auch ein mit dem Versorgungsnetz ausgetauschtes Medium, z.B. eine Flüssigkeit (z.B. Wasser) oder ein Gas sein. Mit „Austauschen" ist hierbei sowohl das Entnehmen (Betriebs als Verbraucher) als auch das Einspeisen (Betriebs als Quelle) gemeint. Das Versorgungsnetz kann entsprechend ein elektrisches Versorgungsnetz und/oder ein Fernwärmenetz und/oder ein Gasnetz oder ein Leitungsnetz für eine Flüssigkeit umfassen. Das Verfahren kann allgemein für Energiemedien (z.B. Strom, Wärme) oder andere Medien (z.B. Wasser) und Energieträger (z.B. Erdgas oder Flüssigkraftstoff) angewandt werden. Die Betriebsgröße kann eine jeweils ausgetauschte Menge, z.B. Energiemenge oder Leistungsmenge beschreiben.

Weil die Betriebswerte im Aggregationstakt vorliegen, kann zum Aggregieren jeder Aggregationswert aus zeitsynchronen Betriebswerten der unterschiedlichen Betriebseinheiten mittels einer vorbestimmten Aggregationsfunktion erzeugt werden. Zeitsynchrone Betriebswerte sind solche Betriebswerte, welche die Betriebsgröße zu einem gemeinsamen Aggregationszeitpunkt oder zum gleichen Aggregationszeitpunkt beschreiben. Die besagte Aggregationsfunktion kann vom Fachmann frei vorgegeben werden. Es kann sich zum Beispiel um eine Summation oder eine Mittelwertbildung handeln. Die Frage ist nun, wie man zu den gewünschten Betriebswerten für die Aggregationszeitpunkte kommt. Denn zu jeder Betriebseinheit werden durch die Überwachungsvorrichtung jeweils nur die beschriebenen Rohwerte empfangen, welche die Betriebsgröße jeweils zu einem Erfassungszeitpunkt beschreiben, der nicht zwingend mit einem Aggregationszeitpunkt identisch sein muss, sodass es vorkommen kann, dass zu einem vorgegebenen Aggregationszeitpunkt kein passender Rohwert vorliegt. Zudem sind die Rohwerte dahingehend ungeprüft, ob sie aus einer funktionstüchtigen oder einer defekten Sensoreinheit stammen, wobei letzteres z.B. zu einer lückenhaften Zeitreihe des Sensors oder fehlerbehafteten Daten führt. Auch ein Sprung oder ein Umbruch in der Zeitreihe der Rohwerte kann zum Beispiel aufgrund eines Sensoraustauschs oder eines Zähler-Resets noch in den Rohwerten vorhanden sein.

Um nun aussagekräftige Aggregationswerte zu erhalten, werden die benötigten Betriebswerte von zumindest einer der Betriebseinheiten anhand von deren Rohwerten wie folgt gebildet. Jede Betriebseinheit kann hier einzeln behandelt werden. Zu der aktuell betrachteten Betriebseinheit kann man dabei für jeden Aggregationszeitpunkt einzeln vorgehen, weshalb im Folgenden der aktuelle betrachtete Aggregationszeitpunkt als „aktueller Aggregationszeitpunkt" bezeichnet ist. Für den aktuellen Aggregationszeitpunkt wird jeweils mittels einer vorbestimmten Kontrollfunktion anhand der Rohwerte ein „sicherer" Betriebswert gesucht. Der Betriebswert soll dazu in Abhängigkeit von zumindest einem der Rohwerte der aktuell betrachteten Betriebseinheit gebildet werden und soll oder muss dabei sowohl ein vorbestimmtes Synchronitätskriterium bezüglich des aktuellen Aggregationszeitpunkts als auch ein vorbestimmtes Plausibilitätskriterium bezüglich der Betriebsgröße erfüllen. Mit „Suchen" ist hierbei gemeint, dass die vorbestimmte Kontrollfunktion auf die Rohwerte angewendet wird und geprüft wird, ob die Kontrollfunktion als Ergebnis tatsächlich einen sicheren Betriebswert erzeugen oder liefern kann. Bei Auffinden eines sicheren Betriebswerts wird dieser für den aktuellen Aggregationszeitpunkt verwendet. Somit ist sichergestellt, dass der Betriebswert sowohl in Bezug auf den aktuellen Aggregationszeitpunkt Synchronität im Sinne des Synchronitätskriteriums aufweist als auch plausibel im Sinne des Plausibilitätskriteriums in Bezug auf die beschriebene Betriebsgröße ist. Bei Fehlen eines sicheren Betriebswerts, wenn also die Kontrollfunktion keinen Betriebswert ermittelt, wird dagegen eine Erfassungslücke signalisiert. Hierdurch ist signalisiert, dass für den aktuellen Aggregationszeitpunkt zu der aktuell betrachteten Betriebseinheit kein Betriebswert verfügbar ist. Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die Aggregationsfunktion nur auf solche Betriebswerte angewendet wird, zu denen mittels der Kontrollfunktion sichergestellt ist, dass jeder Betriebswert sowohl das Synchronitätskriterium als auch das Plausibilitätskriteriums erfüllt. Die Aggregationswerte können so vor den beschriebenen Beeinträchtigungen durch lückenbehaftete oder fehlerbehaftete Rohwerte geschützt werden.

Zu der Erfindung gehören auch vorteilhafte Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.

Falls die Kontrollfunktion die besagte Erfassungslücke signalisiert (kein Betriebswert verfügbar), kann eine aus den folgenden Schutzmaßnahmen vorgesehen sein. Das Aggregieren kann abgebrochen werden. Hierdurch werden dann nur Aggregationswerte bis zu demjenigen Aggregationszeitpunkt bereitgestellt, zu welchem das erste Mal ein Fehler aufgetreten ist, d.h. ein Betriebswert fehlt oder nicht ermittelt werden konnte. Alternativ dazu kann ein vorbestimmter Standard-Wert oder Default-Wert als Betriebswert verwendet werden. Beispielsweise kann ein solcher Default-Wert 0 betragen. Bei einer Aggregationsfunktion, die eine Summation vorsieht, ist somit kein Einfluss des fehlenden Betriebswerts gegeben. Alternativ dazu kann der Aggregationszeitpunkt gelöscht werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Zeitreihe der Aggregationswerte nur solche Aggregationszeitpunkte angibt oder umfasst, zu welchen für jede Betriebseinheit ein Betriebswert ermittelt werden konnte.

Eine Weiterbildung betrifft die Frage, wie die Kontrollfunktion anhand der Rohwerte einen Betriebswert zu dem aktuellen Aggregationszeitpunkt ermitteln oder berechnen kann. Falls ein Rohwert mit einem Erfassungszeitpunkt vorliegt, der mit dem aktuellen Aggregationszeitpunkt übereinstimmt oder identisch ist, so kann natürlich dieser Rohwert verwendet werden. Das Synchronitätskriterium ist damit automatisch erfüllt. Es ist dann nur noch zu prüfen, ob dieser Rohwert auch das Plausibilitätskriterium erfüllt. Für den Fall aber, dass ein Rohwert mit einem passenden Erfassungszeitpunkt fehlt, erzeugt die Kontrollfunktion bevorzugt den Betriebswert, indem anstelle eines Rohwerts ein Betriebswert mittels einer vorbestimmten Interpolationsfunktion oder einer vorbestimmten Extrapolationsfunktion aus zumindest zwei der Rohwerte erzeugt wird. Die Kontrollfunktion wendet also die Interpolationsfunktion oder Extrapolationsfunktion an und Erzeugt damit einen Betriebswert für den aktuellen Aggregationszeitpunkt. Interpolieren bedeutet, dass der Betriebswert zwischen zumindest zwei Rohwerten gebildet wird. Das einseitige Weiterführen der Zeitreihe der Rohwerte ergibt dagegen einen extrapolierten Betriebswert.

Beim Interpolieren/Extrapolieren muss darauf geachtet werden, dass nur solche Rohwerte zu Grunde gelegt werden, die auch einen vorgebbaren oder bekannten zeitlichen Bezug zum aktuellen Aggregationszeitpunkt aufweisen. Es muss z.B. verhindert werden, dass zum Extrapolieren ein Rohwert herangezogen wird, der mehrere Stunden oder Tage alt ist. Das Synchronitätskriterium umfasst deshalb bevorzugt, dass der Betriebswert nur aus zumindest einem solchen Rohwert gebildet wird oder gebildet werden darf, dessen jeweiliger Erfassungszeitpunkt höchstens um einen vorbestimmten Toleranzwert von dem jeweiligen aktuellen Aggregationszeitpunkt abweicht. Hierdurch ergibt sich um den aktuellen Aggregationszeitpunkt also ein Toleranzintervall, in welchen jeder verwendete Rohwert liegen muss. Nur aus dem Toleranzintervall dürfen Rohwerte oder darf ein Rohwert für die Interpolation/Extrapolation verwendet werden. Fehlt ein solcher Rohwert, so ist das Synchronitätskriterium verletzt und es ergibt sich kein Betriebswert und damit eine Erfassungslücke.

Mehrere Weiterbildungen betreffen die Frage, wie das Plausibilitätskriterium ausgestaltet werden kann.

Ein mögliches Plausibilitätskriterium umfasst oder schreibt vor, dass der Betriebswert von der Kontrollfunktion nur aus zumindest einem solchen Rohwert gebildet wird oder gebildet werden darf, der zu seinem jeweils zeitlich unmittelbar vorausgehenden Rohwert eine Differenz aufweist, die betragsmäßig kleiner als ein vorbestimmter Sprungwert oder Umbruchswert ist. Es wird also verhindert, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rohwerten ein Sprung oder Umbruch größer als der Umbruchswert vorliegt. Ein solcher Sprung kann beispielsweise durch das Austauschen eines Zählers durch einen neuen Zähler mit neuem Zählerstand (z.B. 0) oder durch das Austauschen eines Sensors durch einen Sensor anderen Sensortyps entstehen.

Um bei Vorliegen eines Umbruchs die Aggregation nicht abbrechen zu müssen, also keine Erfassungslücke signalisieren zu müssen, kann für den Fall, dass ein Rohwert, der höchstens um den Umbruchswert vom vorangegangenen Rohwert abweicht, nicht gefunden werden kann oder fehlt, stattdessen auf der Grundlage einer Angabe einer Maximalleistung und der Zeitdifferenz oder dem zeitlichen Abstand zwischen zwei Erfassungszeitpunkten künstlicher Rohwert berechnet wird, der eine gemäß der Maximalleistung maximal mögliche Differenz zum zeitlich vorangegangenen Rohwert aufweist. Es wird also eine Worst-Case-Betrachtung durchgeführt und ermittelt, welcher maximale Energieunterschied (Maximalleistung x Zeitdifferenz) sich an der Betriebseinheit ergeben haben kann. Ein solcher künstlicher Rohwert kann dann z.B. für die Interpolation genutzt werden. Im Zusammenhang mit einem Energieträger stellt die Maximalleistung einen Maximaldurchsatz (z.B. eine maximale Durchflussrate) dar.

Eine Weiterbildung betrifft die Möglichkeit, mittels des Plausibilitätskriteriums den beschriebenen Zählertausch eines Energiezählers oder Stromzählers zu detektieren oder zu erkennen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Betriebsgröße eine kumulative Größe ist, welche ausschließlich monoton ansteigt. Die Zeitreihe der Rohwerte dieser Betriebsgröße bleibt also über der Zeit konstant oder wird größer (ist ansteigend); einen Abfalls ober Abstieg kann es nicht geben. Eine solche kumulative Größe ist insbesondere die verbrauchte Energie bei einem Verbraucher, z.B. einem elektrischen Verbraucher, oder die erzeugte Energie bei einer reinen Energiequelle, wie zum Beispiel einer elektrischen Energiequelle, z.B. einer Photovoltaikanlage. Eine andere kumulative Größe ist Wärmeenergie. Das Plausibilitätskriterium umfasst für diesen Fall bevorzugt, dass der Betriebswert nur aus einem solchen Rohwert oder nur aus solchen Rohwerten gebildet wird, die zu ihrem jeweils zeitlich unmittelbar vorausgehenden Rohwert einen monotonen Anstieg der Betriebsgröße signalisieren. Dies wird im Folgenden als Monotoniebedingung bezeichnet. Wird also die Monotoniebedingung verletzt, so kann dies nicht ein Verhalten des reinen Verbrauchers oder der reinen Quelle beschreiben. Damit sollte ein Rohwert, der diese Monotoniebedingung verletzt, nicht beim Bilden des aktuellen Aggregationswerts berücksichtigt werden.

Falls die Monotoniebedingung verletzt wird, weil ein Zähler, zum Beispiel ein Energiezähler, ausgetauscht wurde, so betrifft dies natürlich alle zeitlich nachfolgenden Rohwerte ab dem Zeitpunkt des Austauschs des Zählers. Damit wäre eine Aggregation über den Zeitpunkt des Zählertauschs hinweg nie möglich. Um hier Abhilfe zu schaffen, sieht eine Weiterbildung vor, dass für den Fall, dass der zumindest eine Rohwert für den aktuellen Aggregationszeitpunkt einen Abstieg oder Abfall signalisiert (Verletzung der Monotoniebedingung), der Rohwert, für den der Abfall erkannt wurde, und jeder zeitlich nachfolgende Rohwert mittels eines Offsetwerts zu einem jeweiligen korrigierten Rohwert korrigiert wird. Durch den Offsetwert wird der monotone Anstieg sichergestellt. Es kann sich bei dem Offsetwert zum Beispiel um den letzten Zählerstand des alten, ausgetauschten Zählers handeln. Wird ein neuer Zähler eingesetzt, der bei 0 zu zählen beginnt, so wird mittels des Offsetwerts somit die Zeitreihe der Rohwerte dort fortgesetzt, wo sie beim letzten Zählerstand des alten, ausgetauschten Zählers unterbrochen wurde. Bei den Rohwerten kann es sich um Momentanwerte oder Mittelwerte handeln. Momentanwerte spiegeln das momentane oder instantane Betriebsverhalten (z.B. Verbrauch oder Erzeugung) einer Betriebeinheit wieder, z.B. das energetische Betriebsverhalten. Ein Mittelwert kann über ein vorgegebenes Mittelungsintervall, beispielsweise einen Zeitraum im Bereich von 10 Sekunden bis einer Woche, gebildet. Hierdurch werden Fluktuationen beim Austausch von Energie im Betrieb der Betriebseinheit im Mittelwert zusammengefasst, sodass die Volatilität der Zeitreihe der Aggregationswerte verringert wird.

Wie bereits ausgeführt, werden die Rohwerte jeder Betriebseinheit jeweils aus zumindest einer Datenquelle für die jeweilige Betriebseinheit empfangen. Es kann sich um eine Datenquelle handeln oder auch um mehrere Datenquellen, wenn es nämlich zum Beispiel zu einem Austausch einer Datenquelle durch eine neue, andere Datenquelle kommt. Die zumindest eine Datenquelle kann hierbei in der beschriebenen Weise eine Sensoreinheit für aktuelle Rohwerte und/oder zumindest eine Datenbank für historische Rohwerte umfassen. Eine Sensoreinheit kann zum Beispiel ein Sensor oder mehrer Sensoren aufweisen und/oder ein sogenanntes Smart-Energy-Meter und/oder einen Zähler (zum Beispiel Stromzähler oder Energiezähler). Eine Datenbank wirkt als Importquelle für historische Rohwerte, die z.B. in einem Datenspeicher der Datenbank gespeichert sein können.

Um beim Austausch zweier Datenquellen Rohwerte auch aus der neuen Datenquelle zu erhalten, ist bei der Überwachungsvorrichtung vorgesehen, dass diese zumindest einmal zwischen zwei Datenquellen einer der Betriebseinheiten umschaltet. Hierdurch ist die Überwachungsvorrichtung dann in der Lage, weiterhin Rohwerte, dann aber aus der neuen Datenquelle, zu empfangen. So kann zumindest einmal von einer ersten Sensoreinheit zu einer die erste Sensoreinheit ersetzenden zweiten Sensoreinheit gewechselt werden, also zum Beispiel zwischen zwei Zählern. Zusätzlich oder alternativ dazu kann zumindest einmal zwischen einer Datenbank und einer Sensoreinheit gewechselt werden. Hierdurch kann eine Zeitreihe aus Rohwerten gebildet werden, die sowohl historische Rohwerte als auch aktuelle Rohwerte umfasst.

Die Überwachungseinrichtung ist in der beschriebenen Weise sehr flexibel einsetzbar. Die Rohwerte können aus Betriebseinheiten einer Industrieanlage (zum Beispiel gemäß dem Standard„Industrie 4.0") und/oder eines Internet of Things (loT) und/oder eines Netzwerks aus Ladestationen für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge und/oder eines Netzwerks aus Messstellen empfangen werden. Eine Messstelle kann z.B. durch einen Stromzähler oder Gaszähler oder Durchflusszähler gebildet sein, der z.B. einem Haushalt bereitgestellt sein kann. Allgemein wird eine Messstelle für abrechnungsrelevante Messungen verwendet.

Liegen dann die Aggregationswerte vor, so ist in Bezug auf die zugrundegelegte Betriebsgröße das Gesamtverhalten bekannt, also zum Beispiel der Gesamtbedarf oder die Gesamtleistungsfähigkeit der Betriebseinheiten. Somit kann ein Betrieb einer oder einiger oder aller der Betriebseinheiten in Abhängigkeit von den Aggregationswerten mit einem jeweiligen Betrieb der jeweils übrigen Betriebseinheiten koordiniert werden. Liegt beispielsweise ein Mangel an Leistung vor, so kann eine Betriebseinheit, die als Energiequelle wirkt, aktiviert oder angesteuert werden. Beispielsweise kann also ein Pumpspeicherkraftwerk zugeschaltet werden. Anhand der Aggregationswerte kann zusätzlich oder alternativ ein Leistungsprofil der Betriebseinheiten prädiziert oder vorhergesagt werden. Hierdurch kann zum Beispiel dem Betreiber des besagten Versorgungsnetzes, an welches die Betriebseinheiten angeschlossen sein können, ein zukünftiger Leistungsbedarf oder eine zukünftige Leistungsfähigkeit, jeweils beschrieben durch das Leistungsprofil, signalisiert werden. Hierdurch kann der Netzbetreiber beispielsweise einen Kraftwerksbetrieb auf das Leistungsprofil abstimmen oder anpassen.

Um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können, ist durch die Erfindung die besagte Überwachungsvorrichtung bereitgestellt. Diese dient zum Überwachen der Betriebswerte einer Vielzahl örtlich verteilter Betriebseinheiten. Die Überwachungsvorrichtung weist eine Recheneinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Diese Recheneinrichtung kann auf der Grundlage zumindest eines Mikroprozessors oder zumindest eines Mikrocontrollers ausgestaltet sein.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung mit daran angekoppelten Betriebseinheiten;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Überwachungsvorrichtung mit einer darin bereitgestellten Aggregationseinheit;

Fig. 3 ein Diagramm mit schematisierten Verläufen von Zeitreihen;

Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Interpolation und eines

Synchronitätskriteriums;

Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Extrapolation;

Fig. 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Plausibilitätskriteriums;

Fig. 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Plausibilitätskriteriums im

Zusammenhang mit einer Interpolation; und

Fig. 8 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Monotoniebedingung eines

Plausibilitätskriteriums.

Fig. 1 zeigt eine Überwachungsvorrichtung 10, bei der es sich zum Beispiel um einen Zentralrechner einer Industrieanlage oder einer Leitstelle handeln kann. Mit der Überwachungsvorrichtung 10 können Betriebseinheiten 11 gekoppelt sein. Bei einer Betriebseinheit 11 kann es sich in der beschriebenen Weise um einen elektrischen Verbraucher oder eine elektrische Energiequelle oder aber um ein Gerät handeln, das abwechselnd elektrischer Verbraucher und Energiequelle sein kann. Eine Betriebseinheit kann aber auch ein anderer energetischer Verbraucher, z.B. ein Heizofen für Gas, oder ein anderer Mediumverbraucher, z.B. ein Wasserverbraucher, und/oder eine andere Energiequelle, z.B. eine Biogasanlage oder Erdgasquelle, und/oder eine andere Mediumquelle, z.B. eine Wasserquelle, sein. Im Folgenden wird der Übersichtlichkeit halber angenommen, dass elektrische Größen zugrunde liegen.

Die Betriebseinheiten 11 können an ein elektrisches Versorgungsnetz 12 angeschlossen sein, mit welchem jede Betriebseinheit 11 elektrische Energie oder elektrische Leistung austauschen kann. Zum Erfassen der ausgetauschten elektrischen Leistung kann an jeder Betriebseinheit 11 eine Messstelle 13 vorgesehen sein, an welcher mittels eines Zählers 14 über der Zeit t Rohwerte 15 einer elektrischen Größe, beispielsweise die ausgetauschte elektrische Energie oder Leistung, erfasst werden können. Die zu einer Messstelle gehörenden Rohwerte 15 stellen jeweils eine Zeitreihe 16 dar. Jede Zeitreihe 16 beschreibt zu einem jeweiligen Erfassungszeitpunkt 17 des jeweiligen Rohwerts 15 den aktuellen, für diesen Erfassungszeitpunkt 17 geltenden Rohwert der elektrischen Größe. Ein Erfassungszeitpunkt 17 kann z.B. durch einen Zeitstempel des Rohwerts signalisiert sein. Die dargestellten Zähler 14 repräsentieren jeweils eine Sensoreinheit 18. Eine solche Sensoreinheit 18 ist allgemein eine Datenquelle 19. Ein anderer Typ von Datenquelle 19 kann eine Datenbank 20 sein. Aus dieser Datenbank 20 können historische oder gespeicherte Rohwerte 15' für jeweilige Erfassungszeitpunkte 17 bereitgestellt sein. Die Rohwerte 15, 15' können an die Überwachungsvorrichtung 10 übertragen werden. Die Überwachungsvorrichtung 10 kann hierzu mit den Betriebseinheiten 11 z.B. über zumindest ein Kommunikationsnetzwerk, z.B. das Internet und/oder ein Mobilfunknetzwerk, gekoppelt sein.

Durch die Überwachungsvorrichtung 10 können für jede Betriebseinheit 11 jeweils aus den Rohwerten 15 Betriebswerte 21 ermittelt werden, durch welche die beschriebene elektrische Betriebsgröße jeweils nicht zu den Erfassungszeitpunkten 17, sondern zu vorgegebenen Aggregationszeitpunkten 22 angeben ist. Der Übersichtlichkeit halber sind in der Figur nur einige der Aggregationszeitpunkte 23 mit einem Bezugszeichen versehen. Mittels einer Aggregationsfunktion 23, beispielsweise einer Summation, können dann die zeitsynchronen Betriebswerte 21 der Betriebseinheiten 11 einfach zu Aggregationswerten

24 kombiniert oder zusammengefasst werden. Mit anderen Worten können die Zeitreihen

25 der Betriebswerte 21 der unterschiedlichen Betriebseinheiten 11 mittels der Aggregationsfunktion 23 zu einer Zeitreihe 26 aus Aggregationswerten 24 kombiniert werden.

Die Aggregationswerte 24 sollen das elektrische Verhalten der Betriebseinheiten 11 insgesamt zum Beispiel gegenüber dem Versorgungsnetz 12 beschreiben. Hierbei könnte es zu den beschriebenen Verfälschungen durch fehlerhafte Rohwerte 15, 15' kommen, was aber durch die Überwachungsvorrichtung 10 in der folgenden Weise verhindert wird.

Eine Möglichkeit für eine Verfälschung oder einen Fehler besteht darin, dass bei einer Betriebseinheit 11 der Zähler 14 durch einen neuen Zähler 14' ersetzt werden kann. Das heißt, die jeweiligen Zeitreihen 16, die aus den jeweiligen Rohwerten 15 des alten Zählers 14 und des neuen Zählers 14' durch die Überwachungsvorrichtung 10 empfangen werden, können einen Sprung oder Umbruch 27 aufweisen. Genauso kann sich bei einem Umschalten von der Datenbank 20 auf einen Zähler 14 zwischen den historischen Rohwerten 15' und den gemessenen Rohwerten 15 ein Umbruch 27 ergeben. Ein Umbruch 27 spiegelt aber nicht das elektrische Verhalten der Betriebseinheiten 11 selbst wieder und muss somit in den Zeitreihen 25 der Betriebswerte 21 ausgeglichen sein.

Ein weiteres Problem kann darin bestehen, dass zu den vorgegebenen Aggregationszeitpunkten 22 nicht zwingend ein passender Erfassungszeitpunkt 17 mit einem Rohwert 15, 15' vorliegen muss. Zudem kann eine Taktung oder ein zeitlicher Abstand 28 zwischen den Aggregationszeitpunkten 22 verschieden sein von einem zeitlichen Abstand 29 der Erfassungszeitpunkte 17. Beispielsweise können von einem Zähler 14 Rohwerte 15 in einem zeitlichen Abstand von zum Beispiel 1 Sekunde oder allgemein in einem Bereich von 1 Sekunde bis 1 Stunde erzeugt werden. Es kann vorgesehen sein, dass Aggregationswerte 22 mit einem zeitlichen Abstand 28 von zum Beispiel 25 Sekunden oder allgemein in einem Abstand von 1 Sekunde bis einem Tag ermittelt werden sollen. Hier müssen dann passende Rohwerte 15 zum Bilden des jeweils zu einem Aggregationszeitpunkt 22 benötigten Betriebswerts 21 gefunden oder ermittelt werden.

Fig. 2 veranschaulicht die Überwachungsvorrichtung 10 noch einmal mit Komponenten. Die Überwachungsvorrichtung 10 kann eine Recheneinrichtung 30 aufweisen, welche die Aggregation mittels der Aggregationsfunktion 23 durchführen kann. Die Recheneinrichtung 30 kann die Rohwerte 15 der Betriebseinheiten 14 empfangen. Die vorgegebenen Aggregationszeitpunkte 22 bilden insgesamt ein Zeitintervall von einem Anfangszeitpunkt Ta bis zu einem Endzeitpunkt Te, wobei der zeitliche Abstand 28 als ein Wert At vorgegeben sein kann und wobei insbesondere die Gesamtdauer oder Aggregationszeit T dividiert durch den Zeitabstand 28 eine natürliche Zahl ergibt (T/At = natürliche Zahl). Es kann ein Synchronitätskriterium 31 vorgegeben werden, welches einen Toleranzwert 32 (Δ) angibt. Zusätzlich kann ein Plausibilitätskriterium 33 mit einem Umbruchswert 34 und einer Monotoniebedingung 35 vorgegeben werden. Das Sychronitätskriterium 31 und das Plausibilitätskriterium 33 werden im Folgenden noch näher erläutert.

Anhand der empfangenen Rohwerte 15, 15' können mittels einer Kontrollfunktion 36 für jede Betriebseinheit 11 jeweils die Betriebswerte 21 ermittelt werden. Falls für einen vorgegebenen Aggregationszeitpunkt 22 kein passender Rohwert 15 mit einem passenden Erfassungszeitpunkt 17 verfügbar ist, kann mittels einer vorgegebenen Interpolationsfunktion 37 oder einer vorgegebenen Extrapolationsfunktion 38 ein Betriebswert 21 für den Aggregationszeitpunkt 22 ermittelt werden. Mittels der Aggregationsfunktion 23 können dann in der beschriebenen Weise die Aggregationswerte 24 erzeugt werden.

Fig. 3 veranschaulicht noch einmal den Zusammenhang zwischen den Zeitreihen 16 der Rohwerte 15, 15', den Zeitreihen 25 der Betriebswerte 21 und der Zeitreihe 26 der Aggregationswerte 24. Dargestellt ist, wie sich auch die Aggregationszeitpunkte 22 von den Erfassungszeitpunkten 17 unterscheiden können. Die Aggregationszeitpunkte 22 können sich jeweils aus Ta + (i x At) ergeben, wobei i ein Zählwert von 0 bis n ist.

Die folgenden Beschreibungen treffen auch auf historische Rohwerte 15' zu, da nur der Übersichtlichkeit halber lediglich das Bezugszeichen für Rohwerte 15 aus Sensoreinheiten 18 verwendet wird.

Fig. 4 veranschaulicht, wie mittels der Interpolationsfunktion 37 zwischen zwei Rohwerten 15 ein Betriebswert 21 zu einem vorgegebenen aktuellen Aggregationszeitpunkt 22 ermittelt werden kann. Das Synchronitätskriterium 31 kann hierbei vorgeben, dass nur Rohwerte 15 verwendet werden sollen, die innerhalb eines Toleranzintervalls 39 liegen, das sich jeweils bezüglich des Aggregationszeitpunkts 22 um den Toleranzwert 32 in die Zukunft und in die Vergangenheit erstreckt. Ist die Interpolationsfunktion 37 eine lineare Interpolation, so können die nächstgelegenen Rohwerte 15 verwendet werden. Liegen zwei Rohwerte wie in Fig. 4 dargestellt innerhalb des Toleranzintervalls 39, so kann mittels der Interpolationsfunktion 37 ein Betriebswert 21 berechnet werden, der die elektrische Betriebsgröße zum Aggregationszeitpunkt 22 beschreibt, wie es die Interpolationsfunktion 37 ergibt.

Fig. 5 veranschaulicht den Fall, dass nur ein Rohwert 15 innerhalb des Toleranzintervalls 39 liegt. Der Betriebswert 21 kann nun mittels der Extrapolationsfunktion 38 ermittelt werden. Alternativ dazu kann auch ein Default-Wert 41 eingesetzt werden. Es kann auch vorgesehen sein, die Aggregation zum Aggregationszeitpunkt 22 abzubrechen oder den Aggregationszeitpunkt 22 zu löschen.

Fig. 6 veranschaulicht, einen Fall, bei welchem zwar ein Rohwert 15 mit einem Erfassungszeitpunkt 17 vorliegt, der mit dem Aggregationszeitpunkt 22 übereinstimmt, aber sich ein Umbruch 27 zwischen dem Rohwert 15 zum Aggregationszeitpunkt 22 und dem vorangegangenen Rohwert 15 zum vorangegangenen oder letzten Erfassungszeitpunkt 17 ergibt. Der Umbruch 27 stellt die Differenz zwischen den beiden Rohwerten 15 dar. Falls dieser Umbruch 27 größer als der Umbruchswert 34 ist, wodurch hierdurch das Plausibilitätskriterium 33 verletzt ist. Es kann nun ein Betriebswert 21 berechnet werden, indem anhand des zeitlichen Abstands 29 zwischen den Erfassungszeitpunkten 17 und auf Grundlage eines Werts für eine Maximalleistung 42 zunächst ein künstlicher Rohwert 15" berechnet wird, der sich ergibt, falls die Betriebseinheit 11 die Maximalleistung 42 für das Zeitintervall des zeitlichen Abstands 29 erzeugt oder abgibt oder aufnimmt. Da sich der künstliche Rohwert 15" direkt am Aggregationszeitpunkt 22 ergibt, kann der künstliche Rohwert 15" als Betriebswert 21 verwendet werden.

Fig. 7 veranschaulicht den Fall von Fig. 6, wobei allerdings nur Rohwerte zu Erfassungszeitpunkten 17 vorliegen, die nicht mit dem Aggregationszeitpunkt 22 übereinstimmen. Der Umbruch 27 sei wieder größer als der Umbruchswert 34. Auf Grundlage des künstlichen Rohwerts 15" und mittels der Interpolationsfunktion 37 kann nun ein Betriebswert 21 für den Aggregationszeitpunkt 22 ermittelt werden.

Fig. 8 veranschaulicht einen Fall, bei welchem eine Abfolge von zwei Rohwerten 15 einen Abstieg oder Abfall 43 der Zeitreihe 16 der Rohwerte 15 signalisiert. Dies kann zum Beispiel bei Rohwerten 15, die als elektrische Betriebsgröße eine elektrische Energie beschreiben, nicht sein. Dies wird aber anhand der Monotoniebedingung 35 erkannt, die angibt, dass ein nachfolgender Rohwert 15 gleich oder größer dem vorangegangenen Rohwert 15 sein muss. Wird die Monotoniebedingung 35 nicht erfüllt, ist das Plausibilitätskriterium 33 verletzt. Die Kontrollfunktion 36 kann nun beispielsweise mittels der Extrapolationsfunktion 38 den Betriebswert 21 bilden. Alternativ dazu kann auch einfach der vorangegangene Rohwert 15 als Extrapolation fortgeführt werden oder die Aggregation abgebrochen werden oder ein Default-Wert 41 verwendet werden oder ein korrigierter Rohwert 15"' mittels eines Offsetwerts 44 erzeugt werden, durch welchen die Monotoniebedingung 35 wieder erfüllt wird.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein System zur Verarbeitung von Energiedaten und Messwerten bereitgestellt werden kann. Bezugszeichenliste

Überwachungsvorrichtung

Betriebseinheit

Versorgungsnetz

Messstelle

Zähler

' Neuer Zähler

Betriebswert

' Historischer Rohwert

" Künstlicher Rohwert

"' Korrigierter Rohwert

Zeitreihe

Erfassungszeitpunkt

Sensoreinheit

Datenquelle

Datenbank

Betriebswert

Aggregationszeitpunkt

Aggregationsfunktion

Aggregationswert

Zeitreihe

Zeitreihe

Umbruch

Zeitlicher Abstand

Zeitlicher Abstand

Recheneinrichtung

Synchronitätskriterium

Toleranzwert

Plausibilitätskriterium

Umbruchswert

Monotoniebedingung

Kontrollfunktion

Interpolation

Extrapolation

Toleranzintervall

Default-Wert Maximalleistung

Abfall

Offsetwert