Steuerung von Microgrids

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung von elektri schen Netzanordnungen oder Microgrids. Insbesondere werden ein Steuerungsverfahren, eine Steuerungseinrichtung und eine Netzanordnung beschrieben.

Hintergrund

Elektrische Netzanordnungen, auch Microgrids genannt, können lokal elektrische Energie bereitstellen, und sind auch ohne eine Verbindung zum Stromnetz oder Hauptnetz betriebsfähig. Ein Microgrid umfasst regelmäßig Komponenten wie einen oder mehrere Stromerzeuger und einen oder mehrere Stromspeicher, die von einer gemeinsamen Steuerung gesteuert werden.

Auf MILP (Mixed Integer Linear Program, ein gemischt ganzzah liges lineares Programm) basierende Steuerungsverfahren für Microgrids sind beispielsweise beschrieben in "Optimization of On-site Renewable Energy Generation for Industrial Sites"; S. Ruangpattana, D. Klabjan, J. Arinez, and S. Biller IEEE Power Systems Conference and Exposition, 2011. Dabei wird ein Optimierungsansatz erläutert, der vorausschauend in relativ kurzen Zeitspannen die Komponenten des Microgrids ansteuert.

Um Bedarfsspitzen oder mangelnde Kapazität auszugleichen, sind sie jedoch häufig an ein Hauptnetz angeschlossen, um Strom beziehen zu können. Dabei liegen oft technische oder wirtschaftliche, etwa vertragliche, Bedingungen vor, welche die Entnahme einer vorgeschriebenen Strommenge über einen be stimmten Zeitraum vorsehen, etwa eines monatlichen Kontin gents. Wird diese Menge um einen bestimmten Wert über- oder unterschritten, kann die Betriebseffizienz des Microgrids eingeschränkt sein, etwa weil zusätzliche Kosten oder Ener gieverluste entstehen.

Abriss der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine opti mierte Steuerung von Netzanordnungen oder Microgrids bereit zustellen, welche eine über einen längeren Zeitraum aus einem Hauptnetz zu entnehmende Strommenge bei der Optimierung be rücksichtigt .

Entsprechend ist erfindungsgemäß ein Steuerungsverfahren für eine elektrische Netzanordnung vorgesehen. Die Netzanordnung umfasst einen oder mehrere elektrische Stromerzeuger und ein oder mehrere Stromspeicher, und ist steuerbar zur Strom entnahme mit einem Hauptnetz verbunden oder verbindbar. Fer ner ist ein Stromentnahmekontingent definiert, welches zur Entnahme durch die Netzanordnung aus dem Hauptnetz in einem Entnahmezeitintervall vorgesehen ist. Das Steuerungsverfahren umfasst das Bestimmen, basierend auf dem Stromentnahme kontingent, einer oder mehrerer Optimierungsbedingungen für ein Steuerungszeitintervall, welches kleiner ist als das Entnahmezeitintervall . Das Verfahren umfasst außerdem das Durchführen einer Optimierung einer Optimierungsgröße basie rend auf den einen oder mehreren Optimierungs-bedingungen für das Steuerungszeitintervall basierend auf Zeitschriften mit einer Schrittweite, welche kleiner ist als das Steuerungs zeitintervall, sowie das Ansteuern der Netzanordnung basie rend auf den Ergebnissen der Optimierung. Erfindungsgemäß wird somit die langfristige Entnahme aus dem Hauptnetz be reits bei der kurzfristigen Planung berücksichtigt, wodurch Ineffizienzen und Kosten vermieden oder verringert werden können. Im Folgenden werden die Begriffe Netzanordnung und Microgrid synonym verwendet. Ein Zeitintervall kann auch als Zeitraum oder Abschnitt oder eine Dauer bezeichnet sein.

Die Optimierung kann eine vorausschauende Optimierung über das Steuerungszeitintervall sein, etwa unter Verwendung eines MILP Verfahrens. Damit kann die Optimierung effizient berech net werden und Zeitskalen typischer Veränderungen, etwa be züglich der Last und/oder der Stromerzeugung, können berück sichtigt werden.

Die Optimierung kann rollierend und/oder wiederholt durchge führt werden. Zum Beispiel kann die Optimierung wiederholt in bestimmten Abständen, etwa täglich oder alle 12 Stunden, neu durchgeführt werden, und/oder derart rollierend, dass nach je N abgearbeiteten oder abgelaufenen Zeitschriften eine neue Optimierung mit um N Zeitschritte verschobenem Steuerungs zeitintervall durchgeführt wird, wobei N insbesondere 1 sein kann. Das Steuerungszeitintervall kann dabei konstant bezüg lich seiner Breite gehalten sein, oder die Breite kann geän dert werden. Derart kann auf kurzfristige Veränderungen in Betriebsbedingungen reagiert werden, etwa einen Wetterum schwung, plötzlich erhöhten Strombedarf, oder Ausfall einer Komponente .

Die eine oder mehreren Optimierungsbedingungen können auf ei ner Bedarfsannahme für das Steuerungszeitintervall und/oder das Entnahmezeitintervall basieren. Insbesondere kann die Be darfsannahme für eine vorausschauende Optimierung zugrunde gelegt werden. Eine Bedarfsannahme kann insbesondere einen zeitlichen Verlauf einer voraussichtlichen Entnahme im Steue rungszeitintervall und/oder im Entnahmezeitintervall abbil den, etwa als kumulierte Strommengenentnahme oder Energieent nahme, oder als absolute Entnahme, etwa pro Zeitschrift.

Das Stromentnahmekontingent kann in einem Akzeptanzintervall liegen. Insbesondere kann die Optimierung dazu ausgelegt sein, die Stromentnahme über das Entnahmezeitintervall in diesem Akzeptanzintervall zu halten, oder zumindest das Über schreiten oder Unterschreiten des Intervalls zu minimieren oder optimieren, gegebenenfalls unter Berücksichtigung ande rer Optierungsbedingungen, Ineffizienz oder Kosten. Das Ak zeptanzintervall kann eine untere und obere Grenze einer Strommenge angeben, die entnommen werden kann. Liegt die Men- ge an Strom, welche innerhalb des Entnahmezeitraums entnommen wird innerhalb des Akzeptanzintervalls, kann die Bedingung, das Stromkontingent zu entnehmen, als erfüllt angesehen wer den. Insbesondere können dann weitere Kosten oder Ineffizien zen vermieden werden, etwa gemäß vertraglicher Regelung. Eine Bedarfsannahme kann basierend auf dem Akzeptanzintervall in einem Akzeptanzstreifen bereitgestellt und/oder bestimmt wer den, welcher auf ein Steuerungszeitintervall bezogen sein kann. Es können mehrstufige Akzeptanzintervalle und/oder Ak zeptanzstreifen vorliegen, etwa wenn Kosten mehrstufig sind.

Insbesondere kann die Optimierung eine Kostenoptimierung sein. Kosten können dabei finanzielle oder wirtschaftliche Kosten sein oder als solche parametrisiert sein. Alternativ oder zusätzlich können Kosten beispielsweise als Energie, Strom, Leistung, Verlustleistung, Energieverlust, Stromver lust, Zeitverlust oder Verzögerung oder ähnliches parametri siert sein oder darauf bezogen sein.

Das Entnahmezeitintervall kann mindestens 2 Wochen, oder 3 oder 4 Wochen, oder mindestens oder genau 14 Tage, oder min destens oder genau 20 Tage, oder mindestens oder genau 30 oder 31 Tage, oder einen Monat betragen. Ein solches Inter vall erlaubt langfristige Planung sowohl für einen Hauptnetz betreiber als auch für den Betreiber des Microgrids, wodurch insbesondere der langfristig stabile Betrieb des Hauptnetzes gewährleistet ist. Bilaterale Energieverträge, welche ein Stromkontingent bereitstellen, betreffen daher üblicherweise ein entsprechendes Entnahmezeitintervall .

Das Steuerungsintervall kann 48 Stunden oder weniger, oder 24 Stunden oder weniger, oder 12 Stunden oder weniger betragen. Ein solches Intervall kann zum Beispiel an einen Batterie ladezyklus angepasst sein, und/oder an einen Verbrauchs zyklus, und/oder einen Generatorzyklus . Es kann vorgesehen sein, dass die Schrittweite 1/12 oder weniger des Steuerungs intervalls beträgt, etwa 1/20 oder weniger oder 1/24 oder we niger. In manchen Fällen kann die Schrittweite 15min oder mehr, 30min oder mehr, 45min oder mehr, 60min oder mehr,

90min oder mehr, oder 120min oder mehr betragen.

Ferner ist eine Steuerungseinrichtung für eine elektrische Netzanordnung vorgesehen, wobei die Steuerungseinrichtung da zu ausgebildet ist, ein Steuerungsverfahren wie hierin be schrieben durchzuführen und/oder zu steuern. Eine Steuerungs einrichtung kann allgemein als integrierte Schaltung ausge bildet sein, und/oder eine integrierte Schaltung umfassen. Eine integrierte Schaltung kann als Bearbeitungsschaltung oder Prozessorschaltung ausgebildet sein, und/oder einen oder mehrere Prozessoren und/oder Kontroller und/oder Prozessor kerne und/oder ASICs (Application Specific Integrated

Circuitry) und/oder FPGAs (Field Programmable Gate Array) und/oder Speicher oder Speichermedium umfassen. Speicher oder Speichermedium können flüchtige oder nichtflüchtige Speicher umfassen, etwa RAM (Random Access Memory) und/oder ROM (Read- Only Memory) und/oder Flash-Speicher und/oder optischer Spei cher und/oder magnetischer Speicher, usw. Eine Steuerungsein richtung kann als Computer oder Computeranordnung oder

Kontrolleranordnung ausgebildet sein, welche eine oder mehre re integrierte Schaltungen aufweisen kann. Die Steuerungsein richtung kann eine oder mehrere Schnittstellen aufweisen, um das Microgrid und/oder Komponenten des Microgrids anzu steuern, und/oder Informationen zu empfangen, etwa bezüglich Betriebsbedingungen und/oder Zuständen der Komponenten. Die Steuerungseinrichtung kann zentralisiert sein, oder verteilt, zum Beispiel auf mehrere Computer einer Computeranordnung.

Außerdem ist elektrische Netzanordnung beschrieben, welche eine hierin beschriebene Steuerungseinrichtung umfasst.

Die Erfindung kann als Computerprogramm implementiert sein. Das Programm kann Instruktionen umfassen, welche eine Steuer einrichtung, auf welcher sie ausgeführt werden, dazu bringt, ein hierin beschriebenes Verfahren auszuführen und/oder zu steuern. Eine Speichermedienkombination welche ein oder meh rere Speicher- und/oder Trägermedien umfassen kann, kann das Computerprogram speichern. Ein Speichermedium und/oder Trä germedium kann dazu ausgebildet sein, Instruktionen und/oder Daten zu speichern und/oder zu transportieren. Ein Computer program kann als Steuerungswerkzeug oder Steuerungstool aus gebildet sein.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungs beispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher er läutert werden, wobei die Figuren zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße elektrische Netzanordnung;

Figur 2 ein erfindungsgemäßes Verfahren;

Figur 3 ein beispielhaftes Entnahmezeitintervall ;

Figur 4 ein beispielhaftes Steuerungszeitintervall;

Figur 5 ein beispielhaftes Entnahmezeitintervall , in welches ein Steuerungszeitintervall eingebettet ist.

Detaillierte Beschreibung

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Netzanordnung 10, die auch als Microgrid bezeichnet wird. Die Netzanordnung 10 umfasst einen oder mehrere Stromerzeuger 12, 14. Ein

Stromerzeuger kann allgemein jede Einrichtung sein, welche elektrischen Strom bereitzustellen vermag, etwa ein Verbren nungsgenerator wie ein Dieselgenerator, oder eine Solaranlage oder eine Windkraftanlage. Die Netzanordnung 10 umfasst fer ner eine oder mehrere Speicher oder Speichereinrichtungen 16. Eine Speichereinrichtung kann allgemein dazu ausgebildet sein, Energie, etwa in der Form von elektrischem Strom, auf- zunehmen und zu speichern, und gegebenenfalls wieder abzuge ben. Eine Speichereinrichtung, welche Strom oder Energie ab gibt, kann auch als Erzeuger wirken. Beispiele für Speicher einrichtungen umfassen Batterien, Brennstoffzellen, Pumpspei cher, Wärmespeicher, usw. Unterschiedliche Erzeuger können unterschiedlicher Art ein, analog können unterschiedliche Speichereinrichtungen unterschiedlicher Art sein. Die Kompo nenten der Netzanlage 10 können allgemein separat ansteuerbar und betreibbar sein, etwa unabhängig voneinander an- und ab schaltbar sein. Die Netzanordnung 10 kann ferner einen oder mehrere Verbraucher 18 aufweisen, und/oder an diese ange schlossen oder anschließbar sein, etwa zur Stromversorgung. Eine Steuerungseinrichtung 20 kann an die einzelnen Komponen ten angeschlossen sein, um diese anzusteuern. Im Allgemeinen kann die Steuerungseinrichtung 20 dazu ausgebildet sein, die Komponenten 12, 14, 16 und andere Komponenten basierend auf einem gemeinsamen Steuerungsverfahren anzusteuern. Die elekt rische Netzanordnung 10 kann als ein unabhängig betreibbares Stromnetz angesehen werden, welche mit einem Hauptstromnetz oder Hauptnetz 100 verbunden oder verbindbar sein kann, etwa nach Maßgabe der Steuerungseinrichtung 20. Insbesondere kann die Netzanordnung 10 zur Einspeicherung von Strom und/oder zur Entnahme von Strom mit dem Hauptnetz 100 verbunden oder verbindbar sein. Das Hauptnetz kann beispielsweise das öf fentliche Stromnetz sein, und/oder ein Netz mit erheblich größerer Kapazität als die Netzanordnung 10, etwa mindestens 10-mal oder mindestens 100 mal oder mindestens 1000-mal grö ßerer Kapazität. Kapazität kann dabei etwa in Spitzenleistung oder Dauerleistung oder maximaler Speicherkapazität oder Spitzenstromstärke repräsentiert sein. Zur Verbindung zwi schen Netzanordnung 10 und Hauptnetz 100, wie auch zur Ver bindung der Komponenten der Netzanordnung 10, können geeigne te elektrische Anordnungen vorgesehen sein, etwa Transforma toren und/oder Wandler und/oder Kondensatoren und/oder

Schwingkreise und/oder andere Schaltungen. Hauptnetz 100 und Netzanordnung 10 können unterschiedliche Betreiber aufweisen. Ein Stromkontingent El kann definiert sein, welches zur Ent nahme durch die Netzanordnung 10 aus dem Hauptnetz 100 über ein Entnahmezeitintervall TI wie einen Monat vorgesehen sein kann, etwa aufgrund eines bilateralen Vertrags zwischen

Hauptnetzbetreiber und Betreiber der Netzanordnung. Die

Steuerungseinrichtung 20 kann dazu ausgebildet sein, dass hierin beschriebene Steuerungsverfahren auszuführen.

Figur 2 zeigt schematisch ein Flussdiagram eines erfindungs gemäßen Steuerungsverfahrens, welches als Algorithmus ausge bildet sein kann. Das Verfahren kann optional das Bestimmen eines Stromkontingents El und/oder Entnahmezeitintervall TI und/oder Akzeptanzintervalls und/oder einer Bedarfsannahme umfassen, etwa basierend auf einer Eingabe. Das Verfahren um fasst eine Handlung S10 des Bestimmens einer oder mehrerer Optimierungsbedingungen basierend auf dem

Stromentnahmekontingent El für ein Steuerungszeitintervall T2. T2 ist kleiner als das Entnahmezeitintervall TI. Das Ver fahren umfasst ferner die Handlung S12 des Durchführens einer Optimierung einer Optimierungsgröße basierend auf den einen oder mehreren Optimierungsbedingungen für das Steuerungszeit intervall T2 basierend auf Zeitschriften mit einer Schritt weite T3. T3 ist kleiner als T2. Das Optimierungsverfahren kann insbesondere ein MILP-Verfahren umfassen, das bevorzugt iterativ, rollierend oder bevorzugt iterativ, wiederholt oder rollierend ausgeführt werden kann. Außerdem umfasst das Ver fahren das Ansteuern der Netzanordnung basierend auf der Op timierung als Handlung S14, etwa für Zeitpunkte gemäß den Zeitschriften. Die Handlungen können durch zugeordnete Modu- le, etwa Programmmodule, durchgeführt werden, welche Teil ei nes Computerprogramms sein können. Das Ansteuern kann für Zeitpunkte erfolgen, die basierend auf den Zeitschriften be stimmt sind. Etwa kann für jeden Schritt die zugeordnete Schrittweite zu einer Summe aus Schrittweiten der vorher gehenden Schritte und einem Ausgangswert oder Ausgangs zeitpunkt addiert werden, und das Ansteuern kann zum bestimm ten Zeitpunkt durchgeführt werden.

Optimierungsbedingungen können allgemein Parameter oder Grö ßen, und/oder Bedingungen an Größen, und/oder Gleichungen und/oder Ungleichungen und/oder mathematische Ausdrücke sein, die bei der Optimierung berücksichtigt und/oder verwendet werden. Eine Optimierungsgröße kann eine Größe sein, welche durch die Optimierung optimiert werden soll, etwa minimiert oder maximiert. Eine Optimierungsgröße kann auch als Zielgrö ße bezeichnet werden. Eine Optimierungsgröße kann durch einen Ausdruck und/oder eine Formel oder Gleichung oder Parameter repräsentiert oder definiert sein, und/oder auf einer oder mehreren Optimierungsbedingungen basieren, und/oder durch ei ne oder mehrere Optimierungsbedingungen beschränkt sein. Eine Steuerungsvariable kann eine Variable sein, die durch das Verfahren gesteuert oder geregelt wird, direkt oder indirekt. Steuerungsvariablen können insbesondere die Stromabgabe oder Aufnahme oder Leistung einer oder mehrerer Komponenten be treffen, und/oder insbesondere die Entnahme aus dem Haupt netz .

Im Rahmen dieser Offenbarung kann Strom als elektrischer Strom oder elektrische Energie angesehen werden. Eine Strom menge kann etwa als Stromstärke mal Zeit, oder Energie oder Leistung mal Zeit parametrisierbar sein. Ein Kontingent kann allgemein eine Strommenge bezogen auf einen bestimmten Zeit raum wie das Entnahmezeitintervall repräsentieren. Der Aus druck „langfristig" kann das Entnahmezeitintervall betreffen, der Ausdruck „kurzfristig" das Steuerungszeitintervall. Ein Entnahmezeitintervall kann insbesondere ein Vertragszeithori zont oder Vertragszeitraum sein, ein Steuerungszeitintervall insbesondere ein Planungszeitraum oder Planungshorizont.

Beispielhaft für ein Stromkontingent kann in einem bilatera len Energievertrag zwischen Betreibern von Microgrids mit Netzanschluss (z.B. für Industrieanlagen) und dem Hauptstrom netzbetreiber eine abzunehmende Energiemenge Y, entsprechend dem Kontingent El, im Vertragszeitraum Tmax, entsprechend dem Entnahmezeitintervall TI, zu einem fixen Preis cO pro kWh vereinbart sein. Außerdem kann es Toleranzlevel geben, etwa Abweichungen nach unten, d.h. weniger Energie wird abgenommen, und nach oben, d.h. mehr wird Energie abgenommen, in denen weiterhin

der Preis cO pro kWh garantiert wird. Die Toleranzlevel re präsentieren ein Akzeptanzintervall. Folgende Parameter sol len diese Toleranzlevel beschreiben q _t : Zulässige negative Abweichung (in Prozent) von der ver einbarten Energiemenge im gesamten Vertragszeitraum Tmax q _u : Zulässige positive Abweichung (in Prozent) von der ver einbarten Energiemenge im gesamten Vertragszeitraum Tmax

Falls also zum Ende des Vertragszeitraumes Tmax für den tat sächlichen kumulierten Energieverbrauch Z gilt

(100% - qi) *Y < Z < (100% + q _u *Y so fallen keine zusätzlichen Kosten an. Anderenfalls erhöhen sich die Kosten pro kWh auf

Ci , falls Z < (100% - qd*Y

c _u , falls Z > (100%+ q _u )*Y.

Für einen kostenoptimierten Betrieb des Microgrids wird diese Tatsache bei der Lastverteilung durch Ansteuerung der Kompo nenten des Microgrids, berücksichtigt. Eine Optimierung für ein Microgrid kann in einigen Varianten einen Voraussagezeit raum oder Vorschauhorizont T, entsprechend dem Steuerungs zeitintervall T2, von wenigen Stunden bis zu einem Tag haben. Ein Tag ist etwa eine typische Zykluslänge für Batterieein satzplanung. Vorhersagen für die Verfügbarkeit von regenera tiven Energiequellen und der benötigten Stromproduktion durch andere Erzeuger im Microgrid können für längere Planungshori zonte unsicherer werden. Die Laufzeiten der Planungsprogramme steigt mit der Länge des Planungshorizontes. MILP-basierte Steuerungstools können beispielsweise rollierend neu gestar tet werden, und haben aufgrund der Planung im laufenden Be trieb nur begrenzte Zeit um Ergebnisse zu liefern. Entspre- chend kann sich eine zu lange Laufzeit auf die Steuerung auf Zeitschrittebene auswirken.

Im Vergleich zur Vertragslaufzeit Tmax der bilateralen Ver träge für die Entnahme von Energie aus dem

Netzanschluss ist der beschriebene Planungshorizont T des Steuerungstools also deutlich kleiner. Dementsprechend ent steht die Problemstellung, den Energievertrag, welcher sich lediglich auf die kumulierte Energieentnahme zum Ende des Vertragszeitraumes bezieht, in der rollierenden Steuerung des Microgrids auf dem kürzeren Zeithorizont zu

berücksichtigen, um Betriebskosten (zu denen auch die Kosten für die Energieentnahme aus dem Netzanschluss

zählen) zu minimieren.

Zunächst kann auf Basis der vereinbarten Energiemenge Y, des Stromkontingents El, als Bedarfsannahme eine Schätzung als Funktion der Zeit für die erwartete kumulierte Energieentnah me y(t) im Entnahmezeitintervall bereitgestellt werden, etwa für den Zeitraum [0, Tmax] oder [Tstart, Tstart+Tmax] , wobei Tstart ein Start _Z eitpunkt sein kann, etwa ein Monatsanfang. Typischerweise ist eine solche

Bedarfsschätzung Basis für den Abschluss eines Energievertra ges und sollte bereitstellbar sein. Eine

beispielhafte alternative Schätzung kann von einem konstanten Verbrauch, entsprechend einer konstanten Entnahme aus dem Hauptnetz, über die Vertragsdauer ausgehen, sodass als kumu lierter Verbrauch eine Gerade y(t entsteht, für die gilt y(0) = 0 oder y(Tstart) = 0 und y(Tmax) = Y oder y (T Start + Tmax) =

Y . In manchen Implementierungen können Verläufe von Bedarfs annahmen aus historischen Daten abgeleitet werden, welche et wa Einflussfaktoren auf die Energieentnahme abbilden können, etwa bezüglich des Microgrids oder einer oder mehrerer Kompo nenten ( Spitzenlast _Z eiten, Werk-/Feiertage, usw.) .

Basierend auf diesem eine Bedarfsannahme darstellenden erwar teten Energieverbrauch y(t können ein unteres (lower) und oberes (upper) Toleranzlevel für die kumulierte Energieent- nähme yi (t) bzw. y _u (t) ebenfalls als Funktion der Zeit bestimmt werden zu Vi (t) = (100% - q ) * y(t) und y _u (t) = (100% + q _u ) * y(t) .

Durch y _t (t) und y _u (t) wird ein Akzeptanzstreifen für die Be darfsannahme y(t bestimmt .

Figur 3 zeigt eine beispielhafte Bedarfsannahme mit Akzep tanzstreifen für einen Beispielmonat mit 30 Tagen als lang fristige Planung. In horizontaler Richtung sind beispielhaft Tage eines Monats, in vertikaler Richtung ein kumulierter Energieverbrauch angetragen. Exemplarisch sind eine Energie bedarfsschätzung für einen Monat und die zugehörigen

unteren/oberen Toleranzlevel (hier q _t =20% und q _u =10%) dar gestellt.

Ein Programm oder Verfahren zur Optimierung kann basierend auf diesen Parametern umgesetzt werden. Beispielsweise kann ein iterativer MILP-basierter Ansatz zur Integration von bi lateralen Energieverträgen (oder anderen langfristig zu ent nehmenden Stromkontingenten) in Programme zur vorausschauen den, rollierenden, kostenoptimalen Steuerung von Microgrids verwendet werden. Das Steuerungszeitintervall, der Planungs horizont [0, T] des Steuerungstools (typischerweise 24h) kann in einzelne Zeitschritte oder Zeitintervalle t _n mit iV£{l...iV}, mit t ₀ =0 und t _N =T unterteilt werden. Die Schrittweite oder Dauer der Intervalle kann gleich für alle Zeitschritte sein, oder variieren. N kann beispielsweise 12 oder mehr, 24 oder mehr, 48 oder mehr, 72 oder mehr sein.

Die folgenden Variablen und Parameter können verwendet sein: t _n : Beginn des Zeitintervalls n, statt Intervallanfang kann auch ein anderer Referenzpunkt gewählt werden, etwa die In tervallmitte ;

Dt : Länge des Zeitintervalls n oder Schrittweite

P(t _n : Leistungsentnahme aus dem Netz im Zeitintervall n (Steuerungsvariable, oder eine der Steuerungsvariablen) y(A) : Erwarteter kumulierter Energieverbrauch bis zum Ende des Zeitintervalls n i(t _n ) : Untere Grenze für den kumulierten Energieverbrauch bis zum Ende des Zeitintervalls n y _u (Jn) ^: Obere Grenze für den kumulierten Energieverbrauch bis zum Ende des Zeitintervalls n ^z (Jn) : Tatsächlicher kumulierter Energieverbrauch bis zum En ^¬ de des Zeitintervalls n z ₀ : Tatsächlicher kumulierter Energieverbrauch zu Beginn des Planungshorizontes

Idi iJn) : Indikatorvariable, welche anzeigt, ob der tatsächli ^¬ che kumulierte Energieverbrauch niedriger als die

untere Grenze ist, d.h. 0, falls Z (t _n ) > yi n) und 1, falls

Z (t _n ) < yiitn)

/d _u (t _n ) : Indikatorvariable, welche anzeigt, ob der tatsächliche kumulierte Energieverbrauch größer als die obere Grenze ist, d.h. 0, falls z (t _n ) < y _u (t _n ) und 1, falls z (t _n ) > y _u (t _n ) c ₀ : Kosten pro kWh Energieverbrauch (laut Energievertrag) : Kosten pro kWh Energieverbrauch, falls im Vertragshorizont weniger als die minimal vereinbarte Energiemenge (100% - qd * Y abgenommen wird c _u : Kosten pro kWh Energieverbrauch, falls im Vertragshori zont mehr als die maximal vereinbarte Energiemenge (100% + qu*V abgenommen wird ^c (Jn) : Strafkosten pro kWh für das unterschreiten / über ^¬ schreiten der unteren / oberen Schranke für den

kumulierten Energieverbrauch im Zeitintervall n M : große Zahl für klassische MILP-Technik zum Umschalten der Indikatorvariablen /d _j (t _n ) und Id _u t _n )

In diesem Beispiel repräsentiert der Energieverbrauch die Entnahme aus dem Hauptnetz. Es sind Varianten denkbar, in welchen der Energieverbrauch den gesamten Energie- oder Stromverbrauch des Microgrids repräsentiert, unter Berück sichtigung der Entnahme aus dem Hauptnetz.

Allgemein können verschiedene Kostenstufen für die Über schreitung und/oder Unterschreitung vorgesehen sein, die sich beispielsweise jeweils nach Überschreiten einer oberen oder unteren Grenze für die Entnahme erhöhen.

Mithilfe dieser Variablen und Parameter kann nun ein bei spielhaftes gemischt-ganzzahliges lineares Programm (MILP) bereitgestellt werden, um das Verhalten des Systems zu model lieren und die zusätzlichen Kosten aus Verletzungen der Be dingungen des bilateralen Energievertrages zu minimieren:

Dieses Programm wird über die Leistungspunkte P{t _n ) des Netz anschlusses gesteuert. Das Zielfunktional (1) ist

die Summe der entstehenden Strafkosen ^c (Jn) pro kWh für das Unter- bzw. Überschreiten der unteren bzw. oberen Schranke für den kumulierten Energieverbrauch in den Zeitintervallen n und soll minimiert werden. Die

Nebenbedingung (2) gibt an, dass sich der kumulierte Energie verbrauch ^c (Jn) aus der Leistungsentnahme bis

zum Zeitpunkt t _n ergibt (Summe als zeitdiskrete Approximation des Integrals) . Mithilfe der Gleichungen (3a) und

(3b) wird für jeden Zeitschrift n der Zusammenhang zwischen dem erwarteten kumulierten Energieverbrauch y(tn) und den un teren bzw. oberen Schranken yi (t _n ) bzw. y _u (t _n ) dargestellt. Die Ungleichungen (4a) und (4b) sorgen dafür, dass die Indikator variablen /di(t _n ) bzw. /d _u (t _n ) genau dann 1 sind, wenn der kumu lierte Energieverbrauch im Zeitschrift n kleiner als die un tere Schranke yi (t _n ) bzw. größer als die obere Schranke ist y _u (Jn) (Big-M-Technik) . Mithilfe der Ungleichungen (5a) - (5c) wird dafür gesorgt, dass die zusätzliche Strafkosten nur dann anfallen, wenn die Indikatorvariablen aktiv sind. Die Kosten im Zeitintervall n setzen sich aus dem Produkt der Energie entnahme [R(ί _h )*Dί _h ] und dem Kostenunterschied c _t — c ₀ bzw.

c _u — c ₀ zusammen. Es ist zu berücksichtigen, dass die kurz fristigen Kostenbeiträge c _n nicht notwendigerweise realisiert werden, auch wenn sie im Planungshorizont anfallen. Denn nur dann, wenn die Summe an Abweichungen aus dem Akzeptanzstrei fen der kurzfristigen Planung groß genug ist, um kumuliert aus den Akzeptanzintervall der langfristigen Planung heraus zuführen, werden die Kosten realisiert.

Das Vorgehen bei der kurzfristigen Tagesplanung wird in Figur 4 verdeutlicht. In horizontaler Richtung sind beispielhaft Stunden eines Tags, in vertikaler Richtung ein kumulierter Energieverbrauch angetragen. Figur 5 zeigt an, wie sich die kurzfristige Planung zu der Langfristplanung aus Figur 3 ver hält. In Figur 5 sind in horizontaler Richtung beispielhaft Tage eines Monats und in vertikaler Richtung ein kumulierter Energieverbrauch angetragen. In Figur 4 sind Bereiche gekenn zeichnet, in welchen der Akzeptanzstreifen in einigen Zeit schriften über- oder unterschritten wird. Statt einmaliger Tagesplanungen kann eine rollierende Planung mit regelmäßiger Re-Optimierung durchgeführt werden. Dies wird durch den Ansatz unterstützt, etwa durch Verschiebung des Planungshorizontes/Steuerungszeitintervalls und/oder Übergabe des aktuellen Systemzustandes, z.B. des bisherigen kumulierten Energieverbrauches zO im Vertragshorizont.

Zur Optimierung können noch weitere Optimierungsbedingungen herangezogen werden, die etwa Restriktionen und Kosten aus den Komponentenmodellen der einzelnen Erzeuger im Netz, Leis tungsbilanzen, Reserven, usw., betreffen können. Die be schriebene Erfindung lässt sich sehr einfach in bestehende und zukünftige Lösungen integrieren. Beispielsweise kann die Gleichung (1) um eine oder mehrere Kostenbeiträge pro n er weitert werden, oder c _n kann als Vektor oder Tupel von ver schiedenen Kostenbeiträgen aufgefasst werden. Zusätzliche Gleichungen oder Ungleichungen bezüglich solcher Kostenbei träge können hinzugefügt werden, welche etwa die Betriebskos ten oder Bedingungen einzelner Netzanordnungskomponenten re präsentieren können.

Gegenüber der langfristigen MILP-basierten Planung über den gesamten Zeitraum von Energieverträgen z.B. für die Ausle gung/Erweiterung von Microgrids hat der beschriebene iterati ve Ansatz zur rollierenden, kostenoptimalen Steuerung von Microgrids unter Beachtung der Abhängigkeiten aus

Energieverträgen einen oder mehrere Vorteile. Die MILP- basierte Vorausplanung des kompletten Vertragszeitraumes er zeugt sehr große Optimierungsprobleme. Programme zur Lösung solcher Probleme (Solver) brauchen dafür deutlich mehr Zeit als solche für eine kurzfristige Planung. Aufgrund der Lauf zeit und fehlender Vorhersagen für die Verfügbarkeit von re generativen Energiequellen sowie dem Energiebedarf im Netz ist eine detaillierte Steuerung des Microgrids im

Betrieb mit den Ansätzen mit langfristigen Ansätzen fehleran fällig. Erfindungsgemäß können gegenüber dem Planungshorizont langfristige Kontingente, etwa aus bilateralen Energieverträ- gen, in detaillierte, kurzfristige Steuerungstools für

Microgrids integriert werden.

Die kurzfristige, rollierende Planung mit langsam wachsen dem/verschobenem Planungshorizont ist deutlich genauer als eine vorausgehende Planung des gesamten Vertragshorizontes. Der erfindungsgemäße Ansatz lässt sich leicht in bestehende und zukünftige MILP-basierte Programme zur Steuerung von Microgrids integrieren. Die Erfindung ergänzt MILP-basierte Programme zur kosteneffizienten Steuerung von Microgrids und ist für komplexe, jedoch laufzeitkritische Anwendungen mit Planungsoptimierung zur Laufzeit sehr gut geeignet.

Allgemein schlägt die Erfindung vor, langfristige Bedingungen und/oder Kosten zu berücksichtigen, indem sie durch kurzfris tige Kostenapproximationen und entsprechende Bedingungen auf einem kurzfristigen Planungshorizont abgebildet werden.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .