Beschreibung

Verfahren zum Betreiben eines Energieversorgungsnetzwerks

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Energieversorgungsnetzwerks sowie ein System zur Steuerung der Lastverteilung in einem Energieversorgungsnetzwerk. Das Energieversorgungsnetzwerk umfasst als Einheiten ein oder mehrere Energieerzeuger, welche Energie erzeugen und in das Energieversorgungsnetzwerk einspeisen, und/oder ein oder mehrere Energieverbraucher, welche aus dem Energieversorgungsnetzwerk Energie beziehen und verbrauchen, und/oder einen oder mehrere Energiespeicher zum Zwischenspeichern von in dem Energieversorgungsnetzwerk bereitgestellter Energie oder zum Abgeben von in dem Energiespeicher enthaltener Energie in das Energieversorgungsnetzwerk. Die Erfindung betrifft ferner verschiedene Rechner innerhalb des Systems zur Steuerung der Lastverteilung.

Energieversorgungsnetzwerke wurden in der Vergangenheit im

Hinblick auf eine zentrale Energieeinspeisung hin ausgelegt. Da die Energieerzeugung und die Energieverteilung über das Energieversorgungsnetzwerk in der Regel in einer Hand liegen, wurden die Kapazitäten der Versorgungsleitungen des Energie- Versorgungsnetzwerks sowie dessen Topologie an einige wenige, zentrale Energieerzeugungseinrichtungen ausgelegt. Aufgrund der zentralen Energieversorgung fließen Ströme in den Leitungen des Energieversorgungsnetzwerks in der Regel in einer Richtung. Demgemäß sind Schalt- und Schutzeinrichtungen auf eine derartige Betriebssituation ausgelegt. In jüngerer Vergangenheit sind an die Energieversorgungsnetzwerke eine Vielzahl an dezentralen Energieerzeugungseinrichtungen (z.B. regenerative Energiequellen) angeschlossen worden. Da diese Energieerzeugungseinrichtungen nicht in der Hand der Betrei- ber des Energieversorgungsnetzwerks liegen, kann durch diese nicht beeinflusst werden, zu welchen Zeitpunkten und in welcher Menge Energie in das Energieversorgungsnetzwerk eingespeist wird. Hierdurch bedingt kann eine Situation eintreten,

in welcher die Kapazitäten der Leitungen des Energieversorgungsnetzwerks nicht mehr an die tatsächliche Energiesituation angepasst sind. Der forcierte Einsatz dezentraler Energieerzeugung erfordert deshalb neue Strategien zur Steuerung von Energieerzeugung und -verbrauch.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Energieversorgungsnetzwerks sowie ein System zur Steuerung der Lastverteilung in dem Energieversor- gungsnetzwerk anzugeben, welche den Einsatz einer beliebigen Anzahl an dezentralen Energieerzeugern ermöglicht. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Rechner des Systems zur Steuerung der Lastverteilung anzugeben, welche die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen.

Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Patentanspruches 21, ein System zur Steuerung der Lastverteilung mit den Merkmalen des Patentanspruches 22, einen Bereichsrechner für ein erfindungsgemäßes System mit den Merkmalen des Patentanspruches 23, einen Stromverteilungsrechner für ein erfindungsgemäßes System mit den Merkmalen des Patentanspruches 25, einen Geräterechner für ein erfindungsgemäßes System mit den Merkmalen des Patentanspruches 27 und einen Energieversorgungsbereichsrechner für ein erfindungsgemäßes System mit den Merkmalen des Patentanspruches 29 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines

Energieversorgungsnetzwerks, das als Einheiten zumindest ein oder mehrere Energieerzeuger, welche Energie erzeugen und in das Energieversorgungsnetzwerk einspeisen, und/oder ein oder mehrere Energieverbraucher, welche aus dem Energieversor- gungsnetzwerk Energie beziehen und verbrauchen, und/oder einen oder mehrere Energiespeicher zum Zwischenspeichern von in dem Energieversorgungsnetzwerk bereitgestellter Energie oder zum Abgeben von in dem Speicher enthaltener Energie in das

Energieversorgungsnetzwerk umfasst, wird den Einheiten jeweils eine oder mehrere Versorgungsklassen mit vorgegebener Priorität zugewiesen und auf Basis der jeweiligen Versorgungsklassen eine rechnergestützte, d.h. automatische, Steue- rung der Energieerzeuger oder der Energiespeicher in Bezug auf die Energieeinspeisung und/oder der Energieverbraucher in Bezug auf den Energieverbrauch und/oder der Energiespeicher in Bezug auf die Energieaufnahme vorgenommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Grundgedanken, dass die Stromversorgung mit unterschiedlicher Priorisierung erfolgt. Hierdurch lässt sich mit generischen Komponenten ein skalierbares System für große, hierarchisch gegliederte und verteilte Stromversorgungsnetze sukzessiv erstellen. Hier- durch kann eine priorisierte Stromversorgung und/oder -generierung automatisiert gesteuert werden.

Um eine effiziente Steuerung vornehmen zu können ist es zweckmäßig, wenn jede der Versorgungsklassen mit einer Ver- sorgungswahrscheinlichkeit korrespondiert. Zweckmäßigerweise umfasst eine der Versorgungsklassen eine Priorität, die einer 100%-Versorgungswahrscheinlichkeit entspricht, und die andere oder anderen Versorgungsklassen Prioritäten mit einer geringeren Versorgungswahrscheinlichkeit als 100 % aufweisen. Un- ter einer 100%-Versorgungswahrscheinlichkeit wird in der vorliegenden Beschreibung eine im Rahmen des technisch Möglichen maximale Versorgungswahrscheinlichkeit verstanden. Die Klassierung und Bestimmung der Anteile am generierten Strom in Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeit ihrer Verfügbarkeit ermöglicht einen zuverlässigen und koordinierten Betrieb des Energieversorgungsnetzwerks. Ist die Verfügbarkeit von generiertem Strom sicher, so wird diesem Stromanteil eine hohe Priorität zugewiesen. Hängt die Verfügbarkeit von nicht beeinflussbaren Faktoren (wie z.B. Wind und/oder Sonne und der- gleichen) ab, so wird dem Stromanteil eine niedrige Priorität zugewiesen .

Im Rahmen der Erfindung wird die Versorgung mit Strom in mindestens zwei Versorgungsklassen unterschieden. Eine Versorgungsklasse mit höchster Priorität umfasst dabei den Teil des erzeugten Stroms, für den garantierte Versorgungszusagen existieren. Dies trifft beispielsweise auf Strom zu, welcher von einem kontinuierlich laufenden Kraftwerk (z.B. ein Kohlekraftwerk, Kernkraftwerk, usw.) bereitgestellt wird. Eine Versorgungsklasse mit niedrigster Priorität umfasst den Anteil der Stromproduktion, der beispielsweise durch regenera- tive Energiequellen - und damit unter Umständen diskontinuierlich zu nicht vorhersagbaren Zeiträumen - bereitgestellt werden kann. Optional sind weitere Versorgungsklassen mit zusätzlichen Prioritäten, gestaffelt nach Versorgungswahrscheinlichkeit bzw. -notwendigkeit , denkbar.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung erfolgt eine rechnergestützte Erfassung der Topologie des Energieversorgungsnetzwerks. Die automatisierte Erfassung der Topologie des Energieversorgungsnetzwerks ermöglicht eine bedarfsge- rechte Steuerung jeweiliger Einheiten des Energieversorgungsnetzwerks .

In einer weiteren Ausgestaltung werden Versorgungszusagen für die Energieverbraucher rechnergestützt bestimmt. Das Bestim- men der Versorgungszusagen kann in feiner Granularität, d.h. bis hin zu einem einzelnen Verbraucher, erfolgen.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn für jeden Verbraucher für einen vorgegebenen Zeitpunkt oder für eine vorgegebene Zeit- spanne eine rechnergestützte Verbrauchsbestimmung erfolgt.

Die Bestimmung der Verbrauchsdaten kann ebenfalls in beliebiger Granularität, d.h. bis hin zum einzelnen Verbraucher, vorgenommen werden.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass eine Erfassung und Auswertung des Stromflusses in Versorgungsleitungen des Energieversorgungsnetzwerks und eine Steuerung von Energieerzeugung und Energieverbrauch durch die Steuerung jeweiliger Energie-

Verbraucher und/oder Energieerzeuger und/oder Energiespeicher durchgeführt wird. Hierdurch können Erzeugung und Verbrauch ausbalanciert werden.

Zweckmäßigerweise werden die oben beschriebenen Funktionalitäten auf generische Komponenten verteilt, die in Kommunikationsverbindung zueinander stehen. Die Vernetzung der Komponenten erfolgt dabei derart, dass eine einfache Skalierbarkeit gegeben ist.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass das Energieversorgungsnetzwerk benachbarte und/oder hierarchisch gegliederte Energieversorgungsbereiche mit jeweiligen Energieverbrauchern und Energieerzeugern umfasst, wobei eine Kon- figuration der Energieverbraucher und Energieerzeuger für jeden Energieversorgungsbereich separat erfolgt.

In jedem der Energieversorgungsbereiche werden Konfigurationen nur für den jeweiligen Energieversorgungsbereich vorge- nommen. Nebengeordnete bzw. übergeordnete bzw. untergeordnete Energieversorgungsbereiche können, müssen jedoch keinen direkten Einfluss auf Kontrolldaten eines bestimmten Energieversorgungsbereichs nehmen. Energieversorgungsbereiche können, sofern die Verfügbarkeit jeweiliger Komponenten gegeben ist, sämtliche Ebenen oder Einheiten in einem Energieversorgungsnetzwerk sein: eine Hochspannungs-Ebene kann beispielsweise eine Top-Domäne darstellen. Eine Mittelspannungsebene ist eine Unter-Domäne der Top-Domäne. Niederspannungs-Ver- teilnetze können dann Unter-Domänen der Mittelspannungs-Domä- nen darstellen. Unter diesen können wiederum lokale Domänen für Betriebe, Haushalte bis hin zu komplexen elektrischen Geräten vorgesehen sein. Unter einem komplexen elektrischen Gerät wird beispielsweise ein Gerät mit mehreren elektrischen Komponenten verstanden, die jeweils unterschiedlich mit Strom versorgt werden können.

Um die Priorisierung der Stromversorgung in dem Energieversorgungsnetzwerk zu erzielen, umfasst jeder der Energiever-

sorgungsbereiche, welcher als eigene Einheit gesteuert wird, über eine Mehrzahl an generischen Kommunikations-Komponenten.

Zweckmäßigerweise werden während der Konfiguration eines der Energieversorgungsbereiche gewonnene Konfigurationsdaten in einem Bereichsrechner eines jeweiligen Energieversorgungsbereichs vorgehalten, der die Stromversorgung gemäß der Zuweisung der Einheiten zu den Versorgungsklassen in dem Stromversorgungsbereich überwacht und steuert. Der Bereichsrechner ist damit verantwortlich für die Umsetzung der priorisierten Stromversorgung in dem ihm zugewiesenen Energieversorgungsbereich.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn die Konfigurationsdaten ver- schiedener Energieversorgungsbereiche in aggregierter und/oder gefilterter Form zwischen den jeweiligen Bereichsrechnern ausgetauscht werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Bereichsrechner eines Energieversorgungsbereichs mit den in diesem Energieversorgungsbereich angeschlossenen Ein- heiten, d.h. den Energieerzeugern und/oder den Energieverbrauchern und/oder den Energiespeichern, Versorgungszusagen aushandelt. Dabei ist nicht nur das Aushandeln von Versorgungszusagen der Einheiten innerhalb eines Energieversorgungsbereichs, sondern auch ein Datenaustausch zwischen meh- reren der Energieversorgungsbereiche möglich. So kann vorgesehen sein, dass der Bereichsrechner eines jeweiligen Energieversorgungsbereichs die Versorgungszusagen an Bereichsrechner anderer Energieversorgungsbereiche zur weiteren Verarbeitung überträgt oder von diesen zur weiteren Verarbeitung empfängt.

Zweckmäßigerweise ermittelt der Bereichsrechner gemäß einer weiteren Ausgestaltung eines jeweiligen Energieversorgungsbereiches statistische Gerätewerte und/oder Zustandsdaten der Einheiten. Optional übermittelt der Bereichsrechner diese Daten an die benachbarten und/oder hierarchisch über- und untergeordneten Energieversorgungsbereiche .

Der Bereichsrechner nutzt damit Topologieinformationen des ihm zugeordneten Energieversorgungsbereichs, Informationen über Versorgungszusagen und Informationen über den aktuellen Zustand bei der Umsetzung der priorisierten Stromversorgung durch eine geeignete Steuerung der an den Energieversorgungsbereich angeschlossenen Einheiten. Zur Umsetzung dieser Prio- risierung kann z.B. eine direkte Kontrolle der Versorgungsleitungen innerhalb des Energieversorgungsbereichs und/oder eine nachgelagerte adaptive Kontrolle/Steuerung vertrauens- würdiger Einheiten erfolgen, wobei letztere mit Kommunikationskomponenten versehen sind, welche einen Datenaustausch mit dem Bereichsrechner vornehmen können. Bei solchen vertrauenswürdigen Einheiten ist garantiert, dass diese sich gemäß vereinbarten Priorisierungsregeln verhalten, d.h. dass sie in Abhängigkeit vom Versorgungszustand des Energieversorgungsnetzwerks eine entsprechende Strommenge aufnehmen oder abgeben. Die Vertrauenswürdigkeit unter den Einheiten kann durch ein geeignetes Authentisierungssystem, z.B. unter Verwendung bekannter PKI-Methoden (PKI = Public Key Infrastructure) , si- chergestellt werden.

Ferner kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Bereichsrechner eines jeweiligen Energieversorgungsbereichs bei Vorliegen eines vorgegebenen Kriteriums selektiv die Abschaltung einzelner Einheiten oder Gruppen von Einheiten des Energieversorgungsbereichs oder den Energieversorgungsbereich im Gesamten bewirkt. Dieser Ausgestaltung liegt die überlegung zu Grunde, dass in einem Energieversorgungsbereich nicht nur vertrauenswürdige Einheiten vorhanden sind. Daher werden ermittelte Daten jeweiliger Einheiten verglichen mit aktuell gemessenen Leitungsdaten. Bei einer auftretenden Diskrepanz können dann die oben genannten Maßnahmen getroffen werden.

Bereichsrechner werden z.B. in Netzteile der Einheiten integriert .

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass durch einen Stromverteilungsrechner, an den eine Anzahl an Versorgungsleitungen eines Energieversorgungsbereichs des Energieversorgungsnetzwerks angeschlossen ist, erfasst wird, welche Einheiten an eine jeweilige Leitung angeschlossen sind oder werden. Durch den Stromverteilungsrechner wird weiter ermittelt, welche elektrischen Kenndaten die Einheiten aufweisen. Die Kenndaten werden an den Bereichsrechner des Energieversorgungsbereichs zur weiteren Verarbeitung übertragen. Als Kenndaten können unter anderem physikalische Daten einer Versorgungsleitung, und/oder der Stromfluss auf einer angeschlossenen Versorgungsleitung ermittelt werden. Der Bereichsrechner kann die ihm von einem oder mehreren Stromverteilungsrechnern zur Verfügung stehenden Kenndaten wiederum an sog. Geräterechner, welche einer jeweiligen Einheit zugeordnet sind, übertragen. Vom Bereichsrechner aus gesteuert können die Stromverteilungsrechner die Versorgungsleitungen öffnen und schließen. Die Stromverteilungsrechner können z.B. in einem intelligenten Schutzrelais integriert sein.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein Geräterechner, der einer jeweiligen Einheit zugeordnet ist, Authentisie- rungsinformationen und die für die priorisierte Stromversorgung notwendigen Kenndaten der Einheit an den Bereichsrechner des Energieversorgungsbereichs überträgt, in dem die Einheit angeordnet ist. Zweckmäßigerweise handelt der Geräterechner für die ihm zugeordnete Einheit die Versorgungsklasse mit dem Bereichsrechner rechnergestützt, und damit automatisiert, aus. Es ist dabei vorgesehen, dass eine Versorgungsklasse mit niedrigster Priorität immer garantiert wird.

Die von dem Geräterechner ermittelten Kennwerte der ihm zugeordneten Einheit können statische elektrische Gerätean- schlusswerte und die Kennung (en) des bzw. der letzten Gliedes bzw. Glieder des Energieversorgungsnetzwerkes umfassen. Die vereinbarten Versorgungsklassen können z.B. eine Energielast oder einen Energieeinspeisungsfaktor pro Versorgungsklasse in

Abhängigkeit gegebenenfalls weiterer Faktoren, wie z.B. aktueller Gerätezustand, Tageszeit, Datum, umfassen.

Die ausgehandelten, und gegebenenfalls signierten, Stromver- sorgungsregeln werden in dem Bereichsrechner gespeichert. Das initiale Aushandeln der Stromversorgungsregeln erfolgt automatisiert, entweder unter Verwendung einer generischen gerätetypischen Konfiguration, welche z.B. herstellerseitig in der Einheit implementiert ist, oder anhand von Benutzer- spezifisch gesetzten Konfigurationswerten. Durch den Geräterechner kann ein Erfolg oder Misserfolg des Aushandlungsprozesses signalisiert werden. Hierbei soll dann zumindest die Stromversorgung in niedrigster Priorität immer garantiert sein .

Eine Neuaushandlung der Stromversorgungsregeln ist nach Ablauf einer bestimmten Zeitfrist immer wieder möglich. Diese kann beispielsweise durch den Bereichsrechner konfiguriert sein .

Der Geräterechner regelt nach Abschluss der Aushandlungen den Stromfluss in bzw. aus der angeschlossenen Einheit entsprechend der vereinbarten Stromversorgungsregeln für die Einheit. Zusätzlich kann der Geräterechner aktuelle Zustandsda- ten messen und diese an den Bereichsrechner übermitteln.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist ein jeweiliger Energieversorgungsbereichsrechner an übergängen zwischen miteinander verbundenen Energieversorgungsbereichen vorgesehen, welche einen Stromfluss in und/oder aus den Energieversorgungsbereichen überwachen und in Abhängigkeit von Stromversorgungszusagen regeln. Die Energieversorgungsbereichsrechner können von dem Bereichsrechner des eigenen Energieversorgungsbereichs berechtigt werden, Versorgungszu- sagen mit anderen Energieversorgungsbereichen abzuschließen. Die Energieversorgungsbereichsrechner überwachen und limitieren daraufhin den Stromfluss in bzw. aus den angeschlossenen Energieversorgungsbereichen entsprechend. Energieversorgungs-

bereichsrechner können aggregierte Zustandsinformationen von verbundenen Energieversorgungsbereichen abrufen und an den zuständigen Bereichsrechner übermitteln. Im Gegenzug können von dem Bereichsrechner aggregierte Zustandsinformationen des ihm zugeordneten Energieversorgungsbereichs zur Verfügung gestellt werden.

Von der Erfindung ist ferner ein Computerprogrammprodukt um- fasst, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte um- fasst, mit denen die Schritte gemäß den vorherigen Ansprüchen ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft.

Die Erfindung umfasst ferner ein System zur Steuerung der Lastverteilung in einem Energieversorgungsnetzwerk. Das Energieversorgungsnetzwerk umfasst folgende Einheiten: ein oder mehrere Energieerzeuger zur Erzeugung von Energie und zur Einspeisung der Energie in das Energieversorgungsnetzwerk, und/oder ein oder mehrere Energieverbraucher zum Beziehen und Verbrauchen von Energie aus dem Energieversorgungsnetzwerk, und/oder einen oder mehrere Energiespeicher zum Zwischenspeichern von in dem Energieversorgungsnetz bereitgestellter Energie oder zum Abgeben von in dem Energiespeicher enthaltener Energie in das Energieversorgungsnetzwerk. Den Einheiten sind jeweils eine oder mehrere Versorgungsklassen mit vorgegebener Priorität zugewiesen. Das System umfasst ein Mittel zur Steuerung, das auf Basis der jeweiligen Versorgungsklassen eine rechnergestützte Steuerung der Energieerzeuger oder der Energiespeicher in Bezug auf die Energieeinspeisung und/oder der Energieverbraucher in Bezug auf den Energieverbrauch und/oder der Energiespeicher in Bezug auf die Energieaufnahme vornehmen kann.

Mit dem erfindungsgemäßen System sind die gleichen Vorteile verbunden, wie sie vorstehend in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Bereichsrechner für ein System zur Steuerung der Lastverteilung in einem Energieversorgungsnetzwerk der vorstehend beschriebenen Art vorgesehen, der ein Mittel umfasst, das die Stromversor- gung gemäß der Zuweisung der Einheiten zu den Versorgungsklassen in einem Energieversorgungsbereich des Energieversorgungsnetzwerks überwacht und steuert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Stromver- teilungsrechner für ein System zur Steuerung der Lastverteilung in einem Energieversorgungsnetzwerk gemäß der vorstehend beschriebenen Art umfasst, an den eine Anzahl an Versorgungsleitungen eines Energieversorgungsbereichs des Energieversorgungsnetzwerks anschließbar sind. Der Stromverteilungsrechner umfasst ein erstes Mittel zur Erfassung, welche Einheiten an eine jeweilige Leitung angeschlossen sind oder werden. Es ist ein zweites Mittel vorgesehen zur Ermittlung, welche elektrischen Kenndaten die Einheiten aufweisen. Es ist ein drittes Mittel zur übertragung der Kenndaten an einen Bereichsrechner des Energieversorgungsbereiches zu weiteren Arbeiten vorgesehen .

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Geräterechner für ein System zur Steuerung der Lastverteilung in einem Energieversorgungsnetzwerk gemäß der vorstehend beschriebenen Art umfasst, der einer jeweiligen Einheit des Energieversorgungsnetzwerks zugeordnet ist, mit einem Mittel zur übertragung von Authentisierungsinformationen und von für die prio- risierte Stromversorgung notwendigen Kenndaten der jeweiligen Einheit an einen Bereichsrechner eines Energieversorgungsbereichs, in dem die Einheit angeordnet ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Energieversorgungsbereichsrechner für ein System zur Steuerung der Lastverteilung in einem Energieversorgungsnetzwerk der oben beschriebenen Art umfasst, welcher an übergängen zwischen miteinander verbundenen Energieversorgungsbereichen des Energieversorgungsnetzwerks vorgesehen ist, welcher ein Mittel

zur überwachung eines Stromflusses in und/oder aus den Energieversorgungsbereichen und ein Mittel zur Regelung des Stromflusses in Abhängigkeit von Stromversorgungszusagen um- fasst .

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand einer Figur erläutert. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung ein Energieversorgungsnetzwerk ENW.

Das Energieversorgungsnetzwerk ENW umfasst exemplarisch hierarchisch gegliederte Energieversorgungsbereiche Dl, Dl.1, Dl.1.1, sowie hierarchisch auf einer Ebene befindliche und benachbarte Energieversorgungsbereiche Dl .1.1.1 bis Dl .1.1.4. Der Energieversorgungsbereich Dl umfasst sämtliche einer Hochspannungs-Ebene zugeordneten Einheiten. Der hierarchisch unter dem Energieversorgungsbereich Dl angeordnete Energieversorgungsbereich Dl .1 umfasst beispielsweise sämtliche Einheiten einer Mittelspannungs-Ebene . Diesem Energieversorgungsbereich Dl .1 ist der Energieversorgungsbereich Dl .1.1 untergeordnet, welcher sämtliche Einheiten eines Niederspan- nungs-Verteilnetzes umfasst. In dem Energieversorgungsbereich Dl .1.1 sind die hierarchisch nebeneinander angeordneten Energieversorgungsbereiche Dl .1.1.1 bis Dl .1.1.4 angeordnet, welche beispielsweise Betriebe, Haushalte oder elektrisch kom- plexe Geräte darstellen.

Das Energieversorgungsnetzwerk ENW umfasst eine Vielzahl an Energieerzeugern EE, Energieverbrauchern EV und Energiespeichern ES, welche über Versorgungsleitungen EL (durchgezogene Linien) elektrisch miteinander verbunden sind. Jeder Energiespeicher ES stellt einen Energieerzeuger dar, wenn dem Energiespeicher Energie entnommen und in das Energieversorgungsnetzwerk ENW eingespeist wird. In entgegengesetzter Weise stellt ein Energiespeicher ES einen Energieverbraucher dar, wenn dieser aus dem Energieversorgungsnetzwerk Energie bezieht, um diese für eine spätere Entnahme zwischenzuspei- chern. Die Energieerzeuger EE, Energieverbraucher EV und Energiespeicher ES können in dem Energieversorgungsnetzwerk

ENW in beliebiger Weise verteilt sein und demgemäß wahlweise in einem der beschriebenen Energieversorgungsbereiche angeordnet sein. Kennzeichen des in der Figur dargestellten Energieversorgungsnetzwerks ENW ist eine dezentrale Energieein- Speisung, insbesondere auch in den hierarchisch unteren Energieversorgungsbereichen .

Um eine automatische Anpassung der Regelung des Energieversorgungsnetzwerks zur Steigerung der Netzwerkseffizienz zu erzielen, ist vorgesehen, jeder der Einheiten (Energieerzeuger EE, Energieverbraucher EV und Energiespeicher ES) Versorgungsklassen mit vorgegebener Priorität zuzuweisen. Einheiten, die eine Strombereitstellung garantieren können (wie z.B. ein zentrales Kraftwerk) sowie Energieverbraucher, wel- che eine 100%-ige Versorgungswahrscheinlichkeit benötigen, wird eine Versorgungsklasse mit höchster Priorität zugewiesen. Einheiten, welche eine Strombereitstellung nicht garantieren können (z.B. aufgrund der Nichtverfügbarkeit von Generatoren aufgrund von Wartung, bei regenerativen Energiequel- len usw.) oder Energieverbrauchern, bei welchen eine Versorgung zu bestimmten Zeitpunkten nicht notwendig ist, wird eine Versorgungsklasse mit geringerer Priorität zugewiesen. Die Erfindung sieht vor, dass zumindest zwei Versorgungsklassen zur Anwendung gelangen, von denen eine Versorgungsklasse eine Priorität umfasst, die einer 100%-Versorgungswahrscheinlich- keit entspricht. Optional sind beliebige zusätzliche Versorgungsklassen mit gestaffelten Prioritäten, d.h. geringeren Versorgungswahrscheinlichkeiten, denkbar .

Um die priorisierte Stromversorgung zu gewährleisten sind folgende Funktionalitäten in dem Energieversorgungsnetzwerk vorgesehen :

Klassierung und Bestimmung der Anteile am generierten Strom in Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeit ihrer Verfügbarkeit, wobei eine sichere Verfügbarkeit einen Stromanteil hoher Priorität und eine geringere Verfügbarkeit einen Stromanteil niedriger Priorität umfasst;

automatische Erfassung der Topologie des Energieversorgungsnetzwerks ; automatisches Aushandeln von Versorgungszusagen in feiner Granularität ; - Bestimmung aktueller Verbrauchsdaten in feiner Granularität;

Ausbalancieren von Energieerzeugung und Energieverbrauch durch die Kontrolle des Stromflusses in Versorgungsleitungen und an übergängen von Energieversorgungsbereichen in Kombination mit der Steuerung von Energieverbrauchern, Energieerzeugern und Energiespeichern.

Die dazu notwendigen funktionellen Komponenten, die nachfolgend näher erklärt werden, sind in dem Energieversorgungs- netzwerk verteilt und stehen untereinander in Kommunikationsverbindung (angedeutet durch Kommunikationskanäle KK mit einer strichpunktierten Linie) .

Zur Durchführung des Verfahrens notwendige Konfigurationen erfolgen getrennt für jeden der Energieversorgungsbereiche

Dl, Dl.1, Dl.1.1, Dl.1.1.1 bis Dl .1.1.4. Hierbei können über- bzw. untergeordnete Energieversorgungsbereiche keinen direkten Einfluss auf lokale Kontrolldaten nehmen. Sofern ein Datenaustausch zwischen den einzelnen Energieversorgungsberei- chen erfolgt, wird dies in aggregierter und gefilterter Form realisiert .

Jeder Energieversorgungsbereich, der als eigene Einheit gesteuert wird, verfügt über folgende generische IT- Komponenten: einen Bereichsrechner DOC, der pro Energieversorgungsbereich einmal vorgesehen wird; eine Anzahl an Geräterechnern DEC, die im Idealfall an jeder Einheit des Energieversorgungsbereichs vorgesehen sind; ein Energieversorgungsbereichsrechner GW, der auch als Gateway bezeichnet werden kann und optional an übergän-

gen zu benachbarten bzw. über- bzw. untergeordneten Energieversorgungsbereichen vorgesehen ist; einen Stromverteilungsrechner SW, der optional z.B. an Stromverteilelementen des Energieversorgungsbereichs vorgesehen ist.

Jeder der Bereichsrechner DOC ist verantwortlich für die Umsetzung der priorisierten Stromversorgung in dem ihm zugeordneten Energieversorgungsbereich. Hierfür verfügt jeder Be- reichsrechner DOC über die notwendigen Daten des betreffenden Energieversorgungsbereichs, nämlich Daten über die Topologie des Energieversorgungsbereichs, Daten über ausgehandelte Versorgungszusagen und Zustandsdaten des Energieversorgungsbereichs .

Die Topologiedaten des Energieversorgungsbereichs repräsentieren die Struktur des Versorgungsleitungsnetzes sowie statische Gerätewerte (z.B. elektrische Anschlusswerte bzw. Nennwerte von Energieverbrauchern, Energieerzeugern oder Energiespeichern sowie deren Lage/Position in dem Energieversorgungsbereich) der Einheiten in dem betreffenden Energieversorgungsbereich. Die Struktur des Leitungsnetzes kann hierbei durch Datenaustausch zwischen jeweiligen Stromverteilungsrechnern SW und dem Bereichsrechner DOC automatisch er- kannt werden. Um Veränderungen der Topologiedaten während des Betriebs des Energieversorgungsnetzwerks aufgrund von ausfallenden Einheiten oder entfernten oder hinzugefügten Einheiten erkennen zu können, ist vorgesehen, dass der Bereichsrechner DOC pro-aktiv periodisch die Gerätewerte abruft, um die Topo- logiedaten für den Energieversorgungsbereich pflegen zu können .

Versorgungszusagen für jeweilige Einheiten des Energieversorgungsbereichs werden mit den innerhalb des Energieversor- gungsbereichs angeschlossenen Einheiten ausgehandelt. Hierzu tauscht der Bereichsrechner DOC über eine Kommunikationsverbindung mit den jeweiligen Geräterechnern DEC der Einheiten Daten aus (vgl. Kommunikationskanäle KK) . Versorgungszusagen

benachbarter bzw. über- oder untergeordneter Energieversorgungsbereiche werden darüber hinaus zwischen den jeweiligen Bereichsrechnern DOC ausgetauscht.

Zustandsdaten werden neben statischen und topologiebezogenen Informationen von anderen, verteilten Einheiten ermittelt. Zustandsdaten umfassen z.B. einen aktuellen Stromfluss in jeweilige oder aus jeweiligen Einheiten, eine aktuelle Erzeu- gungs-/Speicherkapazität jeweiliger Einheiten, aktuelle Stromflussdaten in einem Energieversorgungsbereich, aktuelle Stromflussdaten aus oder in benachbarte und über- bzw. untergeordnete Energieversorgungsbereiche .

Jeder Bereichsrechner DOC nutzt die Topologiedaten, Versor- gungszusagen und Zustandsdaten bei der Umsetzung der priori- sierten Stromversorgung durch geeignete Steuerung der innerhalb des Energieversorgungsbereichs angeschlossenen Einheiten. Die Umsetzung der Priorisierung erfolgt durch eine Mischung aus direkter Kontrolle der Versorgungsleitungen EL in- nerhalb des Energieversorgungsbereichs (mit Hilfe der Stromverteilungsrechner SW) und einer nachgelagerten adaptiven Kontrolle durch sog. „vertrauenswürdige Geräte". Vertrauenswürdige Geräte sind Einheiten, die mit einem Geräterechner DEC ausgerüstet sind oder aber Bereichsrechner von unterge- ordneten Energieversorgungsbereichen. Bei solchen vertrauenswürdigen Einheiten ist sichergestellt, dass diese sich gemäß den vereinbarten Priorisierungsregeln (sog. Polocies) verhalten, d.h. dass sie in Abhängigkeit vom Versorgungsnetzzustand eine entsprechende Strommenge aufnehmen oder abgeben. Die Vertrauenswürdigkeit unter den Einheiten des Energieversorgungsnetzwerks ENW kann durch bekannte Authentisierungsmecha- nismen sichergestellt werden. Solche sind beispielsweise PKI (Public Key Infrastructure) -Verfahren .

Es muss jedoch auch davon ausgegangen werden, dass in dem Energieversorgungsnetzwerk ENW nicht nur vertrauenswürdige Einheiten angeschlossen sind. Daher werden die von vertrauenswürdigen Einheiten an einen jeweiligen Bereichsrechner DOC

übertragenen Daten verglichen mit aktuell gemessenen Versorgungsleitungsdaten. Bei Auftreten einer Diskrepanz werden von dem Bereichsrechner DOC dann entsprechende Abhilfemaßnahmen getroffen. So können Versorgungsleitungen ab einem bestimmten Diskrepanzwert mit Hilfe der Stromverteilungsrechner von benachbarten und/oder über- bzw. untergeordneten Energieversorgungsbereichen abgekoppelt werden. Dabei kann ein tolerierter Diskrepanzschwellwert in Abhängigkeit vom Zustand des Energieversorgungsnetzwerks unterschiedlich sein.

Die Stromverteilungsrechner SW stellen intelligente Stromverteiler in dem Energieversorgungsnetzwerk ENW dar. An jeden der Stromverteilungsrechner können mehrere Versorgungsleitungen EL angeschlossen sein oder werden. Wird ein Stromvertei- lungsrechner SW an eine Versorgungsleitung EL angeschlossen, so erfasst dieser selbständig, welche Einheiten bereits an der betreffenden Versorgungsleitung EL angeschlossen sind. Unter Umständen misst er hierbei bereits physikalische Leitungsdaten, wie z.B. die Impedanz. Im Anschluss daran werden die durch den Stromverteilungsrechner SW gewonnenen Informationen an den Bereichsrechner DOC des betreffenden Energieversorgungsbereichs übermittelt. Der Bereichsrechner DOC verwendet diese Daten für die Erstellung der Topologie des Energieversorgungsbereichs und übermittelt daraufhin spezifische Leitungskennungen (z.B. eine Leitungs-ID) an den Stromverteilungsrechner SW. Der Stromverteilungsrechner SW setzt dann für jeden seiner aktiven Versorgungsleitungs-Ports energie- versorgungsbereichspezifische Leitungskennungen. Daraufhin signalisiert der Stromverteilungsrechner SW die für den Ener- gieversorgungsbereich spezifischen Leitungskennungen an alle angeschlossenen Geräterechner DEC an allen von dem Stromverteilungsrechner SW ausgehenden Versorgungsleitungen. Hierdurch ist eine automatische Bestimmung der Topologie eines Energieversorgungsbereichs mit Hilfe der Stromverteilungs- rechner SW möglich.

Darüber hinaus messen die Stromverteilungsrechner SW den aktuellen Stromfluss aus den von ihnen ausgehenden Versorgungs-

leitungen und übermitteln die gewonnenen Daten an den Bereichsrechner DOC. Nachdem Letzterer für die Steuerung des Energieversorgungsbereichs verantwortlich ist, wird ein eventuelles öffnen und/oder Schließen der Versorgungsleitungen, was durch den Stromverteilungsrechner SW durchgeführt wird, unter Kontrolle des Bereichsrechners DOC durchgeführt.

Die Stromverteilungsrechner SW können beispielsweise in einem intelligenten Schutzrelais integriert sein.

Jeder der Geräterechner DEC meldet sich bei Anschluss an einen jeweiligen Energieversorgungsbereich bei dessen Bereichsrechner DOC an. Dies bedeutet, zwischen dem Bereichsrechner und den Geräterechnern DEC eines jeweiligen Energieversor- gungsbereichs existiert ein Kommunikationskanal KK. Der Geräterechner DEC übermittelt Authentisierungsinformationen und für eine priorisierte Stromversorgung notwendige Kennwerte, deren Integrität anhand der Authentisierungsinformation überprüft werden kann. Die Kennwerte umfassen statische elektri- sehe Anschlusswerte oder Kennwerte zeitlicher Natur sowie Kennung (en) der letzten Einheit bzw. der letzten Einheiten des Versorgungsleitungsnetzwerks, über das der Anschluss erfolgt. Ferner werden Versorgungszusagen für das angeschlossene Gerät, dem ein Geräterechner DEC zugeordnet ist, mit dem Bereichsrechner DOC ausgehandelt. Die vereinbarten Priorisie- rungsregeln, die für die betreffende Einheit gelten sollen, umfassen beispielsweise einen Energielastfaktor bzw. einen Energieeinspeisungsfaktor pro Versorgungsklasse in Abhängigkeit gegebenenfalls weiterer Faktoren. Diese weiteren Fakto- ren können ein aktueller Gerätezustand, eine Tageszeit oder ein Datum sein.

Die ausgehandelten und signierten Stromversorgungsregeln werden in dem Bereichsrechner DOC gespeichert. Das initiale Aus- handeln der Stromversorgungsregeln erfolgt automatisiert.

Dies kann entweder unter Verwendung einer generischen gerätetypischen Konfiguration, welche herstellerseitig permanent in der dem Geräterechner DEC zugeordneten Einheit gespeichert

ist, oder anhand von benutzerspezifisch gesetzten Konfigurationswerten erfolgen. Der Geräterechner DEC signalisiert einen Benutzererfolg bzw. Misserfolg des Aushandlungsprozesses. Hierdurch ist sichergestellt, dass zumindest die Stromversor- gung in einer niedrigsten Versorgungsklasse (mit niedrigster Priorität) immer garantiert ist.

Eine Neuaushandlung von Stromversorgungsregeln ist nach Ablauf einer vorgegebenen, konfigurierbaren Zeitfrist möglich. Die Zeitfrist kann beispielsweise durch den Bereichsrechner DOC konfiguriert sein oder werden.

Der Geräterechner DEC regelt nach Abschluss der Aushandlung der Versorgungsklasse den Stromfluss in bzw. aus einer ange- schlossenen Einheit entsprechend den vereinbarten Stromversorgungsregeln. Zusätzlich misst dieser aktuelle Zustandsda- ten und übermittelt diese an den Bereichsrechner DOC.

Die Geräterechner DEC können beispielsweise in Netzteile der Einheiten integriert werden.

Die Energieversorgungsbereichsrechner GW sind an den übergängen zwischen benachbarten oder verbundenen Energieversorgungsbereichen vorgesehen. Diese regeln die Beziehungen zwi- sehen benachbarten sowie zu über- bzw. untergeordneten Energieversorgungsbereichen. Die Energieversorgungsbereichsrechner GW werden von dem Bereichsrechner DOC des eigenen Versorgungsbereichs berechtigt, Versorgungszusagen mit anderen Energieversorgungsbereichen abzuschließen. Dies wird an den Bereichsrechner DOC übermittelt. Die Energieversorgungsbereichsrechner GW überwachen und limitieren daraufhin gegebenenfalls den Stromfluss in bzw. aus den angeschlossenen Energieverbrauchsbereichen entsprechend. Die Energieversorgungsbereichsrechner GW rufen ferner aggregierte Zustandsinforma- tionen von verbundenen Energieversorgungsbereichen (d.h. deren Bereichsrechner DOC) ab und übermitteln diese an ihren Bereichsrechner DOC. Im Gegenzug werden über den Energieversorgungsbereichsrechner GW von dem Bereichsrechner DOC aggre-

gierte Zustandsinformationen des eigenen Energieversorgungsbereichs den anderen, angeschlossenen Energieversorgungsbereichen zur Verfügung gestellt.

Die oben beschriebenen, funktionalen Komponenten können auch in einzelnen physikalischen Komponenten kombiniert werden. So können beispielsweise die funktionalen Komponenten Energieversorgungsbereichsrechner GW und Bereichsrechner DOC in einem sog. „Smart Meter", d.h. einem intelligenten Stromzähler, kombiniert integriert sein.

Das der Erfindung zu Grunde liegende Vorgehen besteht darin, bekannte Technologien aus dem Bereich von Telekommunikationsnetzwerken, wie z.B. Quality of Service QoS oder Differentia- ted Services, und von Telekommunikations-Lösungen, wie z.B. PKI-Infrastruktur, Adressierung von Einheiten in einem Netzwerk, abzuleiten und angepasst auf ein Energieversorgungsnetzwerk anzuwenden. Hierdurch ergeben sich unter Verwendung generischer Komponenten skalierbare durchgängige IT-Lösungen auch für große, hierarchisch gegliederte und verteilte Stromversorgungsnetze, welche sich sukzessiv aufbauen und erweitern lassen. Hierdurch kann eine priorisierte Stromversorgung bzw. -generierung automatisiert gesteuert werden.