DE102019122867A1 - METHOD FOR REGULATING ELECTRICAL POWER FLOWS - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Regelung von elektrischen Leistungsflüssen in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz (10) beschrieben, wobei das Teilnetz (10) über einen Netzanschlusspunkt (11) mit einem übergeordneten Netz (20) verbunden ist und wobei eine Mehrzahl von Aktoren (12-16) einphasig oder mehrphasig an das Teilnetz (10) angeschlossen sind und mit dem Teilnetz (10) elektrische Leistung (Pi) austauschen, wobei durch Ansteuern der Aktoren (12-16) eine mit einem übergeordneten Regelungsziel verknüpfte Vorgabe für eine über den Netzanschlusspunkt (11) fließende elektrische Leistung (PNAP) erfüllt wird. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:- Ermitteln einer Sollleistung (PNAP,soll) zur Erfüllung der Vorgabe,- Ermitteln einer momentanen Differenzleistung (ΔPNAP) zwischen der Sollleistung (PNAP,soll) und einer momentanen Istleistung (PNAP,lst) am Netzanschlusspunkt (11),- Vorgeben einer Gewichtung (Gi) der Differenzleistung (ΔPNAP) pro Aktor (12-16),- Vorgeben einer Wertigkeit (Wj) pro Phase (j) des Teilnetzes (10),- Ansteuern der Aktoren (12-16) anhand von phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben (L1,L2,L3), die in Abhängigkeit von den Gewichtungen (Gi) und den Wertigkeiten (Wj) ermittelt werden. Die Summe aller Austauschleistungsvorgaben (L1, L2, L3) entspricht hierbei der Differenzleistung (ΔPNAP)A method for regulating electrical power flows in a multiphase electrical sub-network (10) is described, the sub-network (10) being connected to a higher-level network (20) via a network connection point (11) and wherein a plurality of actuators (12-16 ) are single-phase or multi-phase connected to the sub-network (10) and exchange electrical power (Pi) with the sub-network (10), whereby, by controlling the actuators (12-16), a specification linked to a higher-level control target for a network connection point (11 ) flowing electrical power (PNAP) is met. The method comprises the following steps: - Determination of a target power (PNAP, Soll) to meet the specification, - Determination of a momentary differential power (ΔPNAP) between the desired power (PNAP, soll) and a momentary actual power (PNAP, actual) at the network connection point (11) - Presetting a weighting (Gi) of the differential power (ΔPNAP) per actuator (12-16), - Presetting a value (Wj) per phase (j) of the sub-network (10), - Controlling the actuators (12-16) on the basis of phase-resolved exchange performance specifications (L1, L2, L3), which are determined as a function of the weightings (Gi) and the values (Wj). The sum of all exchange performance specifications (L1, L2, L3) corresponds to the differential power (ΔPNAP)

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von elektrischen Leistungsflüssen in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz, das über einen Anschlusspunkt an ein übergeordnetes Versorgungsnetz angeschlossen ist.The invention relates to a method for regulating electrical power flows in a multi-phase electrical sub-network that is connected to a higher-level supply network via a connection point.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Ein mehrphasiges elektrisches Teilnetz, beispielsweise ein Hausnetz, ein Netzabschnitt eines Verteilnetzes zur Versorgung einer ausgedehnten Liegenschaft oder ein Verteilnetz zur Versorgung einer Ortschaft, ist regelmäßig über einen Knotenpunkt mit einem übergeordneten Verteilnetz bzw. Übertragungsnetz verbunden. Eine elektrische Wirkleistung, die über diesen Knotenpunkt fließt, beispielsweise über einen Netzanschlusspunkt, hängt wesentlich vom Verhalten der elektrischen Einrichtungen im Teilnetz ab. An das Teilnetz können dabei unterschiedliche elektrische Einrichtungen angeschlossen sein, insbesondere Energieerzeugungsanlagen, Energieverbraucher und Energiespeicher.A multi-phase electrical sub-network, for example a house network, a network section of a distribution network for supplying an extensive property or a distribution network for supplying a locality, is regularly connected via a node to a higher-level distribution network or transmission network. An active electrical power that flows via this node, for example via a network connection point, depends essentially on the behavior of the electrical devices in the sub-network. Different electrical devices can be connected to the sub-network, in particular energy generation systems, energy consumers and energy stores.

Die Wirkleistung am Netzanschlusspunkt kann durch Beeinflussung der elektrischen Einrichtungen in gewissen Grenzen gesteuert werden. Dabei können elektrische Einrichtungen, deren Leistungsaufnahme bzw. -abgabe eingestellt werden kann (im Folgenden als „Aktoren“ bezeichnet), und die elektrisch mit dem Teilnetz verbunden sind, im Rahmen einer Steuerungs- oder Regelungsstruktur als Stellgrößen verwendet werden, um die Wirkleistung am Netzanschlusspunkt einzustellen oder zu regeln. Das Teilnetz kann dabei insbesondere Aktoren wie eine Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage), ein Batteriespeichersystem, ein Elektro-Auto und/oder einen elektrischer Wärmeerzeuger, also eine Wärmepumpe und/oder einen Heizstab, umfassen.The active power at the grid connection point can be controlled within certain limits by influencing the electrical equipment. Electrical devices whose power consumption or output can be adjusted (hereinafter referred to as "actuators") and which are electrically connected to the sub-network can be used as manipulated variables in a control structure to determine the active power at the network connection point adjust or regulate. The subnetwork can in particular include actuators such as a photovoltaic system (PV system), a battery storage system, an electric car and / or an electric heat generator, that is to say a heat pump and / or a heating element.

Dabei sind die genauen Fähigkeiten der einzelnen Aktoren, d.h. der Wertebereich der aktuell einstellbaren Wirkleistung, unter Umständen nicht von vornherein bekannt, sondern können nur indirekt über die Auswirkung einer Schalthandlung eines Aktors auf die Wirkleistung am Netzanschlusspunkt erfasst werden. Wenn beispielsweise die Wirkleistung am Netzanschlusspunkt reduziert werden soll, weil sie einen vorgegebenen Zielwert überschreitet (sogenanntes Peak Load Shaving), können die einzelnen Aktoren in dem Teilnetz nach und nach an- bzw. abgeschaltet werden, bis die Wirkleistung unterhalb des Zielwertes liegt.The exact capabilities of the individual actuators, i.e. the value range of the currently adjustable active power, may not be known in advance, but can only be recorded indirectly via the effect of a switching action of an actuator on the active power at the grid connection point. If, for example, the active power at the grid connection point is to be reduced because it exceeds a specified target value (so-called peak load shaving), the individual actuators in the sub-network can be switched on or off gradually until the active power is below the target value.

In bekannten Verfahren wird beispielsweise ein Sollwert für eine Änderung der Wirkleistung an eine Kaskade von Aktoren übergeben. Der Sollwert kann beispielsweise eine Reduktion der Wirkleistung am Netzanschlusspunkt umfassen. Dieser Sollwert kann zunächst an einen PV-Wechselrichter bzw. dessen Steuereinheit übergeben werden, welcher die eingespeiste Leistung ggf. erhöhen und damit die Last am Netzanschlusspunkt senken kann. Sofern die verfügbare Leistungsreserve des PV-Wechselrichter (bzw. des daran angeschlossenen PV-Generators) kleiner als der Sollwert ist, d.h. zum Erreichen der geforderten Änderung der Wirkleistung am Netzanschlusspunkt nicht ausreicht, kann die verbleibende Leistungsänderung als Rest-Sollwert einem ersten E-Auto vorgegeben werden, welches seine Ladeleistung im Rahmen seiner Möglichkeiten reduziert; falls dies immer noch nicht ausreicht, um die geforderte Änderung der Wirkleistung am Netzanschlusspunkt zu erzielen, kann der wiederum aktualisierte Rest-Sollwert an ein zweites E-Auto, an einen Heizstab und/oder an eine Batterie übergeben werden, die alle versuchen, ihren Teil zum Erreichen der gewünschten Änderung der Wirkleistung beizutragen. Am Ende dieser Kaskade sollte die Summe der Leistungsänderungen der Aktoren mindestens der gewünschten Änderung ΔP der Wirkleistung am Netzanschlusspunkt entsprechen.In known methods, for example, a setpoint value for a change in the active power is transferred to a cascade of actuators. The setpoint can include, for example, a reduction in the active power at the grid connection point. This setpoint can first be transferred to a PV inverter or its control unit, which can increase the fed-in power and thus lower the load at the grid connection point. If the available power reserve of the PV inverter (or the PV generator connected to it) is less than the setpoint, i.e. not sufficient to achieve the required change in active power at the grid connection point, the remaining change in power can be transferred to a first e-car as the remaining setpoint be specified, which reduces its charging power within its possibilities; If this is still not enough to achieve the required change in active power at the grid connection point, the updated residual setpoint can be transferred to a second electric car, a heating element and / or a battery, all of which try to do their part to contribute to achieving the desired change in active power. At the end of this cascade, the sum of the changes in power of the actuators should at least correspond to the desired change ΔP in the active power at the grid connection point.

Eine solche kaskadierte Regelung kann durch unterschiedliche Gewichtung der einzelnen Aktoren verfeinert werden, sofern diese Aktoren nicht nur ein- und ausgeschaltet werden können, sondern eine vorgebbare Änderung ihrer Wirkleistung vornehmen können. Dabei kann es sinnvoll sein, mehrere (gleichartige) Aktoren simultan aber in unterschiedlichem Maße, d.h. mit unterschiedlicher Gewichtung, in die Regelung einzubinden. So kann beispielsweise der Speicher eines ersten Elektro-Autos mit maximal möglicher Wirkleistung geladen werden, während der Speicher eines zweiten Elektro-Autos gar nicht geladen wird; alternativ könnten auch beide E-Autos mit „halber Kraft“ geladen werden.Such a cascaded control can be refined by different weighting of the individual actuators, provided that these actuators can not only be switched on and off, but can also make a specifiable change in their active power. It can make sense to integrate several (similar) actuators into the control system at the same time, but to different degrees, i.e. with different weighting. For example, the memory of a first electric car can be charged with the maximum possible active power, while the memory of a second electric car is not charged at all; alternatively, both e-cars could be charged at “half power”.

Eine solche Gewichtung der beeinflussbaren Aktoren kann z.B. durch ein übergeordnetes Energiemanagement vorgegeben werden. Dabei können Benutzervorgaben berücksichtigt werden, beispielsweise eine Dringlichkeit der Ladung eines Speichers eines Elektro-Autos oder der Versorgung eines Verbrauchers. Auch etwaige weitere elektrische Speicher können sich an der Regelung beteiligen, wobei für verschiedene Speichertypen verschiedene Randbedingungen relevant sein können, die vom Einsatzzweck der gespeicherten elektrischen Leistung abhängen. So kann sich eine Batterie am oben erwähnten Peak Load Shaving beteiligen, indem sie elektrische Leistung abgibt und damit die über den Netzanschlusspunkt in das Teilnetz fließende elektrische Wirkleistung reduziert, wobei jedoch beachtet werden sollte, dass für andere Zwecke benötigte Energie in der Batterie verbleiben sollte, beispielsweise zur späteren Entnahme zur Vermeidung von Wirkleistungsbezug über den Netzanschlusspunkt, d.h. insbesondere zur Eigenverbrauchssteigerung.Such a weighting of the actuators that can be influenced can be specified, for example, by a higher-level energy management system. User specifications can be taken into account, for example the urgency of charging a storage device in an electric car or supplying a consumer. Any further electrical storage devices can also participate in the regulation, with different boundary conditions being relevant for different storage types, which depend on the intended use of the stored electrical power. For example, a battery can participate in the above-mentioned peak load shaving by emitting electrical power and thus reducing the active electrical power flowing into the sub-network via the network connection point, although it should be noted that energy required for other purposes should remain in the battery, for example for later removal to avoid Active power consumption via the grid connection point, ie in particular to increase self-consumption.

Darüber hinaus können mehrere Batteriespeicher gegeneinander priorisiert werden, insbesondere wenn sie unabhängig voneinander unterschiedlichen Aktoren innerhalb des Teilnetzes zugeordnet sind. Wenn das Teilnetz beispielsweise mehrere PV-Anlagen aufweist, die unterschiedlich räumlich ausgerichtet und jeweils mit einem eigenen Batteriespeicher gekoppelt sind, kann es vormittags sinnvoll sein, die Batterie einer PV-Anlage mit Westausrichtung stärker am Peak Load Shaving zu beteiligen als die Batterie einer PV-Anlage mit Ostausrichtung, da erstere am Nachmittag aufgrund der dann relativ stärkeren Sonneneinstrahlung mit höherer Leistung aufgeladen werden kann.In addition, several battery storage systems can be prioritized against one another, especially if they are assigned to different actuators within the subnetwork independently of one another. For example, if the sub-network has several PV systems that are spatially oriented differently and each coupled with its own battery storage system, it can make sense in the mornings to involve the battery of a PV system facing west more strongly in peak load shaving than the battery of a PV Facility with east orientation, as the former can be charged with higher power in the afternoon due to the relatively stronger solar radiation.

Eine simultane Verwendung und eine Gewichtung der Aktoren zur Erreichung eines Regelungsziels ist somit insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Aktoren für einen weiteren, vom Regelungsziel abweichenden oder diesem sogar entgegenstehenden Verwendungszweck benötigt werden, beispielsweise die Batterie des E-Auto zum Fahren, eine stationäre Batterie zur (späteren) Eigenverbrauchssteigerung, ein Wärmeerzeuger und/oder ein Wärmespeicher zur Bereitstellung von Wärme usw.Simultaneous use and weighting of the actuators to achieve a control goal is therefore particularly advantageous if the actuators are required for another purpose that deviates from or even contradicts the control goal, for example the battery of the electric car for driving, a stationary battery for (later) increase in self-consumption, a heat generator and / or a heat storage system to provide heat, etc.

Ein Nachteil solcher Verfahren ist, dass keine weiteren Aktoren mehr angesprochen werden, sobald der Sollwert erreicht ist. Daher tragen zuerst aufgerufene Aktoren mit ihrer vollen Kapazität zur Erreichung des Sollwertes bei, was im Falle von Verbrauchern regelmäßig ein komplettes Abschalten bedeutet, während alle weiteren Aktoren unbeeinflusst ihren Betrieb fortsetzen können. Dieses Vorgehen bewirkt kein optimales Verhalten im Hinblick auf den eigentlichen, primären Zweck der eingesetzten Aktoren.A disadvantage of such methods is that no further actuators are addressed as soon as the setpoint is reached. Therefore, actuators called up first contribute with their full capacity to achieving the setpoint, which in the case of consumers regularly means a complete shutdown, while all other actuators can continue their operation unaffected. This procedure does not result in optimal behavior with regard to the actual, primary purpose of the actuators used.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung von Leistungsflüssen elektrischer Leistung in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz aufzuzeigen, mit dem die mit dem Teilnetz ausgetauschte Wirkleistung zuverlässig geregelt werden kann, wobei die im Teilnetz angeschlossenen Aktoren im Rahmen ihrer technischen Möglichkeiten unter Berücksichtigung ihres primären Betriebszwecks und weiterer Benutzervorgaben optimal betrieben werden und zugleich optimal zur Regelung der mit dem Teilnetz insgesamt ausgetauschten Leistung beitragen.The invention is based on the object of providing a method for regulating power flows of electrical power in a multiphase electrical sub-network, with which the real power exchanged with the sub-network can be reliably regulated, the actuators connected in the sub-network within the scope of their technical possibilities, taking into account their primary Operational purpose and further user specifications are optimally operated and at the same time optimally contribute to the regulation of the total power exchanged with the subnetwork.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.The object is achieved by a method with the features of claim 1. Preferred embodiments are defined in the dependent claims.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

In einem Verfahren zur Regelung von Leistungsflüssen elektrischer Leistung in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz ist das Teilnetz über einen Netzanschlusspunkt mit einem übergeordneten Netz verbunden. Eine Mehrzahl von Aktoren ist einphasig oder mehrphasig an das Teilnetz angeschlossen und tauscht mit dem Teilnetz elektrische Leistung aus. Durch Ansteuern der Aktoren wird eine mit einem übergeordneten Regelungsziel verknüpfte Vorgabe für eine über den Netzanschlusspunkt fließende elektrische Leistung erfüllt. Dabei wird eine Sollleistung zur Erfüllung der Vorgabe und eine momentane Differenzleistung zwischen der Sollleistung und einer momentanen Istleistung am Netzanschlusspunkt ermittelt. Weiterhin werden eine momentane Gewichtung der Differenzleistung pro Aktor und eine momentane Wertigkeit pro Phase des mehrphasigen Teilnetzes vorgegeben. Sodann werden die Aktoren anhand von phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben angesteuert, wobei die Austauschleistungsvorgaben in Abhängigkeit von den Gewichtungen und den Wertigkeiten ermittelt werden und wobei die Summe der Austauschleistungsvorgaben der Differenzleistung entspricht.In a method for regulating power flows of electrical power in a polyphase electrical sub-network, the sub-network is connected to a higher-level network via a network connection point. A plurality of actuators is connected to the sub-network in one or more phases and exchanges electrical power with the sub-network. By controlling the actuators, a specification linked to a higher-level control target for electrical power flowing via the network connection point is met. In this case, a target power to meet the specification and a current difference in power between the target power and a current actual power at the network connection point are determined. Furthermore, a momentary weighting of the differential power per actuator and a momentary weighting per phase of the multiphase sub-network are specified. The actuators are then controlled on the basis of phase-resolved exchange performance specifications, the exchange performance specifications being determined as a function of the weightings and the values, and the sum of the exchange performance specifications corresponding to the differential performance.

Mittels dieses Verfahrens kann insbesondere ein mehrphasig angeschlossener und asymmetrisch betreibbarer Aktor somit derart angesteuert werden, dass tatsächlich gezielt asymmetrisch Leistung mit dem Teilnetz ausgetauscht wird. Dies kann genutzt werden, um Überlastungen einzelner Phasen zu vermeiden und Schieflasten zu minimieren.By means of this method, in particular an actuator that is connected in multiple phases and can be operated asymmetrically can thus be controlled in such a way that power is actually exchanged with the sub-network in a targeted manner. This can be used to avoid overloading individual phases and to minimize unbalanced loads.

Ein übergeordnetes Regelungsziel kann die Maximierung des Eigenverbrauchs von elektrischer Energie sein. Bei einem mehrphasigen Teilnetzes bezieht sich die Berechnung dieses Eigenverbrauchs auf die Summe der über die einzelnen Phasen des Netzanschlusspunktes fließenden elektrischen Leistungen. Dabei kann das übergeordnete Regelungsziel einen Sollwert für eine Wirkleistung am Netzanschlusspunkt umfasst, so dass die Sollleistung mit dem Sollwert korreliert. Alternativ oder zusätzlich kann das Regelungsziel eine Begrenzung der Wirkleistung und/oder eine Begrenzung der Schieflast am Netzanschlusspunkt umfassen.A higher-level control goal can be the maximization of self-consumption of electrical energy. In the case of a multi-phase sub-network, the calculation of this self-consumption relates to the sum of the electrical power flowing over the individual phases of the network connection point. The superordinate regulation target can include a target value for an active power at the network connection point, so that the target power correlates with the target value. As an alternative or in addition, the regulation objective can include a limitation of the active power and / or a limitation of the unbalanced load at the grid connection point.

In einer Ausführungsform des Verfahrens können die Aktoren ihre Leistung anhand der phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben selbstständig einstellen oder eine anhand der phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben vorgegebene Leistung von einer dem jeweiligen Aktor vorgeschalteten Zusatzeinrichtung zugeteilt bekommen. Dadurch ist das Verfahren flexibel für verschiedenste Aktoren anwendbar, wobei das Teilnetz insbesondere einphasig angeschlossene Aktoren und mehrphasig angeschlossene Aktoren umfassen kann. In one embodiment of the method, the actuators can independently set their performance based on the phase-resolved exchange performance specifications or can be allocated a performance preset using the phase-resolved exchange performance specifications from an additional device connected upstream of the respective actuator. This makes the process flexible for a wide variety of actuators applicable, wherein the sub-network can in particular comprise single-phase connected actuators and multi-phase connected actuators.

In Ausführungsformen des Verfahrens können die Aktoren eine erneuerbare Energiequelle, insbesondere eine PV-Anlage, und einen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie, sowie alternativ oder zusätzlich ein Elektro-Auto und/oder einen elektrischen Wärmeerzeuger, insbesondere eine Heizung umfassen. Das Teilnetz selbst kann dabei ein Hausnetz, ein Netzabschnitt eines Verteilnetzes zur Versorgung einer ausgedehnten Liegenschaft oder ein Verteilnetz zur Versorgung einer Ortschaft oder einer Kommune sein.In embodiments of the method, the actuators can comprise a renewable energy source, in particular a PV system, and an energy store, in particular a battery, and alternatively or additionally an electric car and / or an electric heat generator, in particular a heater. The sub-network itself can be a house network, a network section of a distribution network for supplying an extensive property or a distribution network for supplying a locality or a municipality.

In einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die Aktoren einen jeweiligen Primärnutzen auf, der beim Vorgeben der Gewichtung der Sollleistung pro Aktor berücksichtigt wird. Der Primärnutzen ist dabei der eigentliche Betriebszwecke des Aktors; beispielsweise ist ein Wärmeerzeuger primär zum Erzeugen von Wärme eingerichtet und verfolgt das Primärziel, eine angeforderte Wärmemenge zur richtigen Zeit zur Verfügung zu stellen, während ein Elektro-Auto primär zum Fahren eingerichtet ist und das Primärziel verfolgt, eine ausreichende Reichweite zu gewährleisten. Der Primärnutzen kann dabei insbesondere eine minimale Bezugsleistung eines Aktors umfassen, beispielsweise indem das Laden eines Elektro-Autos eine minimale Ladeleistung erfordert, oder indem ein Kompressor eines Kühlgeräts eine minimale Anlaufleistung benötigt.In one embodiment of the method, the actuators have a respective primary benefit which is taken into account when specifying the weighting of the target power per actuator. The primary benefit is the actual operational purpose of the actuator; For example, a heat generator is primarily set up to generate heat and pursues the primary goal of making a requested amount of heat available at the right time, while an electric car is primarily set up for driving and pursues the primary goal of ensuring a sufficient range. The primary benefit can in particular include a minimum reference power of an actuator, for example in that charging an electric car requires a minimum charging power, or in that a compressor of a cooling device requires a minimum start-up power.

In dem Verfahren können die Wertigkeiten pro Phase die relativen Belastbarkeiten der einzelnen Phasen repräsentieren. Unter Berücksichtigung der aktuell über die einzelnen Phasen am Netzanschlusspunkt ausgetauschten Leistung kann im Rahmen des Verfahrens kenntlich gemacht werden, welche Leistungsreserven auf welchen Phasen bestehen, und diese Kenntnis zur Umverteilung der Leistungen über die einzelnen Phasen genutzt werden.In the procedure, the values per phase can represent the relative resilience of the individual phases. Taking into account the power currently exchanged over the individual phases at the grid connection point, it can be identified within the framework of the procedure which power reserves exist in which phases, and this knowledge can be used to redistribute the power over the individual phases.

FigurenlisteFigure list

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

  • 1 zeigt ein mehrphasiges Teilnetz mit Anschluss an ein übergeordnetes Netz, und
  • 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Regelung von elektrischen Leistungsflüssen in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz.
In the following, the invention is further explained and described with reference to the exemplary embodiments shown in the figures.
  • 1 shows a multi-phase subnetwork with connection to a higher-level network, and
  • 2 shows a method according to the invention for regulating electrical power flows in a multiphase electrical sub-network.

FIGURENBESCHREIBUNGFIGURE DESCRIPTION

1 zeigt ein mehrphasiges elektrisches Teilnetz 10, das über einen Netzanschlusspunkt 11 an ein übergeordnetes Netz 20 angeschlossen ist. Das Netz 20 ist ein elektrisches Wechselspannungsnetz und kann insbesondere ein Verteilnetz oder ein Übertragungsnetz umfassen. Das Teilnetz 10 kann insbesondere ein Hausnetz, ein Netzabschnitt eines Verteilnetzes zur Versorgung einer ausgedehnten Liegenschaft oder ein Verteilnetz zur Versorgung einer Ortschaft oder einer Kommune sein. 1 shows a multi-phase electrical sub-network 10 that has a network connection point 11 to a higher-level network 20th connected. The network 20th is an electrical AC voltage network and can in particular comprise a distribution network or a transmission network. The subnet 10 can in particular be a house network, a network section of a distribution network for supplying an extensive property or a distribution network for supplying a locality or a municipality.

Innerhalb des Teilnetzes 10 sind verschiedene Aktoren 12-16 angeordnet, die über den Netzanschlusspunkt 11 und entsprechende Stromleitungen elektrische Leistung aus dem Netz 20 beziehen oder in das Netz 20 einspeisen. Insbesondere sind in dem Teilnetz 10 eine Last 12, beispielsweise ein handelsüblicher Verbraucher wie ein Kühlschrank oder eine Waschmaschine, eine Energieerzeugungsanlage, hier insbesondere eine Photovoltaik-Anlage (PV) 13, ein elektrischer Energiespeicher, hier insbesondere eine Batterie 14, eine elektrisch betriebene Heizung 15, beispielsweise eine Wärmepumpe oder ein Heizstab, sowie ein Elektro-Auto 16 angeschlossen.Within the subnet 10 are different actuators 12-16 arranged over the grid connection point 11 and corresponding power lines electrical power from the grid 20th refer to or in the network 20th feed in. In particular, are in the subnet 10 a burden 12th , for example a commercially available consumer such as a refrigerator or a washing machine, an energy generation system, here in particular a photovoltaic system (PV) 13th , an electrical energy storage device, here in particular a battery 14th , an electrically operated heater 15th , for example a heat pump or a heating rod, as well as an electric car 16 connected.

Das Teilnetz 10 ist mehrphasig ausgelegt, so dass der Netzanschlusspunkt 11 und die Verbindungen zu den Aktoren 12-16 grundsätzlich ebenfalls mehrere Phasenleiter umfassen. Die einzelnen Aktoren 12-16 können je nach Bedarf einphasig oder mehrphasig an das Teilnetz 10 angeschlossen sein.The subnet 10 is designed in multiple phases, so that the grid connection point 11 and the connections to the actuators 12-16 basically also comprise several phase conductors. The individual actuators 12-16 can be single-phase or multi-phase to the sub-network, depending on requirements 10 be connected.

Das Teilnetz 10 umfasst ein Energiemanagementsystem 30, beispielsweise einen Computer oder einen Controller. Das Energiemanagementsystem 30 erfasst die elektrische Leistung am Netzanschlusspunkt 11 mittels geeigneter Messeinrichtungen (nicht dargestellt) und erzeugt Steuerbefehle, die über entsprechende Kommunikationsverbindungen (gestrichelte Linien) an die Aktoren 12-16 übermittelt werden. Die Steuerbefehle umfassen insbesondere Leistungssollwerte, die von den Aktoren 12-16 jeweils individuell einzustellen sind. Dabei können die Aktoren 12-16 selbst mit Empfängern für die Steuerbefehle und geeigneten Steuereinrichtungen zur Einstellung der jeweiligen Leistungssollwerte ausgestattet sein. Alternativ können nicht dargestellte Zusatzeinrichtungen vorgesehen sein, die den Aktoren 12-16 vorgeschaltet sind, die Steuerbefehle empfangen und eine den Aktoren 12-16 zugeteilte bzw. entnommene elektrische Leistung in Abhängigkeit von den Steuerbefehlen einstellen; solche Zusatzeinrichtungen können für kleinere Lasten als einfache (fern-)schaltbare Steckdosen oder für größere Speicher als leistungsfähige elektrische Umrichter, insbesondere als (bidirektionale und/oder mehrphasige) Wechselrichter ausgeführt sein.The subnet 10 includes an energy management system 30th , for example a computer or a controller. The energy management system 30th records the electrical power at the grid connection point 11 by means of suitable measuring devices (not shown) and generates control commands that are sent to the actuators via appropriate communication links (dashed lines) 12-16 be transmitted. The control commands include, in particular, power setpoints generated by the actuators 12-16 each have to be set individually. The actuators 12-16 even be equipped with receivers for the control commands and suitable control devices for setting the respective power setpoints. Alternatively, additional devices (not shown) can be provided that control the actuators 12-16 are connected upstream that receive control commands and one to the actuators 12-16 set allocated or withdrawn electrical power depending on the control commands; Such additional devices can be designed as simple (remotely) switchable sockets for smaller loads or as powerful electrical converters, in particular as (bidirectional and / or multi-phase) inverters, for larger storage units.

Einige der Aktoren 12-16, insbesondere die PV-Anlage 12 und die Batterie 14, können als Energiequelle fungieren und einphasig oder mehrphasig elektrische Leistung in das Teilnetz 10 einspeisen. Aufgrund der mehrphasigen Ausführung des Teilnetzes 10 und des Netzanschlusspunktes 11 können Situationen auftreten, in denen die Summe der elektrischen Leistungen in den einzelnen Phasen am Netzanschlusspunkt 11 gleich oder nahe null ist, so dass effektiv keine Wirkleistung zwischen Teilnetz 10 und Netz 20 ausgetauscht wird. Gleichzeitig kann jedoch eine erhebliche Schieflast vorliegen, indem deutlich unterschiedliche Leistungen mit gegenläufiger Leistungsflussrichtung über die einzelnen Phasen am Netzanschlusspunkt 11 fließen. Beispielsweise kann die PV-Anlage 12 als Energiequelle einphasig an einer ersten Phase des Teilnetzes 10 angeschlossen sein und eine elektrische Leistung einspeisen, die jedoch mangels Energiesenke an dieser ersten Phase innerhalb des Teilnetzes 10 nicht abgenommen wird und über den Netzanschlusspunkt 11 in das übergeordnete Netz 20 abfließt, während eine Energiesenke, beispielsweise die Last 12 an einer zweiten Phase des Teilnetzes angeschlossen ist und mangels Energiequelle an dieser zweiten Phase elektrische Leistung über den Netzanschlusspunkt 11 aus dem übergeordneten Netz 20 beziehen muss.Some of the actuators 12-16 , especially the PV system 12th and the battery 14th , can act as an energy source and single-phase or multi-phase electrical power into the sub-network 10 feed in. Due to the multi-phase design of the sub-network 10 and the grid connection point 11 Situations can arise in which the sum of the electrical power in the individual phases at the grid connection point 11 is equal to or close to zero, so there is effectively no real power between subnetwork 10 and network 20th is exchanged. At the same time, however, there can be a significant unbalanced load in that there are significantly different services with opposite power flow directions over the individual phases at the grid connection point 11 flow. For example, the PV system 12th as a single-phase energy source on a first phase of the sub-network 10 be connected and feed in an electrical power, which, however, due to the lack of an energy sink at this first phase within the sub-network 10 is not removed and via the network connection point 11 in the higher-level network 20th drains while an energy sink, for example the load 12th is connected to a second phase of the sub-network and, in the absence of an energy source, electrical power to this second phase via the network connection point 11 from the higher-level network 20th must relate.

Einerseits können solche Schieflasten in herkömmlichen Teilnetzen 10 als unkritisch betrachtet werden, wenn am Netzanschlusspunkt 11 ein saldierender Stromzähler angeordnet sein sollte, der lediglich die Summenleistung über alle Phasen ermittelt und ggf. einem Betreiber des Teilnetzes 10 in Rechnung stellt. Andererseits erweist es sich als wenig zweckmäßig, bei Vorliegen einer solchen Schieflast die Summe der elektrischen Leistungen in den einzelnen Phasen am Netzanschlusspunkt 11 derart zu minimieren, dass die absolute Differenz zwischen den Leistungen auf den einzelnen Phasen und damit die Schieflast noch weiter erhöht wird. Wenn beispielsweise die in eine erste Phase eingespeiste Leistung der PV-Anlage 13 als Energiequelle höher als die durch die Last 12 als Energiesenke aus einer zweiten Phase bezogene Leistung ist, in Summe also eine Leistung aus dem Teilnetz 10 in das übergeordnete Netz 20 fließt, könnte die bezogene Leistung der Last 12 auf der zweiten Phase erhöht werden. Dadurch ließe sich zwar die Summenleistung minimieren, zugleich würde jedoch auch die Schieflast erhöht, ggf. sogar über ein normativ erlaubtes Maß hinaus.On the one hand, such unbalanced loads can occur in conventional subnetworks 10 can be regarded as uncritical if at the grid connection point 11 a balancing electricity meter should be arranged, which only determines the total power over all phases and, if necessary, an operator of the sub-network 10 bills. On the other hand, it does not prove to be very expedient to calculate the sum of the electrical powers in the individual phases at the network connection point when such an unbalanced load is present 11 to be minimized in such a way that the absolute difference between the services on the individual phases and thus the unbalanced load is increased even further. For example, if the power of the PV system fed into a first phase 13th as an energy source higher than that by the load 12th as an energy sink is the power drawn from a second phase, i.e. in total a power from the sub-network 10 in the higher-level network 20th flows, the drawn power of the load could be 12th to be increased on the second phase. This would allow the total power to be minimized, but at the same time the unbalanced load would also be increased, possibly even beyond a normatively permitted level.

Weiterhin können einzelne der Aktoren 12-16 mehrphasig an das Teilnetz 10 angeschlossen sein und selbst als Schieflast wirken, d.h. eine asymmetrische elektrische Leistung mit den einzelnen Phasen des Teilnetzes 10 austauschen. Derartige Aktoren können als Energiequellen wirken, insbesondere die PV-Anlage 13 oder auch die Batterie 14, oder Energiesenken darstellen, insbesondere die Last 12, die Heizung 15 oder das E-Auto 16. Darüber hinaus können einzelne Aktoren auch bidirektional betrieben werden, d.h. nach Bedarf elektrische Leistung ein- oder mehrphasig aus dem Teilnetz entnehmen oder in das Teilnetz einspeisen.Furthermore, some of the actuators 12-16 multi-phase to the sub-network 10 be connected and act as an unbalanced load, ie an asymmetrical electrical power with the individual phases of the sub-network 10 change. Such actuators can act as energy sources, especially the PV system 13th or the battery 14th , or represent energy sinks, especially the load 12th , the heating system 15th or the electric car 16 . In addition, individual actuators can also be operated bidirectionally, ie, if required, they can draw electrical power from the sub-network in one or more phases or feed it into the sub-network.

Das Energiemanagementsystem 30 kann sowohl die konkreten Schieflast-Fähigkeiten der mehrphasig angeschlossenen Aktoren als auch die tatsächlich verwendete Phase der einphasig angeschlossenen Verbraucher kennen, beispielsweise indem es ein Verfahren zur Identifikation der Phasenzuordnung eines elektrischen Gerätes umfasst oder anwendet.The energy management system 30th can know both the specific unbalanced load capabilities of the multi-phase connected actuators and the phase actually used by the single-phase connected loads, for example by including or using a method for identifying the phase assignment of an electrical device.

2 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Regelung von Leistungsflüssen elektrischer Leistung in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz 10, das über einen Netzanschlusspunkt 11 mit einem übergeordneten Netz 20 verbunden ist. Über den Netzanschlusspunkt 11 soll eine elektrische Sollleistung PNAP,Soll aus dem oder in das übergeordnete Netz 20 fließen. Die Sollleistung PNAP,Soll repräsentiert eine Vorgabe eines übergeordneten Regelungsziels, das beispielsweise eine Minimierung der aus dem übergeordneten Netz 20 bezogenen elektrischen Energie umfasst. Insofern kann die Vorgabe des Regelungsziels eine Minimierung der momentan über den Netzanschlusspunkt 11 bezogenen elektrischen Leistung PNAP sein, so dass das übergeordnete Regelungsziel in diesem Beispiel durch eine Sollleistung PNAP,Soll gleich null repräsentiert werden kann. 2 shows an embodiment of a method for regulating power flows of electrical power in a polyphase electrical sub-network 10 that has a network connection point 11 with a higher-level network 20th connected is. Via the grid connection point 11 should be an electrical target power P NAP, target from or into the higher-level network 20th flow. The target power P NAP, Soll represents a specification of a higher-level control target, which for example minimizes the energy from the higher-level network 20th related electrical energy includes. In this respect, the specification of the regulation goal can minimize the momentary over the network connection point 11 related electrical power P NAP , so that the higher-level control target in this example can be represented by a target power P NAP, target equal to zero.

In einem Erfassungsabschnitt 31 des Verfahrens wird die Sollleistung PNAP,Soll mit einer elektrischen Istleistung PNAP,lst am Netzanschlusspunkt 11 verglichen und eine Differenzleistung ΔPNAP zwischen Soll- und Istleistung gebildet. Diese gewünschte Differenzleistung ΔPNAP wird an einen Regelungsabschnitt 32 des Verfahrens übergeben. Der Regelungsabschnitt 32 erzeugt mittels eines Energiemanagementsystems 30 phasenaufgelöste Austauschleistungsvorgabe für die Aktoren 12-16, die die Aktoren 12-16 in einem Aktionsabschnitt 33 des Verfahrens empfangen und nach Möglichkeit umsetzen.In one acquisition section 31 of the method, the setpoint power P NAP, setpoint is combined with an actual electrical power P NAP, lst at the network connection point 11 compared and a difference in power .DELTA.P NAP formed between target and actual power. This desired differential power .DELTA.P NAP is sent to a control section 32 passed the procedure. The regulatory section 32 generated by means of an energy management system 30th phase-resolved exchange power specification for the actuators 12-16 who have favourited the actuators 12-16 in an action section 33 of the procedure and, if possible, implement it.

Zum Einstellen der Sollleistung PNAP,Soll werden somit die Austauschleistungen Pi mehrerer der Aktoren 12-16 im Teilnetz 10 anhand des Regelungsabschnitts 32 in Abhängigkeit von einem übergeordneten Regelungsziel beeinflusst, insbesondere indem individuelle Austauschleistungsvorgaben ΔPi an diese Aktoren 12-16 bzw. deren Steuerungen oder Vorschaltgeräte übermittelt werden. Eine Austauschleistungsvorgabe ΔPi kann dabei einen Absolutwert für die Austauschleistung Pi eines der Aktoren 12-16 oder auch eine Änderung der Austauschleistung Pi eines der Aktoren 12-16 vorgeben.In order to set the target power P NAP, Soll , the exchange powers P i of several of the actuators are thus used 12-16 in the subnet 10 based on the regulation section 32 influenced as a function of a higher-level control objective, in particular by adding individual exchange performance specifications ΔP i to these actuators 12-16 or their controls or ballasts are transmitted. An exchange power specification ΔP i can be an absolute value for the exchange power P i of one of the actuators 12-16 or also a change in the exchange power P i of one of the actuators 12-16 pretend.

Zur Ermittlung geeigneter Austauschleistungsvorgaben ΔPi werden den Aktoren 12-16 jeweils individuelle Gewichtungen Gi mit Werten zwischen 0 und 1 zugeordnet. Dabei können die Gewichtungen Gi so normiert werden, dass ihre Summe gleich eins ist. Die Gewichtungen können konkret von dem Energiemanagementsystem 30 berechnet und mittels eines Verteilers 34 auf die Differenzleistung ΔPNAP angewendet werden. Daraus werden gewichtete Leistungsvorgaben 12a-16a für die Aktoren 12-16 berechnet, indem die zur Einstellung der Sollleistung PNAP,Soll notwendige Differenzleistung ΔPNAP mit der dem jeweiligen der Aktoren 12-16 zugeordneten Gewichtung Gi multipliziert wird.To determine a suitable exchange performance specifications .DELTA.P i are the actuators 12-16 in each case individual weightings G i with values between 0 and 1 assigned. The weightings G i can be normalized in such a way that their sum is equal to one. The weightings can concretely from the energy management system 30th calculated and by means of a distributor 34 can be applied to the differential power ΔP NAP. This results in weighted performance targets 12a-16a for the actuators 12-16 calculated by dividing the power difference ΔP NAP required for setting the setpoint power P NAP, setpoint with that of the respective actuators 12-16 assigned weighting G i is multiplied.

Auf die Leistungsvorgaben 12a-16a werden Phasen-Faktoren 35 angewendet. Dazu werden vom Energiemanagementsystem 30 Wertigkeiten Wj für die einzelnen Phasen des Teilnetzes 10 vorgegeben. Die Wertigkeiten Wj umfassen Werte zwischen 0 und 1, wobei die Summe der Wertigkeiten Wj gleich eins sein kann. Konkret kann beispielsweise einer Phase j, an der überwiegend nicht steuerbare elektrische Lasten angeschlossen sind, eine geringere Wertigkeit Wj als den anderen Phasen zugeordnet werden.On the performance targets 12a-16a become phase factors 35 applied. For this purpose, the energy management system 30th Weights W j for the individual phases of the sub-network 10 given. The weights W j include values between 0 and 1, it being possible for the sum of the weights W j to be equal to one. Specifically, for example, a phase j to which predominantly non-controllable electrical loads are connected can be assigned a lower weight W j than the other phases.

Die Leistungsvorgaben 12a-16a werden mit einem auf den jeweiligen Aktor 12-16 anwendbarem Satz an Phasen-Faktoren 35 multipliziert. Daraus resultieren phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben für die Aktoren 12-16, die in 2 der Übersichtlichkeit halber redundant mit L1, L2, L3 benannt sind. Mit diesen phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben L1, L2, L3 werden die Aktoren 12-16 im Aktionsabschnitt 33 angesteuert.The performance targets 12a-16a are with a on the respective actuator 12-16 applicable set of phase factors 35 multiplied. This results in phase-resolved exchange performance specifications for the actuators 12-16 , in the 2 are named redundantly with L1, L2, L3 for the sake of clarity. With these phase-resolved exchange performance specifications L1, L2, L3, the actuators 12-16 in the action section 33 controlled.

Bei der Ermittlung der Austauschleistungsvorgaben ΔPi für die Aktoren 12-16 wird somit berücksichtigt, welche Phase j welche Wertigkeit Wj besitzt. Dazu wird eine Differenzleistung ΔPNAP am Netzanschlusspunkt 11, die durch die Austauschleistungsvorgaben ΔPi beispielsweise minimiert werden soll, auf die Aktoren 12-16 aufgeteilt, indem die Differenzleistung ΔPNAP mit den Gewichtungen Gi multipliziert und anhand der Wertigkeiten Wj auf die einzelnen Phasen j verteilt wird.When determining the exchange performance specifications ΔP i for the actuators 12-16 it is thus taken into account which phase j has which value W j . For this purpose, a differential power ΔP NAP is used at the network connection point 11 , which should be minimized by the exchange performance specifications ΔP i, for example, on the actuators 12-16 divided by the differential power .DELTA.P NAP multiplied by the weightings G i and distributed to the individual phases j on the basis of the weights W j.

Für einen mehrphasig angeschlossenen und asymmetrisch betreibbaren Aktor, beispielsweise für die Batterie 14 oder das Elektro-Auto 16, besteht die Austauschleistungsvorgabe aus drei Werten L1, L2, L3, indem die entsprechende Leistungsvorgabe 14a bzw. 16a mit den Wertigkeiten Wj multipliziert wird; dabei kann die Summe der Werte L1, L2, L3 für den jeweiligen der Aktoren 14 bzw. 16 im Wesentlichen der jeweiligen Leistungsvorgabe 14a bzw. 16a entsprechen. Die resultierenden phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben werden an die Aktoren 14, 16 übermittelt, so dass diese entsprechend asymmetrisch elektrische Leistung mit dem Teilnetz austauschen.For an actuator that is connected in multiple phases and can be operated asymmetrically, for example for the battery 14th or the electric car 16 , the exchange performance specification consists of three values L1, L2, L3 by adding the corresponding performance specification 14a or 16a is multiplied by the weights W j; the sum of the values L1, L2, L3 for each of the actuators 14th or. 16 essentially the respective performance specification 14a or. 16a correspond. The resulting phase-resolved exchange performance specifications are sent to the actuators 14th , 16 transmitted so that they exchange electrical power with the subnetwork asymmetrically.

Konkret kann beispielsweise eine Phase j mit geringer Wertigkeit Wj, aus der bereits eine relativ hohe Leistung entnommen wird, weniger durch das asymmetrisch betreibbaren Elektro-Auto 16 belastet werden als eine Phase j mit hoher Wertigkeit Wj, die noch relativ wenig belastet ist. Dadurch wird eine Überlast auf der Phase j mit geringer Wertigkeit Wj vermieden und gleichzeitig eine Schieflast am Netzanschlusspunkt NAP minimiert. In diesem Beispiel repräsentiert die Wertigkeit die relative Belastbarkeit der einzelnen Phasen, d.h. ihren möglichen Beitrag zu einer Erhöhung der Wirkleistung. Grundsätzlich sind viele weitere Definitionen bzw. Herleitungen für die Wertigkeiten Wj und die Anwendung der Phasen-Faktoren 35 denkbar, wobei die konkreten Wertigkeiten insbesondere auch von dem übergeordneten Regelungsziel abhängen können.Specifically, for example, a phase j with a low value W j , from which a relatively high power is already drawn, can be less due to the asymmetrically operated electric car 16 are burdened as a phase j with high value W j , which is still relatively little burdened. This avoids an overload on phase j with low significance W j and at the same time minimizes an unbalanced load at the network connection point NAP. In this example, the value represents the relative load capacity of the individual phases, ie their possible contribution to an increase in active power. Basically there are many more definitions or derivations for the weights W j and the application of the phase factors 35 conceivable, with the specific values also being able to depend in particular on the overriding control objective.

Für die einphasig angeschlossenen Aktoren, beispielsweise die Last 12 oder die PV-Anlage 13, bestehen die phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben jeweils nur aus einem Wert. Dieser Wert kann sich ebenfalls ergeben aus der Multiplikation der entsprechenden Leistungsvorgabe 12a bzw. 13a mit der Wertigkeit Wj der jeweiligen Phase j, an die die Last 12 bzw. die PV-Anlage 13 angeschlossen ist. Dabei fällt die Austauschleistungsvorgabe umso kleiner aus, je geringer die Wertigkeit Wj derjenigen Phase j ist, an der der Aktor angeschlossen ist. Dadurch wird eine Phase j mit geringer Wertigkeit Wj, aus der beispielsweise bereits durch die nicht steuerbaren Lasten viel elektrische Leistung entnommen wird, nur wenig zum Ausgleich der Differenzleistung ΔPNAP herangezogen. Im Umkehrschluss können bevorzugt diejenigen einphasigen Aktoren zur Differenzleistung ΔPNAP beitragen, die an Phasen j mit der höchsten Wertigkeit Wj angeschlossen sind; im oben genannten Beispiel sind dies genau die Phasen j, aus denen am wenigsten elektrische Leistung durch die nicht steuerbaren Lasten entnommen wird.For the single-phase connected actuators, for example the load 12th or the PV system 13th , the phase-resolved exchange performance specifications consist of only one value. This value can also result from the multiplication of the corresponding performance specification 12a or. 13a with the value W j of the respective phase j to which the load 12th or the PV system 13th connected. The exchange power specification is all the smaller, the lower the value W j of that phase j to which the actuator is connected. As a result, a phase j with a low value W j , from which, for example, a lot of electrical power is already drawn by the uncontrollable loads, is only used to a small extent to compensate for the differential power ΔP NAP . Conversely, those single-phase actuators can preferably contribute to the differential power ΔP NAP which are connected to phases j with the highest valency W j ; In the above example, these are precisely the phases j from which the least amount of electrical power is drawn by the uncontrollable loads.

Die Aktoren werden nun angewiesen, die phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben L1, L2, L3 umzusetzen, indem insbesondere die Austauschleistung Pi der Aktoren 12-16 entsprechend geändert wird. Im Anschluss wird anhand der Messwerte am Netzanschlusspunkt 11 ausgewertet, inwieweit die Istleistung PNAP,lst nun der Sollleistung PNAP,Soll entspricht. Sofern die Differenzleistung ΔPNAP weiterhin einen Wert ungleich null aufweist, kann das beschriebene Verfahren iterativ nochmals durchlaufen werden, um die verbleibende Differenz zwischen Istleistung und Sollleistung mittels weiter optimierter Austauschleistungsvorgaben auszuregeln.The actuators are now instructed to implement the phase-resolved exchange performance specifications L1, L2, L3 by in particular the exchange performance P i of the actuators 12-16 is changed accordingly. Subsequently, based on the measured values at the grid connection point 11 evaluated to what extent the actual power P NAP, actual corresponds to the target power P NAP, target . If the differential power .DELTA.P NAP still has a value not equal to zero, the described method can be iteratively run through again in order to regulate the remaining difference between the actual power and the target power by means of further optimized exchange power specifications.

In einer Ausführungsform kann ermittelt werden, in welchem Maße die Aktoren 12-16 die ihnen angewiesenen Austauschleistungsvorgabe jeweils tatsächlich umgesetzt haben. Diese Ermittlung kann durch Messung der Austauschleistungen Pi der Aktoren 12-16 erfolgen, wobei diese Messung durch die Aktoren 12-16 selbst vorgenommen und kommunikativ einer Steuereinheit, beispielsweise dem Energiemanagementsystem 30 bereitgestellt werden kann. Insbesondere wenn einer oder mehrere der Aktoren 12-16 die jeweils geforderte (phasenaufgelöste) Austauschleistungsvorgabe nicht erbringt, können in einer Iteration des Verfahrens die Gewichtungen Gi dieser Aktoren, die nicht die geforderte Austauschleistung Pi erbringen oder erbringen konnten, auf 0 gesetzt werden. Die übrigen Gewichte werden neu normiert, und die verbleibende Differenzleistung ΔPNAP wird an die verbleibenden Aktoren verteilt. Diese Iteration wird fortgesetzt, bis die Istleistung PNAP,lst der Sollleistung PNAP,Soll am Anschlusspunkt entspricht und somit die Vorgabe erfüllt ist, die mit dem übergeordneten Regelungsziel verknüpft ist.In one embodiment it can be determined to what extent the actuators 12-16 have actually implemented the exchange service specification instructed to them. This determination can be made by measuring the exchange powers P i of the actuators 12-16 take place, this measurement by the actuators 12-16 made by itself and communicatively with a control unit, for example the energy management system 30th can be provided. Especially if one or more of the actuators 12-16 does not provide the respectively required (phase-resolved) exchange performance specification, the weightings G i of these actuators, which do not or could not provide the required exchange performance P i, can be set to 0 in one iteration of the method. The other weights are re-normalized and the remaining differential power ΔP NAP is distributed to the remaining actuators. This iteration is continued until the actual power P NAP, actual corresponds to the setpoint power P NAP, setpoint at the connection point and thus the specification that is linked to the higher-level control objective is met.

In weiteren Ausführungsformen kann die Gewichtung bereits bekannte Randbedingungen einzelner Aktoren berücksichtigen, wie zum Beispiel vorgegebene Minimalleistungen bestimmter Aktoren. Dadurch wird gewährleistet, dass die entsprechenden Aktoren nicht in einen ungültigen Betriebszustand gesetzt werden, beispielsweise indem einem Aktor eine Leistungsvorgabe erhält, die geringer als die jeweilige vorgegebene Minimalleistung ist.In further embodiments, the weighting can take into account already known boundary conditions of individual actuators, such as, for example, predetermined minimum powers of certain actuators. This ensures that the corresponding actuators are not placed in an invalid operating state, for example in that an actuator receives a power specification that is lower than the respective predetermined minimum power.

In weiteren Ausführungsformen können anstelle der (saldierten) Wirkleistung am Netzanschlusspunkt auch andere Größen geregelt werden, wie z.B. die Wirkleistung an kritischen Punkten im Teilnetz oder phasenaufgelöste Wirk- und/oder Scheinleistungen.In other embodiments, instead of the (balanced) active power at the network connection point, other variables can also be regulated, such as the active power at critical points in the sub-network or phase-resolved active and / or apparent power.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
TeilnetzSubnet
1111
NetzanschlusspunktGrid connection point
12-1612-16
AktorenActuators
12a-16a12a-16a
LeistungsvorgabePerformance specification
2020th
Netznetwork
3030th
EnergiemanagementsystemEnergy management system
3131
ErfassungsabschnittAcquisition section
3232
RegelungsabschnittRegulatory section
3333
AktionsabschnittAction section
3434
VerteilerDistributor
3535
Phasen-FaktorenPhase factors

Claims (11)

Verfahren zur Regelung von elektrischen Leistungsflüssen in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz (10), wobei das Teilnetz (10) über einen Netzanschlusspunkt (11) mit einem übergeordneten Netz (20) verbunden ist und wobei eine Mehrzahl von Aktoren (12-16) einphasig oder mehrphasig an das Teilnetz (10) angeschlossen sind und mit dem Teilnetz (10) elektrische Leistung (Pi) austauschen, wobei durch Ansteuern der Aktoren (12-16) eine mit einem übergeordneten Regelungsziel verknüpfte Vorgabe für eine über den Netzanschlusspunkt (11) fließende elektrische Leistung (PNAP) erfüllt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Ermitteln einer Sollleistung (PNAP,soll) zur Erfüllung der Vorgabe, - Ermitteln einer momentanen Differenzleistung (ΔPNAP) zwischen der Sollleistung (PNAP,soll) und einer momentanen Istleistung (PNAP,lst) am Netzanschlusspunkt (11), - Vorgeben einer Gewichtung (Gi) der Differenzleistung (ΔPNAP) pro Aktor (12-16), - Vorgeben einer Wertigkeit (Wj) pro Phase (j) des Teilnetzes (10), - Ansteuern der Aktoren (12-16) anhand von phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben (L1,L2,L3), die in Abhängigkeit von den Gewichtungen (Gi) und den Wertigkeiten (Wj) ermittelt werden, wobei die Summe aller Austauschleistungsvorgaben (L1,L2,L3) der Differenzleistung (ΔPNAP) entspricht.Method for regulating electrical power flows in a multi-phase electrical sub-network (10), the sub-network (10) being connected to a higher-level network (20) via a network connection point (11) and wherein a plurality of actuators (12-16) are single-phase or multi-phase are connected to the sub-network (10) and exchange electrical power (P i ) with the sub-network (10), whereby, by controlling the actuators (12-16), a specification linked to a higher-level control target for an electrical flow via the network connection point (11) Power (P NAP ) is met, the method comprising the following steps: Determining a target power (P NAP, soll ) to meet the specification, - Determining a momentary difference in power (ΔP NAP ) between the target power (P NAP, soll ) and a current actual power (P NAP , actual) at the grid connection point (11), - specification of a weighting (G i ) of the differential power (ΔP NAP ) per actuator (12-16), - specification of a value (W j ) per phase (j) of the sub-network (10), - controlling the actuators (12-16) on the basis of phase-resolved exchange performance specifications (L1, L2, L3), which are dependent on the weightings (G i ) and the values (W j ), whereby the sum of all exchange power specifications (L1, L2, L3) corresponds to the differential power (ΔP NAP). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das übergeordnete Regelungsziel einen Sollwert für eine Wirkleistung am Netzanschlusspunkt (11) umfasst, so dass die Sollleistung (PNAP,soll) mit dem Sollwert korreliert.Procedure according to Claim 1 , wherein the overriding regulation target comprises a target value for an active power at the network connection point (11), so that the target power (P NAP, target) correlates with the target value. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Regelungsziel eine Begrenzung der Wirkleistung am Netzanschlusspunkt (11) umfasst.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the regulation goal comprises a limitation of the active power at the grid connection point (11). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Regelungsziel alternativ oder zusätzlich eine Begrenzung der Schieflast am Netzanschlusspunkt (11) umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the regulation goal alternatively or additionally comprises a limitation of the unbalanced load at the network connection point (11). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aktoren (12-16) ihre Leistung anhand der phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben (L1,L2,L3) selbstständig einstellen oder eine anhand der phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben (L1,L2,L3) vorgegebene Leistung von einer dem jeweiligen Aktor (12-16) vorgeschalteten Zusatzeinrichtung zugeteilt bekommen.Method according to one of the preceding claims, wherein the actuators (12-16) independently set their performance based on the phase-resolved exchange performance specifications (L1, L2, L3) or a performance specified using the phase-resolved exchange performance specifications (L1, L2, L3) of one of the respective actuators (12-16) upstream additional device. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Teilnetz einphasig angeschlossene Aktoren (12,13,15) und mehrphasig angeschlossene Aktoren (14,16) umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the sub-network comprises single-phase connected actuators (12, 13, 15) and multi-phase connected actuators (14, 16). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aktoren (12-16) eine erneuerbare Energiequelle, insbesondere eine PV-Anlage (13), und einen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie (14) umfassen.Method according to one of the preceding claims, wherein the actuators (12-16) comprise a renewable energy source, in particular a PV system (13), and an energy store, in particular a battery (14). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aktoren (12-16) ein Elektro-Auto (16) und/oder einen elektrischen Wärmeerzeuger, insbesondere eine Heizung (15) umfassen.Method according to one of the preceding claims, wherein the actuators (12-16) comprise an electric car (16) and / or an electric heat generator, in particular a heater (15). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Teilnetz (10) ein Hausnetz, ein Netzabschnitt eines Verteilnetzes zur Versorgung einer ausgedehnten Liegenschaft oder ein Verteilnetz zur Versorgung einer Ortschaft oder einer Kommune ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the sub-network (10) is a house network, a network section of a distribution network for supplying an extensive property or a distribution network for supplying a locality or a municipality. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aktoren (12-16) einen jeweiligen Primärnutzen aufweisen, der beim Vorgeben der Gewichtung (Gi) der Sollleistung (PNAP,soll) pro Aktor (12-16) berücksichtigt wird, wobei der Primärnutzen insbesondere eine minimale Bezugsleistung eines Aktors (12-16) umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the actuators (12-16) have a respective primary benefit which is taken into account when specifying the weighting (G i ) of the target power (P NAP, soll ) per actuator (12-16), the primary benefit in particular includes a minimum reference power of an actuator (12-16). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wertigkeiten (Wj) die relativen Belastbarkeiten der einzelnen Phasen (j) repräsentieren.Method according to one of the preceding claims, wherein the values (W j ) represent the relative resilience of the individual phases (j).
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