DE102010021070A1

DE102010021070A1 - Verfahren zur Regelung der Stabilität eines elektrichen Versorgungsnetzwerks

Info

Publication number: DE102010021070A1
Application number: DE102010021070A
Authority: DE
Inventors: Dr. Krug Florian
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2011-11-24
Also published as: CN102971931B; EP2559131A2; WO2011144529A2; WO2011144529A3; US20130116845A1; CN102971931A; US9203241B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Stabilität eines elektrischen Versorgungsnetzwerks. Ein erstes Gerät, das zum Austausch von elektrischer Energie mit dem Versorgungsnetzwerk ausgebildet ist, ermittelt über seinen geografischen Standort einen Teil des Versorgungsnetzwerks, zu dem das erste Gerät für den Energieanschluss zugeordnet ist. Das erste Gerät ermittelt Parameter für einen beabsichtigten Energieaustausch. Zumindest ein zweites Gerät, das dem gleichen Teil des Versorgungsnetzwerks für einen Energieaustausch zugeordnet ist, ermittelt Parameter für einen beabsichtigten Energieaustausch. Das erste Gerät nimmt den Energieaustausch unter Berücksichtigung der Parameter des ersten und des zweiten Geräts derart vor, dass die elektrische Stabilität des Teils des Versorgungsnetzwerks sichergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Stabilität eines elektrischen Versorgungsnetzwerks. Das Verfahren ist bevorzugt bei elektrischen Versorgungsnetzwerken anwendbar, an das neben herkömmlichen Energie-Erzeugungsanlagen, wie beispielsweise Kohlekraftwerke, Gaskraftwerke oder Atomenergieanlagen, auch Energie-Erzeugungsanlagen angeschlossen sind, die zeitlich variierend elektrische Energie ins Versorgungsnetzwerk einspeisen. Zu diesen Anlagen gehören beispielsweise Windenergieanlagen oder Solarenergieanlagen.
Es ist beabsichtigt, in bestehende elektrische Versorgungsnetzwerke verstärkt erneuerbaren Energien einzuspeisen. Dieser Anteil wird derzeit durch die Nutzung von Solarenergie und/oder Windenergie gedeckt.
Zugleich soll der Betrieb von bisher benzin- bzw. dieselbetriebenen Kraftfahrzeugen in den nächsten Jahren bzw. Jahrzehnten verstärkt auf elektrische Energie umgestellt werden. Die dabei erfolgende Entnahme elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetzwerk ist somit Verbraucherabhängig und damit zeitlich schwankend.
Durch die zeitlich variierende Einspeisung und Entnahme von elektrischer Energie ins Netzwerk kommt es zwangsläufig zu Stabilitätsproblemen hinsichtlich der Parameter Frequenz, Phase, Pegel der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie.
Aus der US 2009/0281673 A1 ist ein so genanntes ”Smart Grid” bekannt, bei dem mit Hilfe einer über das Netz verteilter ”intelligence” der Netzzustand erfasst und kontrolliert wird und bei dem eine im Netz verteilte Energiespeicherung realisiert wird.
Aus der WO 2009 014543 A1 ist ein weiteres ”Smart Grid” bekannt, bei dem elektrische Leistung zwischen dem Netzwerk und einem Fahrzeug ausgetauscht wird.
Beide Druckschriften verwenden einen zentralen Regelungsansatz, um die Netzstabilität bezüglich der Frequenz bzw. der Leistung sicherzustellen.
Dieser zentrale Regelungsansatz ist jedoch aufgrund der komplexen Regelungsstrukturen, die große Teile oder das gesamte Netz umgreifen, stark anfällig.
Auch können zeitlich schnell erfolgende Änderungen in Teilen des Netzes bzw. ein lokal begrenzter Verbraucherbedarf nicht entsprechend schnell erfasst und ausgeglichen bzw. ausgeregelt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Regelung der Stabilität eines elektrischen Versorgungsnetzwerks anzugeben.
Diese Aufgabe wir durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung der Stabilität eines elektrischen Versorgungsnetzwerks ermittelt ein erstes Gerät, das zum Austausch von elektrischer Energie mit dem Versorgungsnetzwerk ausgebildet ist, über seinen geografischen Standort einen Teil des Versorgungsnetzwerks, zu dem das erste Gerät für den Energieanschluss zugeordnet ist. Das erste Gerät ermittelt Parameter für einen beabsichtigten Energieaustausch. Zumindest ein zweites Gerät, das dem gleichen Teil des Versorgungsnetzwerks für einen Energieaustausch zugeordnet ist, ermittelt Parameter für einen beabsichtigten Energieaustausch. Das erste Gerät nimmt den Energieaustausch unter Berücksichtigung der Parameter des ersten und des zweiten Geräts derart vor, dass die elektrische Stabilität des Teils des Versorgungsnetzwerks sichergestellt ist.
Im Hinblick auf den Stand der Technik wird mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ein ggf. verwendetes ”Smart Grid” entlastet oder ganz ersetzt, da der benötigte zentrale Regelungsaufwand minimiert wird.
Die Funktionsweise des Austauschs von Parametern kann vergleichbar zur an sich bekannten Peer-to-Peer-Kommunkation erfolgen.
Alternativ dazu kann sie auch vergleichbar zur car-to-car-Kommunikation erfolgen, wie sie beispielsweise für vernetzte Warnsysteme zwischen Kraftfahrzeugen (PKW's) verwendet wird.
Parameterquellen zur lokalen Optimierung eines Teils eines Netzwerks können beispielsweise Endverbraucher, Netzknotenpunkte und/oder auch externe Datenquellen sein.
Insbesondere für den Fall, dass elektrische Kraftfahrzeuge (”e-car”) als erstes Gerät Parameter ermitteln, bieten sich als externe Datenquellen beispielsweise Verkehrsleitsysteme an. Diese erlauben über den Verkehrsfluss eine Abschätzung, wie viele ”e-cars” unterwegs sind, die elektrische Energie benötigen könnten.
Auch Wetterprognosen erlauben in Form einer externen Datenbank ortsbezogene Aussagen über einen erwarteten Verkehrsfluss von ”e-cars”. So wird sich beispielsweise an Feiertagen oder Werktagen der Energiebedarf von ”e-cars” in Abhängigkeit vom Wetter verändern.
Auch ein Abnehmerprognosesystem, das einen erwarteten Energiebedarf abschätzt, kann als externe Datenbank Verwendung finden.
Aufgrund des dezentralen Ansatzes ist keine zentrale Steuereinheit notwendig, so dass das Netzwerk eine erhöhte Robustheit und eine schnelle Regeldynamik aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt aufgrund des dezentralen Ansatzes auch, das Verfahren in existierende Versorgungsnetze schrittweise einzuführen, diese also schrittweise nachzurüsten.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Figur 1 erläutert.
In einem ersten Schritt ermittelt ein erstes Gerät G1, das zum Austausch von elektrischer Energie Pel mit einem Versorgungsnetzwerk VNW ausgebildet ist, seinen geografischen Standort POS.
Anhand des geografischen Standorts POS erfolgt in einem zweiten Schritt eine Zuordnung des ersten Geräts G1 zu einem Teil TVNW des Versorgungsnetzwerks VNW.
Die Positionsbestimmung kann beispielsweise über GPS erfolgen. Sie kann auch über Signale erfolgen, die mit einer dafür bestimmten Stelle des Versorgungsnetzwerk VNW über ein elektrisches Versorgungs- zw. Anschlusskabel ausgetauscht werden.
Dabei wird bevorzugt das Anschlusskabel verwendet, das für einen beabsichtigten Energieaustausch zwischen dem ersten Gerät G1 und dem Versorgungsnetzwerk VNW vorgesehen ist.
Das erste Gerät G1 ermittelt Parameter PAR1 für einen beabsichtigten Energieaustausch und übermittelt diese an eine dafür vorgesehene Verwaltungsstelle VERW.
Die Verwaltungsstelle VERW kann als zentrale Einheit des gesamten Versorgungsnetzwerk VNW ausgebildet sein. Oder sie ist als eine von mehreren dezentralen Einheiten an einem zugeordneten Teil des Versorgungsnetzwerks VNW vorgesehen.
Zumindest ein zweites Gerät G2, das dem gleichen Teil des Versorgungsnetzwerks TVNW für einen Energieaustausch zugeordnet ist, ermittelt in einem weiteren Schritt ebenfalls Parameter PAR2 für einen beabsichtigten Energieaustausch.
Die Ermittlung dieser Parameter PAR2 kann analog zu den Schritten erfolgen, die seitens des ersten Geräts G1 zur Ermittlung der Parameter PAR1 verwendet werden.
Das erstes Gerät G1 nimmt in einem weiteren Schritt den Energieaustausch unter Berücksichtigung der Parameter PAR1 des ersten Geräts G1 und der Parameter PAR2 des zweiten Geräts G2 derart vor, dass die elektrische Stabilität des Teils des Versorgungsnetzwerks TVNW sichergestellt ist.
Die Bewertung der elektrische Stabilität erfolgt beispielsweise seitens der zentralen Verwaltungsstelle bzw. seitens der dezentralen Verwaltungsstelle des Versorgungsnetzwerks VNW.
Es ist jedoch auch möglich, die Bewertung der Stabilität von einem festzulegendem ”Master” Gerät aus vorzunehmen. Das erste Gerät könnte als ”anfragendes” Gerät diese Funktionalität übernehmen, sofern ihm die benötigten Parameter zur Beurteilung der Stabilität des Versorgungsnetzwerksteils übermittelt werden.
Wird seitens der Verwaltungsstelle oder auch seitens des ersten Geräts festgestellt, dass der zugeordnete Teil des Versorgungsnetzwerks genügend elektrische Ressourcen (z. B. Leistung) zur Verfügung hat, dann nimmt das erste Gerät den angestrebten Energieaustausch vor. Beispielsweise würde ein e-car als erstes Gerät in diesem Fall seine entleerten Batterien wieder aufladen.
Wird jedoch seitens der Verwaltungsstelle oder auch seitens des ersten Geräts festgestellt, dass am zugeordneten Teil des Versorgungsnetzwerks bereits eine Vielzahl von anderen Geräten (z. B. e-cars als zweite Geräte) angeschlossen sind und bereits Energie aus dem Teil des Versorgungsnetzwerks entnehmen, dann erfolgt eine Abschätzung mit Hilfe der zur Verfügung stehenden Parameter.
Falls es im Rahmen der Netzwerksressourcen noch möglich ist, wird ein e-car als erstes Gerät den angestrebten Energieaustausch vornehmen und seine entleerten Batterien wieder aufladen.
Falls es im Rahmen der Netzwerksressourcen jedoch nicht mehr möglich ist, wird das e-car als erstes Gerät den angestrebten Energieaustausch nicht sofort vornehmen und ggf. erst später seine entleerten Batterien aufladen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009/0281673 A1 [0005]
WO 2009014543 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Regelung der Stabilität eines elektrischen Versorgungsnetzwerks, – bei dem ein erstes Gerät, das zum Austausch von elektrischer Energie mit dem Versorgungsnetzwerk ausgebildet ist, über seinen geografischen Standort einen Teil des Versorgungsnetzwerks ermittelt, zu dem das erste Gerät für den Energieanschluss zugeordnet ist, – bei dem das erstes Gerät Parameter für einen beabsichtigten Energieaustausch ermittelt, – bei dem zumindest ein zweites Gerät, das dem gleichen Teil des Versorgungsnetzwerks für einen Energieaustausch zugeordnet ist, Parameter für einen beabsichtigten Energieaustausch ermittelt, – bei dem das erste Gerät den Energieaustausch unter Berücksichtigung der Parameter des ersten und des zweiten Geräts derart vornimmt, dass die elektrische Stabilität des Teils des Versorgungsnetzwerks sichergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Endverbraucher als erstes Gerät und/oder als zweites Gerät Parameter für den Energieaustausch ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zweite Gerät als Kraftwerksbestandteil Parameter für den Energieaustausch ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein elektrisch angetriebenes Automobil als erster und/oder zweiter Verbraucher die Parameter für den Energieaustausch mit dem Versorgungsnetzwerk ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Gerät und/oder das zweite Gerät zumindest einen der folgenden Parameter ermittelt: – die beabsichtigte auszutauschende Leistung des Geräts, – die vorherrschende Frequenz im Versorgungsnetzwerk, – die zur Verfügung stehende Leistung im Versorgungsnetzwerk, und/oder – die voraussichtliche Änderung der Leistung und der Frequenz im Versorgungsnetzwerk für den Fall des Energieaustausches.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Gerät mit dem zweiten Gerät und/oder mit dem Versorgungsnetz über eine angeschlossene Energieversorgungsleitung benötigte Parameter austauschen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Gerät mit dem zweiten Gerät und/oder mit dem Versorgungsnetz über ein Funkkommunikationsverfahren benötigte Parameter austauschen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Gerät den Energieaustausch unter zusätzlicher Berücksichtigung von Parametern eines Netzknotenpunkts des Versorgungsnetzes vornimmt, um die elektrische Stabilität des Teils des Versorgungsnetzwerks sicherzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem seitens des Versorgungsnetzwerks basierend auf den ermittelten Parametern der Geräte Regeln zur Sicherung der Gesamtstabilität des Versorgungsnetzwerks abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem unter der Verwendung der Parameter eine lokale Regelung des Blind- und/oder Wirkleistungsanteils und/oder der Frequenz des Teils des Versorgungsnetzwerks durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem elektrische Energie in das Versorgungsnetzwerk über angeschlossenen Kraftwerksanlagen eingespeist wird, wobei als Kraftwerksanlagen insbesondere Atomenergieanlagen, Wasserkraftwerke, Dampfkraftwerke und/oder Kraftwerke mit zeitlich vorhersehbare Energieleistung verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem elektrische Energie in das Versorgungsnetzwerk über angeschlossenen Solarkraftwerke und/oder Windenergieanlagen eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 1, – bei dem die Standortermittlung anhand eines Anschlusses, der zum Energieaustausch mit dem Versorgungsnetzwerk vorgesehen ist, erfolgt, oder – bei dem die Standortermittlung mit Hilfe von GPS oder mit Hilfe von DGPRS oder mit einem GPS-basiertem System erfolgt.