DE102011078895A1 - Energy network system useful for generating and transferring electrical energy between primary energy producers and consumers, comprises e.g. primary energy generating units, energy consumption units, and frequency control units - Google Patents

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Abstract

Energy network system for generating and transferring electrical energy between primary energy producers and consumers, comprises (i) an alternating voltage transmission network, (ii) primary energy generating units, preferably conventional and atomic power plants, wind power- and solar energy systems, which are connected on the primary side to the transmission network, (iii) energy consumption units (7), which are connected on the secondary side to the transmission network (1), (iv) frequency control units and (iv) an arrangement of the frequency-control units on the secondary side. Energy network system for generating and transferring electrical energy between primary energy producers and consumers, comprises (i) an alternating voltage transmission network, which is operated with a defined network frequency, (ii) primary energy generating units, preferably conventional and atomic power plants, wind power- and solar energy systems, which are connected on the primary side to the transmission network, (iii) energy consumption units (7), which are connected on the secondary side to the transmission network (1), (iv) frequency control units for regulating the network frequency in response to the current primary energy generation and secondary consumption situation, and (iv) an arrangement of the frequency-control units on the secondary side, based on the alternating voltage transmission network, in which a consumption system (8) is designed to regulate rapidity and quality conformity requirements as in their power consumption automatically. An independent claim is also included for controlling network frequency in the energy network system for generating and transmitting electric power from the primary energy generating units through the alternating voltage transmission network to energy consumption units, comprising automatically controlling the network frequency in response to the current primary energy generation and secondary consumption situation by the frequency control units, where the relative network frequency based on the alternating voltage transmission network on the secondary side is controlled by connecting consumption system as frequency-control units to the alternating voltage transmission network, in which rapidity and quality conformity requirements as in their power consumption are regulated automatically as input variable.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energieverbund-System zur Erzeugung und Übertragung elektrischer Energie zwischen Primär-Energieerzeugern und Verbrauchern sowie ein Verfahren zur Netzfrequenz-Regelung in einem solchen Energieverbund-System. The invention relates to an energy interconnected system for the generation and transmission of electrical energy between primary energy producers and consumers and a method for power frequency control in such an energy interconnected system.

Die Struktur des aktuell in der Energiewirtschaft eingesetzten Energieverbund-Systems umfasst ein Wechselspannungs-Übertragungsnetz, das mit einer definierten Netzfrequenz betrieben ist. Unter einem solchen Übertragungsnetz kann universell ein regional begrenztes Wechselspannungs-Übertragungsnetz, wie beispielsweise auf einer Insel, ein nationales oder auch länderübergreifendes Stromnetz verstanden werden. Auch die Realisierung eines Wechselspannungs-Übertragungsnetzes durch miteinander gekoppelte Teilnetze kann unter den Begriff „Wechselspannungs-Übertragungsnetz“ verstanden werden. The structure of the energy interconnection system currently used in the energy industry includes an AC transmission network that operates at a defined grid frequency. Under such a transmission network can be universally understood a regionally limited AC transmission network, such as on an island, a national or transnational power grid. Also, the realization of an AC transmission network by interconnected subnets can be understood by the term "AC transmission network".

Bekanntermaßen weist ein solches Energieverbund-System Primärenergie-Erzeugungseinheiten, wie beispielsweise konventionelle Kraftwerke, wie Wasser- und mit fossilen Brennstoffen betriebene Kraftwerke sowie Atom-Kraftwerke auf. Zunehmende Bedeutung gewinnen in der globalen Energieversorgung die erneuerbaren Energien, wie sie insbesondere durch Windkraft- und Solarenergieanlagen repräsentiert werden. Derartige Primärenergie-Erzeugungseinheiten sind primärseitig an das Wechselspannungs-Übertragungsnetz angeschlossen. As is known, such an energy interconnection system has primary energy generation units, such as, for example, conventional power plants, such as hydropower and fossil fuel power plants, and nuclear power plants. Renewable energies, such as those represented by wind power and solar energy systems, are becoming increasingly important in the global energy supply. Such primary energy generating units are connected on the primary side to the AC transmission network.

Sekundärseitig sind daran Energie-Verbrauchseinheiten angekoppelt, worunter elektrische Großverbraucher, wie lokale Energieversorger genauso zu verstehen sind, wie Industrieunternehmen, Haushalte und dergleichen. On the secondary side, energy consumption units are connected to it, by which large electrical consumers, such as local energy suppliers, are to be understood as well as industrial enterprises, households and the like.

In Übertragungsnetzen für elektrischen Wechselstrom gilt nun die physikalische Gesetzmäßigkeit, dass diese Netze nur geringfügig elektrische Energie speichern können und daher zu jedem Zeitpunkt die eingespeiste Leistung der Summe aus entnommener Leistung und der Verlustleistung infolge des Leitungstransports entsprechen muss. Abweichungen davon führen in Wechselspannungsnetzen zu einer Änderung der Netzfrequenz, welche im gesamten Wechselspannungsnetz einheitlich (synchron) ist. Die Abweichung von der Nenn-Netzfrequenz – in europäischen Netzen liegt diese bei 50 Hz – ist nur in engen Grenzen tolerierbar. Größere Abweichungen führen zu Ausfällen des Übertragungsnetzes und Schäden an den Verbrauchern.In transmission networks for alternating electrical current, the physical law now applies that these networks can store only a small amount of electrical energy and therefore at all times the injected power must correspond to the sum of the power taken and the power loss due to the line transport. Deviations from this lead in alternating voltage networks to a change in the mains frequency, which is uniform (synchronous) in the entire AC voltage network. The deviation from the nominal mains frequency - in European networks this is 50 Hz - is tolerable only within narrow limits. Larger deviations lead to failures of the transmission network and damage to the consumers.

Zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit mit elektrischem Strom ist daher die Stabilität der Übertragungsnetze von entscheidender Bedeutung.To ensure the security of supply with electricity, therefore, the stability of the transmission networks is of crucial importance.

Zur Gewährleistung dieser Stabilität sind Frequenz-Regeleinheiten zur Regelung der Netzfrequenz in Abhängigkeit der aktuellen Primärenergie-Erzeugung und sekundärseitigen Verbrauchssituation bekannt. Diese Frequenz-Regeleinheiten werden herkömmlicher Weise durch schnell regelbare Primär-Energieerzeugungseinheiten etwa in Form von Atom- oder Kohlekraftwerken realisiert, deren Betrieb beispielsweise durch den „TransmissionCode 2007 Netz- und Systemregeln der deutschen Übertragungsnetzbetreiber“, August 2007; Herausgeber: Verband der Netzbetreiber – VDN – e. V. beim VDEW , geregelt. Dieser TransmissionCode definiert die Anforderungen an Primärenergie-Erzeugungseinheiten zur Primärleistungsregelung. So muss beispielsweise jede Erzeugungseinheit mit einer Nennleistung von ≥ 100 MW zur Abgabe von Primärregelleistung fähig sein. Dies ist Voraussetzung für einen Anschluss der jeweiligen Erzeugungseinheit an das Netz. Der Übertragungsnetzbetreiber ist berechtigt, einzelne Erzeugungseinheiten von dieser Pflicht zu befreien. Beteiligt sich eine Erzeugungseinheit nicht an der Bereitstellung der Primärregelleistung, muss diese dennoch – auch wenn sie nicht primärregelfähig ist – ab einer Netzfrequenz von 50,2 Hz eingreifen und die Leistung reduzieren.To ensure this stability frequency control units for controlling the grid frequency as a function of the current primary energy production and secondary consumption situation are known. These frequency control units are conventionally realized by rapidly controllable primary power generation units, for example in the form of atomic or coal-fired power plants, the operation of which, for example, by the "TransmissionCode 2007 Network and System Rules of German Transmission System Operators", August 2007; Publisher: Verband der Netzbetreiber - VDN - e. V. at the VDEW , regulated. This TransmissionCode defines the requirements for primary energy generation units for primary power control. For example, each generating unit with a rated power of ≥ 100 MW must be capable of delivering primary control power. This is a prerequisite for a connection of the respective generating unit to the network. The transmission system operator is entitled to exempt individual generating units from this obligation. If a generating unit does not participate in the provision of the primary control power, it still has to intervene and reduce the power, even if it is not primary controllable, from a mains frequency of 50.2 Hz.

Unter Primärregelung ist die im Sekundenbereich automatisch wirkende stabilisierende Wirkleistungsregelung des gesamten zusammengeschalteten, synchron betriebenen Drehstrom-Verbundnetzes zu verstehen. Sie entsteht aus dem Aktivbeitrag der Kraftwerke bei Änderung der Netzfrequenz und wird unterstützt durch den Passivbeitrag der von der Netzfrequenz abhängigen Lasten (Selbstregeleffekt). Die Kraftwerke müssen innerhalb von 30 Sekunden die Leistungsabgabe möglichst gleichmäßig erhöhen bzw. verringern und diese bis zu 15 Minuten halten können.The term "primary control" is understood to mean the stabilizing active power control of the entire interconnected, synchronously operated three-phase supply network which acts automatically in the seconds range. It arises from the active contribution of the power plants when the grid frequency changes and is supported by the passive contribution of the loads dependent on the grid frequency (self-regulating effect). The power plants must increase or decrease the power output as evenly as possible within 30 seconds and hold it for up to 15 minutes.

Primärenergie-Erzeugungseinheiten basierend auf regenerativen Energiequellen können und werden in der Regel von der Primärregelfähigkeit befreit sein, da solche Erzeugungseinheiten, wie sie durch Windkraft- und Solarenergie-Anlagen typischerweise repräsentiert sind, in ihrer Leistung prinzipbedingt von der Natur abhängig sind und nicht – zumindest nicht regelrelevant – durch technischen Systemeingriff in ihrer Leistung beeinflusst werden können. Primary energy generation units based on regenerative energy sources can and will generally be exempt from the primary control capability, since such generation units, as typically represented by wind power plants and solar energy plants, are inherently dependent on nature in their performance and not - at least not relevant to the rule - can be influenced by technical system intervention in their performance.

Im Hinblick auf die verstärkte Heranziehung erneuerbarer Energiequellen bei der Energieerzeugung sind zunehmend negative Netzfrequenzeinflüsse durch die fluktuierende Einspeisung dieser erneuerbarer Energien aufgrund des unsteten und quasi nicht regelbaren Energieeintrags von Windkraftund Solarenergieanlagen zu erwarten. Dieser Effekt wird noch verstärkt durch den anstehenden Rückgang der Regelreserve auf der Basis schnellregelbarer Kraftwerke, da zum Erstellungszeitpunkt dieser Anmeldung in Deutschland die Abkehr von der Atomenergie geplant ist. Damit werden auf der Primärseite des Energieverbund-Systems schnellregelbare Primärenergie-Erzeugungseinheiten in Form von Atom- oder Kohlekraftwerken im zunehmend beschränkten Maße zur Verfügung stehen. With regard to the increased use of renewable energy sources in power generation, negative grid frequency effects are expected due to the fluctuating feed-in of these renewable energies due to unstable and virtually uncontrollable energy input from wind power and solar power plants. This effect is exacerbated by the pending decline in the regulatory reserve on the basis of quick regulation Power plants, since at the time of this application in Germany the departure from nuclear energy is planned. Thus, on the primary side of the energy interconnected system, rapidly controllable primary energy generating units in the form of nuclear or coal-fired power plants will be available to an increasingly limited extent.

Ausgehend von der geschilderten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Energieverbund-System und ein entsprechendes Verfahren zur Netzfrequenz-Regelung darin anzugeben, bei dem die Netzfrequenz des Übertragungsnetzes auf effektive Weise unter Vermeidung der üblichen Primärreglung realisiert wird. Based on the described problem, the invention has for its object to provide an energy interconnection system and a corresponding method for power frequency control therein, in which the network frequency of the transmission network is realized in an effective manner while avoiding the usual primary control.

Diese Aufgabe wird laut Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch eine bezogen auf das Wechselspannungs-Übertragungsnetz sekundärseitige Anordnung von Frequenz-Regeleinheiten gelöst, die als in ihrer Leistungsaufnahme in der Regel-Schnelligkeit und -Güte anforderungskonform – also etwa wie im Transmission Code 2007 definiert – automatisch regelbare Verbrauchsanlagen ausgebildet sind. This object is achieved according to the characterizing part of claim 1 in device-technical terms by a relative to the AC transmission network secondary-side arrangement of frequency control units that meet as in their power consumption in the rule-speed and quality requirements - ie as defined in the Transmission Code 2007 - Automatically controllable consumption systems are formed.

In verfahrenstechnischer Hinsicht ist laut Kennzeichnungsteil des Anspruchs 7 vorgesehen, dass die Netzfrequenz bezogen auf das Wechselspannungs-Übertragungsnetz sekundärseitig geregelt wird, in dem an das Wechselspannungs-Übertragungsnetz die erwähnten Verbrauchsanlagen angeschlossen sind und als Frequenz-Regeleinheiten in ihrer Leistungsaufnahme in der Regel-Schnelligkeit und -Güte anforderungskonform automatisch geregelt werden. In procedural terms is provided according to the characterizing part of claim 7, that the mains frequency is regulated secondary side in relation to the AC transmission network, in which the AC power transmission system mentioned consumption systems are connected and frequency control units in their power consumption in the rule-speed and Quality can be regulated automatically according to requirements.

Durch die erfindungsgemäße Netzfrequenz-Stabilisierung mit Hilfe von Verbrauchsanlagen auf der Sekundärseite des Übertragungsnetzes kann auf einfache Weise die prinzipbedingt ungeregelte und von Umgebungsbedingungen abhängige Erzeugung elektrischer Leistung aus erneuerbaren Energien unabhängig vom tatsächlichen momentanen Bedarf an elektrischer Leistung in das Übertragungsnetz eingespeist werden. Es erfolgt dann eine Bedarfsanpassung auf der Verbraucherseite durch die schnellregelbaren Verbrauchsanlagen, in denen beispielsweise bei Überfrequenzen im Übertragungsnetz die Aufnahme an elektrischer Leistung entsprechend der Frequenzabweichung von der Nennfrequenz im Übertragungsnetz sowie der eingestellten Primärregelstatik erhöht wird. Analog wird bei Unterfrequenzen im Übertragungsnetz die Aufnahme der Verbrauchsanlagen an elektrischer Leistung reduziert. The inventive grid frequency stabilization with the help of consumption systems on the secondary side of the transmission network can be fed into the transmission network in a simple manner, the principle unregulated and dependent on environmental conditions generation of electrical energy from renewable energies regardless of the actual momentary demand for electrical power. There is then a demand adjustment on the consumer side by the fast adjustable consumption systems in which, for example, in the case of overfrequencies in the transmission network, the uptake of electrical power corresponding to the frequency deviation from the nominal frequency in the transmission network and the set primary Regelstatik is increased. Analogously, at underfrequencies in the transmission network, the absorption of the consumption of electrical power is reduced.

In den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 sind bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Energieverbund-Systems angegeben. In the dependent claims 2 to 6 preferred developments of the energy interconnected system according to the invention are given.

So wird eine schnell ansprechende Regelcharakteristik auf konzeptionell einfache Weise erreicht, wenn die jeweiligen Verbrauchsanlagen in dem Energieverbund-System auf der Sekundärseite ein Leistungsspektrum mit einer Grund-Nennleistung für einen Bereitschaftsbetrieb und eine Regel-Leistungsbandbreite um die Grund-Nennleistung für den Regelfall aufweist. Vorzugsweise ist diese Regel-Leistungsbandbreite symmetrisch um die Grund-Nennleistung ausgelegt. In der Praxis bedeutet dies, dass bei ausgeglichenen Netzbedingungen die Verbrauchsanlage mit der Grund-Nennleistung läuft. Wird primärseitig zu viel Energie in das Netz eingespeist, so werden die Verbrauchsanlagen sekundärseitig innerhalb der verfügbaren Regel-Leistungsbandbreite in ihrer Leistung hochgefahren, um das Leistungsüberangebot zu kompensieren. Thus, a fast-response control characteristic is achieved in a conceptually simple manner if the respective consumption systems in the energy interconnection system on the secondary side has a power spectrum with a basic nominal power for a standby mode and a control power bandwidth around the basic rated power for the normal case. Preferably, this control power bandwidth is designed symmetrically around the basic rated power. In practice, this means that in balanced grid conditions, the consumption system runs at the basic rated power. If too much energy is fed into the grid on the primary side, the power plants on the secondary side are boosted in their performance within the available control power bandwidth on the secondary side in order to compensate for the excess power supply.

Energiewirtschaftlich besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verbrauchsanlagen zur Erzeugung eines Energieträgers, insbesondere eines Brennstoffs, wie beispielsweise Wasserstoff ausgelegt sind. Entsprechend sind Wasserstoff-Elektrolyse-Anlagen als Leistungsverbraucher in der Verbrauchsanlage nach derzeitigem Stand besonders geeignet. Die Überkapazitäten an elektrischer Energie aus dem Übertragungsnetz werden damit als chemische Energie „gespeichert“. Die Speicherung kann in entsprechenden Lageranlagen, wie Tanks, künstlichen oder natürlichen Kavernen oder dergleichen erfolgen. Durch die Wasserstoff-Elektrolyse-Anlage gewonnener Wasser- und Sauerstoff sind Rohstoffe, die nicht nur als Brennstoff für die spätere Energiegewinnung, sondern auch vielseitig, beispielsweise in der chemischen Industrie oder zum Betrieb von Wasserstoff-Fahrzeugen eingesetzt werden können. In terms of energy economics, it is particularly advantageous if the consumption systems are designed to generate an energy source, in particular a fuel, such as hydrogen. Accordingly, hydrogen electrolysis plants are particularly suitable as power consumers in the consumption system according to the current state. The overcapacities of electrical energy from the transmission network are thus "stored" as chemical energy. The storage can take place in corresponding storage facilities, such as tanks, artificial or natural caverns or the like. Hydrogen and oxygen produced by the hydrogen electrolysis plant are raw materials that can be used not only as fuel for later energy production, but also in many ways, for example in the chemical industry or for the operation of hydrogen vehicles.

Ein Grundkonzept für die Leistungsregel-Einrichtung der jeweiligen Verbrauchsanlage sieht zur automatischen Regelung ihrer Leistungsaufnahme eine Netzfrequenz-Messeinrichtung zur Ermittlung der aktuellen Netzfrequenz und eine damit gekoppelte Stelleinrichtung zur Einstellung der Leistungsaufnahme der Verbrauchsanlage vor. Für eine detaillierte Erörterung dieser Leistungsregel-Einrichtung und deren Vorteile wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf das später erläuterte Ausführungsbeispiel verwiesen. A basic concept for the power control device of the respective consumption system provides for the automatic regulation of their power consumption, a network frequency measuring device for determining the current network frequency and a coupled thereto adjusting device for adjusting the power consumption of the consumption system. For a detailed discussion of this power control device and its advantages, reference is made to avoid repetition to the embodiment explained later.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 7 finden sich in den abhängigen Ansprüchen 8 bis 12. Das demgemäß vorgesehene Leistungsspektrum der Verbrauchsanlage wurde bereits anhand der Vorrichtungsansprüche 2 und 3 näher erörtert. Die denkbar einfachste Regelungscharakteristik bei Auftreten einer Über- oder Unterfrequenz im Wechselspannungs-Übertragungsnetz ist dabei im Anspruch 9 angegeben. Bei einer Überfrequenz im Übertragungsnetz wird die Leistungsaufnahme der Verbrauchsanlagen erhöht, bei einer Unterfrequenz erniedrigt. Die Merkmale und Einzelheiten der in den Ansprüchen 10 bis 12 angegebenen Maßnahmen im Zusammenhang mit der Regelcharakteristik sind der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels entnehmbar, worauf zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird. Preferred embodiments of the inventive method according to claim 7 can be found in the dependent claims 8 to 12. The thus provided power spectrum of the consumption system has already been discussed in more detail with reference to the device claims 2 and 3. The simplest possible control characteristic when an overfrequency or underfrequency occurs in the AC transmission network is specified in claim 9. In the case of an overfrequency in the transmission network, the power consumption of the Consumption systems increased, lowered at an underfrequency. The features and details of the measures specified in the claims 10 to 12 in connection with the control characteristic are the following description of the embodiment removed, which is referred to avoid repetition.

Die Erfindung wird im Folgenden im Rahmen eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below in the context of an embodiment with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 ein höchst schematisches Diagramm eines Energieverbund-Systems, und 1 a highly schematic diagram of an energy interconnected system, and

2 ein prinzipielles Diagramm einer an das Drehstrom-Übertragungsnetz angeschlossenen Verbrauchsanlage mit automatischer Primärfrequenzregelung. 2 a schematic diagram of a connected to the three-phase transmission system consumption system with automatic primary frequency control.

In 1 ist höchst schematisch ein Energieverbund-System zur Erzeugung und Übertragung elektrischer Energie zwischen Primärenergieerzeugern und Verbrauchern dargestellt. Demnach ist ein Wechselspannungs-Übertragungsnetz 1 vorgesehen, das mit einer definierten Netzfrequenz von beispielsweise 50 Hz betrieben ist. In 1 is very schematically illustrated an energy interconnected system for generating and transmitting electrical energy between primary energy producers and consumers. Accordingly, an AC transmission network 1 provided, which is operated with a defined network frequency of 50 Hz, for example.

Verschiedenste Primärenergie-Erzeugungseinheiten, wie konventionelle Kraftwerke 2, Atomkraftwerke 3, Wasserkraftwerke 4, aber in zunehmendem Maße auch auf erneuerbare Energien gestützte Primärenergie-Erzeugungseinheiten, wie Windkraftanlagen 5 und Solarenergieanlagen 6 speisen das Übertragungsnetz 1 auf der Primärseite P. Various primary energy generation units, such as conventional power plants 2 , Nuclear power plants 3 , Hydroelectric power plants 4 but increasingly also renewable energy-based primary energy generation units, such as wind turbines 5 and solar energy systems 6 feed the transmission network 1 on the primary side P.

Auf der Sekundärseite S sind Energieverbrauchseinheiten 7 angeschlossen, die unterschiedlichste Verbraucher, wie kommunale Energieversorger, Industrieunternehmen und dergleichen symbolisieren. On the secondary side S are energy consumption units 7 which symbolize a wide variety of consumers, such as municipal utilities, industrial companies and the like.

Auf der Sekundärseite S des Übertragungsnetzes 1 sind ferner Verbrauchsanlagen 8 angeschlossen, die als Frequenz-Regeleinheiten zur Regelung der Netzfrequenz in Abhängigkeit der aktuellen Primärenergie-Erzeugung und sekundärseitigen Verbrauchsituation fungieren. Dazu sind diese Verbrauchsanlagen 8 in ihrer Leistungsaufnahme in der Regel-Schnelligkeit und -Güte anforderungskonform, beispielsweise entsprechend dem oben erwähnten TransmissionCode 2007 – automatisch regelbar. On the secondary side S of the transmission network 1 are also consumption systems 8th connected, which act as frequency control units for controlling the grid frequency as a function of the current primary energy production and secondary consumption situation. These are these consumption systems 8th in their power consumption in the rule-speed and quality requirements in accordance with, for example, according to the above-mentioned TransmissionCode 2007 - automatically controlled.

Anhand von 2 ist der Aufbau der Verbrauchsanlage 8 mit einer Wasserstoff-Elektrolyse-Anlage 9 und einer Leistungsregel-Einrichtung 10 zur automatischen Regelung der Leistungsaufnahme der Verbrauchsanlage 8 zu erläutern. Based on 2 is the structure of the consumption system 8th with a hydrogen electrolysis plant 9 and a performance rule facility 10 for automatic regulation of power consumption of the consumption system 8th to explain.

Die Verbrauchsanlage 8 ist über einen Transformator 11 und Leistungsschalter 12 an das Übertragungsnetz 1 sekundärseitig angeschlossen. Mit Hilfe des Leistungsschalters 12 kann die Verbrauchsanlage 8 im Bedarfsfall schnell vom Netz getrennt werden. Die Leistungsregel-Einrichtung 10 der Verbrauchsanlage 8 gliedert sich in eine Netzfrequenz-Messeinrichtung 13 zur Ermittlung der aktuellen Netzfrequenz und der Frequenzabweichung Δf von der Nenn-Netzfrequenz fN, die über eine Eingabe 22 in die Regelung eingegeben wird. Der Netzfrequenz-Messeinrichtung 13 ist ein Filter 14 nachgeordnet, mit dem der Regelcharakteristik der Leistungsregelung ein Inaktiv-Frequenzfenster fN ± Δfi aufgeprägt wird. So kann beispielsweise ein Ansprechen der Regelung unterbleiben, sofern die Frequenz innerhalb des Inaktiv-Frequenzfensters von 50 Hz ± 0,1 Hz bleibt. The consumption system 8th is about a transformer 11 and circuit breakers 12 to the transmission network 1 connected on the secondary side. With the help of the circuit breaker 12 can the consumption system 8th if necessary, be quickly disconnected from the grid. The service rule facility 10 the consumption system 8th is divided into a mains frequency measuring device 13 to determine the actual network frequency and the frequency deviation .DELTA.f of the nominal network frequency f N, the via an input 22 is entered into the scheme. The grid frequency measuring device 13 is a filter 14 downstream, with the control characteristic of the power control an inactive frequency window f N ± Δf i is impressed. For example, a response of the control can be omitted if the frequency remains within the inactive frequency window of 50 Hz ± 0.1 Hz.

Die Leistungsregel-Einrichtung 10 umfasst ferner eine der Netzfrequenz-Messeinrichtung 13 nachgeordnete Stelleinrichtung 15 mit einer Eingabe 16 der Primärregelstatik SV, die definiert ist nach der Beziehung SV = –(Δf/fN)/(ΔPV/PVN) mit

fN:
Nenn-Netzfrequenz
Δf:
Abweichung der Netzfrequenz von fN
PVN:
Nennleistung der Verbrauchsanlage
ΔPV:
Primärregelleistung
The service rule facility 10 further comprises one of the mains frequency measuring device 13 Subordinate actuating device 15 with an input 16 the primary rule statics S V , which is defined by the relationship S V = - (Δf / f N ) / (ΔP V / P VN ) With
f N :
Nominal line frequency
.delta.f:
Deviation of the mains frequency from f N
P VN :
Rated output of the consumption system
ΔP V :
Primary control power

Die Primärregelstatik SV repräsentiert also eine Regelsteilheit und kann auf einen praxisgerechten Wert eingestellt werden. Die Primärregelleistung ΔPV wird dann im Stellglied 17 bestimmt zu ΔPV = –(Δf·PVN)/(SV·fN). The primary control statics S V thus represents a control slope and can be set to a practical value. The primary control power ΔP V then becomes in the actuator 17 definitely too ΔP V = - (Δf · P VN ) / (S V · f N ).

In der Leistungsregel-Einrichtung 10 ist dann eine Eingabe 18 für die Grund-Nennleistung PVsoll vorgesehen. Dieser Wert wird mit der Primärregelleistung ΔPV verknüpft, sodass sich für die Verbrauchsanlage 8 ein Leistungsspektrum zur Regelung ergibt, das um die Grund-Nennleistung PVsoll mit der maximalen Regel-Leistungsbandbreite ΔPVmax der Primärregelleistung liegt. In the service rule facility 10 is then an input 18 provided for the basic nominal power P Vsoll . This value is linked to the primary control power ΔP V so that the consumption system 8th results in a control power spectrum which is around the basic rated power P Vsoll with the maximum control power bandwidth ΔP Vmax of the primary control power.

Für die Regelung der Leistungsaufnahme der Verbrauchsanlage 8 ist deren tatsächliche Leistungsaufnahme zu messen, was durch den Leistungsmesser 19 erfolgt. Dieser stellt der Regelung den Ist-Wert PVist der Verbrauchsleistung zur Verfügung, die mit dem aus der erforderlichen Primärleistung ermittelten Stellwert verknüpft wird. Damit wird der Leistungsregeler 20 beaufschlagt, der den Umrichter 21 in der Zuleitung der Wasserstoff-Elektrolyse-Anlage 9 entsprechend ansteuert, um deren Leistungsaufnahme zur Stabilisierung der Netzfrequenz im Übertragungsnetz 1 einzustellen. For regulating the power consumption of the consumption system 8th is to measure their actual power consumption, which is determined by the power meter 19 he follows. This provides the control with the actual value P Vact of the consumption power, which is linked to the manipulated value determined from the required primary power. This will be the power controller 20 charged to the inverter 21 in the supply line of the hydrogen electrolysis plant 9 accordingly controls their power consumption to stabilize the network frequency in the transmission network 1 adjust.

Als Beispiel für die Leistungsaufnahme der Wasserstoffelektrolyse-Anlage 9 kann einen Maximalverbrauch von 100 MW angegeben werden. Wird die Anlage 9 bei einer Grund-Nennleistung von 50 MW betrieben, kann bei Bedarf und netzfrequenzabhängig eine Primärregelleistung von ±50 MW bereitgestellt werden. Diese Größenordnung übertrifft die Primärregelleistung von zum Verfassungszeitpunkt dieser Anmeldung schnell regelbaren Großkraftwerken bei weitem. As an example of the power consumption of the hydrogen electrolysis plant 9 can be specified a maximum consumption of 100 MW. Will the plant 9 operated at a basic rated power of 50 MW, a primary control power of ± 50 MW can be provided if required and depending on the mains frequency. This magnitude far exceeds the primary control power of large-scale power plants that are quickly regulated at the time of this application.

Zusätzlich besteht bei der gezeigten Konzeption die Option zur Bereitstellung von Sekundärregelleistung und einer Minutenreserveleistung, wie sie von der UCTE (Union for the Coordination of Transmission of Electricity) und der VDN (Verband der Netzbetreiber) definiert sind. In addition, the design shown has the option of providing secondary control power and minute reserve power, as defined by the Union for the Coordination of Transmission of Electricity (UCTE) and the VDN (Association of Network Operators).

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „TransmissionCode 2007 Netz- und Systemregeln der deutschen Übertragungsnetzbetreiber“, August 2007; Herausgeber: Verband der Netzbetreiber – VDN – e. V. beim VDEW [0007] "TransmissionCode 2007 Network and System Rules of German Transmission System Operators", August 2007; Publisher: Verband der Netzbetreiber - VDN - e. V. at the VDEW [0007]

Claims (12)

Energieverbund-System zur Erzeugung und Übertragung elektrischer Energie zwischen Primär-Energieerzeugern und Verbrauchern, umfassend – ein Wechselspannungs-Übertragungsnetz (1), das mit einer definierten Netzfrequenz betrieben ist, – Primärenergie-Erzeugungseinheiten (2 bis 6), insbesondere konventionelle und Atom-Kraftwerke, Windkraft- sowie Solarenergieanlagen und dergleichen, die primärseitig an das Übertragungsnetz (1) angeschlossen sind, – Energie-Verbrauchseinheiten (7), die sekundärseitig an das Übertragungsnetz (1) angeschlossen sind, sowie – Frequenz-Regeleinheiten zur Regelung der Netzfrequenz in Abhängigkeit der aktuellen Primärenergie-Erzeugung und sekundärseitigen Verbrauchssituation, gekennzeichnet durch – eine bezogen auf das Wechselspannungs-Übertragungsnetz (1) sekundärseitige Anordnung der Frequenz-Regeleinheiten, die als in ihrer Leistungsaufnahme in der Regel-Schnelligkeit und -Güte anforderungskonform automatisch regelbare Verbrauchsanlagen (8) ausgebildet sind.Energy interconnection system for generating and transmitting electrical energy between primary energy producers and consumers, comprising - an AC transmission network ( 1 ), which is operated with a defined mains frequency, - primary energy generating units ( 2 to 6 ), in particular conventional and nuclear power plants, wind power and solar power plants and the like, which are connected to the transmission system on the primary side ( 1 ), - energy consumption units ( 7 ), which are connected to the transmission network ( 1 ) are connected, and - frequency control units for controlling the mains frequency as a function of the current primary energy production and secondary consumption situation, characterized by - one related to the AC transmission network ( 1 ) Secondary-side arrangement of the frequency control units, as in their power consumption in the rule-speed and quality requirements in accordance automatically adjustable consumption systems ( 8th ) are formed. Energieverbund-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchsanlagen (8) ein Leistungsspektrum mit einer Grund-Nennleistung (PVsoll) für einen Bereitschaftsbetrieb und einer Regel-Leistungsbandbreite (ΔPVmax) um die Grund-Nennleistung (PVsoll) für einen Regelbetrieb aufweisen. Energy composite system according to claim 1, characterized in that the consumption systems ( 8th ) have a power spectrum with a basic rated power (P Vsoll ) for a standby mode and a control power bandwidth (ΔP Vmax ) around the basic rated power (P Vsoll ) for a closed loop operation. Energieverbund-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel-Leistungsbandbreite (ΔPVmax) symmetrisch um die Grund-Nennleistung (PVsoll) ausgelegt ist.Energy interconnection system according to claim 2, characterized in that the control power bandwidth ( .DELTA.P Vmax ) is designed symmetrically around the basic rated power (P Vsoll ). Energieverbund-System nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchsanlage (8) zur Erzeugung eines Energieträgers, insbesondere eines Brennstoffs, ausgelegt ist.Energy composite system according to one of the preceding claims, characterized in that the consumption system ( 8th ) is designed for generating an energy carrier, in particular a fuel. Energieverbund-System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Wasserstoff-Elektrolyse-Anlage (9) als Leistungsverbraucher in der Verbrauchsanlage (8).Energy composite system according to claim 4, characterized by a hydrogen electrolysis plant ( 9 ) as a power consumer in the consumption installation ( 8th ). Energieverbund-System nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchsanlage (8) eine Leistungsregel-Einrichtung (10) zur automatischen Regelung ihrer Leistungsaufnahme aufweist, die eine Netzfrequenz-Messeinrichtung (13) zur Ermittlung der aktuellen Netzfrequenz und eine damit gekoppelte Stelleinrichtung (15) zur Einstellung der Leistungsaufnahme der Verbrauchsanlage (8) aufweist.Energy composite system according to one of the preceding claims, characterized in that the consumption system ( 8th ) a service rule device ( 10 ) for automatic regulation of its power consumption, comprising a mains frequency measuring device ( 13 ) for determining the current network frequency and a control device coupled thereto ( 15 ) for adjusting the power consumption of the consumption installation ( 8th ) having. Verfahren zur Netzfrequenz-Regelung in einem Energieverbund-System zur Erzeugung und Übertragung elektrischer Energie von Primär-Energieerzeugungseinheiten (2 bis 6) über ein Wechselspannungs-Übertragungsnetz (1) zu Energie-Verbrauchseinheiten (7), wobei die Netzfrequenz in Abhängigkeit der aktuellen Primärenergie-Erzeugung und sekundärseitigen Verbrauchssituation mittels Frequenz-Regeleinheiten automatisch geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzfrequenz bezogen auf das Wechselspannungs-Übertragungsnetz (1) sekundärseitig geregelt wird, indem an das Wechselspannungs-Übertragungsnetz (1) angeschlossene Verbrauchsanlagen (8) als Frequenz-Regeleinheiten in ihrer Leistungsaufnahme in der Regel-Schnelligkeit und -Güte anforderungskonform mit der Netzfrequenz als Eingangsgröße automatisch geregelt werden.Method for regulating the frequency in an energy interconnected system for generating and transmitting electrical energy from primary energy generating units ( 2 to 6 ) via an AC transmission network ( 1 ) to energy consumption units ( 7 ), wherein the network frequency is automatically controlled in dependence of the current primary energy production and secondary consumption situation by means of frequency control units, characterized in that the network frequency with respect to the AC transmission network ( 1 ) is regulated on the secondary side by applying to the AC transmission network ( 1 ) connected consumption systems ( 8th ) are regulated as frequency control units in their power consumption in the rule-speed and quality requirements in accordance with the grid frequency as an input variable automatically. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Leistungsspektrum geregelt wird, das auf der Basis einer Grund-Nennleistung (PVsoll) für einen Bereitschaftsbetrieb eine Regel-Leistungsbandbreite (ΔPVmax) vorzugsweise symmetrisch um diese Grund-Nennleistung (PVsoll) für den Regelfall zur Verfügung stellt.A method according to claim 7, characterized in that it is controlled with a power spectrum based on a basic rated power (P Vsoll ) for a standby mode, a control power bandwidth (ΔP Vmax ) preferably symmetrical about this basic rated power (P Vsoll ) for the rule provides. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Überfrequenz im Wechselspannungs-Übertragungsnetz (1) die Leistungsaufnahme der Verbrauchsanlage(n) (8) erhöht wird und umgekehrt.A method according to claim 7 or 8, characterized in that at an overfrequency in the AC transmission network ( 1 ) the power consumption of the consumption installation (s) ( 8th ) and vice versa. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Netzfrequenz auf der Basis einer Primärregelstatik SV nach der Beziehung SV = –(Δf/fN)/(ΔPv/PVN) mit fN: Nenn-Netzfrequenz Δf: Abweichung der Netzfrequenz von fN PVN: Nennleistung der Verbrauchsanlage ΔPv: Primärregelleistung vorgenommen wird.Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the control of the network frequency on the basis of a Primärregelstatik S V according to the relationship S V = - (Δf / f N ) / (ΔP v / P VN ) with f N : nominal mains frequency Δf: deviation of the mains frequency of f N PV N : nominal power of the consumption system ΔP v : primary control power. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärregelstatik SV in ihrer Steilheit einstellbar ist. A method according to claim 10, characterized in that the primary control statics S V is adjustable in its steepness. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelcharakteristik der Leistungsregelung ein Inaktiv- Frequenzfenster (fN ± Δfi) aufweist, innerhalb dessen eine aktive Regelung der Leistungsaufnahme der Verbrauchsanlage (8) unterbleibt.Method according to one of claims 7 to 11, characterized in that the control characteristic of the power control has an inactive frequency window (f N ± Δf i ), within which an active control of the power consumption of the consumption system ( 8th ) is omitted.
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