DE102011083490A1 - Electrical power system has control unit that is provided to control electric power generation unit based on received load default value and to send power alteration signal to electric power generation unit - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Stromerzeugungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Stromerzeugungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7. The invention relates to a power generation plant according to the preamble of claim 1 and a method for operating a power generation plant according to the preamble of claim 7.
Im Stand der Technik sind Stromerzeugungsanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Verfahren zum Betreiben einer Stromerzeugungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 beispielsweise von Blockheizkraftwerken, abgekürzt mit "BHKW", bekannt, die eine Stromerzeugungseinheit, die an ein Stromnetz angeschlossen ist, an das wenigstens eine andere Stromerzeugungseinheit angeschlossen ist, und eine Steuereinheit für die Stromerzeugungseinheit umfassen. Die Stromerzeugungseinheit umfasst dabei üblicherweise einen elektrischen Generator sowie für dessen Antrieb einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor oder Ottomotor, oder eine Gasturbine, insbesondere eine Mikrogasturbine, oder einen Stirlingmotor. Die Steuereinheit ist derart ausgebildet, dass sie eine Lastvorgabe empfangen kann und den Betrieb der Stromerzeugungseinheit in Abhängigkeit von der Lastvorgabe steuert. In the prior art power generation systems according to the preamble of claim 1 and methods for operating a power plant according to the preamble of claim 7, for example, from combined heat and power plants, abbreviated to "CHP", known that a power generation unit, which is connected to a power grid to the at least another power generation unit is connected, and include a control unit for the power generation unit. The power generating unit usually comprises an electric generator and for its drive an internal combustion engine, in particular a diesel engine or gasoline engine, or a gas turbine, in particular a micro gas turbine, or a Stirling engine. The control unit is designed such that it can receive a load specification and controls the operation of the power generation unit as a function of the load specification.
Diese bekannten BHKWs können von der Steuereinheit wärmegeführt oder stromgeführt oder netzgeführt betrieben werden. Bei einem wärmegeführten BHKW richtet sich dessen Leistungsabgabe nach dem lokalen Wärmebedarf. Durch Regelung der Heizleistung werden in modular aufgebauten Anlagen einzelne Aggregate je nach Bedarf ab- oder zugeschaltet. Bei Konfiguration mit nur einem Aggregat wird dessen Leistungsabgabe entsprechend gedrosselt oder gesteigert. Der erzeugte Strom wird so weit wie möglich selbst verbraucht; ein Überschuss wird in das öffentliche Netz gespeist und entsprechend verrechnet. Bei einem stromgeführten BHKW richtet sich dessen Leistungsabgabe nach dem Strombedarf. Bei einem netzgeführten BHKW wird das Leistungsniveau von einer zentralen Stelle für mehrere Anlagen vorgegeben. These known CHPs can be heat-controlled by the control unit or powered by electricity or mains operated. For a heat-driven CHP, the power output depends on the local heat requirement. By regulating the heating power, individual units are switched off or switched on as required in modular systems. When configured with only one unit, its power output is throttled or increased accordingly. The electricity generated is consumed as much as possible itself; a surplus is fed into the public network and charged accordingly. In the case of a current-controlled CHP plant, its power output depends on the power requirement. In the case of a grid-controlled CHP, the level of performance is specified from a central point for several plants.
Die Steuereinheit dieser bekannten BHKWs ist derart ausgebildet, dass die Lastvorgabe als Lastvorgabesignal, das die Form einer Stufe oder einer Heaviside-Funktion hat, an die Stromerzeugungseinheit sendet. The control unit of these known CHPs is designed in such a way that the load input is sent to the power generation unit as a load specification signal, which has the form of a stage or a Heaviside function.
Die zukünftigen Stromnetze werden durch einen zunehmenden Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung, beispielsweise mit Hilfe von Photovoltaikanlagen und Windkraftanlagen, geprägt werden. Mit dem zunehmenden Einsatz von dezentral bereitgestellter Stromerzeugungskapazität steigt auch die Anzahl von Blockheizkraftwerken oder BHKWs im kleinen Leistungsbereich ab wenigen Kilowatt bis zu einigen hundert Kilowatt. Diese BHKWs können am Energiemanagement und am Lastmanagement teilnehmen. Im zukünftigen intelligenten Stromnetz, auch als "Smart Grid" bezeichnet, werden BHKWs einen entscheidenden Anteil bei der Stromerzeugung übernehmen. Problematisch wird dann beispielsweise werden, falls einige oder viele BHKWs in einem Subnetz aufgrund von Lastvorgaben ihre Leistung in der gleichen Richtung ändern, also erhöhen oder verringern, müssen. The future electricity grids will be shaped by an increasing share of renewable energies in power generation, for example with the help of photovoltaic systems and wind turbines. With the increasing use of decentrally provided power generation capacity, the number of combined heat and power plants or CHPs in the small power range from a few kilowatts to a few hundred kilowatts is also increasing. These CHPs can participate in energy management and load management. In the future intelligent power grid, also referred to as "smart grid", CHPs will play a key role in power generation. For example, if some or many CHPs in a subnet have to change their performance in the same direction due to load specifications, ie increase or decrease, then it will be problematic.
Ein Nachteil dieser bekannten Stromerzeugungsanlagen und Verfahren zum Betreiben einer Stromerzeugungsanlage besteht darin, dass diese Leistungsänderungen aufgrund des stufenförmigen Leistungsänderungssignals jeweils mit einem kurzfristigen Über- und Unterschwingen der Ziellast in der Laständerungsphase von einigen Sekunden verbunden sind, was die Versorgungsqualität, insbesondere die Spannungsqualität des Subnetzes beeinträchtigt. A disadvantage of these known power generation systems and methods for operating a power generation plant is that these power changes are each connected to a short-term overshoot and undershoot the target load in the load change phase of a few seconds, which affects the quality of supply, in particular the voltage quality of the subnet ,
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Stromerzeugungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einem Verfahren zum Betreiben einer Stromerzeugungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 das Über- und Unterschwingen der Ziellast in der Laständerungsphase zu verringern. The object of the invention is to reduce in a power generation plant according to the preamble of claim 1 and a method for operating a power plant according to the preamble of claim 7, the overshoot and undershoot of the target load in the load change phase.
Diese Aufgabe wird durch eine Stromerzeugungsanlage gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Stromerzeugungsanlage gemäß Anspruch 7 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben. This object is achieved by a power generation plant according to claim 1 and a method for operating a power plant according to claim 7. Further embodiments are described in the subclaims.
Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt eine Stromerzeugungsanlage vor, umfassend
- – eine Stromerzeugungseinheit, die an ein Stromnetz angeschlossen ist, an das wenigstens eine andere Stromerzeugungseinheit angeschlossen ist;
- – eine Steuereinheit für die Stromerzeugungseinheit; wobei
- – die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie
- • eine Lastvorgabe empfangen kann;
- • den Betrieb der Stromerzeugungseinheit in Abhängigkeit von der Lastvorgabe steuert;
- • aus der Lastvorgabe ein Leistungsänderungssignal ermittelt, das nach einer vorbestimmten Zeit die Lastvorgabe erreicht;
- • das Leistungsänderungssignal an die Stromerzeugungseinheit sendet.
- A power generating unit connected to a power grid to which at least one other power generating unit is connected;
- A control unit for the power generation unit; in which
- - The control unit is designed such that they
- • can receive a load specification;
- • controls the operation of the power generation unit in dependence on the load specification;
- Determining from the load specification a power change signal which reaches the load specification after a predetermined time;
- • sends the power change signal to the power generation unit.
Da das Leistungsänderungssignal somit nicht, wie das Lastvorgabesignal bei den bekannten Stromerzeugungsanlagen, die Form einer Stufe oder Heaviside-Funktion hat, wird das Über- und Unterschwingen der Ziellast in der Laständerungsphase verringert. Since the power change signal thus does not have the form of a stage or Heaviside function, like the load specification signal in the known power generation plants, the overshoot and undershoot of the target load in the load change phase is reduced.
Die vorgeschlagene Stromerzeugungsanlage hat den Vorteil, dass die Zielleistung ohne oder mit geringerem Über- und Unterschwingen einstellbar ist. Außerdem wird die Zielleistung viel schneller erreicht. Weiter kann die Schwingungskompensation einfach, kostengünstig und verlustfrei mit Hilfe von Software für die Steuereinheit realisiert werden. The proposed power generation plant has the advantage that the target power can be set without or with less overshoot and undershoot. In addition, the target performance is achieved much faster. Furthermore, the vibration compensation can be realized simply, inexpensively and without loss by means of software for the control unit.
Die Steuereinheit kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als sogenannter "Personal Energy Agent", abgekürzt mit "PEA", wie er aus dem Smart-Grid-Konzept der Siemens AG bekannt ist, und die Lastvorgabe abfangen und angepasst an die jeweilige Stromerzeugungsanlage das Leistungsänderungssignal derart ermittelt, dass es zu keinem oder zumindest geringerem Über- und Unterschwingen kommt. Dies ist vor Allem für ein BHKW mit Verbrennungsmotor vorteilhaft. The control unit can be designed as desired in any manner, for example as a so-called "Personal Energy Agent", abbreviated to "PEA", as it is known from the smart grid concept of Siemens AG, and intercept the load specification and adapted to the respective power generation system determines the power change signal such that there is no or at least less overshoot and undershoot. This is advantageous above all for a CHP with an internal combustion engine.
Für ein BHKW mit Gasturbine, insbesondere Mikrogasturbine kann nach Bedarf beispielsweise auch deren Leistung kurzfristig so zwischen dem elektrischen und dem thermischen Zustand aufgeteilt werden, dass sich am elektrischen Ausgang eine im Vergleich zu den bekannten BHKWs stabilere Ausgangsleistung, also ohne oder mit geringeren Lastschwankungen ergibt. For a CHP with gas turbine, in particular micro gas turbine, for example, their power can be temporarily divided between the electrical and the thermal state that results in the electrical output compared to the known CHPs more stable output, ie with no or less load fluctuations.
Die vorgeschlagene Stromerzeugungsanlage kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und wenigstens eine weitere Stromerzeugungseinheit und/oder wenigstens eine weitere Steuereinheit umfassen. The proposed power plant may be configured as desired in any manner and include at least one further power generation unit and / or at least one further control unit.
Die Form des Leistungsänderungssignals kann nach Bedarf beliebig gewählt werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Leistungsänderungssignal, falls die Lastvorgabe ansteigt, also der aktuelle Wert größer als der bisherige Wert ist, ebenfalls ansteigt, und, falls die Lastvorgabe abfällt, also der aktuelle Wert kleiner als der bisherige Wert ist, ebenfalls abfällt. The shape of the power change signal can be arbitrarily selected as needed. Thus, for example, be provided that the power change signal, if the load specification increases, so the current value is greater than the previous value, also increases, and, if the load specification drops, so the current value is smaller than the previous value, also drops.
Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise die Steigung des Leistungsänderungssignals einen vorbestimmten Wert haben und/oder in einem vorbestimmten Intervall liegen und/oder nicht ihr Vorzeichen wechseln. Alternatively or additionally, for example, the slope of the power change signal may have a predetermined value and / or lie in a predetermined interval and / or not change its sign.
Alternativ oder zusätzlich kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Leistungsänderungssignal die Lastvorgabe nicht übertrifft. Dies bedeutet, dass es, falls die Lastvorgabe ansteigt, sie nicht überschreitet, und, falls die Lastvorgabe abfällt, sie nicht unterschreitet. Alternatively or additionally, it can preferably be provided that the power change signal does not exceed the load specification. This means that, if the load demand increases, it does not exceed it, and if the load specification drops, it does not fall below it.
Alternativ oder zusätzlich kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Leistungsänderungssignal zumindest teilweise die Form einer Rampe und/oder einer Treppe und/oder einer S-Funktion hat. Alternatively or additionally, it can preferably be provided that the power change signal has at least partially the shape of a ramp and / or a staircase and / or an S-function.
Dabei hat die Treppe wenigstens zwei Stufen, die bei ansteigender Lastvorgabe ebenfalls ansteigen und bei abfallender Lastvorgabe ebenfalls abfallen. The staircase has at least two steps, which also increase with increasing load specification and also fall off with decreasing load specification.
Es kann vorgesehen sein, dass die Stromerzeugungsanlage weiter umfasst
- – wenigstens einen Datenspeicher, in dem wenigstens ein Kennfeld mit Betriebsparametern der Stromerzeugungseinheit abgespeichert ist;
- – die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie das Leistungsänderungssignal mit Hilfe wenigstens eines der Kennfelder ermittelt.
- - At least one data memory in which at least one map is stored with operating parameters of the power generation unit;
- - The control unit is designed such that it determines the power change signal using at least one of the maps.
Die Verwendung wenigstens eines Kennfelds ermöglicht eine schnelle Ermittlung des Leistungsänderungssignals sogar für den Fall, dass die Steuereinheit eine geringe Rechenkapazität haben sollte. The use of at least one map allows a quick determination of the power change signal even in the event that the control unit should have a low computing capacity.
Die Stromerzeugungseinheit kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise ein Blockheizkraftwerk und/oder eine Photovoltaikanlage und/oder eine Brennstoffzellenanlage umfassen. The power generation unit may be formed as desired in any manner and include, for example, a combined heat and power plant and / or a photovoltaic system and / or a fuel cell system.
Es kann vorgesehen sein, dass die Stromerzeugungsanlage weiter umfasst wenigstens einen Energiespeicher für elektrische Energie, der an den Ausgang der Stromerzeugungseinheit angekoppelt ist. It can be provided that the power generation plant further comprises at least one energy store for electrical energy, which is coupled to the output of the power generation unit.
Diese Energiespeicher können, wie auch weitere Energiespeicher für elektrische Energie, die im Subnetz vorgehalten werden, die Einhaltung der Netzqualität unterstützen. These energy stores, as well as other energy storage for electrical energy, which are kept in the subnet, support the maintenance of network quality.
Jeder dieser Energiespeicher für elektrische Energie stellt einen Energiespeicher dar, der elektrische Energie aufnehmen und abgeben kann, und kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen elektrochemischen Speicher, wie etwa einen Akkumulator, und/oder einen Schwungradspeicher unteren, der bei Aufnahme der elektrischen Energie von einem Elektromotor angetrieben wird und bei Abnahme der elektrischen Energie den Elektromotor als Generator antreibt. Each of these energy stores for electrical energy is an energy storage that can absorb and deliver electrical energy, and may be formed as desired in any manner and, for example, an electrochemical storage, such as an accumulator, and / or a flywheel storage lower, at Recording of the electrical energy is driven by an electric motor and drives the electric motor as a generator with decrease of electrical energy.
Dann kann die Steuereinheit bevorzugt derart ausgebildet sein, dass sie Schwankungen der Ausgangsspannung, die an dem Ausgang der Stromerzeugungseinheit anliegt, durch Regelung minimiert. Then, the control unit may preferably be designed such that it minimizes fluctuations of the output voltage applied to the output of the power generation unit by regulation.
Die Energiespeicher können nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen Akkumulator und/oder einen Kondensator umfassen. The energy storage devices can be designed as desired in any desired manner and, for example, comprise an accumulator and / or a capacitor.
Die vorgeschlagene Stromerzeugungsanlage ist vor Allem bei Akkumulatoren vorteilhaft, da diese nicht mit ständigen Lade- und Entladezyklen aufgrund von Über- und Unterschwingen belastet werden und damit eine längere Lebensdauer haben. The proposed power plant is particularly advantageous in accumulators, as they are not burdened with constant charging and discharging cycles due to over- and undershoot and thus have a longer life.
Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren zum Betreiben einer Stromerzeugungsanlage vor, wobei die Stromerzeugungsanlage umfasst
- – eine Stromerzeugungseinheit, die an ein Stromnetz angeschlossen ist, an das wenigstens eine andere Stromerzeugungseinheit angeschlossen ist; wobei
- – eine Lastvorgabe empfangen wird;
- – der Betrieb der Stromerzeugungseinheit in Abhängigkeit von der Lastvorgabe gesteuert wird;
- – aus der Lastvorgabe ein Leistungsänderungssignal ermittelt wird, das nach einer vorbestimmten Zeit die Lastvorgabe erreicht;
- – das Leistungsänderungssignal an die Stromerzeugungseinheit gesendet wird.
- A power generating unit connected to a power grid to which at least one other power generating unit is connected; in which
- - a load specification is received;
- The operation of the power generation unit is controlled in dependence on the load specification;
- - From the load specification, a power change signal is determined, which reaches the load specification after a predetermined time;
- - The power change signal is sent to the power generation unit.
Es kann vorgesehen sein, dass das Leistungsänderungssignal die Lastvorgabe nicht übertrifft. It can be provided that the power change signal does not exceed the load specification.
Es kann vorgesehen sein, dass das Leistungsänderungssignal zumindest teilweise die Form einer Rampe und/oder einer Treppe und/oder einer S-Funktion hat. It can be provided that the power change signal has at least partially the form of a ramp and / or a staircase and / or an S-function.
Es kann vorgesehen sein, dass
- – ein Kennfeld mit Betriebsparametern der Stromerzeugungseinheit bereitgehalten wird;
- – das Leistungsänderungssignal mit Hilfe des Kennfelds ermittelt wird.
- - A map with operating parameters of the power generation unit is kept ready;
- - The power change signal is determined using the map.
Die Ausführungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspektes, gelten entsprechend auch analog für die anderen Aspekte der Erfindung. The statements relating to one of the aspects of the invention, in particular to individual features of this aspect, also apply analogously to the other aspects of the invention.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen verbunden werden. Die Einzelheiten in den Zeichnungen sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen sollen den Schutzbereich der Erfindung in keiner Weise beschränken, sondern verweisen lediglich auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen. Embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. However, the individual features resulting therefrom are not limited to the individual embodiments, but can be combined with individual features described above and / or with individual features of other embodiments. The details in the drawings are to be interpreted as illustrative, but not restrictive. The reference signs contained in the claims are not intended to limit the scope of the invention in any way, but merely refer to the embodiments shown in the drawings.
Die Zeichnungen zeigen in: The drawings show in:
In der
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst die Stromerzeugungseinheit
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuereinheit
In der
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In der
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DE102011083490A DE102011083490A1 (en) | 2011-09-27 | 2011-09-27 | Electrical power system has control unit that is provided to control electric power generation unit based on received load default value and to send power alteration signal to electric power generation unit |
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DE (1) | DE102011083490A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105515022A (en) * | 2016-01-20 | 2016-04-20 | 西南交通大学 | Virtual double-fed induction generator inertia control method coordinated with secondary frequency regulation |
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2011
- 2011-09-27 DE DE102011083490A patent/DE102011083490A1/en not_active Withdrawn
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CN105515022A (en) * | 2016-01-20 | 2016-04-20 | 西南交通大学 | Virtual double-fed induction generator inertia control method coordinated with secondary frequency regulation |
CN105515022B (en) * | 2016-01-20 | 2019-06-07 | 西南交通大学 | A kind of double-fed fan motor unit virtual inertia control method mutually coordinated with frequency modulation frequency modulation |
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