DE102015014117A1

DE102015014117A1 - Method and arrangement for providing electrical control power for stabilizing an AC network

Info

Publication number: DE102015014117A1
Application number: DE102015014117.1A
Authority: DE
Inventors: Zoltan Meszaros
Original assignee: Technische Werke Ludwigshafen AG
Current assignee: Technische Werke Ludwigshafen AG
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2017-05-04

Abstract

Ein Verfahren zur Bereitstellung von elektrischer Regelleistung zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes (2), das bei einer Vorgabefrequenz von insbesondere 50 Hz arbeitet, wobei eine Kombinationseinheit (4) zum Bereitstellen von elektrischer Regelleistung vorgesehen ist, die aus einem Energiespeicher (6), der elektrische Energie aus dem Wechselstromnetz (2) oder einer Erzeugungsanlage aufnehmen und über einen ersten Zeitraum hinweg in dieses abgeben kann, und einem Energieerzeuger (8) besteht, der nach einer Anlaufphase Energie über einen zweiten Zeitraum hinweg in das Wechselstromnetz (2) abgeben kann, und der Kombinationseinheit (4) eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung (10) zugeordnet ist, die die Energiezu- und Abflüsse innerhalb der Kombinationseinheit (4) in Abhängigkeit von einem Netzregelparameter-Sollwert (12) in der Weise regelt, dass die dem Wechselstromnetz (2) von der Kombinationseinheit (4) zugeführte oder von dieser aus dem Wechselstromnetz (2) entnommene elektrische Energie dem Sollwert eines Regelenergieabrufs (12), insbesondere eines Sekundärregelenergieabrufs, entspricht, zeichnet sich dadurch aus, dass der Energieerzeuger (8) ein Gas- und/oder Öl BHKW ist, die elektrische Energie über einen von dieser angetriebenen Generator (14) in das Wechselstromnetz (2) einspeist, dass der Energiespeicher (6) ein Akkumulator ist, der über einen Wechselrichter (16) sowie einen Gleichrichter (18) mit dem elektrischen Wechselstromnetz (2) verbunden ist, und dass die Steuerungs- und Regelungseinrichtung (10) elektrisch mit dem Gas- und/oder Öl BHKW (8), dem Generator (14), dem Wechselrichter (16) sowie dem Gleichrichter (18) gekoppelt ist und diese in der Weise steuert und regelt, dass die Kombinationseinheit (4) die Netzregelparameter-Sollwerte (12), insbesondere die Leistungshöhe, den Leistungsgradienten, die Spannungshöhe und die Frequenz erfüllt, indem die Steuerungs- und Regelungseinrichtung (10) elektrische Energie vom Akkumulator (6) über den Wechselrichter (16) in das Wechselstromnetz (2) einspeist und im Wesentlichen gleichzeitig das Gas- und/oder Öl BHKW (8) startet, wobei die in das Wechselstromnetz (2) eingespeiste Leistung des Akkumulators (6) in dem Maße reduziert wird, in dem die von dem Gas- und/oder Öl BHKW (8) und dem Generator (14) in das Wechselstromnetz (2) eingespeiste elektrische Leistung erhöht wird.A method for providing electrical control power for stabilizing an AC network (2), which operates at a default frequency of in particular 50 Hz, wherein a combination unit (4) is provided for providing electrical control power consisting of an energy store (6), the electrical energy from the AC network (2) or a generating plant and can deliver over a first period of time, and a power generator (8), which can deliver energy for a second period in the AC network (2) after a start-up phase, and Combination unit (4) is associated with a control and regulating device (10) which controls the energy inflows and outflows within the combination unit (4) in response to a network control parameter setpoint (12) in such a way that the AC network (2) of the combination unit (4) supplied or taken from this from the AC mains (2) el ektrische energy the setpoint of Regelenergieabrufs (12), in particular a Sekundärregelenergieaufufs corresponds, is characterized in that the energy generator (8) is a gas and / or oil CHP, the electrical energy via a driven by this generator (14) in the alternating current network (2) feeds in that the energy store (6) is an accumulator which is connected to the electrical alternating current network (2) via an inverter (16) and a rectifier (18), and in that the control and regulating device (10) is electrically coupled to the gas and / or oil CHP (8), the generator (14), the inverter (16) and the rectifier (18) and controls them in such a way and controls that the combination unit (4) the grid control parameters Setpoint values (12), in particular the power level, the power gradient, the voltage level and the frequency, in that the control and regulating device (10) supplies electrical energy from the accumulator (6). via the inverter (16) into the AC network (2) and essentially simultaneously starts the gas and / or oil CHP (8), wherein the fed into the AC network (2) power of the accumulator (6) is reduced to the extent in which the from the gas and / or oil CHP (8) and the generator (14) in the AC mains (2) fed electrical power is increased.

Description

Wechselstromnetze reagieren aufgrund ihres Aufbaus sensibel auf Lastschwankungen. Aus diesem Grunde müssen die eingespeiste elektrische Leistung und die abgenommene elektrische Leistung stets im Gleichgewicht sein, da es sonst zu Spannungs- und Frequenzschwankungen kommt, die im schlimmsten Falle zu einer Beschädigung der angeschlossenen elektrischen Einrichtungen führen können. Eine Differenz zwischen eingespeister und abgerufener elektrischer Leistung wird bekanntermaßen durch Regelenergieleistung ausgeglichen.AC grids are sensitive to load fluctuations due to their design. For this reason, the injected electrical power and the electrical power removed must always be in balance, otherwise there will be voltage and frequency fluctuations that can lead to damage to the connected electrical equipment in the worst case. A difference between injected and retrieved electrical power is known to be compensated by control power.

Die langfristig eingespeiste und abgerufene Leistung kann dabei jedoch nur bedingt geplant werden. So ist beispielsweise der Energieverbrauch bei der Stahlproduktion langfristig planbar, wohingegen der Energiebedarf von privaten Haushalten stark schwankt und nicht mit hoher Zuverlässigkeit prognostiziert werden kann. Die Energieproduktion durch konventionelle Kraftwerke ist ebenfalls gut planbar; die von regenerativen Kraftwerk unterliegt hingegen Umweltschwankungen.However, the long-term input and retrieved performance can only be planned to a limited extent. For example, energy consumption in steel production can be planned in the long term, whereas private households' energy requirements fluctuate widely and can not be predicted with high reliability. Energy production by conventional power plants is also easy to plan; by regenerative power plant, however, is subject to environmental fluctuations.

Der vermehrte Einsatz von regenerativen Energiequellen in Wechselstromnetzen hat einen vermehrten Abruf von Regelenergieleistung zur Folge. Regenerative Energiequellen wie Photovoltaik- oder Windkraftanlagen unterliegen im besonderen Maße umweltbedingten Schwankungen. So erzeugen Photovoltaikanlagen an sonnenreichen Tagen viel elektrische Energie, die planbar über den Tag hinweg in das Wechselstromnetz eingespeist wird. Kommt es jetzt im Laufe eines Tages zum Beispiel aufgrund von Wolkenfeldern, die sich über die Solaranalgen bewegen, zu Schwankungen bei der eingespeisten elektrischen Leistung, so müssen diese durch sogenannte Regelenergieabrufe mit Regelenergieleistung ausgeglichen werden.The increased use of regenerative energy sources in alternating current networks results in an increased demand for control energy. Renewable energy sources such as photovoltaic or wind power plants are particularly subject to environmental fluctuations. On sunny days, photovoltaic systems generate a large amount of electrical energy, which can be planned into the AC grid throughout the day. If, during the course of a day, for example, due to cloud fields moving across the solar arrays, fluctuations in the fed-in electrical power occur, these must be compensated by so-called control energy outputs with control energy output.

Die Regelenergieleistung wird durch zu- und abschaltbare elektrische Stromerzeuger oder auch Stromverbraucher erzeugt. Dabei werden für den Fall, dass mehr elektrische Leistung aus dem Wechselstromnetz abgerufen als momentan eingespeist wird, zunächst schnellstartende Stromerzeuger für einen kurzfristen Ausgleich angefahren, die sogenannte Primärregelleistung bereit stellen. Falls dieses Ungleichgewicht nicht allein durch die Primärregelleistung abgedeckt werden kann, da die abgerufene Leistung über mehrere Minuten benötigt wird, werden Generatoren und Kraftwerke hochgefahren, die ihre Regelleistung erst nach ca. fünf Minuten zur Verfügung stellen können. Dabei handelt es sich um die sogenannte Sekundärregelleistung. Für den Fall, dass die benötigte Energie längerfristiger benötigt wird, werden weitere Kraftwerke hochgefahren die eine längere Anlaufphase von z. B. 15 min oder mehr aufweisen. Diese bilden die sogenannte Minutenreserve oder Tertiärregelleistung, die über einen beliebig langen Zeitraum bereitgestellt werden kann und dadurch zu einer Anhebung des Leistungsniveaus innerhalb des Wechselstromnetzes führen.The control power is generated by switchable on and off electric power generators or power consumers. In this case, in the event that more electric power is retrieved from the AC mains than is currently fed in, initially fast-starting power generators are approached for short-term balancing, providing the so-called primary control power. If this imbalance can not be covered by the primary control power alone, since the retrieved power is needed over several minutes, generators and power plants are started up, which can only provide their control power after about five minutes. This is the so-called secondary control power. In the event that the required energy is needed longer term, more power plants are started up a longer start-up phase of z. B. 15 minutes or more. These form the so-called minute reserve or tertiary control power, which can be provided over an arbitrarily long period of time and thereby lead to an increase in the power level within the AC network.

Konventionelle Gas- und/oder Öl Blockheizkraftwerke, die nachfolgend als ”BHKW” bezeichnet werden und die beispielsweise Gas-, Öl- oder Gas-Öl-Turbinen zur Bereitstellung der Leistung enthalten, wurden üblicher Weise in der Vergangenheit im Bereich der Minutenreserve eingesetzt. Aufgrund der gestiegenen Preise für fossile Brennstoffe und dem Überschuss an alternativ erzeugter elektrischer Energie am Strommarkt ist deren Betrieb zur dauerhaften Stromerzeugung seit einigen Jahren nicht mehr wirtschaftlich. Bedingt durch die lange Anlaufzeit von über fünf Minuten aus dem Stillstand können diese Turbinen zudem nicht ohne weiteres für den Sekundärregelenergiemarkt präqualifiziert werden. Ein Standby-Betrieb, bei dem die Turbinen kontinuierlich mit verminderter Leistung mitlaufen und einen positiven Sekundärregelenergieabruf bedienen ist technisch zwar möglich, wirtschaftlich und aus Umweltaspekten jedoch nicht sinnvoll. Diese Turbinen stehen somit oftmals still.Conventional gas and / or oil combined heat and power units, hereinafter referred to as "CHPs", which include, for example, gas, oil or gas oil turbines for providing the power, have traditionally been used in the minute reserve area in the past. Due to the increased prices for fossil fuels and the surplus of alternately generated electrical energy in the electricity market, their operation for permanent power generation has not been profitable for several years. Due to the long start-up time of more than five minutes from standstill, these turbines can not be easily pre-qualified for the secondary control energy market. A standby mode, in which the turbines run continuously with reduced power and operate a positive secondary control energy call is technically possible, economical and environmentally ineffective. These turbines are often silent.

Die Primärregelleistung kann zum Beispiel durch Akkumulatorspeicherkraftwerke, die kurzfristig innerhalb weniger Sekunden negative sowie positive Regelleistung erzeugen können, bereitgestellt werden. Allerdings sind Akkumulatorspeicherkraftwerke für den Sekundärregelenergiebereich aufgrund der benötigten Mindestleistung und Kapazität nicht wirtschaftlich, da die abzugebende Energiemenge eine Vielzahl von teuren Akkumulatormodulen erfordert.The primary control power can be provided, for example, by accumulator storage power plants, which can generate negative as well as positive control power within a few seconds in the short term. However, accumulator storage power plants for the secondary control energy range are not economical due to the required minimum power and capacity, since the amount of energy to be delivered requires a large number of expensive accumulator modules.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung von elektrischer Regelleistung zu schaffen, mit welchem sich die Kapazität eines Akkumulatorspeichers in einer als Einheit betriebenen Kombination aus einem Akkumlulatorspeicher und einem Gas- und/oder Öl BHKW, d. h. einem Blockheizkraftwerk, bei dem die Leistung durch eine Öl- oder/oder Gasturbine bereit gestellt wird, minimieren lässt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of providing electrical control power which increases the capacity of a rechargeable battery in a unit-operated combination of a rechargeable battery storage and a gas and / or oil CHP, i. H. a cogeneration plant, in which the power is provided by an oil or / or gas turbine can be minimized. This object is achieved by a method having the features of claim 1.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit welcher sich elektrische Regelleistung unter Einsatz eines Akkumulatorspeichers mit minimaler Kapazität innerhalb kürzester Zeit mit hoher Dynamik über einen prinzipiell beliebig langen Zeitraum hinweg bereit stellen lässt.A further object of the invention is to provide an arrangement for carrying out the method, with which electrical control power can be provided using a rechargeable battery storage with minimum capacity within a very short time with high dynamics over a basically arbitrarily long period of time.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 7 gelöst.This object is achieved by the features of claim 7.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Further features of the invention are contained in the subclaims.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bereitstellung von elektrischer Regelleistung zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes, das bei einer Vorgabefrequenz von insbesondere 50 Hz arbeitet, ist eine Kombinationseinheit zum Bereitstellen von elektrischer Regelleistung vorgesehen, die einen elektrischen Energiespeicher, der elektrische Energie aus dem Wechselstromnetz oder einer Erzeugungsanlage aufnehmen und über einen ersten Zeitraum hinweg in dieses abgeben kann, sowie einen Energieerzeuger enthält, der Energie nach einer Anlaufphase über einen zweiten Zeitraum hinweg in das Wechselstromnetz abgeben kann.According to the inventive method for providing electrical control power for stabilizing an AC network, which operates at a default frequency of 50 Hz in particular, a combination unit for providing electrical control power is provided, which receive an electrical energy storage, the electrical energy from the AC mains or a generating plant and over a first period of time, and includes a power generator that can deliver energy after a start-up phase over a second period in the AC network.

Weiterhin ist der Kombinationseinheit eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung zugeordnet, die die Energiezu- und Abflüsse innerhalb der Kombinationseinheit in Abhängigkeit von einem Netzregelparameter-Sollwert regelt. Diese Regelung erfolgt in der Weise, dass die dem Wechselstromnetz von der Kombinationseinheit zugeführte oder von dieser aus dem Wechselstromnetz entnommene elektrische Energie dem Sollwert eines Regelenergieabrufs entspricht. Der Regelenergieabruf ist ein der Kombinationseinheit von außen zugeführter Wert, bzw. ein Abruf von elektrischer Leistung, wie zum Beispiel ein Abruf von Primäregelleistung, Sekundärregelleistung, Tertiärregelleistung oder eine Kombination der zuvor genannten Regelenergieleistungsabrufe, der durch das Wechselstromnetz verursacht wird.Furthermore, the combination unit is associated with a control and regulating device which controls the energy inflows and outflows within the combination unit as a function of a network control parameter setpoint. This regulation takes place in such a way that the AC power supplied by the combination unit or taken from it from the AC mains electrical energy corresponds to the setpoint of Regelenergieabrufs. The control power call is a value externally supplied to the combination unit, such as a request for primary power, secondary control power, tertiary control power, or a combination of the aforementioned control power requests caused by the AC power network.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Energieerzeuger ein Gas- und/oder Öl BHKW ist, das die elektrische Energie über einen von diesem angetriebenen Generator in das Wechselstromnetz einspeist. Der Energiespeicher ist ein Akkumulator, beispielsweise ein Lithium-Polymer-Akkumulator, der über einen Wechselrichter sowie einen Gleichrichter mit dem elektrischen Wechselstromnetz verbunden ist. Die Steuerungs- und Regelungseinrichtung ist elektrisch mit dem Gas- und/oder Öl BHKW, dem Generator, dem Wechselrichter sowie dem Gleichrichter gekoppelt und steuert und regelt diese in der Weise, dass die Kombinationseinheit die Netzregelparameter-Sollwerte, insbesondere die Leistungshöhe, den Leistungsgradienten, die Spannungshöhe und die Frequenz einhält. Dabei wird durch die Steuerungs- und Regelungseinrichtung elektrische Energie vom Akkumulator über den Wechselrichter in das Wechselstromnetz eingespeist und im Wesentlichen gleichzeitig das Gas- und/oder Öl BHKW gestartet. Gemäß der Erfindung wird die dabei in das Wechselstromnetz eingespeiste elektrische Leistung des Akkumulators beim Hochfahren des Gas- und/oder Öl BHKW in dem Umfang verringert, in dem die von dem Gas- und/oder Öl BHKW und dem Generator in das Wechselstromnetz eingespeiste elektrische Leistung erhöht wird. Die Zeitdauer für das Hochfahren des Gas- und/oder Öl BHKWs wird dabei in erster Linie durch das Hochfahren der darin eingesetzten Turbine bestimmt.The inventive method is characterized in that the energy generator is a gas and / or oil CHP, which feeds the electrical energy via a driven by this generator in the AC grid. The energy store is an accumulator, for example a lithium-polymer accumulator, which is connected via an inverter and a rectifier to the electrical AC network. The control and regulating device is electrically coupled to the gas and / or oil CHP, the generator, the inverter and the rectifier and controls and regulates these in such a way that the combination unit, the network control parameter setpoints, in particular the power level, the power gradient, the voltage level and the frequency complies. In this case, electrical energy is fed from the accumulator via the inverter in the AC network and started substantially simultaneously the gas and / or oil CHP by the control and regulation device. According to the invention, the electrical power of the accumulator which is fed into the AC network is reduced during start-up of the gas and / or oil CHP to the extent that the electrical power fed into the AC mains by the gas and / or oil CHP and the generator is increased. The period for the startup of the gas and / or oil CHP is determined primarily by the startup of the turbine used therein.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass ein träges Gas- und/oder Öl BHKW, welches sich aufgrund seiner vergleichsweise langen Hochfahrzeit von mehr als fünf Minuten allein nicht für die Bereitstellung von Sekundärregelleistung präqualifiziert, nunmehr durch Kombination mit einem Akkumulatorspeicher, der lediglich eine vergleichsweise geringe Kapazität aufweist, die ebenfalls allein nicht zur Bereitstellung von Sekundärregelleistung ausreicht, als hochdynamische Einheit betreiben lässt, die auf kostengünstige Weise die Vorteile von beiden Systemen vereint und – mit Ausnahme der erforderlichen Wartungsarbeiten – prinzipiell bei Bedarf für eine beliebig lange Zeitdauer betrieben werden kann.The invention offers the advantage that an inert gas and / or oil CHP, which due to its comparatively long start-up time of more than five minutes alone does not prequalify for the provision of secondary control power, now by combining with a rechargeable battery, which only a comparatively low Capacity, which also is not sufficient alone to provide secondary control power, can be operated as a highly dynamic unit, which combines the advantages of both systems in a cost effective manner and - with the exception of the required maintenance - in principle can be operated as needed for any length of time.

Besonders eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Nachrüstung bei bereits installierten Turbinen, die aufgrund der gestiegenen Brennstoffpreise derzeit nicht mehr wirtschaftlich betrieben werden können und dadurch ohne das erfindungsgemäße Verfahren hinfällig wären. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens können diese derzeit ungenutzten BHKWs, bzw. allgemein die in Verbindung mit Generatoren eingesetzten Gas- und/oder Öl Turbinen jetzt mit einem vergleichsweise überschaubaren finanziellen Investitionsaufwand zur Bereitstellung von Primär und Sekundärregelleistung reaktiviert werden, was insbesondere bei einer weiteren Zunahme des Anteils an regenerativen Energieträgern von zunehmender Wichtigkeit für einen zuverlässigen Betrieb der Stromnetze ist.The inventive method is particularly suitable for retrofitting in already installed turbines, which currently can not be operated economically due to the increased fuel prices and thus would be obsolete without the inventive method. By using the method according to the invention, these currently unused CHPs or, more generally, the gas and / or oil turbines used in conjunction with generators can now be reactivated with a comparatively manageable financial outlay for providing primary and secondary control power, which is especially a further increase the share of renewable energy sources is of increasing importance for the reliable operation of electricity grids.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt der Energiespeicher die benötigte elektrische Energie zum Starten des Gas- und/oder Öl BHKW während der Anlaufphase bereit.In the preferred embodiment of the invention, the energy storage provides the required electrical energy for starting the gas and / or oil CHP during the start-up phase.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Kombinationseinheit ohne den Abfluss von elektrischer Leistung aus dem Wechselstromnetz gestartet werden kann. Diese, als Schwarzstartfähigkeit bezeichnete Betriebsaufnahme der Kombinationseinheit hat den Vorteil, dass dem bereits belasteten Wechselstromnetz bei einem Leistungsabruf nicht noch weitere elektrische Leistung für den Anlassvorgang der Turbine entnommen werden muss.This results in the advantage that the combination unit can be started without the outflow of electrical power from the AC mains. This, called black start capability recording the combination unit has the advantage that the already loaded AC network in a power demand does not need to be taken further electrical power for the starting process of the turbine.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aktiviert die Steuerungs- und Regelungseinrichtung den Gleichrichter sowie das Gas- und/oder Öl BHKW und den Generator nach einer Regelleistungsanfrage im Anschluss an den zweiten Zeitraum zum Aufladen des Akkumulators für eine solche Zeitdauer weiter, bis die dem Akkumulator während des Startvorgangs und der Anlaufphase entnommene Energiemenge wieder in den Akkumulator zurückgeführt ist.In the preferred embodiment of the invention, the control and regulating device activates the rectifier and the gas and / or oil CHP and the generator after a control power request following the second period for charging the accumulator for such a period of time until the accumulator during the startup process and the startup phase removed amount of energy is returned to the accumulator.

In vorteilhafter Weise wird der Energiespeicher bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem mittleren Ladeniveau, vorzugsweise bei 40% bis 60% seiner Nennkapazität, betrieben, um sowohl positive Regelleistung, d. h. die Abgabe von elektrischer Energie aus dem Speicher in das Wechselstromnetz, sowie negative Regelleistung, d. h. den Abfluss von elektrischer Energie aus dem Wechselstromnetz in den Speicher, bereit stellen zu können.Advantageously, when using the method according to the invention, the energy store is operated at a medium charge level, preferably at 40% to 60% of its rated capacity, to provide both positive control power, i. H. the release of electrical energy from the memory into the AC mains, as well as negative control power, d. H. to be able to provide the outflow of electrical energy from the AC network to the storage facility.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken besitzt der Akkumulator eine solche Nennleistung, dass dieser über den ersten Zeitraum hinweg gleichzeitig Primärregelleistung, Sekundärregelleistung und die benötigte elektrische Leistung zum Starten der Turbine bereitstellen kann.According to a further idea underlying the invention, the accumulator has such a rated power that it can simultaneously provide primary control power, secondary control power and the required electric power for starting the turbine over the first period of time.

Obgleich sich die Kosten für den Akkumulatorspeicher hierdurch vergrößern, hat dies den Vorteil, dass die Kombinationseinheit eine Primärregelleistungsanfrage sowie eine Sekundärregelleistungsanfrage gleichzeitig bedienen kann.Although this increases the cost of the accumulator memory, this has the advantage that the combination unit can simultaneously service a primary control power request and a secondary control power request.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt in dem Fall, dass von der Kombinationseinheit keine negative Regelleistungsanfrage bedient wird, d. h. elektrische Leistung aus dem Stromnetz entnommen wird, das Laden des Akkumulators durch den vom Gas- und/oder Öl BHKW angetriebenen Generator über den Gleichrichter, ohne dass hierfür zusätzliche elektrische Leistung aus dem Wechselstromnetz entnommen wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Turbine des BHKWs für eine längere Zeitdauer betrieben wird und hierdurch gegebenenfalls wieder für eine während des Ladens eingehende Sekundärleistungsanfrage zur Verfügung steht, ohne diese zwischenzeitlich herunter zu fahren.According to a further embodiment of the invention, in the event that no negative control power request is serviced by the combination unit, i. H. electrical power is removed from the mains, the charging of the accumulator by the gas and / or oil CHP driven generator via the rectifier, without that additional electric power is taken from the AC mains. This results in the advantage that the turbine of the CHP is operated for a longer period of time and thereby optionally again for a incoming during charging secondary power request is available without driving them down in the meantime.

Weiterhin ist bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen die Energiemenge, die der Akkumulator abgeben oder aufnehmen kann, vorzugsweise kleiner als die Energiemenge einer Sekundärregelleistungsanfrage mit maximaler Dauer. Hierdurch lassen sich die Größe – und dadurch die Kosten – für die Bereitstellung des Akkumulatorspeichers unter Beibehaltung der mit der Erfindung verbundenen Vorteile beachtlich reduzieren.Furthermore, in the embodiments described above, the amount of energy that the accumulator can deliver or absorb is preferably less than the amount of energy of a secondary control power request of maximum duration. As a result, the size - and thus the cost - for the provision of the accumulator memory while maintaining the advantages associated with the invention can be considerably reduced.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Bereitstellung von elektrischer Regelleistung zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes, das bei einer Vorgabefrequenz von insbesondere 50 Hz arbeitet, eine Kombinationseinheit zum Bereitstellen von elektrischer Regelleistung. Die Kombinationseinheit umfasst einen Energiespeicher, der elektrische Energie aus dem Wechselstromnetz oder einer sonstigen bekannten Erzeugungsanlage aufnehmen und über einen ersten Zeitraum hinweg in dieses abgeben kann, sowie einen Energieerzeuger, der nach einer Anlaufphase Energie über einen zweiten Zeitraum hinweg in das Wechselstromnetz abgeben kann. Der Kombinationseinheit ist darüber hinaus eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung zugeordnet, die die Energiezu- und Abflüsse innerhalb der Kombinationseinheit in Abhängigkeit von einem Netzregelparameter-Sollwert regelt. Die Steuerungs- und Regelungseinrichtung steuert und regelt dabei die dem Wechselstromnetz von der Kombinationseinheit zugeführte oder von dieser aus dem Wechselstromnetz entnommene elektrische Energie in der Weise, dass diese dem Sollwert eines Regelenergieabrufs, insbesondere eines Sekundärregelenergieabrufs, entspricht.According to a further idea underlying the invention, an arrangement according to the invention for carrying out the above-described method for providing electrical control power for stabilizing an AC network operating at a default frequency of, in particular 50 Hz, comprises a combination unit for providing electrical control power. The combination unit comprises an energy store, which can receive electrical energy from the AC network or other known generation plant and deliver it over a first period of time, as well as a power generator, which can deliver energy for a second period in the AC network after a start-up phase. The combination unit is also associated with a control and regulating device which controls the energy inflows and outflows within the combination unit as a function of a network control parameter setpoint. The control and regulating device controls and regulates the AC power supplied by the combination unit or taken from this from the AC power electrical energy in such a way that it corresponds to the setpoint of Regelenergieabrufs, in particular a Sekundärregelenergieaufufs.

Gemäß der Erfindung ist der Energieerzeuger hierbei ein Gas- und/oder Öl BHKW, das elektrische Energie über einen von diesem angetriebenen Generator in das Wechselstromnetz einspeist. Der Energiespeicher umfasst einen Akkumulator, der über einen Wechselrichter sowie einen Gleichrichter mit dem elektrischen Wechselstromnetz verbunden ist. Die Steuerungs- und Regelungseinrichtung ist elektrisch mit dem Gas- und/oder Öl BHKW, dem Generator, dem Wechselrichter sowie dem Gleichrichter gekoppelt und steuert, bzw. regelt die zuvor genannten Komponenten in der Weise, dass die vom Akkumulator über den Wechselrichter in das Wechselstromnetz eingespeiste elektrische Leistung in Abhängigkeit von einem momentan angefragten Regelenergieabruf in dem Maße reduziert wird, in dem die von dem Gas- und/oder Öl BHKW und dem Generator nach dem Anlassen der Turbine in das Wechselstromnetz eingespeiste elektrische Leistung erhöht wird. Der Regelenergieabruf kann hierbei ein Energieabruf für Primärregelleistung und/oder Sekundäregelleistung und/oder auch für die sogenannte Minutenreserve sein.According to the invention, the energy generator here is a gas and / or oil CHP, which feeds electrical energy via a generator driven by this generator in the AC mains. The energy store comprises an accumulator, which is connected via an inverter and a rectifier to the electrical AC network. The control and regulation device is electrically coupled to the gas and / or oil CHP, the generator, the inverter and the rectifier and controls or regulates the aforementioned components in such a way that the battery from the inverter via the inverter into the AC mains fed electrical power is reduced as a function of a currently requested Regelenergieabruf the extent to which the fed from the gas and / or oil CHP and the generator after starting the turbine into the AC mains electrical power is increased. The control energy request can here be an energy call for primary control power and / or secondary power and / or also for the so-called minute reserve.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist der Energieerzeuger eine elektrische Nennleistung von 1 MW bis 25 MW, bevorzugt 2 MW bis 15 MW, besonders bevorzugt 5 MW auf. Die Betriebsspannung des Wechselspannungsnetzes liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 10 kV bis 30 kV, bevorzugt 15 kV bis 25 kV, besonders bevorzugt 20 kV.In the preferred embodiment of the arrangement according to the invention, the energy generator has a rated electrical power of 1 MW to 25 MW, preferably 2 MW to 15 MW, particularly preferably 5 MW. The operating voltage of the alternating voltage network is preferably in the range of 10 kV to 30 kV, preferably 15 kV to 25 kV, particularly preferably 20 kV.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken besitzt der Energiespeicher eine elektrische Kapazität von 1 bis 25 MWh, bevorzugt 2 bis 15 MWh, besonders bevorzugt 4 MWh bis 7 MWh. Die elektrische Kapazität des Energiespeichers wird dabei in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von der elektrischen Nennleistung des Energieerzeugers, bzw. der entsprechen Nennleistung für die Präqualifizierung der Kombinationseinheit so gewählt, dass zumindest ein gleichzeitiger Primärregelleistungsabruf sowie einen Sekundärregelleistungsabruf bedient werden können.According to a further idea underlying the invention, the energy store has an electrical capacity of 1 to 25 MWh, preferably 2 to 15 MWh, more preferably 4 MWh to 7 MWh. The electrical capacity of the energy storage is advantageously in Dependent on the rated electrical power of the power generator, or the corresponding rated power for the prequalification of the combination unit chosen so that at least a simultaneous Primärregelperungsabruf and a secondary control reserve can be operated.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Wechselrichter eine elektrische Nennleistung, die wenigstens der Summe aus elektrischer maximaler Primärregelleistung, maximaler Sekundärregelleistung und der für den Startvorgang des Gas- und/oder Öl BHKWs benötigten elektrischen Startleistung entspricht.In a particularly preferred embodiment of the invention, the inverter has an electrical rated power, which corresponds to at least the sum of electrical maximum primary control power, maximum secondary control power and the required for the starting operation of the gas and / or oil CHP electrical starting power.

Dies bietet den Vorteil, dass die Kombinationseinheit schwarzstartfähig ist.This offers the advantage that the combination unit is black start capable.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken sind der Gleichrichter und/oder die Wechselrichter in die Kombinationseinheit integriert. Dies hat den Vorteil, dass die Kombinationseinheit kompakter aufgebaut werden kann.According to a further idea underlying the invention, the rectifier and / or the inverters are integrated into the combination unit. This has the advantage that the combination unit can be made more compact.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kapazität des Akkumulators so gewählt, dass die angeforderte Regelleistung sofort zur Verfügung gestellt und die Hochlaufzeit des Gas- und/oder Öl BHKWs überbrückt werden kann.In the preferred embodiment of the invention, the capacity of the accumulator is chosen so that the requested control power can be made immediately available and the run-up time of the gas and / or oil CHP can be bridged.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken ist es in Hinblick auf eine hohe Dynamik der Kombinationseinheit besonders vorteilhaft, wenn die Steuerungs- und Regelungseinrichtung die Energiezu- und Abflüsse innerhalb der Kombinationseinheit durch ein kurzfristiges Zu- und Abschalten des Akkumulators über den Wechselrichter bzw. den Gleichrichter bei eingeschaltetem Gas- und/oder Öl BHKW steuert. Dabei wird die Energie, die das Gas- und/oder Öl BHKW beispielsweise innerhalb der Kombinationseinheit durch den Akkumulator zum Laden desselben verbraucht, wohingegen nach außen hin, d. h. gegenüber dem Stromnetz, lediglich die kumulierte Leistung aus positiver elektrischer Leistung des Gas- und/oder Öl BHKWs und negativer Leistung des Akkumulators bereitgestellt wird.According to another idea underlying the invention, it is particularly advantageous in view of high dynamics of the combination unit, when the control and regulating device, the energy supply and outflows within the combination unit by a short-term connection and disconnection of the battery via the inverter or the Rectifier controls with activated gas and / or oil CHP. In this case, the energy that consumes the gas and / or oil CHP, for example, within the combination unit by the accumulator for charging the same, whereas to the outside, d. H. relative to the power grid, only the cumulative power from positive electrical power of the gas and / or oil CHP and negative power of the accumulator is provided.

Dies hat den Vorteil, dass das Gas- und/oder Öl BHKW, bzw. die darin eingesetzte, beim Hochfahren vergleichsweise langsame und während des Dauerbetriebs gegenüber Änderungen der benötigten elektrischen Leistung träge Turbine nach außen hin erheblich dynamischer wirkt, was es überhaupt erst ermöglicht, sowohl positive als auch negative kurzfristige primäre Regelleistungsanfragen in der geforderten Zeit und gleichzeitig auch Sekundärregelleistungsanfragen zu bedienen.This has the advantage that the gas and / or oil CHP, or used therein during start-up comparatively slow and during continuous operation against changes in the required electric power inert turbine to the outside considerably more dynamic effect, which makes it possible in the first place Serve both positive and negative short-term primary control requests in the required time and at the same time secondary control requests.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken kann der Gleichrichter integral als Einheit in den Wechselrichter integriert sein. Hierbei ist der Gleichrichter in der Lage, den Akkumulator aufzuladen, wozu der Gleichrichter beispielsweise einen in den Gleichrichter integrierten Laderegler aufweisen kann, oder der Energiespeicher mit dem Gleichrichter über ein geeignetes elektronisches Batteriemanagementsystem gekoppelt ist.According to another idea underlying the invention, the rectifier can be integrally integrated as a unit in the inverter. Here, the rectifier is able to charge the accumulator, including the rectifier may have, for example, a built-in rectifier charge controller, or the energy storage is coupled to the rectifier via a suitable electronic battery management system.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben.The invention will be described below with reference to the drawings with reference to a preferred embodiment.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Bereitstellung von elektrischer Regelleistung zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes, 1 A schematic representation of an arrangement according to the invention for the provision of electrical control power for stabilizing an AC network,

2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung bei der Abgabe von elektrischer Regelleistung durch den Energiespeicher, 2 a schematic representation of the arrangement according to the invention in the delivery of electrical control power through the energy storage,

3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung bei der Abgabe von elektrischer Regelleistung durch eine Kombination von Energiespeicher und Energieerzeuger, 3 a schematic representation of the arrangement according to the invention in the delivery of electrical control power by a combination of energy storage and power generator,

4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung bei der Abgabe von elektrischer Regelleistung und dem gleichzeitigen Wiederaufladen des Energiespeichers durch den Energieerzeuger, 4 a schematic representation of the arrangement according to the invention in the delivery of electrical control power and the simultaneous recharging of the energy storage by the power generator,

5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung bei der Abgabe von elektrischer Regelleistung durch den Energieerzeuger, 5 a schematic representation of the arrangement according to the invention in the delivery of electrical control power by the power generator,

6 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung beim Aufladen des Energiespeichers durch den Energieerzeuger ohne Abgabe von elektrischer Regelleistung, 6 a schematic representation of the arrangement according to the invention during charging of the energy storage by the power generator without delivery of electrical control power,

7 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung bei der Aufnahme von elektrischer Regelleistung durch den Energiespeicher; und 7 a schematic representation of the arrangement according to the invention in the recording of electrical control power through the energy storage; and

8 ein schematisches Leistungsdiagramm der Kombinationseinheit für die gleichzeitige Abgabe von Primär- und Sekundärregelleistung. 8th a schematic performance diagram of the combination unit for the simultaneous delivery of primary and secondary control power.

Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung 1 zur Bereitstellung von elektrischer Regelleistung zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes 2 eine Kombinationseinheit 4. Das Wechselstromnetz 2, welches in vorteilhafter Weise als Mittelspannungsnetz mit einer Betriebsspannung von 3 kV bis 30 kV insbesondere 20 kV ausgelegt ist, ist bevorzugt über einen Transformator 22 mit einem Hochspannungsnetz 2a verbunden, durch das der Strom über größere Strecken hinweg transportiert wird. Das Hochspannungsnetz wird beispielsweise mit Spannungen von 60 kV bis zu 1150 kV, bevorzugt 110 kV, betrieben.As in 1 is shown, comprises an inventive arrangement 1 for providing electrical control power for stabilizing an AC network 2 a combination unit 4 , The AC mains 2 , which in an advantageous manner as medium-voltage network with a Operating voltage of 3 kV to 30 kV in particular 20 kV is designed, is preferably via a transformer 22 with a high voltage network 2a connected, through which the electricity is transported over long distances. The high-voltage network is operated, for example, with voltages of 60 kV up to 1150 kV, preferably 110 kV.

Die Kombinationseinheit 4 umfasst einen Energiespeicher in Form eines Akkumulatorspeichers 6, einen Wechselrichter 16, einen Gleichrichter bzw. Laderegler 18, einen Energieerzeuger 8 und einen Generator 14. Dabei kann der Energiespeicher 6 elektrische Energie aus dem Wechselstromnetz 2 oder alternativ einer sonstigen bekannten Erzeugungsanlage, z. B. einem Dieselaggregat über den Gleichrichter 18 aufnehmen und diese zu einem späteren Zeitpunkt über einen ersten Zeitraum hinweg über den Wechselrichter 16 an das Wechselstromnetz 2 abgeben. Der Energieerzeuger 8 kann nach einer Anlaufphase elektrische Energie über einen zweiten Zeitraum hinweg durch den Generator 14 in das Wechselstromnetz 2 abgeben.The combination unit 4 comprises an energy store in the form of an accumulator memory 6 , an inverter 16 , a rectifier or charge controller 18 , an energy producer 8th and a generator 14 , In this case, the energy storage 6 electrical energy from the AC grid 2 or alternatively another known generation plant, eg. B. a diesel engine via the rectifier 18 record this at a later time over a period of time over the inverter 16 to the AC mains 2 submit. The energy generator 8th can after a start-up phase electrical energy over a second period of time by the generator 14 into the AC mains 2 submit.

Das Wechselstromnetz 2 wird dabei mit einer im Wesentlichen konstanten Vorgabefrequenz von insbesondere 50 Hz betrieben, die durch zugeführte oder entnommen Regelenergie stabilisiert wird.The AC mains 2 is operated with a substantially constant default frequency of 50 Hz in particular, which is stabilized by supplied or removed control energy.

Die Kombinationseinheit 4 umfasst eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10, die die Energiezu- und Abflüsse innerhalb der Kombinationseinheit 4 in Abhängigkeit von einem Netzregelparameter-Sollwert 12 regelt.The combination unit 4 comprises a control and regulation device 10 that the energy inflows and outflows within the combination unit 4 depending on a network control parameter setpoint 12 regulates.

Der Energieerzeuger 8 ist erfindungsgemäß ein Gas- und/oder Öl BHKW 8, das mit dem angetrieben Generator 14 gekoppelt ist und die elektrische Energie über diesen in das Wechselstromnetz 2 einspeisen kann. Der Energiespeicher 6 ist ein Akkumulatorspeicher mit einer Vielzahl von insbesondere Lithiumakkumulatoren, wie z. B. Lithium-Polymer-Akkumulatoren, der über den Wechselrichter 16 sowie den Gleichrichter 18 mit dem elektrischen Wechselstromnetz 2 verbunden ist. Dabei ist die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10 elektrisch mit dem Gas- und/oder Öl BHKW 8, dem Generator 14, dem Wechselrichter 16 sowie dem Gleichrichter 18 gekoppelt.The energy generator 8th is a gas and / or oil CHP according to the invention 8th that with the powered generator 14 is coupled and the electrical energy through this into the AC grid 2 can feed. The energy storage 6 is a storage battery with a variety of particular lithium batteries, such as. As lithium-polymer batteries, via the inverter 16 as well as the rectifier 18 with the electric AC network 2 connected is. Here is the control and regulation device 10 electrically with the gas and / or oil CHP 8th , the generator 14 , the inverter 16 as well as the rectifier 18 coupled.

Wie in 1 weiterhin gezeigt ist, besitzt die Kombinationseinheit 4 vorzugsweise einen Netztrennschalter 20, über den sich eine Sammelschiene 34 mit dem Wechselstromnetz 2 verbinden, bzw. von diesem trennen lässt, an die die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10 angeschlossen ist, welche die momentanen Ströme und Spannungen auf der Sammelschiene 34 erfasst und verarbeitet.As in 1 is further shown possesses the combination unit 4 preferably a mains disconnector 20 over which a busbar 34 with the AC mains 2 connect, or can be separated from this, to which the control and regulating device 10 is connected, showing the instantaneous currents and voltages on the busbar 34 captured and processed.

2 zeigt einen Abruf von Regelleistung durch die Kombinationseinheit 4 nach dem Eingang eines Netzregelparameter-Sollwerts 12. Der beispielsweise über ein nicht näher gezeigtes Datennetzwerk zugeführte Netzregelparameter-Sollwert 12 wird durch die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10 erfasst und verarbeitet. Diese leitet daraus eine Größe für die bereitzustellende Regelenergie ab und stellt diese Regelenergie durch eine entsprechende Ansteuerung des Wechselrichters 16 aus dem Energiespeicher 6 bereit, die dem Wechselstromnetz 2 durch Schließen des Netztrennschalters 20 zugeführt wird. 2 shows a call of control power by the combination unit 4 after receipt of a network control parameter setpoint 12 , The example supplied via a not shown data network network control parameter setpoint 12 is through the control and regulation device 10 captured and processed. From this derives a size for the control energy to be provided and provides this control energy by a corresponding control of the inverter 16 from the energy store 6 ready for the AC mains 2 by closing the power disconnect switch 20 is supplied.

Je nach angefragter Leistung und Dauer des Regelenergieabrufs sowie dem momentanen Ladezustands des Akkumulators 6 wird von der Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10 entschieden, ob das Gas- und/oder Öl BHKW 8 hochgefahren wird oder nicht. Bei einem zeitgleichen Eintreffen von verschiedenen Regelenergieabrufen, wie beispielsweise einem zeitgleichen Abruf von Primärregelenergie und Sekundärregelenergie, wird das BHKW 8, bzw. die darin eingesetzte Turbine bevorzugter Weise im Wesentlichen zeitgleich mit dem Eingang der Leistungsanfrage durch den Netzregelparameter-Sollwert 12 hochgefahren.Depending on the requested power and duration of the control energy request and the current state of charge of the battery 6 is from the control and regulation device 10 decided whether the gas and / or oil CHP 8th is raised or not. When a simultaneous arrival of different control energy calls, such as a simultaneous call of primary control energy and secondary control energy, the CHP is 8th , or the turbine used therein, preferably at substantially the same time as the input of the power request by the network control parameter setpoint 12 booted.

3 zeigt den Abruf von positiver Sekundärregelenergie sowie den gegebenenfalls zeitgleichen Abruf von positiver Primärregelenergie. Die Anfrage durch den Netzregelparameter-Sollwert 12 veranlasst die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10 hierbei, den Wechselrichter 16 zu aktivieren, um die geforderte Primärregelleistung über den Akkumulator 6 bereit zu stellen. Im Wesentlichen zeitgleich wird das Gas- und/oder Öl BHKW 8 gestartet. Hierzu wird bevorzugt überschüssige Energie eingesetzt, die z. B. über das Wechselstromnetz 2 an der Sammelschiene 34 bereit gestellt wird. Sofern keine solche zusätzliche Energie zum Starten der Turbine aus dem Wechselstromnetz 2 verfügbar sein sollte, wird der Wechselrichter 16 durch die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10 in der Weise gesteuert, dass die zusätzlich zu der Primärregelleistungsanfrage benötigte Startenergie durch den Akkumulator 6 bereit gestellt wird. Nach dem Starten der Turbine 14 und während des Hochfahrens derselben wird die vom Akkumulator 6 abgegebene elektrische Leistung von der Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10 durch eine entsprechende Ansteuerung des Wechselrichters 16 fortlaufend um den Betrag der von dem Gas- und/oder Öl BHKW 8 über den Generator 14 bereitgestellten elektrische Leistung reduziert. Dazu vergleicht die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10 vorzugsweise fortlaufend die auf der Sammelschiene 34 bereitgestellte elektrische Leistung mit der durch den Netzregelparameter-Sollwert 12 angefragten Regelleistung. 3 shows the retrieval of positive secondary control energy as well as the optionally simultaneous retrieval of positive primary control energy. The request by the network control parameter setpoint 12 initiates the control and regulation device 10 here, the inverter 16 to activate the required primary control power via the accumulator 6 to provide. At the same time, the gas and / or oil is CHP 8th started. For this purpose, excess energy is preferably used, the z. B. via the AC mains 2 at the busbar 34 provided. Unless there is such extra energy to start the turbine from the AC grid 2 should be available, the inverter 16 by the control and regulation device 10 controlled in such a way that the starting energy required in addition to the primary control power request by the accumulator 6 provided. After starting the turbine 14 and during start-up of the same is the from the accumulator 6 delivered electrical power from the control and regulating device 10 by a corresponding control of the inverter 16 continuously by the amount of the gas and / or oil CHP 8th over the generator 14 provided electrical power reduced. The control and regulation device compares this 10 preferably continuously on the busbar 34 provided electrical power with the by the network control parameter setpoint 12 requested control power.

In 4 wird der Akkumulator 6 über den Gleichrichter 18 mit der durch das Gas- und/oder Öl BHKW 8 über den angetriebenen Generator 14 auf der Sammelschiene 34 bereitgestellten elektrischen Leistung aufgeladen, während gleichzeitig Regelleistung an das Wechselstromnetz 2 abgegeben wird. In 4 becomes the accumulator 6 over the rectifier 18 with the gas and / or oil CHP 8th over the powered generator 14 on the busbar 34 provided electric power while at the same time regulating power to the AC mains 2 is delivered.

Das Gas- und/oder Öl BHKW 8 ist in vorteilhafter Weise so dimensioniert, dass dieses auch während eines größtmöglichen Sekundärregelenergieabrufs zusätzlich noch elektrische Leistung bereit stellen kann, die in diesem Falle vorzugsweise dazu verwendet wird, den Akkumulator 6 zu laden. Dies ermöglicht es, den Energiespeicher/Akkumulator 6 auf einem vorzugsweise mittleren Ladestand von circa 50% bis 60% seiner Nennkapazität zu halten, selbst wenn mehrfach kurz nacheinander zusätzlich zu einem Sekundärregelenergieabruf mehrere Primärregelenergieabrufe bedient werden müssen.The gas and / or oil CHP 8th is advantageously dimensioned so that this can provide additional electrical power even during a maximum Sekundärregelenergieaufufs, which is preferably used in this case, the accumulator 6 to load. This allows the energy storage / accumulator 6 to hold on a preferably medium charge level of about 50% to 60% of its rated capacity, even if multiple primary control energy calls must be operated several times in quick succession in addition to a Sekundärregelenergieabruf.

In der in 5 gezeigten Konfiguration stellt die Kombinationseinheit 4 Regelleistung ausschließlich über das Gas- und/oder Öl BHKW 8 bereit, während der Akkumulator 6, der Wechselrichter 16 und der Gleichrichter 18 nicht aktiviert sind. In dieser Konfiguration kann die Kombinationseinheit 4 über einen sehr langen Zeitraum hinweg, beispielsweise mehrere Stunden oder im Ausnahmefalle gar mehrere Tage, Regelleistung bereitstellen, falls dies z. B. aufgrund eines Ausfalls eines Hauptenergieerzeugers im Wechselstromnetz 2 erforderlich sein sollte.In the in 5 configuration shown represents the combination unit 4 Control power exclusively via the gas and / or oil CHP 8th ready while the accumulator 6 , the inverter 16 and the rectifier 18 are not activated. In this configuration, the combination unit 4 Provide control power over a very long period of time, for example, several hours or in exceptional cases even several days, if this z. B. due to a failure of a main energy generator in the AC network 2 should be required.

6 zeigt das Aufladen des Akkumulators 6 durch das Gas- und/oder Öl BHKW 8. Die Leistung der erzeugten Energie entspricht der Ladeleistung des Akkumulators 6. Dies führt zu dem Vorteil, dass der Akkumulator 6 nach dem Abschluss eines Regelenergieabrufs durch das laufende Gas- und/oder Öl BHKW 8, wieder aufgeladen werden kann, ohne Energie aus dem Wechselstromnetz 2 zu entnehmen. 6 shows the charging of the accumulator 6 through the gas and / or oil CHP 8th , The power of the generated energy corresponds to the charging power of the accumulator 6 , This leads to the advantage that the accumulator 6 after completion of a control energy call by the running gas and / or oil CHP 8th , can be recharged without power from the AC mains 2 refer to.

Ebenso ist es denkbar, das Gas- und/oder Öl BHKW 8 beim Erreichen eines Schwellwerts für den Ladezustand des Akkumulators 6, z. B. bei einer Restenergiemenge, die lediglich 20% der Nennkapazität entspricht, durch die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10 zu starten, um den Akkumulator 6 unabhängig vom Wechselstromnetz 2 aufzuladen.It is also conceivable, the gas and / or oil CHP 8th upon reaching a threshold for the state of charge of the accumulator 6 , z. B. at a residual energy amount corresponding to only 20% of the rated capacity, by the control and regulating device 10 to start, to the accumulator 6 independent of the AC mains 2 charge.

7 zeigt die Aufnahme von negativer elektrischer Regelleistung durch die Kombinationseinheit 4. Die Regelenergieanfrage durch den Netzregelparameter-Sollwert 12 wird dabei durch die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10 verarbeitet. Diese aktiviert den Gleichrichter 18. Dadurch wird elektrische Energie aus dem Wechselstromnetz 2 über die Sammelschiene 34 durch den Gleichrichter 18 in den Akkumulator 6 eingeleitet. 7 shows the absorption of negative electrical control power by the combination unit 4 , The control energy request through the network control parameter setpoint 12 is doing by the control and regulation device 10 processed. This activates the rectifier 18 , This will generate electrical energy from the AC grid 2 over the busbar 34 through the rectifier 18 in the accumulator 6 initiated.

In 8 ist beispielhaft ein nahezu gleichzeitiger Abruf von Primär- und Sekundärregelleistung gezeigt. Auf der Abszissenachse ist hierbei die Zeit und auf der Ordinatenachse die elektrische Leistung P aufgetragen. Dabei gibt die als strichpunktierte Linie dargestellte Kurve 24 den Abruf an Primärregelenergie wieder, nach deren Anstieg die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10 analog zu 2 Primärregelleistung in Form der Leistungskurve 32 durch die Kombinationseinheit 4 bereitstellt. Nach dem Erreichen der geforderten Regelleistung erfolgt im Beispiel von 8 ein weiterer Abruf von Regelleistung in Form eines Sekundärregelenergieabrufs 26. Dies hat zur Folge, dass das Gas- und/oder Öl BHKW 8 angefahren und nach dem Erreichen der Solldrehzahl die durch die Kurve 26 wiedergegebene elektrische Leistung durch den Generator 14 fortlaufend erhöht wird. Dabei wird die vom Energiespeicher/Akkumulator 6 bereit gestellte Leistung 30 von der Steuerungs- und Regelungseinrichtung 10 in gleichem Maße durch eine entsprechend Steuerung des Wechselrichters 16 reduziert. Die durch die Kombinationseinheit 4 an das Wechselstromnetz 2 abgegebene elektrische Leistung 32 ist in diesem Falle im Wesentlichen konstant auf dem geforderten Plateau. Durch die Leistungsreserven des Gas- und/oder Öl BHKW 8 übernimmt diese nach dem Anlaufen einen immer größer wendenden Anteil an der erbrachten elektrischen Leistung 32 der Kombinationseinheit 4 bis zum Ende des Primärregelenergieabrufs 24. Nachdem der Primärregelenergieabruf 24 beendet ist, wird das Gas- und/oder Öl BHKW 8 kontrolliert auf das gesunkene Plateau für den Sekundärregelenergieabruf 26 heruntergefahren. Um das Plateau schnellstmöglich zu erreichen wird hierbei vorzugsweise die überschüssige Leistung der Turbine 8 analog der in 4 gezeigten Konfiguration zum Laden des Akkumulators 6 eingesetzt. Nach der Beendigung des verbleibenden Sekundärregelenergieabrufs 26 und dem schrittweisen Herunterfahren wird die Kombinationseinheit 4 zunächst solange analog der Konfiguration von 4 betrieben, bis keine Regelenergieleistung mehr abgerufen wird. Anschließend wird der Energiespeicher/Akkumulator 6 analog der Konfiguration von 6 durch das gestartete Gas- und/oder Öl BHKW 8 wieder geladen.In 8th By way of example, an almost simultaneous retrieval of primary and secondary control power is shown. In this case, the time is plotted on the abscissa axis and the electrical power P is plotted on the ordinate axis. Here, the curve shown as a dotted line 24 the call to primary control energy again, after which increase the control and regulation device 10 analogous to 2 Primary control power in the form of the power curve 32 through the combination unit 4 provides. After reaching the required control power takes place in the example of 8th another call of control power in the form of a secondary control energy call 26 , This has the consequence that the gas and / or oil CHP 8th approached and after reaching the target speed through the curve 26 reproduced electrical power by the generator 14 is continuously increased. It is the energy storage / accumulator 6 provided performance 30 from the control and regulation device 10 to the same extent by a corresponding control of the inverter 16 reduced. The by the combination unit 4 to the AC mains 2 delivered electrical power 32 is in this case essentially constant on the required plateau. Through the power reserves of the gas and / or oil CHP 8th after start-up, this assumes an ever-increasing share of the electrical power supplied 32 the combination unit 4 until the end of the primary control energy call 24 , After the primary rule power call 24 is finished, the gas and / or oil CHP 8th controls on the sunken plateau for the secondary control energy call 26 shut down. In order to reach the plateau as quickly as possible, this is preferably the excess power of the turbine 8th analogous to the in 4 shown configuration for charging the accumulator 6 used. After completion of the remaining secondary control energy call 26 and the gradual shutdown becomes the combination unit 4 initially as long as analogous to the configuration of 4 operated until no control energy output is retrieved. Subsequently, the energy storage / accumulator 6 analogous to the configuration of 6 through the started gas and / or oil CHP 8th reloaded.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Erfindungsgemäße AnordnungInventive arrangement
22: WechselstromnetzAC power
44: Kombinationseinheitcombination unit
66: Energiespeicherenergy storage
88th: Energieerzeugerenergy producers
1010: Steuerungs- und RegeleinrichtungControl and regulating device
1212: Netzregelparameter-SollwertNetwork control parameters setpoint
1414: Generatorgenerator
1616: Wechselrichterinverter
1818: Gleichrichterrectifier
2020: NetztrennschalterMains switch
2222: Transformatortransformer
2424: PrimärregelenergieabrufPrimary control energy demand
2626: SekundärregelenergieabrufSecondary control energy demand
2828: Leistungskurve GasturbinePower curve gas turbine
3030: Leistungskurve AkkumulatorPower curve accumulator
3232: Leistungskurve KombinationseinheitPower curve combination unit
3434: Sammelschienebus

Claims

Method for providing electrical control power for stabilizing an AC network ( 2 ) operating at a default frequency of, in particular 50 Hz, a combination unit ( 4 ) is provided for providing electrical control power, which consists of an energy store ( 6 ), the electrical energy from the AC grid ( 2 ) or a generating plant and can be placed in it for a first period, and an energy producer ( 8th ), which, after a start-up phase, supplies energy to the AC mains over a second period of time ( 2 ), and the combination unit ( 4 ) a control and regulation device ( 10 ) that maps the energy inflows and outflows within the combination unit ( 4 ) depending on a network control parameter setpoint ( 12 ) in such a way that the AC mains ( 2 ) of the combination unit ( 4 ) or from the AC grid ( 2 ) taken electrical energy to the setpoint of a control energy call ( 12 ), in particular a Sekundärregelenergieaufufs corresponds, characterized in that the energy generator ( 8th ) is a gas and / or oil CHP, the electrical energy via a driven by this generator ( 14 ) into the AC grid ( 2 ), that the energy storage ( 6 ) is an accumulator, which via an inverter ( 16 ) and a rectifier ( 18 ) with the electrical AC mains ( 2 ) and that the control and regulation device ( 10 ) electrically with the gas and / or oil CHP ( 8th ), the generator ( 14 ), the inverter ( 16 ) as well as the rectifier ( 18 ) is controlled and controls in such a way that the combination unit ( 4 ) the network control parameter setpoints ( 12 ), in particular the power level, the power gradient, the voltage level and the frequency are met by the control and regulation device ( 10 ) electrical energy from the accumulator ( 6 ) via the inverter ( 16 ) into the AC grid ( 2 ) and essentially at the same time the gas and / or oil CHP ( 8th ), whereby the into the AC mains ( 2 ) fed power of the accumulator ( 6 ) is reduced to the extent that the gas and / or oil CHP ( 8th ) and the generator ( 14 ) into the AC grid ( 2 ) supplied electric power is increased.

Method according to Claim 1, characterized in that the energy store ( 6 ) the required electrical energy for starting the gas and / or oil CHP ( 8th ) during the start-up phase.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the control and regulating device ( 10 ) the rectifier ( 18 ) and the gas and / or oil CHP ( 8th ) and the generator ( 14 ) after a control power request following the second period for charging the battery ( 6 ) for such a period of time until the accumulator ( 6 ) during the startup process and the startup phase, the amount of energy taken back into the accumulator ( 6 ) is returned.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the accumulator ( 6 ) has such a rated power that, over the first period of time, it simultaneously supplies primary control power, secondary control power and the required electrical power for starting the gas and / or oil CHP ( 8th ).

Method according to one of the preceding claims 3 or 4, characterized in that the charging of the accumulator ( 6 ) by the gas and / or oil CHP ( 8th ) powered generator ( 14 ) via the rectifier ( 18 ) is carried out without additional electrical power from the AC mains ( 2 ) is taken.

Method according to one of the preceding claims 3 or 4, characterized in that the amount of energy that the accumulator ( 6 ) is less than the amount of energy of a secondary control power request of maximum duration.

Arrangement ( 1 ) for carrying out the method according to one of the preceding claims, for providing electrical control power for stabilizing an AC network ( 2 ) operating at a default frequency of, in particular 50 Hz, a combination unit ( 4 ) is provided for providing electrical control power, which consists of an energy store ( 6 ), the electrical energy from the AC grid ( 2 ) or a generating plant and can be placed in it for a first period, and an energy producer ( 8th ), which, after a start-up phase, supplies energy to the AC mains over a second period of time ( 2 ), and the combination unit ( 4 ) a control and regulation device ( 10 ) that maps the energy inflows and outflows within the combination unit ( 4 ) depending on a network control parameter setpoint ( 12 ) in such a way that the AC mains ( 2 ) from the combination unit ( 4 ) or from the AC grid ( 2 ) taken electrical energy to the setpoint of a control energy call ( 12 ), in particular a Sekundärregelenergieaufufs corresponds, characterized in that the energy generator ( 8th ) is a gas and / or oil CHP, the electrical energy via a driven by this generator ( 14 ) into the AC grid ( 2 ), that the energy storage ( 6 ) is an accumulator, which via an inverter ( 16 ) and a rectifier ( 18 ) with the electrical AC mains ( 2 ) and that the control and regulation device ( 10 ) electrically with the gas and / or oil CHP ( 8th ), the generator ( 14 ), the inverter ( 16 ) as well as the rectifier ( 18 ) is controlled and controls in such a way that the of the accumulator ( 6 ) via the inverter ( 16 ) into the AC grid ( 2 ) fed electrical power in response to a currently requested network control parameter setpoint ( 12 ), in particular the requested secondary power, or a recalled minute reserve, to the extent that the gas and / or oil CHP ( 8th ) and the generator ( 14 ) after starting the gas and / or oil CHP ( 8th ) into the AC grid ( 2 ) supplied electric power is increased.

Arrangement according to claim 7, characterized in that the energy generator ( 8th ) has an electrical rated power of 1 to 25 MW, preferably 2 MW to 15 MW, particularly preferably 5 MW.

Arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the energy store ( 6 ) has an electric capacity of 1 to 25 MWh, preferably 2 to 15 MWh, more preferably 4 to 7 MWh.

Arrangement according to one of claims 7 to 9, characterized in that the AC voltage network ( 2 ) has an operating voltage of 10 to 30 kV, preferably 15 to 25 kV, particularly preferably 20 kV.

Arrangement according to one of claims 7 to 10, characterized in that the inverter ( 16 ) has an electrical rating which is at least the sum of maximum primary electrical control power, maximum secondary control power and that for the starting operation of the gas and / or oil CHP ( 8th ) required electric starting power corresponds.

Arrangement according to one of claims 7 to 11, characterized in that the rectifier ( 18 ) and the inverter ( 16 ) into the combination unit ( 4 ) are integrated.

Arrangement according to one of claims 7 to 12, characterized in that the accumulator ( 6 ) is designed so that it provides the control energy immediately and the run-up time of the gas and / or oil CHP ( 8th ) can be bridged.