DE102017213265A1 - A method for providing control power for grid frequency stabilization of a power grid and / or for meeting a performance timetable and control device for a technical system and technical system - Google Patents

A method for providing control power for grid frequency stabilization of a power grid and / or for meeting a performance timetable and control device for a technical system and technical system Download PDF

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Michael Müller-Ruff
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Regelleistung (15) für eine Netzfrequenzstabilisierung eines Stromnetzes (14) und/oder für eine Erfüllung eines Leistungsfahrplans (18) des Stromnetzes (14), wobei die Regelleistung (15) mittels eines Aggregats (13) bereitgestellt wird und die bereitzustellende Regelleistung (15) in aufeinanderfolgenden Regeltakten jeweils als ein Regelleistungssollwert (P) vorgeben wird. Die Erfindung sieht vor, dass das Aggregat (13) durch eine Vielzahl von technischen Geräteeinheiten (11) bereitgestellt wird und jede der Geräteeinheiten (11) einen Gerätekennwert aufweist und bei jeder Geräteeinheit (11) eine Regeleinrichtung (22) eine Geräteleistung (P) der Geräteeinheit (11) auf einen Gerätesollwert (P) einregelt, und dass für jede Geräteeinheit (11) ein jeweiliger zu erbringender Anteil (P) an der Regelleistung (15) als das Verhältnis des Gerätekennwerts der jeweiligen Geräteeinheit bezogen auf die jeweiligen Gerätekennwerte der übrigen oder aller Geräteeinheiten (11) festgelegt und der jeweilige Gerätesollwert (P) in Abhängigkeit von dem Regelleistungssollwert (P) und dem jeweiligen Anteil eingestellt wird.The invention relates to a method for providing control power (15) for grid frequency stabilization of a power grid (14) and / or for fulfilling a power timetable (18) of the power grid (14), wherein the control power (15) is provided by means of an aggregate (13) and the control power (15) to be provided in successive control clocks will each specify as a control power setpoint (P). The invention provides that the unit (13) by a plurality of technical equipment units (11) is provided and each of the unit units (11) has a device characteristic and each unit (11) a control device (22) a device power (P) of Appliance unit (11) to a device setpoint (P) controls, and that for each unit (11) a respective share to be supplied (P) to the control power (15) as the ratio of the device characteristic of the respective unit based on the respective device characteristics of the remaining or set of all device units (11) and the respective device setpoint (P) in dependence on the control power setpoint (P) and the respective proportion is set.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Regelleistung für eine Netzfrequenzstabilisierung eines Stromnetzes oder zum Erfüllen eines Leistungsfahrplans des Stromnetzes. Die Regelleistung wird mittels eines Aggregats bereitgestellt, also einer Anordnung aus mehreren technischen Geräteeinheiten. Das Aggregat bekommt in aufeinanderfolgenden Regeltakten die zu erbringende Regelleistung als Regelleistungssollwert vorgegeben. Zu der Erfindung gehören auch eine Steuervorrichtung zum Durchführen des Verfahrens in einer technischen Anlage sowie eine technische Anlage mit der Steuervorrichtung.The invention relates to a method for providing control power for grid frequency stabilization of a power grid or to meet a power timetable of the power grid. The control power is provided by means of an aggregate, ie an arrangement of several technical units. The unit is given the control power to be provided as a control power setpoint in successive control cycles. The invention also includes a control device for carrying out the method in a technical system and a technical system with the control device.

Für ein Stromnetz kann vorgesehen sein, dessen Netzfrequenz dadurch zu stabilisieren, dass an das Stromnetz ein Aggregat angeschlossen wird, welches elektrische Leistung einspeist oder entnimmt, um die Netzfrequenz auf eine Sollfrequenz einzuregeln. Dies wird als primäre Regelleistung bezeichnet.For a power grid can be provided to stabilize the grid frequency by an aggregate is connected to the power grid, which feeds or removes electrical power to regulate the grid frequency to a desired frequency. This is called the primary control power.

Bei einer technischen Anlage kann vorgesehen sein, dass sie beim Austauschen von elektrischer Leistung mit dem Stromnetz einem vorher festgelegten Leistungsfahrplan folgt. Eine technische Anlage im Sinne der Erfindung kann beispielsweise eine Produktionsstätte oder ein Produktionsstandort oder eine Fertigungshalle mit beispielsweise Fließbändern oder Fertigungsrobotern sein. Eine Anlage kann auch beispielsweise durch ein Bürogebäude realisiert sein. Mit „Austauschen“ von Leistung ist hier sowohl das Entnehmen als auch das Einspeisen von elektrischer Leistung gemeint. Der dafür vorgesehene Leistungsfahrplan kann beispielsweise an einer Strombörse vorher festgelegt worden sein. Weicht der Leistungsbedarf bzw. die Leistungsfähigkeit der Anlage von dem Leistungsfahrplans ab, so kann in der Anlage ein Aggregat bereitgestellt sein, welches durch zusätzliches Einspeisen oder zusätzliches Entnehmen von elektrischer Leistung die Abweichung vom Leistungsfahrplan ausgleicht, sodass die technische Anlage insgesamt gegenüber dem Stromnetz doch noch den Leistungsfahrplan erfüllt oder einhält.A technical installation may be designed to follow a pre-defined schedule when exchanging electrical power with the mains. A technical installation in the sense of the invention can be, for example, a production site or a production site or a production hall with, for example, production lines or production robots. A system can also be implemented, for example, by an office building. By "exchanging" power is meant here both the removal and the feeding of electrical power. The power timetable provided for this purpose may, for example, have been previously determined on a power exchange. If the power requirement or the performance of the system deviates from the performance timetable, an aggregate can be provided in the system which compensates for the deviation from the performance timetable by additionally feeding or additionally removing electrical power, so that the entire technical system is still in relation to the power grid meets or complies with the performance timetable.

Ein Beispiel für ein hierzu geeignetes Aggregat ist eine Anordnung aus elektrischen Akkumulatoren oder Batterien. Nachteilig bei einem solchen Aggregat ist allerdings, dass es eine zusätzliche Investition erfordert, um eine technische Anlage mit einem solchen Aggregat auszustatten.An example of a suitable for this aggregate is an arrangement of electric batteries or batteries. A disadvantage of such an aggregate, however, is that it requires an additional investment to equip a technical system with such an aggregate.

Um Regelleistung eines bestimmten Leistungswerts nicht mit einer einzelnen Anlage bereitstellen zu müssen, ist aus der DE 10 2014 009 953 A1 bekannt, mehrere kleinere technische Anlagen zu einem sogenannten virtuellen Kraftwerk zu kombinieren. Diese technischen Anlagen sind an unterschiedlichen Netzanschlusspunkten an das Stromnetz angeschlossen und werden über das Internet in Bezug auf ihre Betriebsweise koordiniert. So kann erreicht werden, dass die Vielzahl der kleinen technischen Anlagen insgesamt gegenüber dem Stromnetz eine vorbestimmte Regelleistung erbringen kann, obwohl jede einzelne technische Anlage dazu allein nicht genügend Leistung aufbringen könnte. Ein weiteres Beispiel für ein solches virtuelles Kraftwerk zum Erbringen von Regelleistung ist aus der DE 10 2015 200 569 A1 bekannt. Ein virtuelles Kraftwerk vereint aber mehrere technische Anlagen, die alle für sich eine sogenannte Präqualifikation für die Erbringung von Regelleistung aufweisen müssen. Das ist aber nicht immer wirtschaftlich.In order to not have to provide control power of a particular power value with a single plant, the DE 10 2014 009 953 A1 known to combine several smaller technical equipment to a so-called virtual power plant. These technical systems are connected to the grid at different grid connection points and are coordinated via the Internet in terms of their mode of operation. It can thus be achieved that the large number of small technical installations can provide a predetermined control power overall in comparison to the power grid, although each individual technical installation alone would not be able to generate enough power to do so. Another example of such a virtual power plant for providing control power is from the DE 10 2015 200 569 A1 known. However, a virtual power plant combines several technical systems, all of which must have a so-called pre-qualification for the provision of control power. But that's not always economical.

Diese aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Bereitstellen von Regelleistung erfordern eine Vielzahl spezieller Anlagenkomponenten, beispielsweise ein Blockheizkraftwerk oder einen Batteriespeicher.These known from the prior art method for providing control power require a variety of special system components, such as a cogeneration unit or a battery storage.

Der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mittels zumindest einer technischen Anlage in einem Stromnetz Regelleistung bereitzustellen, um beispielsweise eine Netzfrequenz des Stromnetzes zu stabilisieren und/oder einen Leistungsfahrplan gegenüber dem Stromnetz mittels der Anlage zu erfüllen.The invention has for its object to provide by means of at least one technical system in a power grid control power to stabilize, for example, a grid frequency of the power grid and / or to meet a performance timetable against the power grid by means of the system.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Die Erfindung weist vorteilhafte Weiterbildungen auf, die durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben sind.The invention solves this problem by means of the subjects of the independent claims. The invention has advantageous developments, which are described by the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt, um mittels eines Aggregats Regelleistung für eine Netzfrequenzstabilisierung eines Stromnetzes und/oder für eine Erfüllung eines Leistungsfahrplans bereitzustellen. Die hierzu bereitzustellende Regelleistung wird eingeregelt, indem in aufeinanderfolgenden Regeltakten jeweils ein Regelleistungssollwert vorgegeben wird.The invention provides a method for providing control power for network frequency stabilization of a power grid and / or fulfillment of a power timetable by means of an aggregate. The control power to be provided for this purpose is adjusted by setting in each case a control power setpoint in successive control cycles.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass es sich bei dem verwendeten Aggregat um eine Vielzahl von technischen Geräteeinheiten zumindest einer technischen Anlage handelt, in welcher die technischen Geräteeinheiten betrieben werden. Bevorzugt handelt es sich um Geräteeinheiten einer einzelnen technischen Anlage. Weist eine technische Anlage beispielsweise ein Lüftungssystem auf, so kann es sich bei den technischen Geräteeinheiten um die elektrischen Motoren des Lüftungssystems z.B. in einer Fertigungsanlage handeln. Allgemein handelt es sich bei jeder Geräteeinheit um eine Anlagenkomponente, die in der Anlage unabhängig von der Erbringung der Regelleistung bereits zum Bereitstellen einer den Anlagenbetrieb betreffenden Funktion bereitgestellt ist. Mit anderen Worten weist jede Geräteeinheit innerhalb der Anlage eine Funktion auf, die unabhängig von der Erbringung der Regelleistung bezüglich des Stromnetzes ist. Ein Beispiel ist der Motor eines Lüftungssystems, dessen Funktion das Fördern eines Luftstroms ist. Jede der Geräteeinheiten zeichnet sich durch einen Gerätekennwert einer vorbestimmten Kenngröße aus. Unterschiedlich große Motoren weisen beispielsweise als Kenngröße eine elektrische Nennleistung auf, wobei der konkrete Gerätekennwert jedes Motors seinen spezifischen Nennleistungswert beschreibt. Die tatsächlich von einer Geräteeinheit erbrachte Geräteleistung wird dabei durch eine Regeleinrichtung der Geräteeinheit auf einen Gerätesollwert einregeln. Mit anderen Worten wird jede Geräteeinheit durch ihre Regeleinrichtung geregelt betrieben. Durch Vorgeben des Gerätesollwerts lässt sich die von der Geräteeinheit erbrachte Geräteleistung einstellen.According to the invention, it is now provided that the unit used is a plurality of technical units of at least one technical installation in which the technical units are operated. Preferably, it is device units of a single technical system. If a technical installation has a ventilation system, for example, the technical units may be the electric motors of the ventilation system, for example in a production facility. In general, each unit of equipment is an installation component which, independently of the provision of the control power, already provides in the installation for providing a function relating to the operation of the installation is provided. In other words, each device unit within the system has a function that is independent of the provision of the control power with respect to the power network. An example is the engine of a ventilation system whose function is to convey an air flow. Each of the device units is characterized by a device characteristic of a predetermined characteristic. For example, engines of different sizes have an electrical rated power as a parameter, the specific device characteristic value of each motor describing its specific nominal power value. The device power actually provided by a device unit will adjust to a device setpoint by a controller of the device unit. In other words, each device unit is operated regulated by their control device. By specifying the unit setpoint, the unit performance provided by the unit can be adjusted.

Die benötigte Regelleistung wird mittels des Verfahrens durch die Geräteeinheiten gemeinsam erbracht. Da aber die Geräteeinheiten in Bezug auf die besagte Kenngröße (z.B. Nennleistung) unterschiedliche Gerätekennwerte aufweisen, wird bei dem Verfahren vorgesehen, dass jede Geräteeinheit sich am Erbringen der Regelleistung nur insoweit beteiligt, wie es ihrem Gerätekennwert entspricht. Hierzu wird für jede Geräteeinheit ein jeweiliger zu erbringender Anteil an der Regelleistung festgelegt, nämlich als das Verhältnis des Gerätekennwerts der jeweiligen Geräteeinheit bezogen auf die jeweiligen Gerätekennwerte der übrigen oder aller Geräteeinheiten. Ein leistungsfähigerer Motor muss also einen größeren Anteil an der Regelleistung erbringen als ein weniger leistungsfähiger Motor. Damit nun jede Geräteeinheit ihren Anteil an der Regelleistung auch tatsächlich erbringt, ist vorgesehen, dass der Gerätesollwert der jeweiligen Regeleinrichtung jeder Geräteeinheit in Abhängigkeit von dem Regelleistungssollwert und dem jeweils ermittelten zu erbringenden Anteil an der Regelleistung eingestellt wird. Sind als Geräteeinheiten nur elektrische Verbraucher vorgesehen, wie beispielsweise die besagten Lüftungsmotoren, so wird also durch Einstellen von deren Gerätesollwerten der Leistungsbezug der Anlage bezüglich des Stromnetzes insgesamt erhöht oder verringert. Eine Verringerung der Bezugsleistung ergibt im Stromnetz eine positive Regelleistung; eine Erhöhung der Bezugsleistung ergibt eine negative Regelleistung.The required control power is provided by the device units together by means of the method. However, since the equipment units have different equipment characteristics with respect to said characteristic (e.g., rated power), the method provides that each equipment unit participates in providing the control power only to the extent that corresponds to its equipment characteristic. For this purpose, a respective proportion of the control power to be provided is determined for each appliance unit, namely as the ratio of the appliance characteristic value of the respective appliance unit relative to the respective appliance characteristic values of the remaining or all appliance units. A more powerful engine must therefore provide a greater proportion of the control power than a less powerful engine. In order for each device unit actually to make its share of the control power, it is provided that the device setpoint value of the respective control device of each device unit is set as a function of the control power setpoint and the proportion of the control power determined in each case. If only electrical consumers are provided as appliance units, such as the ventilation motors mentioned, the power consumption of the installation with respect to the power grid is thus increased or reduced overall by adjusting its nominal device values. A reduction of the reference power results in a positive control power in the power grid; an increase in the reference power results in a negative control power.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass in einer technischen Anlage kein zusätzliches technisches Aggregat installiert werden muss, um mittels der Anlage auch Regelleistung für ein Stromnetz erbringen zu können. Stattdessen können solche Anlagenkomponenten, nämlich die technischen Geräteeinheiten, die ohnehin zum Bereitstellen einer jeweiligen Funktion innerhalb der technischen Anlage vorgesehen sind, auch dafür genutzt werden, zusammen die vorgegebene Regelleistung bereitzustellen. Hierbei wird der Regelleistungssollwert in Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit jeder Geräteeinheit auf diese aufgeteilt, indem für jede Geräteeinheit der zu erbringende Anteil an der Regelleistung auf der Grundlage der Gerätekennwerte der Geräteinheiten ermittelt wird. Es kann dann die Regeleinrichtung jeder einzelnen Geräteeinheit genutzt werden, um die jeweilige Geräteleistung der Geräteeinheit derart einzustellen, dass die Vielzahl der technischen Geräteeinheiten insgesamt die Regelleistung gegenüber dem Stromnetz erbringt.The invention provides the advantage that no additional technical unit must be installed in a technical system in order to be able to provide control power for a power supply system by means of the system. Instead, such plant components, namely the technical equipment units, which are already provided for providing a respective function within the technical installation, can also be used to jointly provide the predetermined control power. Here, the control power setpoint is divided depending on the performance of each unit of the unit on this, by determining the proportion of the control power to be provided for each unit of equipment on the basis of the device characteristics of the device units. It can then be used to control the device of each unit to set the respective device performance of the unit so that the plurality of technical equipment units overall provides the control power against the power grid.

Die hierbei berücksichtigte besagte Kenngröße kann je nach Regelungsziel für die Regelleistung gewählt werden. Besonders geeignet hat sich als Kenngröße aber die jeweilige Nennleistung der jeweiligen Geräteeinheit. Bei technischen Geräteeinheiten, die während ihren Normalbetriebs auch zusätzliche Regelleistung erbringen sollen, ist die Nennleistung ein geeignetes Maß, um die Aufteilung der angeforderten Regelleistung auf mehrere Geräteeinheiten einzustellen oder durchzuführen. Der Gerätekennwert kann sich auch auf eine andere Kenngröße beziehen. Die Nennleistung weist den Vorteil auf, dass sie als Datenpunkt im Frequenzumrichter der Geräteinheit hinterlegt sein und von dort ausgelesen werden kann. Als alternative Kenngröße kann die verfügbare Leistungsflexibilität (z.B. definiert als das Minimum aus möglicher positiver und negativer Leistungsänderung) der jeweiligen Geräteeinheit zugrunde zu legen. Alternativ dazu kann eine Zeitkonstante oder eine Reaktionszeit einer Geräteeinheit eine mögliche Kenngröße sein. Der Gerätekennwert kann dann besagen, wie schnell eine Geräteeinheit eine Leistungsänderung erbringen kann. Der zu erbringende Anteil an der Regelleistung jeder einzelnen Geräteeinheit gibt dann zum Beispiel an, dass die schnellste Geräteeinheit auch den größten Anteil erbringen muss.The said characteristic taken into account can be selected depending on the control target for the control power. Particularly suitable as a parameter but the respective rated power of the respective unit unit. In the case of technical units which are also intended to provide additional control power during their normal operation, the nominal power is a suitable measure for setting or executing the division of the requested control power over several units of equipment. The device characteristic value can also refer to another parameter. The rated power has the advantage that it can be stored as a data point in the frequency converter of the unit and can be read from there. As an alternative characteristic, the available power flexibility (e.g., defined as the minimum of possible positive and negative power changes) of the respective device unit may be taken as the basis. Alternatively, a time constant or a reaction time of a device unit may be a possible parameter. The device characteristic may then indicate how quickly a device unit can provide a change in performance. The share of the control power of each individual device unit to be provided then indicates, for example, that the fastest device unit also has to provide the largest share.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die jeweilige Regeleinrichtung jeder Geräteeinheit einen PID-Regler (PID - Proportional, Integral, Differenzial) oder PI-Regler umfasst. Hierdurch wird trotz des parallelen Betriebs mehrerer Geräteeinheiten, die insgesamt die Regelleistung am Stromnetz erbringen, ein Aufschwingen oder Pendeln des zeitlichen Verlaufs der erbrachten Regelleistung verhindert. Insbesondere wird ein Überschwingen nach einer sprunghaften Änderung des Regelleistungssollwerts verringert. Ein Überschwingen kann betragsmäßig auf einen Wert unter 20% gehalten werden.It is preferably provided that the respective control device of each device unit comprises a PID controller (PID - proportional, integral, differential) or PI controller. As a result, in spite of the parallel operation of several units, which provide a total of the control power on the power supply, a swing or oscillation of the time course of the provided control power prevented. In particular, overshoot after a sudden change in the control power setpoint is reduced. An overshoot can be kept at a value below 20%.

Um den Anteil an der zu erbringenden Regelleistung für jede Geräteeinheit zu berechnen, wird bevorzugt ein Anteilsfaktor ermittelt, der für jede der Geräteeinheiten deren Gerätekennwert (zum Beispiel deren Nennleistungswert) geteilt durch die Summe der Gerätekennwerte aller der Geräteeinheiten (zum Beispiel Summe der Nennleistungswerte aller Geräteeinheiten) beträgt. Die Summe aller Anteilsfaktoren ergibt somit 1. Hierdurch ist sichergestellt, dass durch alle Geräteeinheiten insgesamt die angeforderte oder vorgegebene Regelleistung erbracht wird.In order to calculate the proportion of the control power to be provided for each device unit, it is preferable to determine a proportion factor which, for each of the device units, has their device characteristic value (for example, their rated power value) divided by the sum the device characteristic values of all the device units (for example sum of the nominal power values of all device units). The sum of all proportional factors thus results in 1. This ensures that the total requested or predetermined control power is provided by all unit units.

Um dennoch die von den Geräteeinheiten insgesamt erbrachte ist-Regelleistung zu überwachen, sieht eine Weiterbildung vor, dass in Abhängigkeit von dem Regelleistungssollwert (d.h. der zu erbringenden Regelleistung) und einer von den Geräteeinheiten insgesamt als Aggregat aktuell erbrachten Ist-Regelleistung eine Aggregatregeldifferenz des Aggregats ermittelt wird. Hierdurch kann beispielsweise auch erkannt werden, falls eine Geräteeinheit nicht den ihr vorgeschriebenen Anteil an Regelleistung erbringt, weil beispielsweise ihre Regeleinrichtung defekt ist oder die Geräteeinheit insgesamt ausgefallen ist.In order nevertheless to monitor the total control unit power provided by the unit units, a further development provides that an aggregate control difference of the unit is determined as a function of the control power setpoint (ie the control power to be provided) and an actual control power currently provided by the unit units as an aggregate becomes. In this way, for example, be recognized if a device unit does not provide the prescribed her portion of control power, for example, because their control device is defective or the unit has failed altogether.

Um einen fehlenden Anteil der zu erbringenden Regelleistung wiederum auf die übrigen Geräteeinheiten aufteilen zu können, kann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von der Aggregatregeldifferenz durch eine zusätzliche, gemeinsame Aggregatregeleinrichtung ein Aggregatsollwert ermittelt wird. Mit anderen Worten ist dem Aggregat eine zusätzliche Aggregatregeleinrichtung vorgeschaltet, die den Regelleistungssollwert empfangen kann, dann daraus die Aggregatregeldifferenz auf Grundlage des Regelleistungssollwerts und der Ist-Regelleistung berechnen kann und dann für das gesamte Aggregat einen Aggregatsollwert berechnet. Dieser Aggregatsollwert wird dann gemäß dem von der Geräteeinheit jeweils zu erbringenden Anteil der Regelleistung auf die Geräteeinheiten aufgeteilt. Jede Geräteeinheit kann dann aus dem ihr zugeordneten Bruchteil des Aggregatsollwerts ihren jeweiligen Gerätesollwert ermitteln. Ergibt sich also eine Reglerkaskade aus der Aggregatregeleinrichtung und der Vielzahl nachgeschalteten, parallelen Regeleinrichtungen der Geräteeinheiten.In order to be able to divide a missing portion of the control power to be provided back to the other unit units, it can be provided that an aggregate nominal value is determined as a function of the aggregate control difference by an additional, common aggregate control device. In other words, the aggregate is preceded by an additional aggregate control device, which can receive the control power setpoint, then calculate the aggregate control difference based on the control power setpoint and the actual control power, and then calculate an aggregate setpoint for the entire aggregate. This aggregate desired value is then divided according to the proportion of the control power to be provided by the device unit to the device units. Each device unit can then determine its respective device setpoint from its associated fraction of the nominal unit value. Thus, a regulator cascade results from the aggregate control device and the plurality of downstream, parallel control devices of the device units.

Wird in der Aggregatregeleinrichtung ein herkömmlicher Regler verwenden, so erzeugt dieser als Funktion der Aggregatregeldifferenz an seinem Ausgang eine Stellgröße, die nur noch die fehlende Regelleistung zum Erreichen des Regelleistungssollwerts widerspiegelt. Mit anderen Worten ist dann dem Aggregatsollwert der absolute Regelleistungssollwert selbst nicht mehr anzusehen. Daher ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass der aktuelle Betriebspunkt jeder Geräteeinheit beim Bilden des aktuellen Gerätesollwerts berücksichtigt wird. Hierzu wird zu dem jeweils aktuellen Regeltakt zunächst die Differenz zwischen dem Regelleistungssollwert des aktuellen Regeltaktes und dem Regelleistungssollwert eines vorangegangenen Regeltaktes berechnet. Es wird also durch diese Differenz die Veränderung des Regelleistungssollwerts beschrieben, wie sie sich zwischen den beiden Regeltakten ergeben hat. Zum Berechnen der besagten Aggregatregeldifferenz kann dann von dieser Differenz die Ist-Regelleistung subtrahiert werden. Aus der so berechneten Aggregatregeldifferenz ermittelt dann die Aggregatregeleinrichtung den Aggregatsollwert. Für jede Geräteeinrichtung ergibt sich dann aber aus dem so von der Aggregatregeleinrichtung ermittelten Aggregatsollwert nur der zusätzlich zu erbringende Anteil an Regelleistung, wie er seit dem vorangegangenen Regeltakt zusätzlich zu erbringen ist. Hier fehlt dann noch derjenige Anteil, der bereits vor dem vorangegangenen Regeltakt zu erbringen war. Mit anderen gibt der Aggregatsollwert nicht mehr die absolut zu erbringende Regelleistung an. Um diese wieder zu berechnen, wird für jede Geräteeinrichtung bei dem auf sie aufgeteilten Aggregatsollwert zusätzlich der von der Geräteleistung bereits erbrachte Anteil an Regelleistung hinzuaddiert. Dies ist der aktuelle Betriebspunkt der Geräteeinheit, der den bereits eingeregelten Anteil an Regelleistung beschreibt und somit als „Speicherwert“ für den noch fehlenden Anteil des Aggregatsollwerts genutzt werden kann. Durch Addieren des auf die jeweilige Geräteeinheit aufgeteilten Aggregatsolwert und des aktuelle erbrachten Anteils an Regelleistung ergibt sich wieder für die Geräteeinheit der absolute Wert des von ihr zu erbringenden Anteils der Regelleistung.If a conventional controller is used in the aggregate control device, it generates a manipulated variable at its output as a function of the aggregate control difference, which only reflects the missing control power for reaching the control power setpoint. In other words, then the aggregate setpoint value of the absolute control power setpoint itself is no longer considered. It is therefore provided according to a development that the current operating point of each device unit is taken into account when forming the current device setpoint. For this purpose, first the difference between the control power setpoint of the current control clock and the control power setpoint of a preceding control clock is calculated for the respective current control clock. It is thus described by this difference, the change in the control power setpoint, as it has resulted between the two control clocks. To calculate the said aggregate control difference, the actual control power can then be subtracted from this difference. The aggregate control device then determines the aggregate setpoint from the aggregate control difference calculated in this way. For each device device then results from the so determined by the aggregate control unit aggregate setpoint only the additionally to be provided share of control power, as he has to provide additionally since the previous control cycle. Here then still missing that portion, which was already to provide before the previous regular clock. With others, the aggregate setpoint no longer specifies the absolute control power to be provided. In order to recalculate these values, the proportion of control power already provided by the device output is additionally added to each device device in the aggregate setpoint assigned to it. This is the current operating point of the device unit, which describes the already regulated proportion of control power and thus can be used as "memory value" for the still missing portion of the aggregate setpoint. By adding the divided to the respective unit unit Aggregatesolwert and the current yielded proportion of control power again results for the unit of the absolute value of the proportion of the control power to be provided by it.

Wie bereits ausgeführt, wird durch jede Geräteeinheit auch noch eine Funktion innerhalb der Anlage erfüllt oder bereitgestellt. Hierzu kann vorgesehen sein, dass bei einer oder einigen oder allen der Geräteeinheiten jeweils zusätzlich eine von der Geräteeinheit in der Anlage bereitzustellende Nutzleistung als ein jeweiliger Normalbetriebssollwert vorgegeben wird. Die Nutzleistung kann z.B. eine Förderleistung eines Lüftungssystems oder eines Fließbandsystems sein oder die Ladeleistung für ein Elektrofahrzeug sein. Die Geräteeinheit erbringt also auch eine Nutzleistung innerhalb der Anlage. Für die jeweilige Regeleinrichtung der jeweiligen Geräteeinheit wird dann deren Gerätesollwert der (insgesamt) einzuregelnden Geräteleistung als die Summe des Normalbetriebssollwerts (für die Nutzleistung) und des zu erbringenden Anteils der Regelleistung berechnet. Somit spiegelt also der Gerätesollwert die gesamte Geräteleistung wieder, die zum einen als Nutzleistung innerhalb der Anlage verwendet wird und zum anderen den Anteil an der Regelleistung darstellt, der von dem aus den Geräteeinheiten insgesamt gebildeten Aggregat mit dem Stromnetz ausgetauscht wird.As already stated, each device unit also fulfills or provides a function within the system. For this purpose, it may be provided that one or some or all of the device units additionally specify a useful power to be provided by the device unit in the installation as a respective normal operating setpoint value. The net power can e.g. be a capacity of a ventilation system or a conveyor system or be the charging power for an electric vehicle. The unit also provides a net power within the system. For the respective control device of the respective device unit is then calculated their device setpoint of (total) device power to be regulated as the sum of the normal operating setpoint (for the net power) and the proportion of the control power to be provided. Thus, therefore, the device setpoint reflects the total device performance, which is used on the one hand as useful power within the system and on the other hand represents the proportion of the control power, which is exchanged by the aggregate formed from the unit units with the power grid.

Nun sollte aber auch eine getrennte Regelung oder Vorgabe der Nutzleistung einerseits und der Regelleistung andererseits ermöglicht sein. Hierzu muss die von jeder Geräteeinheit erbrachte Geräteleistung aufgeteilt werden in den Anteil der Regelleistung und die Nutzleistung. Bevorzugt wird hierzu der jeweilige von der Geräteeinheit erbrachte Anteil der Regelleistung als Differenz der insgesamt erbrachten Geräteleistung der Geräteeinheit und des Nutzsollwerts ermittelt.Now, however, a separate regulation or specification of the net power on the one hand and the control power on the other hand should be possible. For this purpose, the device power provided by each device unit must be divided into the proportion of the control power and the net power. It is preferred For this purpose, the respective proportion of the control power provided by the appliance unit is determined as the difference between the total unit performance of the appliance unit and the desired setpoint value.

Das Verfahren kann mit einem Regeltakt betrieben werden, der Zeitabstände der Regeltakte in einem Wertebereich von 0,1 Sekunden bis 20 min vorsieht. Hierdurch kann also das aus den Geräteeinheiten gebildete Aggregat vollwertig für die Erbringung von primärer Regelleistung betrieben werden. Denn das Leistungssignal für die Erbringung von Primärregelleistung (Regelleistungssollwert) erfolgt jede Sekunde. Das Leistungssignal zum Abfahren eines Leistungsfahrplans kann alle 15 min erfolgen. Die insgesamt erbringbare Regelleistung kann in einem Bereich von 10kW bis 10 MW liegen. Die Regelleistung setzt sich zusammen aus den möglichen Anteilen der Geräteeinheiten an der Regelleistung. Deren erbringbarer Anteil an der Regelleistung kann im einstelligen kW-Bereich liegen.The method can be operated with a control clock, which provides intervals of the control clocks in a value range of 0.1 seconds to 20 min. As a result, therefore, the aggregate formed from the unit units can be fully operated for the provision of primary control power. Because the power signal for the provision of primary control power (control power setpoint) takes place every second. The power signal for stopping a performance timetable can be made every 15 minutes. The total deliverable control power can range from 10kW to 10MW. The control power is made up of the possible proportions of the units of the control unit. Their deliverable share of the control power can be in the single-digit kW range.

Zu beachten ist, dass die Geräteeinheiten bevorzugt innerhalb einer einzigen technischen Anlage vorgesehen sind, d.h. die Geräteeinheiten sind dann über einen gemeinsamen Netzanschluss der Anlage mit dem Stromnetz verbunden. Es ist kein verteilter Betrieb der Geräteeinheiten an unterschiedlichen Standorten und damit unterschiedlichen Netzanschlusspunkt nötig. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass Geräteeinheiten mehrere Anlagen zu einem Aggregat im Sinne der Erfindung gekoppelt werden.It should be noted that the device units are preferably provided within a single technical installation, i. the unit units are then connected via a common grid connection of the system to the mains. There is no need for distributed operation of the device units at different locations and thus different network connection point. However, it can also be provided that unit units several systems are coupled to form an aggregate in the context of the invention.

Als Geräteeinheit kann jeweils zum Beispiel ein Motor eines Lüftungssystems und/oder eines Förderbandsystems und/oder ein Ladegerät zum Nachladen eines Elektrofahrzeugs verwendet werden. Zu beachten ist, dass mittels eines Motors nicht nur Regelleistung in Form von verbrauchter elektrischer Leistung bereitgestellt werden kann. Mittels einer technischen Geräteeinheit kann auch elektrische Leistung „freigegeben“ werden, indem die Geräteeinheit die von ihr erzeugte oder bereitgestellte Geräteleistung reduziert. Bei einem Lüftungssystem und/oder einem Förderbandsystems wirkt sich die nur geringfügig auf die eigentliche Funktion (Fördern) aus. Insbesondere wenn eine solche Abweichung der Nutzleistung von dem Normalbetriebswert weniger als 10 Minuten dauert, kann hierdurch der Betrieb der Anlage störungsfrei weiter erfolgen. Der Zeitwert kommt natürlich auf die dahinterliegenden Prozesse und die Leistungsabweichung an. Die Leistungsabweichung kann auch bis zu 1h dauern, wenn z.B. der Prozess dahinter unkritisch darauf reagiert. Dies kann vom Fachmann zuvor überprüft werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Verhältnis aus dem Anteil der Regelleistung, wie ihn eine Geräteeinheit bereitstellt, zu der von der Geräteeinheit erzeugten oder erbrachten Nutzleistung kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert gehalten wird. So kann der Einfluss des Regelleistungssollwerts auf die Funktion der Geräteeinheit begrenzt werden.As an appliance unit, for example, an engine of a ventilation system and / or a conveyor belt system and / or a charger for recharging an electric vehicle can be used, for example. It should be noted that by means of a motor not only control power in the form of consumed electrical power can be provided. By means of a technical device unit, electrical power can also be "released" by the device unit reducing the device power generated or provided by it. In the case of a ventilation system and / or a conveyor belt system, this has only a minor effect on the actual function (conveying). In particular, if such a deviation of the net power from the normal operating value lasts less than 10 minutes, thereby the operation of the system can continue to take place trouble-free. Of course, the time value depends on the underlying processes and the performance deviation. The power deviation may also last up to 1h, e.g. the process behind it reacts uncritically. This can be checked in advance by the skilled person. It can also be provided that the ratio of the proportion of the control power provided by a device unit to the useful power generated or provided by the device unit is kept smaller than a predetermined threshold value. Thus, the influence of the control power setpoint on the function of the unit can be limited.

Um den Regelleistungssollwert zu ermitteln, kann vorgesehen sein, dass dieser in Abhängigkeit von einer Abweichung der Netzfrequenz des Stromnetzes von einer vorgegebenen Sollfrequenz (zum Beispiel 50 Hz oder 60 Hz) berechnet wird.In order to determine the control power setpoint, it can be provided that this is calculated as a function of a deviation of the mains frequency of the power supply from a predetermined setpoint frequency (for example 50 Hz or 60 Hz).

Um das erfindungsgemäße Verfahren in zumindest einer technischen Anlage durchzuführen, ist durch die Erfindung auch eine Steuervorrichtung für die zumindest eine Anlage bereitgestellt. Es wird davon ausgegangen, dass die zumindest eine Anlage die Vielzahl der Geräteeinheiten aufweist, die jeweils eine Anlagenkomponente der zumindest einen Anlage darstellen, die bereits innerhalb der jeweiligen Anlage eine anlageninterne Funktion bereitstellt. Die Steuervorrichtung weist eine Recheneinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Hierzu kann die Recheneinrichtung beispielsweise auf der Grundlage von zumindest einem Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller bereitgestellt sein. Bei der Recheneinrichtung kann es sich auch um eine verteilte Recheneinrichtung handeln, wie sie beispielsweise durch eine Gebäudeleittechnik realisiert sein kann. Zu der Recheneinrichtung können auch die Regeleinrichtungen der einzelnen Geräteeinheiten gehören. Diese können beispielsweise als SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) ausgestaltet sein. Zudem kann es einen Zentralrechner geben, der die Aufteilung der zu erbringenden Regelleistung auf die einzelnen Regeleinrichtungen der Geräteeinheiten steuert. So kann die Aggregatregeleinrichtung durch den Zentralrechner betrieben werden. Mittels des Verfahrens können in der besagten Weise auch Geräteeinheiten mehrerer technischer Anlagen koordiniert betrieben werden, sodass also die Geräteeinheiten über unterschiedliche Netzanschlusspunkte mit dem Stromnetz verbunden sind. Der Betrieb der Geräteeinheiten wird dann mittels des Verfahrens derart koordiniert, dass die Geräteeinheiten insgesamt als ein Aggregat wirken, welches die angeforderte Regelleistung im Stromnetz bereitstellt.In order to carry out the method according to the invention in at least one technical installation, the invention also provides a control device for the at least one installation. It is assumed that the at least one system has the plurality of device units, each of which represents a system component of the at least one system that already provides an internal system function within the respective system. The control device has a computing device which is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the computing device can be provided, for example, on the basis of at least one microprocessor and / or at least one microcontroller. The computing device may also be a distributed computing device, as may be implemented by a building management system, for example. The computing device may also include the control devices of the individual device units. These can be designed, for example, as a PLC (programmable logic controller). In addition, there may be a central computer which controls the distribution of the control power to be provided to the individual control devices of the device units. Thus, the aggregate control device can be operated by the central computer. By means of the method, device units of several technical systems can also be operated in a coordinated manner in the manner described, so that therefore the device units are connected to the power network via different grid connection points. The operation of the device units is then coordinated by the method such that the device units act collectively as an aggregate providing the requested control power in the power grid.

Zu der Erfindung gehört auch eine technische Anlage mit der Vielzahl der Geräteeinheiten und mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zum Steuern der Geräteeinheiten.The invention also includes a technical system with the plurality of device units and with an embodiment of the control device according to the invention for controlling the device units.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures are not only in the respectively specified combination, but also usable in other combinations or in isolation.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Geräteeinheit der Anlage von 1;
  • 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage;
  • 4 eine schematische Darstellung einer Geräteeinheit der Anlage von 3.
The invention will now be explained in more detail with reference to a preferred embodiment and with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of a first embodiment of the system according to the invention;
  • 2 a schematic representation of a device unit of the system of 1 ;
  • 3 a schematic representation of a second embodiment of the system according to the invention;
  • 4 a schematic representation of a device unit of the system of 3 ,

1 zeigt eine technische Anlage 10, bei der sich zum Beispiel um einen Produktionsstandort handeln kann. In der Anlage 10 können mehrere Geräteeinheiten 11 bereitgestellt sein, die jeweils für den Betrieb der Anlage 10 vorgesehen sein können, indem sie eine anlageninterne Funktion erfüllen. Beispielsweise kann es sich um Motoren eines Lüftungssystems 12 handeln. Die Geräteeinheiten 11 können bei der Anlage 10 zusätzlich als ein Aggregat 13 zusammenwirken, d.h. ihr Betrieb kann derart koordiniert sein, dass die Geräteeinheiten 11 wie ein einzelnes Aggregat 13 wirken, da eine Zusatzfunktion erbringt. Mittels des Aggregats 13 kann nämlich für ein Stromnetz 14 Regelleistung 15 bereitgestellt werden. Die Anlage 10 kann über einen Netzanschlusspunkt 16 mit dem Stromnetz 14 verbunden sein, um im Betrieb elektrische Leistung oder elektrischer Energie aus dem Stromnetz 14 zu empfangen oder in dieses einzuspeisen. Zusätzlich kann nun mittels des Aggregats 13 die Regelleistung 15 in dem Stromnetz 14 bereitgestellt werden. Durch den Austausch der Regelleistung 15 kann z.B. eine Netzfrequenz 10 des Stromnetzes 14 stabilisiert werden und/oder die Anlage 10 kann einen Leistungsfahrplan 18 in Bezug auf den Leistungsaustausch mit dem Stromnetz 14 einhalten. Die Anlage 10 mit dem Aggregat 13 kann für die Erbringung von primärer Regelleistung präqualifiziert sein. Dies erlaubt eine Vermarktung von Kleinflexibilitäten der Geräteeinheiten 11 im Verbund. 1 shows a technical system 10 which can be, for example, a production site. In the plant 10 can have multiple device units 11 be provided, each for the operation of the plant 10 can be provided by performing an in-plant function. For example, it may be motors of a ventilation system 12 act. The device units 11 can at the plant 10 additionally as an aggregate 13 cooperate, ie their operation can be coordinated so that the device units 11 like a single aggregate 13 act as an additional function provides. By means of the aggregate 13 can namely for a power grid 14 control power 15 to be provided. The attachment 10 can via a network connection point 16 with the power grid 14 be connected to operate electric power or electrical energy from the mains 14 to receive or feed into this. In addition, by means of the aggregate 13 the control power 15 in the power grid 14 to be provided. By replacing the control power 15 can eg a network frequency 10 of the electricity network 14 stabilized and / or the plant 10 can have a performance timetable 18 in terms of power exchange with the power grid 14 comply. The attachment 10 with the aggregate 13 may be prequalified for the provision of primary balancing power. This allows a marketing of small flexibilities of the units 11 networked.

Die Regelleistung 15 kann jeweils mit einem vorbestimmten Regeltakt mit einer vorgegebenen Taktrate vorgegeben werden. Die Taktrate kann in einem Bereich von 0,1 Sekunden bis 30 Sekunden liegen, also beispielsweise 1 Sekunde betragen. Die zu erbringende Regelleistung 15 wird jeweils als Regelleistungssollwert Psoll_RL,Aggregat vorgegeben, der beispielsweise in der Einheit Kilowatt (kW) festgelegt sein kann. In den Figuren sind solche Leistungsangaben jeweils in Kilowatt ausgezeichnet.The control power 15 can each be predetermined with a predetermined control clock with a predetermined clock rate. The clock rate can be in the range of 0.1 second to 30 seconds, that is, for example, 1 second. The control power to be provided 15 is specified in each case as a control power setpoint P soll_RL, aggregate , which can be set, for example, in the unit kilowatts (kW). In the figures, such performance figures are each in kilowatts.

Bei der Anlage 10 kann vorgesehen sein, dass der Regelleistungssollwert Psoll_RL,Aggregat durch eine Aufteileinrichtung 19 umgerechnet wird, damit für jede Geräteeinheit 11 ein entsprechender anteilige Sollwert Psoll_RL,i für eine Regeleinrichtung 22 der Geräteeinheit 11 festgelegt wird, wobei i hier als Index für die Geräteeinheiten 1 bis n steht und n die Gesamtanzahl der Geräteeinheiten 11 des Aggregats 13 angibt.At the plant 10 can be provided that the control power setpoint P soll_RL, aggregate by an allocation device 19 is converted, so for each unit 11 a corresponding proportional setpoint P soll_RL, i for a control device 22 the device unit 11 where i is the index for the device units 1 to n and n is the total number of units 11 of the aggregate 13 indicates.

Die Aufteilungseinrichtung 19 kann beispielsweise für jede Geräteeinheit 11 einen Gerätekennwert einer Kenngröße zugrunde legen. Die Kenngröße kann beispielsweise die Nennleistung PNenn,i der jeweiligen Geräteeinheit 11 sein. Der Index i repräsentiert hierbei die Geräteeinheiten 1 bis n. Somit ergibt sich für jede Geräteinheit 11 ein Wert des zu erbringenden Anteils Psoll_RL,i an der Regelleistung 15, der aus dem Regelsollwert Psoll_RL,Aggregat mit einem Anteilsfaktor berechnet werden kann: P soll_RL ,i = P soll_RL ,Aggregat · P Nenn ,i / P Nenn ,Aggregat

Figure DE102017213265A1_0001
wobei PNenn,Aggregat die Summe aller Nennleistungen PNenn,i für alle i = 1 bis n ist.The splitting device 19 For example, for each device unit 11 use a device characteristic of a parameter. The parameter can be, for example, the nominal power P nominal, i of the respective device unit 11 be. The index i represents the device units 1 to n. This results for each device unit 11 a value of the share P soll_RL, i to be provided in the control power 15 , which can be calculated from the control setpoint P soll_RL, aggregate with a share factor: P soll_RL i = P soll_RL , aggregate · P nominal i / P nominal , aggregate
Figure DE102017213265A1_0001
where P Nom, Aggregate is the sum of all nominal powers P Nom, i for all i = 1 to n.

Die Geräteeinheiten 11 erbringen dann einen jeweiligen Anteil Pist_RL,i an einer Ist-Regelleistung Pist_RL,Aggregat, die dann durch Akkumulation 20 in der Anlage 10 zum Beispiel am Netzanschlusspunkt 16 zur Verfügung steht.The device units 11 then produce a respective proportion P ist_RL, i at an actual control power P ist_RL, aggregate , which is then accumulated 20 in the plant 10 for example at the grid connection point 16 is available.

2 veranschaulicht für eine einzelne Geräteeinheit 11, wie diese beispielhaft eine elektrische Maschine 21 zum Bereitstellen einer Geräteleistung Pist_ges,1 aufweisen kann. 2 veranschaulicht die Geräteeinheit 11 mit dem Index i=1 aus 1. 2 ist allerdings eine stellvertretende Veranschaulichung für alle Geräteeinheiten 1 bis n, die in 1 dargestellt sind. 2 illustrated for a single device unit 11 , like this example, an electric machine 21 for providing a device power P ist_ges, 1 may have. 2 illustrates the device unit 11 with the index i = 1 off 1 , 2 However, it is a representative illustration of all device units 1 to n, the in 1 are shown.

Eine Regeleinrichtung 22 der Geräteeinheit 11 kann die elektrische Maschine 21 auf einen Gerätesollwert Psoll_ges,1 einregeln. Des Weiteren dargestellt ist zur Veranschaulichung beispielhaft ein Frequenzumrichter 23 zum Einstellen einer Soll-Drehzahl fsoll der elektrischen Maschine 21. Die elektrische Maschine 21 reagiert dann mit einer Ist-Drehzahl fist, die durch eine Erfassungseinrichtung 24 in die von der elektrischen Maschine 21 erbrachte Geräteleistung Pist_ges,1 umgerechnet werden kann.A control device 22 the device unit 11 can the electric machine 21 to a device setpoint P soll_ges, 1 adjust. Furthermore, for illustrative purposes, a frequency converter is shown by way of example 23 for setting a target speed f soll of the electric machine 21 , The electric machine 21 then reacts with an actual speed f is , by a detection device 24 in the of the electric machine 21 provided device power P ist_ges, 1 can be converted.

Der Gerätesollwert Psoll_ges,1 kann berechnet werden aus dem Anteil Psoll_RL,1 der insgesamt zu erbringenden Regelleistung 15 und einen Normalbetriebssollwert Pnormal,1, die durch eine Addition 25 zu dem Gerätesollwert Psoll_ges,1 kombiniert werden können.The device setpoint P soll_ges, 1 can be calculated from the proportion P soll_RL, 1 of the total control power to be provided 15 and a normal operation setpoint P normal, 1 , by an addition 25 to the device setpoint P soll_ges, 1 can be combined.

Durch eine Subtraktion 26 der Geräteleistung Pist_ges,1 von dem Gerätesollwert Psoll_ges,1 kann ein berechnet werden. Mittels eines Reglers 27, beispielsweise eines PID-Reglers, kann ein Stellsignal Pcontrol,1 z.B. für den Frequenzumrichter 23 erzeugt wird. By a subtraction 26 of the device power P ist_ges, 1 from the device setpoint P soll_ges, 1 can be calculated. By means of a regulator 27 , For example, a PID controller, a control signal P control, 1 eg for the frequency converter 23 is produced.

Um von der Geräteleistung Pist_ges,1 den darin enthaltenen oder erbrachten Anteil Pist_RL,i an Regelleistung 15 zu ermitteln, kann durch eine Subtraktion 28 von der Geräteleistung Pist_ges,1 der Normalbetriebssollwert Pnormal,1 subtrahiert werden. Dies ergibt den erbrachten Anteil Pist_RL,1 an der Regelleistung 15, der dann durch die Akkumulation 20 zu der insgesamt vom Aggregat 13 erbrachten Regelleistung Pist_RL,Aggregat kombiniert werden kann.To benefit from the device power P ist_ges, 1 the proportion contained therein or services P ist_RL, i to control power 15 can be determined by a subtraction 28 of the device power P ist_ges, 1 the normal operating setpoint P normal, 1 subtracted. This results in the delivered share P ist_RL, 1 in the balancing power 15 that then through the accumulation 20 to the total of the aggregate 13 provided control power P ist_RL, aggregate can be combined.

Die beschriebenen Berechnungen einschließlich derjenigen der Aufteileinrichtung 19 können durch eine Steuervorrichtung CNTRL der Anlage 10 durchgeführt werden, die hierzu eine Recheneinrichtung aufweisen kann.The calculations described, including those of the splitting device 19 can by a control device CNTRL the plant 10 be carried out, which may have a computing device for this purpose.

In der Anlage 10 erbringt also die Geräteeinheit 11 aufgrund der Regelung durch die Regeleinrichtung 22 jeder Geräteeinheit 11 insgesamt die Nutzleistung, wie sie durch den Normalbetriebssollwert Pnormal,1 für jede Geräteeinheit 11 vorgegeben ist. Die Nutzleistung kann anlagenintern nach Bedarf unabhängig von Regeltakt angepasst werden. Zusätzlich tauscht die Anlage 11 mit dem Stromnetz 14 die Regelleistung 15 aus, die mit der beschriebenen Taktrate angepasst oder vorgegeben werden kann und die zusätzlich durch die Geräteeinheiten 11 erbracht wird. Hierzu wird bei der in 2 veranschaulichten Geräteeinheit 11 mit dem Index i=1 dem Normalbetriebssollwert Pnormal,1 der jeweilige Anteil Pist_RL,1 an der zu erbringenden Regelleistung 15 aufmoduliert oder hinzuaddiert. Durch zusätzlichen Leistungsverbrauch kann als Regelleistung 15 eine Energieaufnahme des Aggregats 13 und durch Reduzieren der Geräteleistung Pist_ges,1 kann eine zusätzliche Abgabe an Regelleistung 15 bewirkt werden.In the plant 10 thus provides the device unit 11 due to the regulation by the control device 22 every device unit 11 overall the net power, as given by the normal operating setpoint P normal, 1 for each unit of equipment 11 is predetermined. The net power can be adjusted internally as required independent of the control clock. In addition, the system exchanges 11 with the power grid 14 the control power 15 off, which can be adjusted or specified with the described clock rate and in addition by the device units 11 is provided. For this purpose, the in 2 illustrated device unit 11 with the index i = 1 the normal operating setpoint P normal, 1 the respective proportion P ist_RL, 1 at the control power to be provided 15 modulated or added. Due to additional power consumption can be used as a control power 15 an energy intake of the aggregate 13 and by reducing the device power P ist_ges, 1 may be an additional output to control power 15 be effected.

3 veranschaulicht eine Weiterbildung der Anlage 10, bei welcher dem Aggregat 13 eine Aggregatregeleinrichtung 29 vorgeschaltet ist. Die Aggregatregeleinrichtung 29 kann beispielsweise einen Regler 30 aufweisen, der ein PID-Regler sein kann. 3 illustrates a development of the system 10 in which the aggregate 13 an aggregate control device 29 upstream. The aggregate control device 29 can, for example, a controller 30 which may be a PID controller.

Mittels einer Subtraktion 31 kann eine Aggregatregeldifferenz Perror_RL,Aggregat berechnet werden, die eine Abweichung der Ist-Regelleistung Pist_RL,Aggregat von der zu erbringenden Regelleistung Psoll_RL,Aggregat darstellt. Hierbei kann die Aggregatregeldifferenz Perror_RL,Aggregat bezüglich des Regelleistungssollwerts Psoll_RL,Aggregat oder auch zu einem Delta des Regelleistungssollwerts Psoll_RL,Aggregat zwischen dem aktuellen Regeltakt t und dem vorangegangenen Regeltakt t-1 berechnet werden. Die Aggregatregeleinrichtung 30 kann aus der Aggregatregeldifferenz Perror_RL,Aggregat dann einen Aggregatsollwert Pcontrol_RL,Aggregat berechnen, der auf die Geräteeinheiten 11 durch die Aufteilungseinrichtung 19 aufgeteilt werden kann.By means of a subtraction 31 For example, an aggregate control difference P error_RL, aggregate can be calculated, which represents a deviation of the actual control power P ist_RL, aggregate of the control power P soll_RL to be provided , aggregate . Here, the aggregate control difference P error_RL, aggregate with respect to the control power setpoint P soll_RL, aggregate or else to a delta of the control power setpoint P soll_RL, aggregate between the current control clock t and the previous control clock t-1 can be calculated. The aggregate control device 30 From the aggregate rule difference P error_RL, aggregate can then calculate an aggregate setpoint P control_RL, aggregate , which is based on the unit of equipment 11 through the splitting device 19 can be split.

Die Verteilungseinrichtung 19 kann dann wieder den Wert für den Anteil Psoll_RL,i an der Regelleistung 15 berechnen wie folgt: P soll_RL ,i = P controll_RL ,Aggregat · P Nenn ,i / P Nenn ,Aggregat .

Figure DE102017213265A1_0002
The distribution facility 19 can then again the value for the proportion P soll_RL, i in the control power 15 calculate as follows: P soll_RL i = P controll_RL , aggregate · P nominal i / P nominal , aggregate ,
Figure DE102017213265A1_0002

4 veranschaulicht am repräsentativen Beispiel der Geräteeinheit 11 mit dem Index i=1, wie auf Grundlage dieses Werts für den Anteil Psoll_RL,1 der Regelleistung 15 dann in der Geräteeinheit 11 die Regelung mittels der Regeleinrichtung 22 durchgeführt werden kann. 4 ist wieder eine Darstellung für die Geräteeinheit 1, aber repräsentativ für alle Geräteeinheiten 1 bis n von 3. 4 illustrated in the representative example of the device unit 11 with the index i = 1, as based on this value for the proportion P soll_RL, 1 of the control power 15 then in the device unit 11 the regulation by means of the control device 22 can be carried out. 4 is again a representation of the device unit 1 but representative of all device units 1 to n of 3 ,

Da die Aggregatregeleinrichtung 30 den Aggregatsollwert Pcontrol_RL,Aggregat als ein Stellsignal ausgibt, kann mittels einer Addition 32 der absolute Anteil Psoll_RL_ges,1 der zu erbringenden Regelleistung 15 durch zusätzliches Hinzuaddieren des Anteils Pist_RL,1 der erbrachten Regelleistung 15 berechnet werden. Dann kann in der bereits beschriebenen Weise durch hinzuaddieren des Normalbetriebssollwerts Pnormal,1 der Gerätesollwert Psoll_ges,1 berechnet werden und die Regelung 27 in der beschriebenen Weise durchgeführt werden.Since the aggregate control device 30 the aggregate setpoint P control_RL, output unit as a control signal, can by means of an addition 32 the absolute proportion P soll_RL_ges, 1 of the control power to be provided 15 by additionally adding the fraction P ist_RL, 1 is the control power provided 15 be calculated. Then, in the manner already described, by adding the normal operating setpoint P normal, 1 the device setpoint P soll_ges, 1 can be calculated and the control 27 be carried out in the manner described.

Durch die individuelle Regelung jeder Geräteeinheit 11 mittels ihres Reglers 27 kann die Reaktionszeit des Aggregats 13 zum Einregeln des Regelleistungssollwerts Psoll_RL,Aggregat verringert werden. Auch Überschwinger im Verlauf der erzeugten Regelleistung 15 können reduziert werden.By the individual control of each unit 11 by means of her regulator 27 can the reaction time of the aggregate 13 for adjusting the control power setpoint P soll_RL, aggregate . Also, overshoots in the course of the generated control power 15 can be reduced.

So kann in einer Anlage 10 durch Aggregieren der Leistung mehrerer Geräteeinheiten 11 insgesamt eine vermarktbare Regelleistung bereitgestellt werden, ohne dass ein zusätzliches, für die Erbringung der Regelleistung dediziertes Regelaggregat nötig ist, also z.B. ein Batteriespeicher oder ein Blockheizkraftwerk. Es müssen lediglich die Regeleinrichtungen 22 der Geräteeinheiten 11 durch eine angepasste Programmierung in erweitert werden, um zusätzlich die Regelleistung 15 bereitstellen zu können. Die proportionale Verteilung der zu erbringenden Regelleistung 15 oder des Regelleistungssollwert Psoll_RL,Aggregat auf die einzelnen Geräteeinheiten 11 erfolgt bevorzugt entsprechend ihrer jeweiligen Nennleistung PNenn,i und kann durch die Aufteilungseinrichtung 19 erfolgen. Durch die Anlage 10 kann somit eine höhere vermarktbare Leistung (nämlich die zusätzlich erbrachte Regelleistung 15) und damit ein höherer Ertrag erwirtschaftet werden.So can in a plant 10 by aggregating the performance of multiple device units 11 a total marketable control power can be provided without an additional, dedicated to the provision of control power control unit is needed, so for example a battery storage or a combined heat and power plant. It only need the control devices 22 the device units 11 be extended by custom programming in addition to the control power 15 to be able to provide. The proportional distribution of the control power to be provided 15 or the control power setpoint P soll_RL, aggregate to the individual device units 11 is preferably carried out according to their respective rated power P nom, i and can by the splitting device 19 respectively. Through the plant 10 Thus, a higher marketable performance (namely the additional control power provided 15 ) and thus a higher income can be achieved.

Das Bespiel veranschaulicht, wie eine Lüftungsanlage regelungstechnisch angepasst werden kann, um mit ihr primäre Regelleistung zu vermarkten. The example illustrates how a ventilation system can be adapted to control technology in order to market its primary control power.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Anlageinvestment
1111
Geräteeinheitunit
1212
Lüftungssystemventilation system
1313
Aggregataggregate
1414
Stromnetzpower grid
1515
Regelleistungcontrol power
1616
NetzanschlusspunktGrid connection point
1717
Netzfrequenzpower frequency
1818
Leistungsfahrplanperformance schedule
1919
AufteileinrichtungA distributor
2020
Akkumulationaccumulation
2121
Elektrische MaschineElectric machine
2222
Regeleinrichtungcontrol device
2323
Frequenzumrichterfrequency converter
2424
Messeinrichtungmeasuring device
2525
Additionaddition
2626
Subtraktionsubtraction
2727
Reglerregulator
2828
Subtraktionsubtraction
2929
AggregatregeleinrichtungPhysical control device
3030
Reglerregulator
3131
Subtraktionsubtraction
3232
Additionaddition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014009953 A1 [0005]DE 102014009953 A1 [0005]
  • DE 102015200569 A1 [0005]DE 102015200569 A1 [0005]

Claims (15)

Verfahren zum Bereitstellen von Regelleistung (15) für eine Netzfrequenzstabilisierung eines Stromnetzes (14) und/oder für eine Erfüllung eines Leistungsfahrplans (18) des Stromnetzes (14), wobei die Regelleistung (15) mittels eines Aggregats (13) bereitgestellt wird und die bereitzustellende Regelleistung (15) in aufeinanderfolgenden Regeltakten jeweils als ein Regelleistungssollwert (Psoll_RL,Aggregat) vorgeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat (13) durch eine Vielzahl von technischen Geräteeinheiten (11) bereitgestellt wird und jede der Geräteeinheiten (11) einen Gerätekennwert aufweist und bei jeder Geräteeinheit (11) eine Regeleinrichtung (22) eine Geräteleistung (Pist_ges,1) der Geräteeinheit (11) auf einen Gerätesollwert (Psoll_ges,1) einregelt, und dass für jede Geräteeinheit (11) ein jeweiliger zu erbringender Anteil (Psoll_RL,1) an der Regelleistung (15) als das Verhältnis des Gerätekennwerts der jeweiligen Geräteeinheit bezogen auf die jeweiligen Gerätekennwerte der übrigen oder aller Geräteeinheiten (11) festgelegt und der jeweilige Gerätesollwert (Psoll_ges,1) in Abhängigkeit von dem Regelleistungssollwert (Psoll_RL,Aggregat) und dem jeweiligen Anteil eingestellt wird.A method for providing control power (15) for grid frequency stabilization of a power grid (14) and / or fulfillment of a power timetable (18) of the power grid (14), wherein the control power (15) is provided by means of an aggregate (13) and the one to be provided Control power (15) in successive control clocks in each case as a control power setpoint (P soll_RL, aggregate ), characterized in that the unit (13) by a plurality of technical equipment units (11) is provided and each of the unit units (11) has a device characteristic value and in each device unit (11) a control device (22) regulates a device power (P ist_ges, 1 ) of the device unit (11) to a device nominal value (P soll_ges, 1 ), and that for each device unit (11) a respective proportion to be supplied ( P soll_RL, 1 ) at the control power (15) as the ratio of the device characteristic value of the respective device unit with respect to the j Meanwhile, the device characteristic values of the remaining or all device units (11) are defined and the respective device setpoint (P set_ges, 1 ) is set as a function of the control power setpoint (P set_RL, aggregate ) and the respective proportion. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gerätekennwert eine jeweilige Nennleistung der jeweiligen Geräteeinheit (11) angibt.Method according to Claim 1 , wherein the device characteristic value indicates a respective nominal power of the respective device unit (11). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweilige Regeleinrichtung (22) einen PID-Regler (27) oder einen PI-Regler umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the respective control device (22) comprises a PID controller (27) or a PI controller. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil mittels eines Anteilsfaktor berechnet wird, der für jede der Geräteeinheiten (11) deren Gerätekennwert geteilt durch die Summe der Gerätekennwerte aller der Geräteeinheiten (11) beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the proportion is calculated by means of a share factor, which for each of the device units (11) is their device characteristic divided by the sum of the device characteristics of all the device units (11). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von dem Regelleistungssollwert (Psoll_RL,Aggregat) und einer von den Geräteeinheiten (11) insgesamt als Aggregat aktuell erbrachten Ist-Regelleistung (Rist_RL,Aggregat) eine Aggregatregeldifferenz (Perror_RL,Aggregat) des Aggregats (13) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein depending on the control power setpoint (P soll_RL, aggregate ) and one of the unit units (11) as a total aggregated actual control power (R ist_RL, aggregate ) an aggregate control difference (P error_RL, aggregate ) of Aggregate (13) is determined. Verfahren nach Anspruch 5, wobei in Abhängigkeit von der Aggregatregeldifferenz (Perror_RL,Aggregat) durch eine zusätzliche, gemeinsame Aggregatregeleinrichtung (29) ein Aggregatsollwert (Pcontrol_RL,Aggregat) ermittelt wird und der Aggregatsollwert (Pcontrol_RL,Aggregat) gemäß dem von der jeweiligen Geräteeinheit (11) zu erbringenden Anteil der Regelleistung (15) auf die Geräteeinheiten (11) aufgeteilt wird, um daraus den jeweiligen Gerätesollwert (Psoll_ges,1) zu ermitteln.Method according to Claim 5 in which, depending on the aggregate control difference (P error_RL, aggregate ), an aggregate setpoint value (P control_RL, aggregate ) is determined by an additional, common aggregate control device (29) and the aggregate setpoint value (P control_RL, aggregate ) is determined according to that of the respective device unit (11). to be provided portion of the control power (15) to the unit units (11) is divided, in order to determine the respective device setpoint (P soll_ges, 1 ). Verfahren nach Anspruch 6, wobei zu dem jeweils aktuellen Regeltakt eine Differenz (Perror_RL,Aggregat) zwischen dem Regelleistungssollwert (Psoll_RL,Aggregat) des aktuellen Regeltaktes und dem Regelleistungssollwert (Psoll_RL,Aggregat) eines vorangegangenen Regeltaktes berechnet wird und für jede Geräteeinrichtung (11) bei dem auf sie aufgeteilten Aggregatsollwert (PSoll_ges,1) der von der Geräteeinheit (11) aktuell erbrachte Anteil der Regelleistung (Pist_RL,1) hinzuaddiert (32) wird.Method according to Claim 6 , wherein a difference (P error_RL, aggregate ) between the control power setpoint (P soll_RL, aggregate ) of the current control clock and the control power setpoint (P soll_RL, aggregate ) of a previous control clock is calculated for each current control clock and for each device device (11) in the Aggregate setpoint (P set_ges, 1 ) divided thereupon is added to (32) the proportion of the control power (P ist_RL, 1 ) currently provided by the device unit (11). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einer oder einigen oder allen der Geräteeinheiten (11) jeweils zusätzlich eine von der Geräteeinheit (11) in der Anlage (10) bereitzustellende Nutzleistung als ein jeweiliger Normalbetriebssollwert (Pnormal,1) vorgegeben wird und für die jeweilige Regeleinrichtung (22) der Geräteeinheit (11) deren Gerätesollwert (Psoll_ges,1) der einzuregelnden Geräteleistung (Pist_ges,1) als Summe des Normalbetriebssollwerts (Pnormal,1) und des zu erbringenden Anteils (Psoll_RL,1, Psoll_RL_ges,1) der Regelleistung (15) berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein at one or some or all of the device units (11) in each case additionally provided by the device unit (11) in the system (10) useful power as a respective normal operating setpoint (P normal, 1 ) and for the respective control device (22) of the device unit (11) whose device nominal value (P soll_ges, 1 ) of the device power to be adjusted (P ist_ges, 1 ) is the sum of the normal operating setpoint (P normal, 1 ) and the part to be generated (P soll_RL, 1 , P soll_RL_ges, 1 ) of the control power (15) is calculated. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der jeweilige von der Geräteeinheit (11) erbrachte Anteil (Pist_RL,1) der Regelleistung (15) als Differenz (28) der erbrachten Geräteleistung (Pist_ges,1) und dem Normalbetriebssollwert (Pnormal,1) ermittelt wird.Method according to Claim 8 in which the respective proportion (P ist_RL, 1 ) of the control power (15) provided by the appliance unit (11) is determined as the difference (28) of the appliance output (P ist_ges, 1 ) and the normal operating setpoint (P normal, 1 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Zeitabstände der Regeltakte in einem Wertebereich von 0,1 Sekunden bis 20 Minuten liegen.Method according to one of the preceding claims, wherein time intervals of the control clocks in a value range of 0.1 seconds to 20 minutes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Geräteeinheiten (11) über einen gemeinsamen Netzanschlusspunkt (16) der Anlage (10) mit dem Stromnetz (14) verbunden sind.Method according to one of the preceding claims, wherein the device units (11) via a common network connection point (16) of the system (10) to the power grid (14) are connected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als die Geräteeinheiten (11) jeweils ein Motor eines Lüftungssystems (12) und/oder eines Förderbandsystems der Anlage (10) und/oder ein Ladegerät zum Nachladen eines Elektrofahrzeugs verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein as the unit units (11) in each case a motor of a ventilation system (12) and / or a conveyor system of the system (10) and / or a charger for recharging an electric vehicle are used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Regelleistungssollwert (Psoll_RL,Aggregat) in Abhängigkeit von einer Abweichung einer Netzfrequenz (17) des Stromnetzes (14) von einer vorgegebenen Sollfrequenz berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the control power setpoint (P soll_RL, aggregate ) is calculated in dependence on a deviation of a mains frequency (17) of the power network (14) from a predetermined nominal frequency. Steuervorrichtung (CNTRL) für eine Anlage (10) mit einer Vielzahl von Geräteeinheiten (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (CNTRL) eine Recheneinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Control device (CNTRL) for a system (10) having a plurality of device units (11), characterized in that the control device (CNTRL) has a computing device which is connected thereto is set up to carry out a method according to any one of the preceding claims. Technische Anlage (10) mit einer Vielzahl von Geräteeinheiten (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (10) eine Steuervorrichtung (CNTRL) gemäß Anspruch 14 zum Steuern der Geräteeinheiten (11) aufweist.Technical installation (10) with a multiplicity of device units (11), characterized in that the installation (10) has a control device (CNTRL) according to Claim 14 for controlling the appliance units (11).
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