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
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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
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 derAnlage von 1 ; -
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage; -
4 eine schematische Darstellung einer Geräteeinheit derAnlage von 3 .
-
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 of1 ; -
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 of3 ,
Die Regelleistung
Bei der Anlage
Die Aufteilungseinrichtung
Die Geräteeinheiten
Eine Regeleinrichtung
Der Gerätesollwert Psoll_ges,1 kann berechnet werden aus dem Anteil Psoll_RL,1 der insgesamt zu erbringenden Regelleistung
Durch eine Subtraktion
Um von der Geräteleistung Pist_ges,1 den darin enthaltenen oder erbrachten Anteil Pist_RL,i an Regelleistung
Die beschriebenen Berechnungen einschließlich derjenigen der Aufteileinrichtung
In der Anlage
Mittels einer Subtraktion
Die Verteilungseinrichtung
Da die Aggregatregeleinrichtung
Durch die individuelle Regelung jeder Geräteeinheit
So kann in einer Anlage
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)
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