DE102018213785A1 - Conversion device and method for operating a conversion device - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Umwandlungsvorrichtung (1) von elektrischer Energie zu Wärme vorgeschlagen, wobei die Umwandlungsvorrichtung (1) an ein Stromnetz (4) mit einer festgelegten Soll-Netzfrequenz (24) angebunden ist, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte umfasst:- Erfassen einer Ist-Netzfrequenz (42) des Stromnetzes (4); und- Steuern der Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung (1) aus dem Stromnetz (4) in Abhängigkeit der erfassten Ist-Netzfrequenz (42); gekennzeichnet durch- ein Erhöhen der Leistungsaufnahme, falls die Ist-Netzfrequenz (42) größer als die Soll-Netzfrequenz (24) ist; oder- ein Verringern der Leistungsaufnahme, falls die Ist-Netzfrequenz kleiner als die Soll-Netzfrequenz ist.Weiterhin betrifft die Erfindung eine Umwandlungsvorrichtung (1) .The invention relates to a method for operating a conversion device (1) from electrical energy to heat, wherein the conversion device (1) is connected to a power network (4) with a fixed nominal network frequency (24), the method comprising at least the following steps : - Detecting an actual network frequency (42) of the power network (4); and- controlling the power consumption of the conversion device (1) from the power network (4) as a function of the detected actual network frequency (42); characterized by - increasing the power consumption if the actual mains frequency (42) is greater than the target mains frequency (24); or - reducing the power consumption if the actual mains frequency is lower than the target mains frequency. The invention further relates to a conversion device (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Umwandlungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a conversion device according to the preamble of claim 6.

Aufgrund der Energiewende ist es erforderlich eine ansteigende Anzahl von fluktuierenden erneuerbaren Stromerzeugern in bestehende Stromnetze einzubinden. Hierbei ist es aufgrund der volatilen Natur der Erzeugung erforderlich, den hierdurch erzeugten Strom mittels Sektorkopplung zu verteilen, beispielsweise in Form von Wärme, Kälte oder durch Transport, oder den erneuerbar erzeugten Strom zu speichern.Due to the energy transition, an increasing number of fluctuating renewable electricity generators must be integrated into existing electricity grids. Due to the volatile nature of the generation, it is necessary to distribute the electricity generated in this way by means of sector coupling, for example in the form of heat, cold or by transport, or to store the renewable electricity.

Eine bekannte Möglichkeit die erneuerbar erzeugte elektrische Energie zu speichern sind Umwandlungsvorrichtung, die elektrischen Strom (elektrische Energie) zu Wärme wandeln. Diese Umwandlungsvorrichtung werden ebenfalls als P2H-Anlagen (englisch: Power-to-Heat; abgekürzt P2H) bezeichnet. Solche Umwandlungsvorrichtungen verwenden den elektrischen Strom um thermische Energie beziehungsweise Wärme zu erzeugen, die wiederum anschließend kosteneffizient gespeichert werden kann. Mit anderen Worten lehnen sich diese Umwandlungseinheiten an dem Prinzip eines Tauchsieders an, der mittels elektrischer Energie eine Flüssigkeit, typischerweise Wasser, erhitzt. Solche Tauchsieder, Heizstäbe oder Heizpatronen sind bereits seit langem bekannt.A known possibility of storing the renewable generated electrical energy are conversion devices that convert electrical current (electrical energy) to heat. These conversion devices are also referred to as P2H systems (English: Power-to-Heat; abbreviated P2H). Such conversion devices use the electrical current to generate thermal energy or heat, which in turn can then be stored cost-effectively. In other words, these conversion units are based on the principle of an immersion heater which heats a liquid, typically water, by means of electrical energy. Such immersion heaters, heating elements or heating cartridges have been known for a long time.

Eine weitere Art von Umwandlungsvorrichtungen sind Nachtspeicheröfen, die aus elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom eine Strahlungswärme erzeugen. Die erzeugte Strahlungswärme kann zum Heizen verwendet werden.Another type of conversion devices are night storage furnaces that generate radiant heat from electrical energy or electrical current. The radiant heat generated can be used for heating.

Den verschiedenen Arten von Umwandlungsvorrichtungen ist gemeinsam, dass diese mittels elektrischer Energie eine Wärme erzeugen, die anschließend an ein Wärmespeichermedium, beispielsweise Wasser oder Luft, abgegeben beziehungsweise übertagen werden kann.The different types of conversion devices have in common that they generate heat by means of electrical energy, which can then be released or transferred to a heat storage medium, for example water or air.

Solche Umwandlungsvorrichtung stellen aufgrund ihrer relativ hohen und volatilen Leistungsaufnahme eine zunehmende Belastung für bestehende Stromnetze dar.Due to their relatively high and volatile power consumption, such conversion devices represent an increasing burden on existing power grids.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgrund von Umwandlungsvorrichtungen entstehende Belastung von Stromnetzen zu verringern.The present invention has for its object to reduce the load on power grids due to conversion devices.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine Umwandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 6 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.The object is achieved by a method having the features of independent claim 1 and by a conversion device having the features of independent claim 6. Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the dependent patent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Energie zu Wärme, wobei die Umwandlungsvorrichtung an ein Stromnetz mit einer festgelegten Soll-Netzfrequenz angebunden ist, umfasst wenigstens die folgenden Schritte:

  • - Erfassen einer Ist-Netzfrequenz des Stromnetzes; und
  • - Steuern einer Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung aus dem Stromnetz in Abhängigkeit der erfassten Ist-Netzfrequenz.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch
  • - ein Erhöhen der Leistungsaufnahme, falls die Ist-Netzfrequenz größer als die Soll-Netzfrequenz ist; oder
  • - ein Verringern der Leistungsaufnahme, falls die Ist-Netzfrequenz kleiner als die Soll-Netzfrequenz ist.
The method according to the invention for operating a converting device from electrical energy to heat, the converting device being connected to a power grid with a fixed nominal grid frequency, comprises at least the following steps:
  • - Detection of an actual network frequency of the power network; and
  • - Controlling a power consumption of the conversion device from the power grid as a function of the detected actual grid frequency.
The method according to the invention is characterized by
  • - an increase in power consumption if the actual line frequency is greater than the target line frequency; or
  • - a reduction in power consumption if the actual mains frequency is lower than the target mains frequency.

Eine Umwandlungsvorrichtung ist eine Vorrichtung, die elektrische Energie, das heißt elektrischen Strom, wenigstens teilweise zu Wärme wandelt (englisch: Power-to-Heat; abgekürzt P2H). Diese kann somit als P2H-Vorrichtung oder P2H-Anlage bezeichnet werden.A conversion device is a device that converts electrical energy, that is to say electrical current, at least partially to heat (English: power-to-heat; abbreviated as P2H). This can therefore be referred to as a P2H device or P2H system.

Das Steuern der Leistungsaufnahme umfasst ein Regeln der Leistungsaufnahme.Controlling power consumption includes regulating power consumption.

Erfindungsgemäß wird die Ist-Netzfrequenz des Stromnetzes, an welchem die Umwandlungsvorrichtung zur Leistungsaufnahme angebunden ist, erfasst und die Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung aus dem Stromnetz in Abhängigkeit wenigstens der erfassten Ist-Netzfrequenz gesteuert. Hierbei wird die Leistungsaufnahme, das heißt die aus dem Stromnetz bezogene Leistung der Umwandlungsvorrichtung, erhöht, falls die Ist-Netzfrequenz größer als die Soll-Netzfrequenz ist. Weiterhin wird die Leistungsaufnahme, das heißt die aus dem Stromnetz bezogene Leistung der Umwandlungsvorrichtung, verringert, falls die Ist-Netzfrequenz kleiner als die Soll-Netzfrequenz ist. Somit wird zusammenfassend eine zur Netzstatik des Stromnetzes inverse Steuerung oder Regelung der Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung bereitgesellt. Dadurch kann das Stromnetz vorteilhafterweise unterstützt beziehungsweise stabilisiert werden. Ferner kann auf Schwankungen des Stromnetzes zeitlich hochaufgelöst reagiert werden. Mit anderen Worten wird das Stromnetz weniger durch die Umwandlungsvorrichtung belastet.According to the invention, the actual network frequency of the power network to which the conversion device for power consumption is connected is recorded and the power consumption of the conversion device from the power network is controlled as a function of at least the detected actual network frequency. In this case, the power consumption, that is to say the power of the conversion device obtained from the power network, is increased if the actual network frequency is greater than the target network frequency. Furthermore, the power consumption, that is to say the power of the conversion device obtained from the power network, is reduced if the actual network frequency is lower than the target network frequency. In summary, control or regulation of the power consumption of the conversion device that is inverse to the network statics of the power network is thus provided. As a result, the power grid can advantageously be supported or stabilized. Furthermore, fluctuations in the power grid can be reacted to with high resolution. In other words, it will Power grid less burdened by the conversion device.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es daher Umwandlungsvorrichtungen zur Unterstützung der Netzstabilität zu verwenden. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß die Leistung beziehungsweise die Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung an den Zustand des Stromnetzes angepasst. Die Umwandlungsvorrichtung wird somit vorteilhafterweise nicht trivial, das heißt nicht ausschließlich gemäß den Betriebszuständen An oder Aus betrieben.The present invention therefore makes it possible to use conversion devices to support network stability. In other words, according to the invention, the power or the power consumption of the conversion device is adapted to the state of the power grid. The conversion device is thus advantageously not operated in a trivial manner, that is to say not exclusively according to the operating states on or off.

Weiterhin ist für die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise keine weitere Infrastruktur und/oder Kommunikationsinfrastruktur erforderlich. Ferner kann der Ausbau des Stromnetzes vorteilhafterweise reduziert werden.Furthermore, no further infrastructure and / or communication infrastructure is advantageously required for the present invention. Furthermore, the expansion of the electricity network can advantageously be reduced.

Weiterhin wird durch die vorliegende Erfindung eine Menge an vorgehaltener Regelleistungskapazität des Stromnetzes ebenfalls verringert.Furthermore, the present invention also reduces an amount of reserve control capacity of the power grid.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Stützung des Stromnetzes nicht innerhalb von Kraftwerken und/oder Übertragungsnetzen erfolgt, sondern innerhalb eines Verteilernetzes.Another advantage of the present invention is that the power grid is not supported within power plants and / or transmission grids, but within a distribution grid.

Weiterhin ist von Vorteil, dass ein Benutzer der Umwandlungsvorrichtung keine Komforteinbußen hinzunehmen hat, da die thermische Trägheit typischerweise die Änderungen der Leistungsaufnahme ausgleicht.Another advantage is that a user of the conversion device does not have to accept any loss of comfort, since the thermal inertia typically compensates for the changes in the power consumption.

Durch die vorliegende Erfindung werden zudem erneuerbare Energien gefördert und unterstützt. Das ist deshalb der Fall, da mehr erneuerbar erzeugte Leistung verbraucht werden kann. Insbesondere können eine Vielzahl von Umwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden als Schwarm betrieben werden. Dadurch wird die Netzstabilität des Stromnetzes weiter verbessert.The present invention also promotes and supports renewable energies. This is because more renewable power can be consumed. In particular, a plurality of conversion devices according to the present invention can be operated as a swarm. This further improves the grid stability of the power grid.

Die erfindungsgemäße Umwandlungsvorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie zu Wärme, umfasst wenigstens einen Netzanschlusspunkt an ein Stromnetz mit einer Soll-Netzfrequenz, eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Ist-Netzfrequenz des Stromnetzes und eine Steuervorrichtung zur Steuerung einer Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung über den Netzanschlusspunkt. Die erfindungsgemäße Umwandlungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufnahme mittels der Steuervorrichtung derart steuerbar ist, dass die Leistungsaufnahme erhöhbar ist, falls die Ist-Netzfrequenz größer als die Soll-Netzfrequenz ist, oder die Leistungsaufnahme verringerbar ist, falls die Ist-Netzfrequenz kleiner als die Soll-Netzfrequenz ist.The conversion device according to the invention for converting electrical energy to heat comprises at least one network connection point to a power network with a desired network frequency, a detection device for detecting an actual network frequency of the power network and a control device for controlling a power consumption of the conversion device via the network connection point. The conversion device according to the invention is characterized in that the power consumption can be controlled by means of the control device in such a way that the power consumption can be increased if the actual network frequency is greater than the target network frequency, or the power consumption can be reduced if the actual network frequency is less than that Target network frequency is.

Hierbei ist es besonders bevorzugt eine bereits bestehende Umwandlungsvorrichtung durch eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung zu erweitern, sodass diese eine erfindungsgemäße Umwandlungsvorrichtung ausbildet.Here, it is particularly preferred to expand an existing conversion device by a control device according to the invention, so that it forms a conversion device according to the invention.

Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile der erfindungsgemäßen Umwandlungsvorrichtung.The method according to the invention has the same and equivalent advantages of the conversion device according to the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Leistungsaufnahme linear in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Soll-Netzfrequenz und der Ist-Netzfrequenz gesteuert.According to an advantageous embodiment of the invention, the power consumption is controlled linearly as a function of the difference between the target network frequency and the actual network frequency.

Mit anderen Worten ist PSoll = PIst + k · Δf, wobei Δf die Differenz zwischen Soll-Netzfrequenz und Ist-Netzfrequenz bezeichnet. Hierbei bezeichnen PIst eine aktuelle Leistungsaufnahme (Ist-Leistungsaufnahme) der Umwandlungsvorrichtung, PSoll eine Leistungsaufnahme, die die Umwandlungsvorrichtung aufweisen soll (Soll-Leistungsaufnahme), und k eine Konstante. Mit anderen Worten ist PSoll- PIst die Änderung, das heißt Erhöhung (Psoll > PIst) oder Verringerung (PSoll < PIst), der Ist-Leistungsaufnahme. Wird Δf = fIst-fSoll gewählt, wobei fIst die Ist-Netzfrequenz und fSoll die Soll-Netzfrequenz bezeichnet, so ist die Konstante k größer als Null.In other words, P Soll = P Ist + k · Δf, where Δf denotes the difference between the target network frequency and the actual network frequency. Here, P actual denotes a current power consumption (actual power consumption) of the conversion device, P target a power consumption that the conversion device is to have (target power consumption), and k a constant. In other words, P target is - P If the change, ie increase (P should> P Is) or decrease (P target <P Is), the actual power consumption. If Δf = f actual -f target is selected, where f is the actual mains frequency and f target is the target mains frequency, then the constant k is greater than zero.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Ist-Netzfrequenz am Netzanschlusspunkt der Umwandlungsvorrichtung erfasst.In an advantageous development of the invention, the actual network frequency is recorded at the network connection point of the conversion device.

Vorteilhafterweise kann dadurch die Ist-Netzfrequenz besonders genau erfasst werden. Dadurch wird vorteilhafterweise die Netzstabilität des Stromnetzes weiter verbessert.Advantageously, the actual network frequency can thereby be recorded particularly precisely. This advantageously further improves the grid stability of the power grid.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Steuern der Leistungsaufnahme mittels eines Mikrokontrollers der Umwandlungsvorrichtung.According to an advantageous embodiment of the invention, the power consumption is controlled by means of a microcontroller of the conversion device.

Vorteilhafterweise ist ein Mikrokontroller im Wesentlichen frei programmierbar. Dadurch kann das erfindungsgemäße Steuern der Umwandlungsvorrichtung ermöglicht werden. Insbesondere kann ein Mikrokontroller in eine bereits bestehende Umwandlungsvorrichtung leicht integriert werden.A microcontroller is advantageously essentially freely programmable. This enables the control of the conversion device according to the invention. In particular, a microcontroller can be easily integrated into an existing conversion device.

Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn das Steuern der Leistungsaufnahme mittels eines durch den Mikrokontroller steuerbaren Leistungswiderstandes erfolgt.It is particularly preferred here if the power consumption is controlled by means of a power resistor which can be controlled by the microcontroller.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Umwandlungsvorrichtung einen Heizstab, wobei die Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung mittels der Leistungsaufnahme des Heizstabes steuerbar ist.In an advantageous development of the invention, the conversion device comprises a heating element, the power consumption of the conversion device being controllable by means of the power consumption of the heating element.

Vorteilhafterweise weisen Heizstäbe typischerweise eine hohe Leistungsaufnahme auf, sodass eine entsprechend große Regelleistung zur Netzstabilität durch die Umwandlungsvorrichtung bereitgestellt wird. Advantageously, heating rods typically have a high power consumption, so that a correspondingly large control power for network stability is provided by the conversion device.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Umwandlungsvorrichtung als Wärmepumpe oder Nachtspeicherofen ausgebildet.According to an advantageous embodiment of the invention, the conversion device is designed as a heat pump or night storage furnace.

Vorteilhafterweise weisen ebenfalls Wärmepumpen oder Nachtspeicheröfen, beispielsweise mit wenigstens drei Leistungsstufen, eine hohe Leistungsaufnahme auf, sodass eine entsprechend große Regelleitung (maximale positive und negative Änderung der Leistungsaufnahme) zur Netzstabilität durch die Umwandlungsvorrichtung bereitgestellt wird. Insbesondere umfassen Wärmepumpen typischerweise einen Heizstab. Weiterhin können bereits bestehende Wärmepumpen oder Nachtspeicheröfen derart nachgerüstet werden, dass diese gemäß der vorliegenden Erfindung oder einer ihrer Ausgestaltungen betrieben werden können. Mit anderen Worten können bereits bestehende Wärmepumpen oder Nachtspeicheröfen jeweils zu einer Umwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung oder einer ihrer Ausgestaltungen erweitert werden.Heat pumps or night storage furnaces, for example with at least three power levels, advantageously also have a high power consumption, so that a correspondingly large control line (maximum positive and negative change in power consumption) for network stability is provided by the conversion device. In particular, heat pumps typically include a heating element. Furthermore, existing heat pumps or night storage stoves can be retrofitted in such a way that they can be operated in accordance with the present invention or one of its configurations. In other words, existing heat pumps or night storage furnaces can each be expanded to a conversion device according to the present invention or one of its configurations.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Steuervorrichtung eine Schnittstelle für einen Fernzugriff auf die Steuervorrichtung zur Anpassung von für die Steuerung vorgesehenen Parameter.In an advantageous development of the invention, the control device comprises an interface for remote access to the control device for adapting parameters provided for the control.

Vorteilhafterweise wird hierdurch eine Anpassung der für das Steuern der Leistungsaufnahme vorgesehenen Parameter, beispielsweise der Steigung k, durch einen Netzbetreiber ermöglicht. Hierbei werden die Parameter an den aktuellen Netzzustand, beispielsweise an die Ist-Netzfrequenz und/oder Soll-Netzfrequenz, angepasst. Hierzu kann eine Anbindung der Umwandlungsvorrichtung an eine Informations- und Kommunikationstechnologie-Infrastruktur (IKT-Infrastruktur) des Netzbetreibers des Stromnetzes vorgesehen sein.This advantageously enables an adjustment of the parameters provided for controlling the power consumption, for example the slope k, by a network operator. The parameters are adapted to the current network status, for example to the actual network frequency and / or target network frequency. For this purpose, a connection of the conversion device to an information and communication technology infrastructure (ICT infrastructure) of the network operator of the power network can be provided.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert:

  • 1 ein Diagramm einer Steuerung einer Leistungsaufnahme einer Umwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und
  • 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Further advantages, features and details of the invention result from the exemplary embodiments described below and from the drawings. Schematically show:
  • 1 a diagram of a control of a power consumption of a conversion device according to an embodiment of the present invention; and
  • 2 a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention.

Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente können in einer der Figuren oder in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.Similar, equivalent or equivalent elements can be provided with the same reference numerals in one of the figures or in the figures.

Die 1 zeigt ein Diagramm, welches das Steuern beziehungsweise Regeln einer Leistungsaufnahme einer Umwandlungsvorrichtung verdeutlicht.The 1 shows a diagram which illustrates the control or regulation of a power consumption of a conversion device.

An der Abszisse 101 des Diagramms ist eine Differenz Δf = fIst - fSoll, gebildet aus einer Ist-Netzfrequenz fIst und einer Soll-Netzfrequenz fSoll, in einer beliebigen Einheit, beispielsweise Hertz [Hz], aufgetragen. Hierbei weist ein Stromnetz, aus welchem die Umwandlungsvorrichtung eine Leistung bezieht (Leistungsaufnahme) eine Soll-Netzfrequenz auf. Das heißt, dass das Stromnetz bestmöglich zu jedem Zeitpunkt die Soll-Netzfrequenz, beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz, aufweisen sollte.On the abscissa 101 The diagram shows a difference Δf = f actual - f target , formed from an actual network frequency f actual and a target network frequency f target , in any unit, for example Hertz [Hz]. In this case, a power network from which the conversion device draws power (power consumption) has a target network frequency. This means that the power grid should have the desired grid frequency, for example 50 Hz or 60 Hz, at all times.

An der Ordinate 102 des Diagramms ist die Änderung der Leistungsaufnahme ΔP = PSoll - PIst, das heißt die Erhöhung oder Verringerung der Leistungsaufnahme PIst der Umwandlungsvorrichtung, aufgetragen. Nach der Änderung der Leistungsaufnahme nimmt die Umwandlungsvorrichtung somit die Soll-Leistungsaufnahme PSoll auf. Vor der Änderung der Leistungsaufnahme nimmt die Umwandlungsvorrichtung die Ist-Leistungsaufnahme PIst auf. Die Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung variiert somit zeitlich.On the ordinate 102 The diagram shows the change in the power consumption ΔP = P target - P actual , that is to say the increase or decrease in the power consumption P actual of the conversion device. After the change in the power consumption, the conversion device thus takes up the target power consumption P target . Before the change in power consumption, the conversion device takes up the actual power consumption P Ist . The power consumption of the conversion device thus varies over time.

Der Nullpunkt des dargestellten Diagramms, das heißt der Schnittpunkt der Abszisse 101 mit der Ordinate 102, korrespondiert zu einer Soll-Leistungsaufnahme (PIst = PSoll) der Umwandlungsvorrichtung und der Soll-Netzfrequenz (fIst =fSoll) des Stromnetzes.The zero point of the diagram shown, that is, the intersection of the abscissa 101 with the ordinate 102 , corresponds to a target power consumption (P actual = P target ) of the conversion device and the target network frequency (f actual = f target ) of the power network.

Das Steuern der Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung erfolgt gemäß der ersten Geraden 104. Die erste Gerade 104 weist eine positive Steigung auf und erstreckt sich vom dritten Quadranten des Diagramms zum ersten Quadraten des Diagramms. Hierbei erstreckt sich die erste Gerade 104 durch den Nullpunkt.The power consumption of the conversion device is controlled according to the first straight line 104 , The first straight 104 has a positive slope and extends from the third quadrant of the diagram to the first square of the diagram. The first straight line extends here 104 through the zero point.

Wird eine Ist-Netzfrequenz 42 (aktuelle Netzfrequenz des Stromnetzes) erfasst, so wird gemäß der ersten Geraden (Punkt 40) eine zugehörige Änderung der Leistungsaufnahme, das heißt eine Leistungsänderung 41, festgelegt. Im dargestellten Diagramm ist die Leistungsänderung 41 größer Null, da die Ist-Netzfrequenz 42 größer als die Soll-Netzfrequenz 24 ist. Somit wird die Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung um den Wert der Leistungsänderung 41 erhöht.Becomes an actual network frequency 42 (current network frequency of the power network) is recorded, then according to the first straight line (point 40 ) an associated change in power consumption, i.e. a change in power 41 , fixed. In the diagram shown is the change in performance 41 greater than zero because the actual mains frequency 42 greater than the target network frequency 24 is. Thus, the power consumption of the conversion device by the value of the power change 41 elevated.

Ist die Ist-Netzfrequenz kleiner als die Soll-Netzfrequenz, so ist die Leistungsänderung negativ, sodass die Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung verringert wird (nicht dargestellt).If the actual line frequency is lower than the target line frequency, the change in power is negative, so that the power consumption of the conversion device is reduced (not shown).

Zum Vergleich zur Steuerung oder Regelung des Stromnetzes, beispielsweise mittels Kraftwerke, ist eine zweite Gerade 103 gestrichelt eingezeichnet. Die zweite Gerade 103 korrespondiert zur Netzstatik, das heißt zur Steuerung beziehungsweise Regelung des Stromnetzes über Stromerzeuger des Stromnetzes, beispielsweise Kraftwerke. Dadurch wird erkennbar, dass das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung oder einer ihrer Ausgestaltungen (siehe erste Gerade 104) eine hierzu inverse Steuerung beziehungsweise Regelung der Umwandlungsvorrichtung, insbesondere einer Mehrzahl von Umwandlungsvorrichtungen, darstellt. Dadurch wird das Stromnetz vorteilhafterweise bezüglich seiner Netzstabilität unterstützt.A second straight line is used to compare the control or regulation of the power grid, for example by means of power plants 103 shown in dashed lines. The second straight line 103 corresponds to the network statics, that is to say to control or regulate the power network via power generators of the power network, for example power plants. This shows that the method according to the present invention or one of its configurations (see first straight line 104 ) represents an inverse control or regulation of the conversion device, in particular a plurality of conversion devices. As a result, the power grid is advantageously supported with regard to its grid stability.

2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. 2 shows a flow diagram of a method according to an embodiment of the present invention.

In einem ersten Schritt wird eine aktuelle Frequenz (Ist-Netzfrequenz) eines Stromnetzes 4 mittels einer Erfassungsvorrichtung 3 erfasst. Hierbei ist eine Umwandlungsvorrichtung 1 über einen Netzanschlusspunkt mit dem Stromnetz zur Leistungsaufnahme gekoppelt. Das Erfassen der Ist-Netzfrequenz erfolgt hierbei am Netzanschlusspunkt. Als Ergebnis dieser Frequenzmessung steht die Ist-Netzfrequenz 42 fest. Die Ist-Netzfrequenz korrespondiert somit zu einer aktuellen Frequenz des Stromnetzes, da die Frequenz des Stromnetzes grundsätzlich zeitlich variabel ist.In a first step, a current frequency (actual network frequency) of a power network 4 by means of a detection device 3 detected. Here is a conversion device 1 Coupled to the power grid for power consumption via a network connection point. The actual network frequency is recorded at the network connection point. The actual mains frequency is the result of this frequency measurement 42 firmly. The actual network frequency thus corresponds to a current frequency of the power network, since the frequency of the power network is fundamentally variable over time.

In einem zweiten Schritt erfolgt ein Steuern der Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung 1 aus dem Stromnetz 1 in Abhängigkeit der erfassten Ist-Netzfrequenz. Das Steuern erfolgt mittels einer Steuervorrichtung 2, beispielsweise mittels eines Mikrokontrollers. Die Steuervorrichtung 2 ermöglicht somit eine von der aktuellen Frequenz (Ist-Netzfrequenz) des Stromnetzes 4 abhängige Leistungssteuerung der Umwandlungsvorrichtung 1. Hierbei berechnet die Steuervorrichtung 2 eine Änderung der aktuellen Leistungsaufnahme (Ist-Leistungsaufnahme) der Umwandlungsvorrichtung 1 oder eine Soll-Leistungsaufnahme 41 der Umwandlungsvorrichtung 1.In a second step, the power consumption of the conversion device is controlled 1 from the power grid 1 depending on the recorded actual network frequency. The control takes place by means of a control device 2 , for example by means of a microcontroller. The control device 2 thus enables one of the current frequency (actual network frequency) of the power network 4 dependent power control of the conversion device 1 , The control device calculates 2 a change in the current power consumption (actual power consumption) of the conversion device 1 or a target power consumption 41 the conversion device 1 ,

In einem dritten Schritt wird entsprechend der berechneten Änderung der Leistungsaufnahme oder der berechneten Soll-Leistungsaufnahme 41 die Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung 1 erhöht oder verringert.In a third step, according to the calculated change in power consumption or the calculated target power consumption 41 the power consumption of the conversion device 1 increased or decreased.

Die Schritte eins, zwei und drei können zusammen in regelmäßigen zeitlichen Abständen wiederholt werden. Dadurch wird eine sich wiederholende Anpassung der Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung 1 zur Unterstützung der Netzstabilität des Stromnetzes 4 bereitgestellt.Steps one, two and three can be repeated together at regular intervals. This will result in a repetitive adjustment of the power consumption of the conversion device 1 to support the grid stability of the power grid 4 provided.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples or other variations can be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Umwandlungsvorrichtungconversion device
22
Steuervorrichtungcontrol device
33
Erfassungsvorrichtungdetection device
44
Stromnetzpower grid
2424
Soll-NetzfrequenzTarget grid frequency
4040
Datenpunktdata point
4141
Leistungsänderungpower change
4242
Ist-NetzfrequenzActual grid frequency
101101
Abzisseabscissa
102102
Ordinateordinate
103103
erste Geradefirst straight line
104104
zweite Geradesecond straight line

Claims (10)

Verfahren zum Betrieb einer Umwandlungsvorrichtung (1) von elektrischer Energie zu Wärme, wobei die Umwandlungsvorrichtung (1) an ein Stromnetz (4) mit einer festgelegten Soll-Netzfrequenz (24) angebunden ist, umfassend die Schritte: - Erfassen einer Ist-Netzfrequenz (42) des Stromnetzes (4); und - Steuern einer Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung (1) aus dem Stromnetz (4) in Abhängigkeit der erfassten Ist-Netzfrequenz (42); gekennzeichnet durch - ein Erhöhen der Leistungsaufnahme, falls die Ist-Netzfrequenz (42) größer als die Soll-Netzfrequenz (24) ist; oder - ein Verringern der Leistungsaufnahme, falls die Ist-Netzfrequenz (42) kleiner als die Soll-Netzfrequenz (24) ist.Method for operating a conversion device (1) from electrical energy to heat, the conversion device (1) being connected to a power supply network (4) with a fixed target network frequency (24), comprising the steps: - Detecting an actual network frequency (42 ) the power network (4); and - controlling a power consumption of the conversion device (1) from the power network (4) as a function of the detected actual network frequency (42); characterized by - increasing the power consumption if the actual mains frequency (42) is greater than the target mains frequency (24); or - reducing the power consumption if the actual line frequency (42) is less than the target line frequency (24). Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Leistungsaufnahme linear in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Soll-Netzfrequenz (24) und der Ist-Netzfrequenz (42) gesteuert wird.Procedure according to Claim 1 , in which the power consumption is controlled linearly as a function of the difference between the nominal line frequency (24) and the actual line frequency (42). Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Ist-Netzfrequenz (42) am Netzanschlusspunkt der Umwandlungsvorrichtung (1) erfasst wird. Procedure according to Claim 1 or 2 , at which the actual network frequency (42) at the network connection point of the conversion device (1) is detected. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, beim das Steuern der Leistungsaufnahme mittels eines Mikrokontrollers der Umwandlungsvorrichtung (1) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, in which the power consumption is controlled by means of a microcontroller of the conversion device (1). Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem das Steuern der Leistungsaufnahme mittels eines durch den Mikrokontroller steuerbaren Leistungswiderstandes erfolgt.Procedure according to Claim 4 , in which the power consumption is controlled by means of a power resistor which can be controlled by the microcontroller. Umwandlungsvorrichtung (1) zur Umwandlung von elektrischer Energie zu Wärme, umfassend einen Netzanschlusspunkt an ein Stromnetz (4) mit einer Soll-Netzfrequenz (24), eine Erfassungsvorrichtung (3) zum Erfassen einer Ist-Netzfrequenz (42) des Stromnetzes (4) und eine Steuervorrichtung (2) zur Steuerung einer Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung (1) über den Netzanschlusspunkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufnahme mittels der Steuervorrichtung (2) derart steuerbar ist, dass die Leistungsaufnahme erhöhbar ist, falls die Ist-Netzfrequenz (42) größer als die Soll-Netzfrequenz (24) ist, oder die Leistungsaufnahme verringerbar ist, falls die Ist-Netzfrequenz (42) kleiner als die Soll-Netzfrequenz (24) ist.Conversion device (1) for converting electrical energy to heat, comprising a network connection point to a power network (4) with a desired network frequency (24), a detection device (3) for detecting an actual network frequency (42) of the power network (4) and A control device (2) for controlling a power consumption of the conversion device (1) via the network connection point, characterized in that the power consumption can be controlled by means of the control device (2) in such a way that the power consumption can be increased if the actual network frequency (42) is greater than the target network frequency (24), or the power consumption can be reduced if the actual network frequency (42) is lower than the target network frequency (24). Umwandlungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (2) einen Mikrokontroller zur von der Ist-Netzfrequenz (42) abhängigen Steuerung der Leistungsaufnahme umfasst.Conversion device (1) according to Claim 6 , characterized in that the control device (2) comprises a microcontroller for controlling the power consumption as a function of the actual mains frequency (42). Umwandlungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsvorrichtung (1) einen Heizstab umfasst, wobei die Leistungsaufnahme der Umwandlungsvorrichtung (1) mittels der Leistungsaufnahme des Heizstabes steuerbar ist.Conversion device (1) according to Claim 6 or 7 , characterized in that the conversion device (1) comprises a heating element, the power consumption of the conversion device (1) being controllable by means of the power consumption of the heating element. Umwandlungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsvorrichtung (1) als Wärmepumpe oder Nachtspeicherofen ausgebildet ist.Conversion device (1) according to one of the Claims 6 to 8th , characterized in that the conversion device (1) is designed as a heat pump or night storage furnace. Umwandlungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (2) eine Schnittstelle für einen Fernzugriff auf die Steuervorrichtung (2) zur Anpassung von für die Steuerung vorgesehenen Parameter umfasst.Conversion device (1) according to one of the Claims 6 to 9 , characterized in that the control device (2) comprises an interface for remote access to the control device (2) for adapting parameters provided for the control.
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