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Beschreibungseinleitung
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Die Erfindung betrifft eine Messeinheit gemäß Anspruch 1, eine Steuereinheit gemäß Anspruch 2 und ein Verfahren zur Steuerung der Aufnahme an Netzenergie gemäß Anspruch 3.
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Bei einem Stromnetz, welches verschiedene Abnahmestellen mit elektrischer Energie versorgt, ist die Netzspannung und die Netzfrequenz abhängig von dem Verhältnis zwischen der gesamten eingespeisten zu der gesamten entnommenen Strommenge durch die verschiedenen Abnahmestellen. Dabei wirkt sich eine Änderung in dem Verhältnis auf die in dem Stromnetz vorliegende Netzspannung und Netzfrequenz aus.
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Um eine stabile und sichere Stromversorgung mit möglichst gleichbleibender, vorgegebener Netzspannung und Netzfrequenz zu ermöglichen, steuert der Netzbetreiber bisher die in das Stromnetz eingespeiste Strommenge in Abhängigkeit von der entnommenen Strommenge. Es ist auch bekannt, dass der Netzbetreiber eine An- oder Abschaltung von Verbrauchsgeräten des Anschlussnutzers an der Abnahmestelle durchführen kann.
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Dies erfordert jedoch eine Zugriffsmöglichkeit des Netzbetreibers zu Verbrauchsgeräten an der Verbrauchsstelle, womit eine erhöhte Anfälligkeit für unberechtigte Zugriffe, insbesondere durch Dritte, einhergeht. Weiterhin bedeutet diese Zugriffsmöglichkeit einen zusätzlichen Regelungsaufwand für den Netzbetreiber neben der ohnehin aufwendigen Regelung der schwankenden Stromerzeugung, insbesondere bei einem hohen Anteil an regenerativer Stromerzeugung oder aufgrund sich ändernder oder einstellender politischer und wirtschaftlicher Gegebenheiten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine stabile und sichere Stromversorgung durch das Stromnetz und eine vorgegebene Netzfrequenz und Netzspannung in dem Stromnetz zu ermöglichen. Weiterhin soll eine Entlastung der Netzbetreiber bei der Bereitstellung einer stabilen Stromversorgung geschaffen werden. Weiterhin ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine unabhängige Steuerung der Aufnahmemenge an elektrischer Energie aus dem Stromnetz an der Abnahmestelle zu bewirken und die Notwendigkeit einer Steuerung für den Netzbetreiber möglichst entbehrlich werden zu lassen. Weiterhin soll eine schnellere Steuerung der Aufnahmemenge der Verbrauchsgeräte an der Abnahmestelle bewirkt werden. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die entnommene Strommenge an die eingespeiste Strommenge anzupassen.
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Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch eine Messeinheit mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Entsprechend wird eine Messeinheit an einer Abnahmestelle eines elektrische Netzenergie bereitstellenden Stromnetzes vorgeschlagen, wobei der Abnahmestelle wenigstens ein diese Netzenergie aufnehmendes und verarbeitbares Verbrauchsgerät zugeordnet ist und die Messeinheit die Messung der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz vornimmt und anhand dieser Messung wenigstens einen Messwert ermittelt, wobei die Aufnahmemenge an Netzenergie des Verbrauchsgeräts abhängig von dem Messwert veränderbar ist.
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Weiterhin wird zur Lösung wenigstens einer der zuvor genannten Aufgaben eine Steuereinheit zur Steuerung der Aufnahmemenge an durch ein Stromnetz bereitgestellten Netzenergie eines diese Netzenergie aufnehmenden und verarbeitbaren Verbrauchsgeräts vorgeschlagen, wobei die Steuereinheit wenigstens einen Ausgabewert bewirkt, wobei der Ausgabewert abhängig von wenigstens einem durch Messung der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz ermittelten Messwert ist und die Aufnahmemenge der Netzenergie des Verbrauchsgeräts abhängig von dem Ausgabewert veränderbar ist.
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Der Ausgabewert kann eine Steuergröße und/oder eine an das Verbrauchsgerät abgegebene, ausgehend von der Netzenergie umgesetzte, elektrische Spannung sein. Der Ausgabewert kann das Verbrauchsgerät dazu veranlassen, die Aufnahme an Netzenergie selbsttätig zu verändern. Auch kann das Verbrauchsgerät über die Steuereinheit elektrisch an die Netzenergie angebunden sein, wobei der Ausgabewert die elektrische Spannung, die das Verbrauchsgerät betreibt, bildet. Das Verbrauchsgerät kann elektrisch ausschließlich über die Steuereinheit mit dem Stromnetz verbunden sein.
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Weiterhin wird zur Lösung wenigstens einer der zuvor genannten Aufgaben ein Verfahren zur Steuerung der Aufnahmemenge an durch ein Stromnetz bereitgestellter Netzenergie eines diese Netzenergie aufnehmenden und verarbeitbaren Verbrauchsgeräts vorgeschlagen, wobei eine Messeinheit und eine Steuereinheit vorgesehen ist, wobei die Messeinheit die Messung der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz vornimmt und anhand dieser Messung wenigstens einen Messwert ermittelt, die Steuereinheit den Messwert empfängt und davon abhängig wenigstens einen Ausgabewert bewirkt, wobei die Aufnahmemenge an Netzenergie des Verbrauchsgeräts abhängig von dem Ausgabewert verändert wird.
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Jede dieser vorstehend genannten erfinderischen Lösungen kann eine stabile und sichere Stromversorgung durch das Stromnetz und eine vorgegebene, gleichbleibende Netzfrequenz, beispielsweise 50 Hz und eine gleichbleibende Netzspannung, beispielsweise 230 V in dem Stromnetz ermöglichen. Weiterhin wird der Netzbetreiber bei seiner Aufgabe, eine stabile Stromversorgung bereitzustellen, entlastet und eine unabhängige Steuerung der Aufnahmemenge an elektrischer Energie aus dem Stromnetz an der Abnahmestelle bewirkt. Die Steuerung kann unter Ausschluss einer Zugriffsmöglichkeit durch den Netzbetreiber erfolgen. Eine von aussen, insbesondere durch den Netzbetreiber, erfolgende Steuerung der Aufnahmemenge kann entbehrlich sein. Weiterhin kann eine schnellere Steuerung der Aufnahmemenge der Verbrauchsgeräte an der Abnahmestelle erfolgen. Vorhandene Lastspitzenreserven zum Ausgleich zweitweiser Stromschwankungen, beispielsweise durch Einschalten oder Ausschalten leistungsstarker Verbrauchsgeräte können verringert werden.
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Insbesondere bei einem Stromnetz mit einem hohen Anteil an durch regenerative Erzeugung kommender elektrischer Energie, welche erheblichen Schwankungen unterliegen kann, beispielsweise bedingt durch wechselnde Witterungsverhältnisse, kann eine verbesserte und einfache Anpassung der entnommenen Strommenge an die eingespeiste Strommenge ermöglicht werden.
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Die Abnahmestelle kann ein Gebäude oder ein Grundstück oder ein Hausanschluss oder eine Stromanlage des Anschlussnutzers oder eine Örtlichkeit innerhalb des Gebäudes oder auf dem Grundstück oder eine dem Grundstück oder dem Gebäude zugehörige Steckdose sein.
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Das Verbrauchsgerät kann ein elektrisch betreibbares Gerät sein, beispielsweise ein elektronisches Gerät, insbesondere ein Computer, ein Leuchtmittel, beispielsweise ein LED-Leuchtmittel, eine Kühlanlage, eine Klimaanlage oder eine Heizungsanlage oder ein Elektrofahrzeug im Ladevorgang. Das Verbrauchsgerät kann batterieunterstützt oder batteriebetrieben werden. Das Verbrauchsgerät kann beispielsweise zusätzlich an einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage (USV-Anlage) elektrisch angebunden sein.
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Die Steuereinheit kann als elektrischer oder elektronischer Schalter ausgebildet sein.
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Die Veränderung der Aufnahmemenge kann eine Verringerung und/oder Abschaltung und/oder Erhöhung und/oder Zuschaltung der Aufnahmemenge sein. Die Veränderung der Aufnahmemenge an Netzenergie kann eine Veränderung der elektrischen Leistungsaufnahme des Verbrauchsgeräts sein. Auch kann die Veränderung der Aufnahmemenge an Netzenergie ein Anschalten oder Abschalten des Verbrauchsgeräts sein.
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Die Veränderung der Aufnahmemenge an Netzenergie kann bei einem als Kühl- oder Heizungsanlage ausgebildeten Verbrauchsgerät, beispielsweise über vorgebbare Schaltstufen, eine Veränderung der Kühlleistung oder Heizleistung sein. Bei einem als Computer ausgeführten Verbrauchsgerät kann die Veränderung der Aufnahmemenge an Netzenergie über eine Veränderung der Taktfrequenz erfolgen. Bei einem als Leuchtmittel ausgebildeten Verbrauchsgerät kann die Veränderung der Aufnahmemenge an Netzenergie einer Änderung der Lichtleistung entsprechen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Messeinheit und/oder Steuereinheit zentral an der Abnahmestelle angeordnet oder unmittelbar wenigstens einem Verbrauchsgerät zugeordnet.
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Die Steuerung und Veränderung der Aufnahmemenge erfolgt an der Abnahmestelle und autark. Eine von aussen, insbesondere durch den Netzbetreiber, erfolgende Steuerung der Aufnahmemenge wird entbehrlich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nimmt die Aufnahmemenge zu, sobald der Messwert einen Schwellwert überschreitet und/oder ab, sobald der Messwert einen Schwellwert unterschreitet.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Veränderung stufenlos oder in vorgegebenen Abschnitten erfolgt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Verbrauchsgerät zusätzlich von dem Stromnetz unabhängige elektrische Energie aufnehmen und verarbeiten, wobei jeweils der Anteil der Aufnahmemenge an Netzenergie und unabhängiger elektrischer Energie abhängig von dem Messwert veränderbar ist. Das die unabhängige elektrische Energie bereitstellende Gerät kann eine USV-Anlage, eine Photovoltaikanlage und/oder eine Windenergieanlage sein.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an der Abnahmestelle eine USV-Anlage wirksam angeschlossen, deren Anteil an beigesteuerter elektrischer Energie abhängig von dem Messwert veränderbar ist. Abhängig von dem Messwert kann die USV-Anlage in einen Versorgungszustand, bei dem diese elektrische Energie zur Verfügung stellt oder in einen Ladezustand, bei dem diese elektrische Energie aus dem Stromnetz bezieht, versetzt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Verbrauchsgerät eine Batterie auf, wobei abhängig von dem Messwert eine Veränderung der Aufnahme- und/oder Abgabemenge an elektrischer Energie der Batterie erfolgt.
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Besonders bevorzugt wird die Aufnahmemenge um höchstens 10 Prozent verändert.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
- 1: Eine Anordnung einer Messeinheit und einer Steuereinheit jeweils in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 2: Ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung der Aufnahmemenge an Netzenergie nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt die Anordnung einer Messeinheit 16 und einer Steuereinheit 28 jeweils in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Das durch einen Netzbetreiber 19 mit Netzenergie gespeiste Stromnetz 10 weist mehrere Abnahmestellen 12 auf, beispielsweise Gebäude, Grundstücke, Hausanschlüsse, Stromanlagen 15, Örtlichkeiten innerhalb des Gebäudes oder auf dem Grundstück oder dem Grundstück oder dem Gebäude zugeordnete Steckdosen.
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Die elektrische Netzenergie des Stromnetzes 10 kann beispielsweise durch regenerative Energiegewinnung, beispielsweise durch Solarenergie einer Solaranlage 17 oder durch Windenergie, erzeugt werden. Auch kann die elektrische Netzenergie durch konventionelle Stromgewinnung, beispielsweise durch fossile Energiequellen, erzeugt werden. Die elektrische Netzenergie in dem Stromnetz 10 weist dabei eine vorgegebene Netzspannung und Netzfrequenz auf. Beispielsweise beträgt die Netzspannung 230 V und die Netzfrequenz 50 Hz.
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An der Abnahmestelle ist wenigstens ein Verbrauchsgerät 14, welches die von dem Stromnetz 10 bereitgestellte elektrische Netzenergie aufnehmen und verarbeiten kann, vorhanden. Dabei nimmt das Verbrauchsgerät 14 eine gewisse Aufnahmemenge an elektrischer Netzenergie auf, wobei die Aufnahmemenge unter anderem davon abhängt, wie leistungsfähig das Verbrauchsgerät 14 ist.
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Das Verbrauchsgerät 14 kann ein elektrisch betreibbares Gerät sein, beispielsweise ein elektronisches Gerät, insbesondere ein Computer 20, ein Leuchtmittel, beispielsweise ein LED Leuchtmittel, eine Kühlanlage, eine Klimaanlage oder eine Heizungsanlage 22 oder ein Elektrofahrzeug 18 im Ladevorgang sein. Das Verbrauchsgerät 14 kann batterieunterstützt oder batteriebetrieben werden. Auch ist es denkbar, dass das Verbrauchsgerät 14 zusätzlich an einer USV-Anlage elektrisch angebunden ist. Das Verbrauchsgerät 14 kann von dem Stromnetz unabhängig, zusätzlich elektrische Energie aufnehmen und verarbeiten, beispielsweise durch die USV-Anlage oder eine Photovoltaikanlage oder eine Windenergieanlage erzeugte elektrische Energie.
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An der Abnahmestelle 12 ist weiterhin eine Messeinheit 16 angeordnet, die in der Lage ist, eine Messung der Netzspannung und der Netzfrequenz des Stromnetzes 10 durchzuführen. Anhand dieser Messung wird ein Messwert ermittelt, wobei die Aufnahmemenge an Netzenergie des Verbrauchsgeräts 14 abhängig von diesem Messwert veränderbar ist. Die Veränderung der Aufnahmemenge an Netzenergie durch das Verbrauchsgerät 14 erfolgt damit anhand des Messwerts autark, insbesondere ohne eine von außen durch den Netzbetreiber 19 erfolgende Steuerung und Beeinflussung der Aufnahmemenge.
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Die Messeinheit 16 weist insbesondere eine elektronische Schaltung und einen Mikrocontroller auf, der die Messung und Auswertung durchführt und verarbeitet. Die Messeinheit 16 weist Anschlusskontakte 24 auf, die eine Verbindung zu dem Stromnetz 10 ermöglichen. Weiterhin umfasst die Messeinheit 16 eine Ausgabeschnittstelle 26, über die beispielsweise der Messwert ausgegeben werden kann.
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Die Ausgabe kann an eine an der Abnahmestelle 12 oder an dem Verbrauchsgerät 14 angeordnete Steuereinheit 28, die eine Steuerung der Aufnahmemenge an elektrische Netzenergie des Verbrauchsgeräts 14 bewirkt, weitergereicht werden. Abhängig von dem durch die Messeinheit 16 bereitgestellten Messwert stellt die Steuereinheit 28 einen Ausgabewert bereit, wobei die Aufnahmemenge der Netzenergie des Verbrauchsgeräts 14 abhängig von dem Ausgabewert veränderbar ist. Die Steuereinheit 28 kann als elektrischer oder elektronischer Schalter ausgebildet sein. Die Steuereinheit 28 umfasst insbesondere eine Eingabeschnittstelle 30, die zur Aufnahme des Messwerts vorgesehen ist. Weiterhin weist die Steuereinheit 28 einen Anschlusskontakt 32 zur Verbindung mit dem Verbrauchsgerät 14 auf, über welchen die Veränderung der Aufnahmemenge beeinflusst wird.
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Die Veränderung der Aufnahmemenge an Netzenergie des Verbrauchsgeräts 14 kann beispielsweise eine Veränderung der elektrischen Leistung des Verbrauchsgeräts 14 sein. Auch kann die Veränderung der Aufnahmemenge an Netzenergie ein Anschalten oder Abschalten des Verbrauchsgeräts 14 oder eine Verringerung und/oder Erhöhung der Aufnahmemenge sein.
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Ist das Verbrauchsgerät 14 beispielsweise als Kühl- oder Heizungsanlage 22 ausgeführt, kann die Veränderung der Aufnahmemenge an Netzenergie, beispielsweise über vorgebbare Schaltstufen, eine Veränderung der Kühlleistung oder Heizleistung sein. Bei einem als Computer 20 ausgebildeten Verbrauchsgerät 14 kann die Veränderung der Aufnahmemenge an Netzenergie eine Veränderung der Taktfrequenz des Computers 20 sein. Bei einem Leuchtmittel als Verbrauchsgerät 14 kann die Veränderung einer Änderung der Lichtleistung entsprechen.
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Die Messeinheit 16 und/oder Steuereinheit 28 kann zentral an der Abnahmestelle 12 angebracht werden. Auch kann die Messeinheit 16 und/oder Steuereinheit 28 dem Verbrauchsgerät 14 unmittelbar zugeordnet sein.
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Abhängig von dem Messwert kann die Aufnahmemenge zunehmen, sobald der Messwert einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Die Aufnahmemenge kann abnehmen, sobald der Messwert einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Besonders bevorzugt verändert sich die Aufnahmemenge um höchstens 10 Prozent. Jedoch kann auch eine größere oder geringere Veränderung der Aufnahmemenge vorgesehen sein.
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In 2 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung der Aufnahmemenge an Netzenergie nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Durch das Stromnetz 10 wird an der Abnahmestelle elektrische Netzenergie bereitgestellt 100. Die Netzfrequenz und Netzspannung der elektrischen Netzenergie wird durch eine Messeinheit 16 gemessen 102, die hierfür einen Messwert ermittelt 104 und diesen wiederum ausgibt 106. Die Ausgabe des Messwerts 106 erfolgt an eine Steuereinheit 28, die diesen Messwert empfängt 108 und verarbeitet 110. In Abhängigkeit des Messwerts bewirkt die Steuereinheit 28 einen Ausgabewert 112, der eine Veränderung der Aufnahmemenge 114 an elektrischer Netzenergie des Verbrauchsgeräts 14 zur Folge hat. Beispielsweise kann der Ausgabewert eine Steuergröße und/oder eine an das Verbrauchsgerät 14 abgegebene, ausgehend von der Netzenergie umgesetzte, elektrische Versorgungsspannung sein.
