DE102021104556A1 - Distributing electrical power in a local power grid - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren dient zum Verteilen elektrischer Leistung in einem lokalen Stromnetz (1), wobei das lokale Stromnetz (1) mindestens einen elektrischen Verbraucher (V1, V2), mehrere zum bidirektionalen Laden befähigte, an jeweilige Ladeeinrichtungen (L1-Ln) angeschlossene Elektrofahrzeuge (EF1-EFn) und eine Messeinrichtung (2) zum Messen einer zwischen dem lokalen Stromnetz (1) und einem übergeordneten Stromnetz (3) ausgetauschten Leistung (PN) aufweist und wobei bei dem Verfahren überwacht wird, ob ein aktueller Leistungsverbrauch (PN) des lokalen Stromnetzes (1) unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts (G) liegt oder nicht, und falls nicht, aus an die Ladeeinrichtungen (L1-Ln) angeschlossenen Elektrofahrzeugen (EF1-EFn) elektrische Entladeleistung (PE) in das lokale Stromnetz (1) eingespeist wird A method is used for distributing electrical power in a local power grid (1), the local power grid (1) having at least one electrical consumer (V1, V2), a plurality of electric vehicles (EF1 -EFn) and a measuring device (2) for measuring a power (P N ) exchanged between the local power grid (1) and a higher-level power grid (3), and the method monitors whether a current power consumption (P N ) of the local power grid (1) is below a predetermined threshold value (G) or not, and if not, from the charging devices (L1-Ln) connected electric vehicles (EF1-EFn) electric discharge power (P E ) fed into the local power grid (1). becomes
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verteilen elektrischer Leistung in einem lokalen Stromnetz, wobei das lokale Stromnetz mindestens einen elektrischen Verbraucher, mindestens ein zum bidirektionalen Laden befähigtes, an eine jeweilige Ladeeinrichtung angeschlossenes Elektrofahrzeug und eine Messeinrichtung zum Messen einer von dem lokalen Stromnetz aus einem übergeordneten Stromnetz aktuell bezogenen Leistung aufweist und wobei bei dem Verfahren die aus dem an die Ladeeinrichtung angeschlossenen Elektrofahrzeug elektrische Entladeleistung in das lokale Stromnetz eingespeist wird. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Vorrichtung. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Liegenschaften mit einem solchen lokalen Stromnetz, das mehrere Ladeeinrichtungen, z.B. in einem Ladepark vorhandene Ladestationen, aufweist.The invention relates to a method for distributing electrical power in a local power grid, with the local power grid having at least one electrical consumer, at least one electric vehicle capable of bidirectional charging and connected to a respective charging device, and a measuring device for measuring a load from the local power grid from a higher-level power grid has currently drawn power and wherein in the method the electrical discharge power from the electric vehicle connected to the charging device is fed into the local power grid. The invention also relates to a corresponding device. The invention can be applied particularly advantageously to properties with such a local power grid that has a number of charging devices, e.g. charging stations present in a charging park.
Bei lokalen Stromnetzen kann es zu einem sprunghaften Anstieg der verbrauchten elektrischen Gesamtleistung am Stromnetzanschluss zu einem öffentlichen Stromnetz kommen. Dies kann zu hohen Kosten führen, da Energieverträge für Industriekunden oftmals nach dem maximalen Leistungsbezug in einer Abrechnungsperiode (bspw. innerhalb eines Jahres) abgerechnet werden. Somit kann es zu einer hohen Kostensteigerung führen, wenn der bisherige maximale Leistungsbezug auch nur für kurze Zeit überschritten wird.In local power grids, there can be a sudden increase in the total electrical power consumed at the power grid connection to a public power grid. This can lead to high costs, since energy contracts for industrial customers are often billed according to the maximum power consumption in a billing period (e.g. within a year). This can lead to a high increase in costs if the previous maximum power consumption is exceeded even for a short time.
Aus einer Pressemeldung von „The Mobility House“ ist es bekannt, Elektrofahrzeuge mit integrierter, bidirektionaler Ladetechnologie wie Kraftwerke in das Stromnetz zu integrieren. Dazu wird die Fähigkeit genutzt, zur Netzstabilisierung Strom aus Fahrzeugbatterien in das Stromnetz einzuspeisen, was auch als „Vehicle-to-Grid“-Technik (V2G) bekannt ist.From a press release from "The Mobility House" it is known that electric vehicles with integrated, bidirectional charging technology can be integrated into the power grid like power plants. The ability to feed electricity from vehicle batteries into the power grid to stabilize the grid is used for this purpose, which is also known as “Vehicle-to-Grid” technology (V2G).
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Energieverteilung innerhalb eines lokalen Stromnetzes zu erreichen, speziell Spitzen in der verbrauchten elektrischen Gesamtleistung des lokalen Stromnetzes gering zu halten oder sogar ganz zu vermeiden.It is the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages of the prior art and in particular to achieve improved energy distribution within a local power grid, specifically to keep peaks in the total electrical power consumption of the local power grid low or even to avoid them entirely.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. This object is solved according to the features of the independent claims. Preferred embodiments can be found in particular in the dependent claims.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Verteilen elektrischer Leistung in einem lokalen Stromnetz, wobei das lokale Stromnetz mindestens einen elektrischen Verbraucher, mehrere zum bidirektionalen Laden befähigte, an jeweilige Ladeeinrichtungen angeschlossene elektrifizierte Fahrzeuge und eine Messeinrichtung zum Messen eines Leistungsverlaufs bzw. Lastgangs zwischen dem lokalen Stromnetz und einem übergeordneten Stromnetz aufweist und wobei bei dem Verfahren
- - überwacht wird, ob ein aktueller Leistungsverbrauch des lokalen Stromnetzes unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt oder nicht, und falls nicht,
- - aus an die Ladeeinrichtungen angeschlossenen elektrifizierten Fahrzeugen elektrische Leistung („Entladeleistung“) in das lokale Stromnetz eingespeist wird.
- - It is monitored whether a current power consumption of the local power grid is below a predetermined threshold value or not, and if not,
- - Electrical power ("discharge power") is fed into the local power grid from electrified vehicles connected to the charging facilities.
Dieses Verfahren ergibt den Vorteil, dass in dem lokalen Stromnetz auftretende Leistungsverbrauchsspitzen durch Einspeisung von elektrischer Energie aus den Elektrofahrzeugen in das lokale Stromnetz aktiv verringert oder praktisch sogar ganz vermieden werden können. Dies ist besonders effektiv, wenn eine hohe Zahl von elektrifizierten Fahrzeugen über die Ladeeinrichtungen an das lokale Stromnetz angeschlossen sind. Das Verfahren kann auch als Verfahren zum Steuern von Lade- und Entladevorgängen von Elektrofahrzeugen angesehen werden.This method has the advantage that power consumption peaks that occur in the local power grid can be actively reduced or even avoided entirely by feeding electrical energy from the electric vehicles into the local power grid. This is particularly effective when a large number of electrified vehicles are connected to the local power grid via the charging devices. The method can also be viewed as a method for controlling charging and discharging of electric vehicles.
Das lokale Stromnetz kann beispielsweise das Stromnetz einer Liegenschaft, insbesondere eines Parkhauses oder Parkplatzes, eines Produktionsstandorts, usw. sein.The local power grid can be, for example, the power grid of a property, in particular a multi-storey car park or parking lot, a production site, etc.
Die elektrifizierten Fahrzeuge werden im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als „Elektrofahrzeuge“ bezeichnet und können z.B. Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge (PHEV), batterieelektrische Autos (BEV), Brennstoffzellenfahrzeuge (FCHV), usw. sein.The electrified vehicles are also referred to below as "electric vehicles" without loss of generality and can be, for example, plug-in hybrid electric vehicles (PHEV), battery electric vehicles (BEV), fuel cell vehicles (FCHV), etc.
Dass mehrere zum bidirektionalen Laden befähigte, an jeweilige Ladeeinrichtungen angeschlossene elektrifizierte Fahrzeuge bzw. Elektrofahrzeuge vorhanden sind, umfasst insbesondere, dass die Elektrofahrzeuge im Zusammenspiel mit den Ladeeinrichtungen in der Lage sind, wahlweise elektrische Energie bzw. Strom aus dem lokalen Stromnetz zur Aufladung ihrer elektrischen Fahrzeugspeicher (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als „Batterien“ bezeichnet) zu beziehen und elektrische Energie bzw. Strom unter Entladung ihrer Batterien in das lokale Stromnetz einzuspeisen. Insbesondere können entsprechende Lastgänge gesteuert bzw. geregelt werden, beispielsweise mittels einer dem lokalen Stromnetz zugeordneten Steuereinrichtung. Zur wahlweisen Aufladung und Entladung der einer Fahrzeugbatterie kann oder muss entweder die zugehörige Ladestation oder das Elektrofahrzeug oder im Zusammenspiel sowohl die Ladestation als auch das Elektrofahrzeug entsprechend angesteuert werden.The fact that there are several electrified vehicles or electric vehicles that are capable of bidirectional charging and connected to the respective charging devices means in particular that the electric vehicles, in conjunction with the charging devices, are able to selectively use electrical energy or electricity from the local power grid to charge their electric vehicle storage devices (hereinafter referred to as "batteries" without restriction of generality) and to feed electrical energy or electricity into the local power grid while their batteries are discharging. In particular, corresponding load profiles can be controlled or regulated, for example by means of a control device assigned to the local power grid. For optional charging and discharging of a vehicle battery, either the associated charging station or the electric vehicle can or must be used together both the charging station and the electric vehicle can be controlled accordingly.
Die mehreren Ladeeinrichtungen können insbesondere in einem Ladepark zusammengefasst sein. Eine Ladeeinrichtung kann insbesondere eine Ladestation sein.The multiple charging devices can in particular be combined in a charging park. A charging device can in particular be a charging station.
Der mindestens eine elektrische Verbraucher ist grundsätzlich beliebig und kann z.B. Lichtquellen, Computer, Maschinen (z.B. Pressen) und auch an Ladeeinrichtungen angeschlossene Elektrofahrzeuge umfassen.The at least one electrical consumer is basically arbitrary and can include, for example, light sources, computers, machines (e.g. presses) and also electric vehicles connected to charging devices.
Die Messeinrichtung kann beispielsweise ein an einem Stromnetzanschlusspunkt des lokalen Stromnetzes an dem übergeordneten Stromnetz vorhandener Messpunkt, z.B. Stromzähler, sein.The measuring device can, for example, be a measuring point, e.g.
Das übergeordnete Stromnetz kann beispielsweise ein öffentliches Stromnetz sein.The higher-level power grid can be a public power grid, for example.
Die zwischen dem lokalen Stromnetz und dem übergeordneten Stromnetz aktuell ausgetauschte Leistung („Gesamtleistung“) kann sowohl ein Energie- bzw. Leistungsverbrauch des lokalen Stromnetzes als auch ein in das übergeordnete Stromnetz eingespeister Leistungsüberschuss sein.The power currently exchanged between the local power grid and the higher-level power grid (“total power”) can be both an energy or power consumption of the local power grid and an excess power fed into the higher-level power grid.
Zur Überwachung, ob ein aktueller Leistungsverbrauch des lokalen Stromnetzes unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt oder nicht, kann beispielsweise die Messvorrichtung aktuelle Leistungswerte messen und an eine Steuereinrichtung melden, die dann den Vergleich mit dem vorgegebenen Schwellwert vornimmt.To monitor whether current power consumption of the local power grid is below a specified threshold value or not, the measuring device can measure current power values and report them to a control device, which then compares them with the specified threshold value.
Dadurch, dass die von den angeschlossenen Elektrofahrzeugen entnommene elektrische Entladeleistung in das lokale Stromnetz eingespeist wird, kann eine Leistungsentnahme aus dem übergeordneten Stromnetz entsprechend verringert werden. Ist genügend Leistung aus den Batterien der Elektrofahrzeuge abrufbar, kann ein Überschreiten des Schwellwerts in dem Gesamtleistungsverbrauch des lokalen Netzwerks verhindert, zumindest aber verringert werden.Because the electrical discharge power drawn from the connected electric vehicles is fed into the local power grid, a power draw from the higher-level power grid can be correspondingly reduced. If sufficient power can be called up from the batteries of the electric vehicles, exceeding the threshold value in the total power consumption of the local network can be prevented, or at least reduced.
Die Batterien der Elektrofahrzeuge können als zu einer großen „virtuellen Batterie“ zusammengeschaltet oder „gepoolt“ angesehen werden.EV batteries can be thought of as being interconnected or “pooled” into one large “virtual battery”.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der vorgegebene Schwellwert einem maximalen Leistungsbezugswert in einer Abrechnungsperiode für das lokale Stromnetz entspricht. Der maximale Leistungsbezugswert kann einem größten in der Abrechnungsperiode bisher abgerufenen Leistungswert oder einem ausgehandelten Wert entsprechen, bei dessen Überschreiten Zusatzkosten anfallen oder bei dessen Überschreiten der dann erreichte größte Leistungswert als neuer maximaler Leistungsbezugswert festgesetzt wird.In one configuration, the predefined threshold value corresponds to a maximum power reference value in a billing period for the local power grid. The maximum benefit reference value can correspond to the largest benefit value accessed so far in the billing period or to a negotiated value, which, if exceeded, incurs additional costs or, if exceeded, the greatest benefit value then achieved is set as the new maximum benefit reference value.
Es ist eine Weiterbildung, dass der vorgegebene Schwellwert um einen definierten Abstand unterhalb eines maximalen Leistungsbezugswert in einer Abrechnungsperiode für das lokale Stromnetz liegt. Dadurch wird vorteilhafterweise ein Sicherheitsabstand zu dem maximalen Leistungsbezugswert geschaffen, der beispielsweise genutzt werden kann, um Zeitverzögerungen bei einer Entladung der Batterien der Elektrofahrzeuge zu berücksichtigen. Der definierten Abstand kann beispielsweise eine absolute oder eine prozentuale Differenz von dem vorgegebenen Schwellwert zu dem maximalen Leistungsbezugswert darstellen. Der vorgegebene Schwellwert kann jedoch grundsätzlich beliebig gesetzt werden.In one development, the predefined threshold value is a defined distance below a maximum power reference value in a billing period for the local power grid. This advantageously creates a safety distance from the maximum power reference value, which can be used, for example, to take into account time delays when the batteries of the electric vehicles are discharged. The defined distance can represent, for example, an absolute difference or a percentage difference from the specified threshold value to the maximum power reference value. In principle, however, the predefined threshold value can be set arbitrarily.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Entladeleistung zumindest bis zu einem Zeitpunkt in das lokale Stromnetz eingespeist wird, bei dem eine Differenzleistung zwischen der von dem lokalen Stromnetz bezogenen Gesamtleistung und der Entladeleistung unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts liegt. So kann die Entladung der Elektrofahrzeuge auf notwendige Zeitdauern beschränkt werden. Die Differenzleistung entspricht insbesondere der durch die anderen Verbraucher und ggf. Erzeuger des lokalen Stromnetzes als den Elektrofahrzeugen verbrauchten oder erzeugten Gesamtleistung. Diese Ausgestaltung entspricht also dem Fall, dass nach Erreichen oder Überschreiten des vorgegebenen Schwellwerts und folgender Entladung der Elektrofahrzeuge der vorgegebene Schwellwert auch ohne Entladebeitrag durch die Elektrofahrzeuge unterschritten würde. Wird in anderen Worten zu diesem Zeitpunkt die Entladung der Elektrofahrzeuge gestoppt, bleibt die von dem lokalen Netzwerk abgerufene Gesamtleistung dennoch unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts.In one configuration, the discharge power is fed into the local power grid at least up to a point in time at which a difference in power between the total power drawn from the local power grid and the discharge power is below the specified threshold value. In this way, the discharge of the electric vehicles can be limited to the necessary periods of time. The differential power corresponds in particular to the total power consumed or generated by the consumers and possibly generators of the local power grid other than the electric vehicles. This refinement therefore corresponds to the case where, after the predetermined threshold value has been reached or exceeded and the electric vehicles have subsequently discharged, the predetermined threshold value would also be fallen below without the electric vehicles contributing to the discharge. In other words, if the discharging of the electric vehicles is stopped at this point in time, the total power retrieved from the local network still remains below the specified threshold value.
Es ist eine Ausgestaltung, dass aus einzelnen Elektrofahrzeugen nur dann Entladeleistung in das lokale Stromnetz eingespeist wird, wenn jeweilige Mindestmobilitätsanforderungen erfüllt sind. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Elektrofahrzeuge nicht so weit entladen werden, dass ihre Mobilität aus Sicht eines Nutzers bzw. Fahrers nicht oder nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Die Mindestmobilitätsanforderungen können beispielsweise einen Mindestladestand / Mindestspeicherfüllstand des jeweiligen Elektrofahrzeugs umfassen, der ggf. tageszeit- oder fahrplanabhängig variabel sein.In one embodiment, discharge power is only fed into the local power grid from individual electric vehicles if the respective minimum mobility requirements are met. This achieves the advantage that the electric vehicles are not discharged to such an extent that their mobility is not or not significantly impaired from the point of view of a user or driver. The minimum mobility requirements can include, for example, a minimum charge level/minimum storage level of the respective electric vehicle, which may be variable depending on the time of day or timetable.
In einer alternativen Weiterbildung kann der Vermeidung der den vorgegebenen Schwellwert überschreitende Lastspitze Vorrang vor einer Beeinträchtigung oder Verletzung der Mindestmobilitätsanforderungen eingeräumt werden. Dafür können die Nutzer der Elektrofahrzeuge z.B. vergütet werden.In an alternative development, the avoidance of the load peak that exceeds the predefined threshold value can take precedence over an impairment or violation of the minimum mobility requirement claims are granted. The users of the electric vehicles can, for example, be remunerated for this.
Es ist eine Ausgestaltung, dass aus einzelnen Elektrofahrzeugen Entladeleistung nur außerhalb eines prognostizierten Nutzungszeitraums in das lokale Stromnetz eingespeist wird. Dadurch wird vorteilhafterweise vermieden, dass die Batterie dann entladen wird, wenn ein Fahrer sein Elektrofahrzeug bewegen möchte.In one embodiment, discharge power from individual electric vehicles is only fed into the local power grid outside of a forecast period of use. This advantageously prevents the battery from being discharged when a driver wants to move his electric vehicle.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Elektrofahrzeuge so wiederaufgeladen werden, dass sie vor einem prognostizierten Nutzungszeitraum wiederaufgeladen sind. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass Fahrer der Elektrofahrzeuge sehr wahrscheinlich nicht einmal mitbekommen, dass die Batterien ihrer Fahrzeuge zur Vermeidung einer Lastspitze entladen wurden.It is an aspect that the electric vehicles are recharged so that they are recharged before a predicted period of use. This has the advantage that drivers of the electric vehicles very probably do not even notice that the batteries of their vehicles have been discharged to avoid a peak load.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das lokale Netzwerk mindestens einen Energieerzeuger zum Erzeugen elektrischer Energie und/oder mindestens einen Energiespeicher zum Speichern elektrischer Energie aufweist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die aus dem übergeordneten Stromnetz bezogene elektrische(Gesamt-) Energie bzw. Leistung verringerbar ist und sogar elektrische Energie bzw. Leistung aus dem lokalen Stromnetz in das übergeordneten Stromnetz einspeisbar ist, wenn die in dem lokalen Stromnetz aggregierte Leistung aller Verbraucher und Erzeuger einen Energieüberschuss aufweist. In one configuration, the local network has at least one energy generator for generating electrical energy and/or at least one energy store for storing electrical energy. This has the advantage that the electrical (total) energy or power drawn from the higher-level power grid can be reduced and even electrical energy or power from the local power grid can be fed into the higher-level power grid when the power aggregated in the local power grid of all consumers and producers has an energy surplus.
Der mindestens eine Energieerzeuger kann bspw. eine Solarstrom (PV)- , Kraft-Wärme-Kopplungs (KWK)- und/oder Windkraftanlage umfassen oder sein. Der Energiespeicher kann z.B. mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher wie eine Batterie und/oder eine Brennstoffzelle umfassen.The at least one energy generator can, for example, include or be a solar power (PV), combined heat and power (CHP) and/or wind power plant. The energy store can, for example, comprise at least one electrochemical energy store such as a battery and/or a fuel cell.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Elektrofahrzeuge zum Ausgleich der entnommenen Entladeleistung wiederaufgeladen werden, wenn das lokale Stromnetz ansonsten Leistung in das übergeordnete Stromnetz einspeisen würde. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass für die Aufladung der Elektrofahrzeuge keine elektrische Leistung von dem übergeordneten Stromnetz gekauft zu werden braucht, sondern intern durch die Energieerzeuger und/oder Energiespeicher zu Verfügung gestellt wird.In one embodiment, the electric vehicles are recharged to compensate for the discharge power that has been drawn off, if the local power grid would otherwise feed power into the superordinate power grid. This achieves the advantage that no electrical power needs to be purchased from the higher-level power grid for charging the electric vehicles, but is instead made available internally by the energy generators and/or energy stores.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein System zur Verteilung elektrischer Leistung in einem lokalen Stromnetz, aufweisend
- - ein lokales Stromnetz mit mindestens einem elektrischen Verbraucher und mehreren zum bidirektionalen Laden befähigte, an jeweilige Ladeeinrichtungen angeschlossene elektrifizierte Fahrzeuge bzw. Elektrofahrzeuge,
- - eine Messeinrichtung zum Messen einer zwischen dem lokalen Stromnetz und einem übergeordneten Stromnetz ausgetauschten elektrischen Leistung und
- - eine zumindest mit den Elektrofahrzeugen und/oder Ladestationen und der Messeinrichtung datentechnisch gekoppelte Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist,
- - individuelle Lastgänge von an den Ladeeinrichtungen angeschlossenen Elektrofahrzeugen, von denen mehrere zur bidirektionalen Stromleitung ausgebildet sind, zu steuern,
- - mittels der Messeinrichtung von dem lokalen Stromnetz aktuell bezogene Leistungsdaten zu erhalten und zu überwachen und
- - zu erkennen, ob sich die aktuell bezogene Leistung von unten einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder überschreitet, und falls dies der Fall ist,
- - die Ladeeinrichtungen so anzusteuern, dass von den daran angeschlossenen Elektrofahrzeugen elektrische Entladeleistung in das lokale Stromnetz eingespeist wird.
- - a local power grid with at least one electrical consumer and several electrified vehicles or electric vehicles capable of bidirectional charging and connected to the respective charging devices,
- - A measuring device for measuring an electrical power exchanged between the local power grid and a higher-level power grid and
- - a control device that is data-linked at least to the electric vehicles and/or charging stations and the measuring device and is set up to do this,
- - to control individual load profiles of electric vehicles connected to the charging devices, several of which are designed for bidirectional power transmission,
- - to receive and monitor performance data currently obtained from the local power grid by means of the measuring device and
- - to recognize whether the power currently drawn from below reaches or exceeds a predetermined threshold value, and if this is the case,
- - to control the charging devices in such a way that electrical discharge power from the electric vehicles connected to them is fed into the local power grid.
Das System kann auch als ein System zur Steuerung von Lade- und Entladevorgängen von Elektrofahrzeugen angesehen werden. Das System kann analog zu dem Verfahren ausgebildet werden, und umgekehrt, und weist die gleichen Vorteile auf.The system can also be seen as a system for controlling charging and discharging of electric vehicles. The system can be designed analogously to the method and vice versa, and has the same advantages.
So ist es eine Ausgestaltung, dass das lokale Stromnetz ferner mindestens einen Energieerzeuger und/oder Energiespeicher zum Erzeugen bzw. Speichern elektrischer Energie aufweist.In one configuration, the local power grid also has at least one energy generator and/or energy store for generating or storing electrical energy.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das System Teil eines Ladeparks (Parkhauses oder Parkplatzes) ist. Die Verbraucher stellen in diesem Fall insbesondere aufzuladende Elektrofahrzeuge dar, die entweder nur aufgeladen werden können oder zum bidirektionalen Laden eingerichtet sein können. Speziell bei Ladeparks Leistungs- oder Lastspitze kann durch gleichzeitiges Laden von mehreren Elektrofahrzeugen eine Leistungsspitze (d.h., ein sprunghafter Anstieg der elektrischen Gesamtleistung am Stromnetzanschluss des Ladeparks) auftreten. Anstelle nun die benötigte Leistung vollständig aus dem übergeordneten Stromnetz zu beziehen, kann die Steuereinrichtung nun zum bidirektionalen Laden eingerichtete Ladeeinrichtungen bzw. Elektrofahrzeuge so ansteuern, dass zumindest ein Teil der Leistung aus diesen Elektrofahrzeugen durch individuelle Entladung bezogen wird, bis die Leistungsspitze wieder abgeklungen ist. Dabei kann mittels der Steuereinrichtung insbesondere darauf geachtet werden, dass entladene Fahrzeuge priorisiert wieder aufgeladen werden.In one embodiment, the system is part of a charging park (car park or parking lot). In this case, the consumers represent in particular electric vehicles to be charged, which can either only be charged or can be set up for bidirectional charging. Especially in the case of charging parks, power or load peaks can occur when several electric vehicles are being charged at the same time (ie a sudden increase in the total electrical power at the charging park’s power grid connection). Instead of drawing the required power completely from the higher-level power grid, the control device can now control charging devices or electric vehicles set up for bidirectional charging in such a way that at least part of the power is drawn from these electric vehicles by individual discharge until the power peak has subsided again. The control device can be used to ensure in particular that that discharged vehicles are recharged with priority.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das System Teil eines Produktionsstandorts ist. Eine unerwünschte Leistungsspitze kann beispielsweise dann auftreten, wenn mehrere Industriemaschinen mit hohem Spitzenverbrauch gleichzeitig betrieben, z.B. Pressen o.ä. Der Produktionsstandort weist z.B. auch einen Parkplatz / Ladepark mit Ladeeinrichtungen für bidirektional ladende Elektrofahrzeuge von Mitarbeitern auf.In one embodiment, the system is part of a production site. An undesirable power peak can occur, for example, when several industrial machines with high peak consumption are operated at the same time, e.g. presses or similar. The production site also has a parking lot / charging park with charging facilities for bidirectionally charging electric vehicles used by employees.
Dabei können in einer Variante individuelle Mindestmobilitätsanforderungen für die Elektrofahrzeuge beachtet werden, beispielsweise einen Mindestbatteriestand. Der Mindestbatteriestand kann für die einzelnen Elektrofahrzeuge gleich oder unterschiedlich sein, beispielsweise abhängig von einer Entfernung zum Wohnort, usw. Elektrofahrzeuge so wiederaufgeladen werden, dass sie vor einem prognostizierten Nutzungszeitraum (z.B. ab 17 Uhr mit Betriebsschluss) wiederaufgeladen sind.In one variant, individual minimum mobility requirements for the electric vehicles can be observed, for example a minimum battery level. The minimum battery level can be the same or different for the individual electric vehicles, for example depending on the distance to the place of residence, etc. Electric vehicles are recharged in such a way that they are recharged before a forecast period of use (e.g. from 5 p.m. with closing time).
Insbesondere kann der Produktionsstandort auch mindestens einen Energieerzeuger und/oder Energiespeicher zum Erzeugen bzw. Speichern elektrischer Energie aufweisen.In particular, the production site can also have at least one energy generator and/or energy store for generating or storing electrical energy.
Allgemein kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, z.B. programmiert, sein, verschiedene Verbraucher, Energieerzeuger, Energiespeicher und Elektrofahrzeuge bzw. deren Ladeeinrichtungen so anzusteuern, dass die über den Stromnetzanschluss fließende elektrische Leistung bzw. Strom optimiert ist, z.B. preisoptimiert ist. Die Steuereinrichtung kann dazu insbesondere Prognosen zum Energieverbrauch bzw. einer Energieerzeugung einsetzen. Zu diesem Zweck können beispielsweise die Ladeeinrichtungen bzw. Elektrofahrzeuge, aber auch andere Verbraucher, Energieerzeuger und Energiespeicher digital vernetzt sein, um so Historiendaten ihres Energieverhaltens (ihrer Lastgänge) für die Prognose zu erhalten und durch Steuerung der Lastgänge der Batterien der Elektrofahrzeuge eine zeitliche Flexibilität bezüglich eines Ladezeitpunkts und einer Ladeleistung zu nutzen und vorteilhafterweise trotzdem zum Abfahrtzeitpunkt einen Speicherfüllstand aufzuweisen, der die Mobilitätswünsche des Fahrzeugnutzers erfüllt.In general, the control device can be set up, e.g. programmed, to control various consumers, energy generators, energy storage devices and electric vehicles or their charging devices in such a way that the electrical power or current flowing via the mains connection is optimized, e.g. price-optimized. For this purpose, the control device can in particular use forecasts for energy consumption or energy generation. For this purpose, for example, the charging devices or electric vehicles, but also other consumers, energy generators and energy storage devices can be digitally networked in order to obtain historical data of their energy behavior (their load profiles) for the forecast and by controlling the load profiles of the batteries of the electric vehicles, temporal flexibility with regard to to use a charging time and a charging power and advantageously still have a storage level at the time of departure that meets the mobility needs of the vehicle user.
Sind in dem lokalen Stromnetz Energieerzeuger vorhanden, können vorteilhafterweise auch beruhend auf durch Erzeugungs- und Verbrauchsprognosen Energieüberschüsse in die elektrischen Energiespeicher, insbesondere Batterien, der Fahrzeuge geladen werden, um dann im Bedarfsfall wieder in das lokale Stromnetz zurückgespeist zu werden. So wird der Bezug aus dem übergeordneten Stromnetz am Netzanschlusspunkt verringert und der Eigenverbrauch der in dem lokalen Stromnetz erzeugten elektrischen Energie bzw. Leistung optimiert.If there are energy generators in the local power grid, excess energy can advantageously also be charged into the electrical energy stores, in particular batteries, of the vehicles based on generation and consumption forecasts, in order to then be fed back into the local power grid if necessary. In this way, the purchase from the higher-level power grid at the grid connection point is reduced and the self-consumption of the electrical energy or power generated in the local power grid is optimized.
Es ist eine Ausgestaltung, und auch eine eigenständige Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe, ein System bereitzustellen, das zur Durchführung des Verfahrens wie oben beschrieben eingerichtet ist.It is an embodiment, and also an independent solution to the underlying task, to provide a system that is set up to carry out the method as described above.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
-
1 zeigt ein System zur Verteilung elektrischer Leistung in einem lokalen Stromnetz mit mindestens einem elektrischen Verbraucher und mehreren zum bidirektionalen Laden von Elektrofahrzeugen, von denen mehrere zur bidirektionalen Stromleitung ausgebildet sind, eingerichteten Ladeeinrichtungen. -
2 zeigt einen beispielhaften Lastgang eines lokalen Stromnetzes mit mindestens einem Energieerzeuger ohne Berücksichtigung von bidirektional ladenden Elektrofahrzeugen; -
3 zeigt einen beispielhaften Lastgang eines lokalen Stromnetzes mit mindestens einem Energieerzeuger unter Berücksichtigung von bidirektional ladenden Elektrofahrzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung; und -
4 zeigt einendem Lastgang aus 3 entsprechenden beispielhaften aggregierten Lastgang der elektrischen Speicher der bidirektional ladenden Elektrofahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 shows a system for distributing electrical power in a local power grid with at least one electrical consumer and several charging devices set up for bidirectional charging of electric vehicles, several of which are designed for bidirectional power transmission. -
2 shows an exemplary load profile of a local power grid with at least one energy generator without taking bidirectionally charging electric vehicles into account; -
3 shows an exemplary load profile of a local power grid with at least one energy generator, taking into account bidirectionally charging electric vehicles according to the present invention; and -
4 shows you theload profile 3 corresponding exemplary aggregated load profile of the electrical storage of the bidirectionally charging electric vehicles according to the present invention.
Das lokale Stromnetz 1 kann ferner mindestens einen Energieerzeuger EZ (z.B. einer Solarstromanlage, Windkraftanlage, usw.) und/oder mindestens einen elektrischen Energiespeicher ES, insbesondere stationären Energiespeicher, aufweisen. Das lokale Stromnetz 1 weist außerdem eine Messeinrichtung 2 zum Messen einer von dem lokalen Stromnetz 1 aus einem übergeordneten Stromnetz, hier: einem öffentlichen Stromnetz 3, über einen Stromanschlusspunkt 4 aktuell bezogenen (Gesamt-)Leistung PN auf.The
Das lokale Stromnetz 1 weist darüber hinaus eine zumindest mit den Ladeeinrichtungen L1 bis Ln und der Messeinrichtung 2 datentechnisch gekoppelte Steuereinrichtung 5 auf, die dazu eingerichtet ist, individuelle Lastgänge von an den Ladeeinrichtungen L1 bis Ln angeschlossenen Elektrofahrzeugen EF1 bis En, von denen mehrere zur bidirektionalen Stromleitung ausgebildet sind, zu steuern.The
Die Steuereinrichtung 5 kann mittels der Messeinrichtung 2 von dem lokalen Stromnetz 1 aktuell bezogene (Gesamt-)Leistung erhalten und überwachen und zudem erkennen, ob die aktuell bezogene (Gesamt-)Leistung PN von unten einen vorgegebenen Schwellwert G (siehe
Der vorgegebene Schwellwert G kann beispielsweise unterhalb eines maximalen Leistungsbezugswerts für das lokale Stromnetz 1 liegt oder dem maximalen Leistungsbezugswert entsprechen.The predefined threshold value G can, for example, be below a maximum power reference value for the
Bei Produktionsspitzen am Vormittag können durch elektrische Motoren von Produktionsanlagen Lastspitzen LS entstehen, die zu hohen Kosten für Netzentgelte führen können.During production peaks in the morning, load peaks LS can occur due to electric motors of production plants, which can lead to high costs for network charges.
Anderseits kann z.B. in einer Mittagspause MP, während welcher die Produktionsanlagen stillstehen, eine mittägliche Sonneneinstrahlung zu einer so hohen Stromerzeugung durch einen Energieerzeuger EZ in Form einer Photovoltaikanlage führen, dass Strom bzw. Leistung PN in das öffentliche Netz 3 gespeist wird. Dieser eingespeiste Strom wird im Allgemeinen aufgrund typischer Netzentgelte niedriger vergütet als der aus dem Netz bezogene Strom. Der Betreiber des lokalen Stromnetzes 1 zahlt also für die gesamte Abrechnungsperiode (von z.B. einem Jahr) zumindest ein der vormittags verursachten Leistungsspitze LS als maximalem Leistungsbezugswert entsprechendes Entgelt (falls im Laufe des Abrechnungszeitraums nicht noch höhere Leistungsspitzen erzeugt worden sind) und bezieht Strom bzw. Leistung PN für einen höheren Preis als für den Strom, den er ins öffentliche Netz einspeist.On the other hand, during a lunch break MP, during which the production plants are idle, midday solar radiation can lead to such high power generation by an energy generator EZ in the form of a photovoltaic system that power or power P N is fed into the
Das in Bezug auf
Dies kann insbesondere dadurch umgesetzt werden, dass die von dem lokalen Stromnetz 1 aktuell bezogene Gesamtleistung PN mittels der Messeinrichtung 1 überwacht wird und dann, wenn mittels der Steuereinrichtung 5 erkannt wird, dass die sich die aktuell bezogene Leistung PN von unten einem vorgegebenen Schwellwert G nähert, die Steuereinrichtung 5 die Ladeeinrichtungen L1 bis Ln und Elektrofahrzeuge EF1 bis EFn so ansteuert, dass die angeschlossenen Elektrofahrzeuge EF1 bis EFn elektrische Entladeleistung PE in das lokale Stromnetz 1 einspeisen. Speziell kann die Entladeleistung PE zumindest bis zu einem Zeitpunkt in das lokale Stromnetz 1 eingespeist werden, bei dem eine Differenzleistung zwischen der von dem lokalen Stromnetz bezogenen Leistung PN und der Entladeleistung PE unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts G liegt, also PN - PE < G gilt.This can be implemented in particular by monitoring the total power P N currently drawn from the
Damit Nutzer der Elektrofahrzeuge EF1 bis EFn nicht oder zumindest nicht merklich durch die Energieentnahme aus den Elektrofahrzeugen EF1 bis EFn beeinträchtigt werden, kann in einer Variante aus einzelnen Elektrofahrzeugen EF1 bis EFn nur dann Entladeleistung PE in das lokale Stromnetz eingespeist werden, wenn jeweilige Mindestmobilitätsanforderungen erfüllt sind, z.B. ein jeweiliger Mindestladestand / Mindestspeicherfüllstand nicht unterschritten ist.So that users of the electric vehicles EF1 to EFn are not, or at least not noticeably, impaired by the energy drawn from the electric vehicles EF1 to EFn, in one variant from individual electric vehicles EF1 to EFn discharge power P E can only be fed into the local power grid if the respective minimum mobility requirements are met are, e.g. a respective minimum charge level / minimum memory level is not fallen below.
Die Steuereinrichtung 5 kann optional mit mindestens einem elektrischen Verbraucher V1, V2, mit mindestens einem Energieerzeuger EZ (z.B. einer Solarstromanlage, Windkraftanlage, usw.) und/oder mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher ES datentechnisch gekoppelt sein, um deren aktuell verbrauchte Leistung bzw. deren aktuell erzeugte Leistung gemeldet zu bekommen und ggf. deren Lastgang zu steuern. Dies kann umfassen, dass sich die Lastgänge zumindest eines Verbrauchers V1, V2 und/oder zumindest eines Energieerzeugers EZ nicht durch die Steuereinrichtung 5 steuern oder regeln lassen. Die datentechnische Kopplung kann beispielsweise durch digitale Vernetzung umgesetzt sein, z.B. durch ein Ausrüsten mit sog. „Smart Metern“.The
Dies ermöglicht es der Steuereinrichtung 5, die individuell abgerufenen Leistungsdaten für Prognosen nutzen bzw. in der Energieoptimierung mitberücksichtigen, um so durch eine entsprechende Steuerung eine zeitliche Flexibilität bzgl. Ladezeitpunkten und -leistungen zu nutzen und trotzdem zum Abfahrtzeitpunkt der jeweiligen Elektrofahrzeuge EF1 bis EFn einen Speicherfüllstand aufzuweisen, der die Mobilitätswünsche des Fahrzeugnutzers erfüllt. Dazu kann die Steuereinrichtung 5 insbesondere dazu eingerichtet sein, die Elektrofahrzeuge EF1 bis EFn so wiederaufzuladen, dass sie vor einem prognostizierten Nutzungszeitraum wiederaufgeladen sind.This enables the
Auch kann die Steuereinrichtung 5 dazu eingerichtet sein, zusätzlich zu den Elektrofahrzeugen EF1 bis EFn bzw. ihren elektrischen Energiespeichern die weiteren Energiespeicher ES analog zu den Elektrofahrzeugen EF1 bis EFn zu nutzen, um Energiespitzen LS zu vermeiden.The
Das lokale Stromnetz 1 kann beispielsweise Teil eines Parkhauses oder Parkplatzes oder Teil eines Produktionsstandorts sein, ist aber nicht auf solche Liegenschaften beschränkt..The
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.Of course, the present invention is not limited to the embodiment shown.
Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.In general, "a", "an" etc. can be understood as a singular or a plural number, in particular in the sense of "at least one" or "one or more" etc., as long as this is not explicitly excluded, e.g. by the expression "exactly a" etc.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.A numerical specification can also include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Lokales StromnetzLocal power grid
- 22
- Messeinrichtungmeasuring device
- 33
- Öffentliches StromnetzPublic power grid
- 44
- Stromanschlusspunktpower connection point
- 55
- Steuereinrichtungcontrol device
- ESIT
- Energiespeicherenergy storage
- EZsingle
- Energieerzeugerenergy producer
- EF1-EFnEF1-EFn
- Elektrofahrzeugelectric vehicle
- GG
- Schwellwertthreshold
- LGLG
- Lastgangload profile
- LGELGE
- Aggregierter Lastgang der ElektrofahrzeugeAggregated load profile of the electric vehicles
- LGMLGM
- Modifizierter LastgangModified load profile
- LSLS
- Lastspitzeload peak
- L1-LnL1-Ln
- Ladeeinrichtungloading device
- MPMP
- Mittagpauselunch break
- PEPE
- Entladeleistungdischarge power
- PNpm
- Gesamtleistung des lokalen StromnetzesTotal power of the local power grid
- tt
- Zeittime
- V1, V2V1, V2
- Elektrischer Verbraucherelectrical consumer
Claims (12)
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DE102021104556.8A DE102021104556A1 (en) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Distributing electrical power in a local power grid |
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