DE112010004525B4

DE112010004525B4 - Verfahren, Einheit und System für ein reagierendes Lastmanagement unter Verwendung von Frequenzregelungsguthaben

Info

Publication number: DE112010004525B4
Application number: DE112010004525.9T
Authority: DE
Inventors: Julianne Frances Haugh; Gregory Jensen Boss; Anne Sand; Rick Allen Hamilton II
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: Kyndryl Inc
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2030-11-06
Also published as: WO2011061075A2; US20190272515A1; US8554387B2; GB2487849A; CN103109432B; TW201136091A; US20140025547A1; TWI493827B; US20110125657A1; CN103109432A; US20190272514A1; US11100484B2; DE112010004525T5; US8249756B2; US11093917B2; US20120179631A1; US10360546B2; WO2011061075A3; GB201204005D0

Abstract

Verfahren für ein reagierendes Lastmanagement unter Verwendung von Frequenzregelungsguthaben, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Messen einer aktuellen Wechselstromfrequenz auf einer Wechselstromleitung durch eine Einheit zum Messen der Wechselstromfrequenz; Messen eines aktuellen Stromverbrauches auf der Wechselstromleitung über einen Zeitraum, der einem Abtastintervall entspricht, durch eine Einheit zum Messen des Stromverbrauches; Berechnen eines gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes von N letzten gemessenen Stromverbrauchswerten, wobei N eine positive ganze Zahl größer als 1 ist; Berechnen eines Unterschiedes zwischen dem gemessenen aktuellen Stromverbrauch und dem berechneten gleitenden Stromverbrauchsmittelwert; Erzeugen von Gutschriften oder Belastungen auf Grundlage der aktuellen Wechselstromfrequenz und des berechneten Unterschiedes; Hinzufügen der Gutschriften oder Belastungen zu einem Frequenzregelungsguthaben; Speichern des Frequenzregelungsguthabens; und für jedes nächste Abtastintervall Wiederholen des Messens der aktuellen Wechselstromfrequenz, des Messens des aktuellen Stromverbrauches, des Berechnens des gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes, des Erzeugens der Gutschrift oder Belastung und des Hinzufügens der Gutschriften oder Belastungen zu dem Frequenzregelungsguthaben.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Laststeuerung in einem Wechselstromnetz und insbesondere auf ein Verfahren und eine Einheit für eine frequenzreaktive Laststeuerung unter Verwendung von Frequenzregelungsguthaben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gegenwärtig müssen Stromanbieter ständig die Stromerzeugungskapazität erhöhen oder verringern, um den Echtzeitbedarf zu decken. Dieses Austarieren von Stromversorgung und Strombedarf erfordert, dass zusätzliche Erzeugungseinrichtungen hinzu- und abgeschaltet werden. Dieser Prozess erhöht nicht nur die Kosten für die Stromerzeugung, sondern bietet auch wenig Anreize zum Stromsparen. Es besteht daher in der Technik der Bedarf, die oben beschriebenen Unzulänglichkeiten und Beschränkungen zu verbessern.
Zusätzlich sei noch auf folgendes Dokument verwiesen:
Das Dokument GB 2442760 A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung durch die eine Bereitstellung einer Ressource oder eines Services optimiert werden kann. Das geschieht auf der Basis von Daten durch die auf einen Vorteil bezüglich der zukünftigen Nutzung der Ressource oder des Services verwiesen wird. Der Vorteil, auf den dieses Dokument abhebt, bezieht sich auf einen kommerziellen Vorteil (Kosten) für zukünftige Nutzungsperioden. Allerdings beschreibt dieses Dokument nicht inwieweit durch geeignete Maßnahmen ein Lastmanagement erfolgen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren dar, das Folgendes umfasst: Verwenden einer Einheit zum Messen der Wechselstromfrequenz, die eine aktuelle Wechselstromfrequenz auf einer Wechselstromleitung misst; Verwenden einer Einheit zum Messen des Stromverbrauches, die den aktuellen Stromverbrauch auf der Wechselstromleitung über einen Zeitraum misst, der einem Abtastintervall gleich ist; Berechnen eines gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes von N letzten gemessenen Stromverbrauchswerten, wobei N eine positive ganze Zahl größer als 1 ist; Erzeugen von Gutschriften oder Belastungen auf Grundlage des aktuellen Stromverbrauches, der aktuellen Wechselstromfrequenz und des gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes; Hinzufügen der Gutschriften oder Belastungen zu einem Frequenzregelungsguthaben; und für jedes nächste Abtastintervall Wiederholen des Messens der aktuellen Wechselstromfrequenz, des Messens des aktuellen Stromverbrauches, des Berechnens des gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes, des Erzeugens der Gutschriften oder Belastungen und des Hinzufügens der Gutschriften oder Belastungen zu dem Frequenzregelungsguthaben.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise ein Verfahren bereit, wobei eine Gutschrift erzeugt wird, wenn sich durch den aktuellen Stromverbrauch nach einem Vergleich mit dem gleitenden Stromverbrauchsmittelwert die Frequenz der Wechselstromleitung in Richtung eines Nennwertes der Frequenz der Wechselstromleitung verschiebt.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise ein Verfahren bereit, wobei eine Belastung erzeugt wird, wenn sich durch den aktuellen Stromverbrauch nach einem Vergleich mit dem gleitenden Stromverbrauchsmittelwert die Frequenz der Wechselstromleitung von dem Nennwert der Frequenz der Wechselstromleitung weg verschiebt.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise ein Verfahren bereit, wobei, wenn die aktuelle Frequenz zwischen einem oberen Frequenzschwellenwert und einem unteren Frequenzschwellenwert liegt, keine Gutschriften oder Belastungen erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise ein Verfahren bereit, wobei der obere Frequenzschwellenwert größer als der Wert einer Wechselstromnennfrequenz der Wechselstromleitung ist und der untere Frequenzschwellenwert kleiner als der Wert der Wechselstromnennfrequenz ist.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise ein Verfahren bereit, das weiterhin Folgendes umfasst: Initialisieren eines gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes von N aufeinanderfolgenden Stromverbrauchsmessungen, wobei jede Stromverbrauchsmessung über einen entsprechenden Zeitraum vorgenommen wird, der dem Abtastintervall gleich ist.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise ein Verfahren bereit, das weiterhin ein regelmäßiges Übertragen des Frequenzregelungsguthabens an ein Stromversorgungsunternehmen aufweist, das Wechselstrom über die Wechselstromleitung liefert.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise ein Verfahren bereit, wobei das Erzeugen der Gutschrift oder Belastung Folgendes aufweist: Erzeugen einer Belastung, wenn der aktuelle Wert der Wechselstromfrequenz größer als oder gleich einem oberen Frequenzschwellenwert ist und der aktuelle Stromverbrauch niedriger als der gleitende Stromverbrauchsmittelwert ist; Erzeugen einer Gutschrift, wenn der aktuelle Wert der Wechselstromfrequenz größer als oder gleich einem oberen Frequenzschwellenwert ist und der aktuelle Stromverbrauch höher als der gleitende Stromverbrauchsmittelwert ist; Erzeugen einer Belastung, wenn der aktuelle Wert der Wechselstromfrequenz niedriger als oder gleich einem unteren Frequenzschwellenwert ist und der aktuelle Stromverbrauch höher als der gleitende Stromverbrauchsmittelwert ist; Erzeugen einer Gutschrift, wenn der aktuelle Wert der Wechselstromfrequenz niedriger als oder gleich einem unteren Frequenzschwellenwert ist und der aktuelle Stromverbrauch niedriger als der gleitende Stromverbrauchsmittelwert ist; und Nichterzeugen einer Gutschrift oder einer Belastung, wenn der aktuelle Wert der Wechselstromfrequenz zwischen dem oberen Frequenzschwellenwert und dem unteren Frequenzschwellenwert liegt.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Einheit dar, die Folgendes umfasst: eine Einheit zum Messen der Wechselstromfrequenz; eine Einheit zum Messen des Wechselstroms; ein Mittel zum Erzeugen eines Frequenzregelungsguthabens auf der Grundlage von Signalen von der Einheit zum Messen der Wechselstromfrequenz und der Einheit zum Messen des Wechselstroms, wobei das Mittel zum Erzeugen des Frequenzregelungsguthabens mit der Einheit zum Messen der Wechselstromfrequenz und der Einheit zum Messen des Wechselstroms verbunden ist; und ein Mittel zum Anzeigen, Aufzeichnen oder zu beidem, zum Anzeigen und Aufzeichnen, des Frequenzregelungsguthabens.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise eine Einheit bereit, die weiterhin Folgendes umfasst: ein Mittel zum Anzeigen, Aufzeichnen oder zu beidem, zum Anzeigen und Aufzeichnen, des von der Einheit zum Messen des Wechselstroms gemessenen Stromverbrauches.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise eine Einheit bereit, bei der das Mittel zum Erzeugen des Frequenzregelungsguthabens einen Mikroprozessor und eine mit dem Mikroprozessor verbundene Speichereinheit umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise eine Einheit bereit, die weiterhin Folgendes umfasst: eine Datenübertragungsschnittstelle, die mit dem Mikroprozessor verbunden ist, eine Eingabe-/Ausgabeeinheit, die mit dem Mikroprozessor verbunden ist, oder beides, die mit dem Mikroprozessor verbundene Datenübertragungsschnittstelle und die mit dem Mikroprozessor verbundene Eingabe-/Ausgabeeinheit.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise eine Einheit bereit, die weiterhin eines oder mehreres von Folgendem umfasst: ein Telefonmodem, das mit dem Mikroprozessor verbunden ist, ein Kabelmodem, das mit dem Mikroprozessor verbunden ist, und ein drahtloses Modem, das mit dem Mikroprozessor verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise eine Einheit bereit, die weiterhin eine Datenübertragungsbuchse umfasst, die mit dem Mikroprozessor, der Speichereinheit oder mit beidem, dem Mikroprozessor und der Speichereinheit, verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise eine Einheit bereit, die weiterhin ein Mittel für den Anschluss der Einheit zum Messen der Wechselstromfrequenz an eine Wechselstromleitung sowie ein Mittel für den Anschluss der Einheit zum Messen des Wechselstroms zwischen der Wechselstromleitung und einer externen Last umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise eine Einheit bereit, wobei das Frequenzregelungsguthaben erhöht wird, wenn sich durch den aktuellen Stromverbrauch die Frequenz der Wechselstromleitung in Richtung eines Nennwertes der Frequenz der Wechselstromleitung verschiebt; das Frequenzregelungsguthaben verringert wird, wenn sich durch den aktuellen Stromverbrauch die Frequenz der Wechselstromleitung von dem Nennwert der Frequenz der Wechselstromleitung weg verschiebt; und das Frequenzregelungsguthaben unverändert bleibt, wenn eine Wechselstromfrequenz der Wechselstromleitung zwischen einem oberen Frequenzschwellenwert und einem unteren Frequenzschwellenwert liegt.
Die vorliegende Erfindung stellt vorzugsweise eine Einheit bereit, wobei das Mittel zum Erzeugen eines Frequenzregelungsguthabens und das Mittel zum Anzeigen, Aufzeichnen oder zu beidem, zum Anzeigen und Aufzeichnen, des Frequenzregelungsguthabens aus einem Universalrechner bestehen.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Computersystem dar, das einen Prozessor, einen Adress-/Datenbus, der mit dem Prozessor verbunden ist, und eine computerlesbare Speichereinheit umfasst, die zum Datenaustausch mit dem Prozessor verbunden ist, wobei die Speichereinheit Befehle enthält, die, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, ein Verfahren für eine frequenzreaktive Laststeuerung unter Verwendung von Frequenzregelungsguthaben umsetzen, wobei das Verfahren folgende vom Computer umgesetzte Schritte umfasst: Empfangen einer aktuellen Wechselstromfrequenz auf einer Wechselstromleitung durch eine Einheit zum Messen der Wechselstromfrequenz; Empfangen eines aktuellen Stromverbrauches auf der Wechselstromleitung über einen Zeitraum, der einem Abtastintervall gleicht ist, durch eine Einheit zum Messen des Stromverbrauches; Berechnen eines gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes von N letzten gemessenen Stromverbrauchswerten, wobei N eine positive ganze Zahl größer als 1 ist; Erzeugen von Gutschriften oder Belastungen auf Grundlage des aktuellen Stromverbrauches, der aktuellen Wechselstromfrequenz und des gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes; Hinzufügen der Gutschriften oder Belastungen zu einem Frequenzregelungsguthaben, Speichern des Frequenzregelungsguthabens in der Speichereinheit; und für jedes nächste Abtastintervall Wiederholen der Schritte des Empfangens der aktuellen Wechselstromfrequenz auf einer Wechselstromleitung durch die Einheit zum Messen der Wechselstromfrequenz, des Empfangens des aktuellen Stromverbrauches durch die Einheit zum Messen des Stromverbrauches, des Berechnens des gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes, des Erzeugens der Gutschriften oder Belastungen, des Hinzufügens der Gutschriften oder Belastungen zum Frequenzregelungsguthaben und des Speicherns des Frequenzregelungsguthabens in der Speichereinheit.
Im Hinblick auf einen anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm bereit, das einen Computerprogrammcode umfasst, um, wenn dieser in ein Computersystem geladen und ausgeführt wird, alle Schritte des Verfahrens wie oben beschrieben auszuführen.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Blockschaltbild ist, das eine beispielhafte Kundeneinrichtung veranschaulicht, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Stromnetz verbunden ist;
2 ein Blockschaltbild ist, das die Hauptkomponenten einer Leitungsüberwachungseinheit gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 ein beispielhaftes Diagramm der Funktion einer Wechselstromleitungsfrequenz über der Zeit ist, die von einer Leitungsüberwachungseinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessen wird;
4 ein beispielhaftes Diagramm der Funktion des Stromverbrauches über der Zeit ist, der von einer Lastüberwachungseinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessen wird;
5 ein beispielhaftes Diagramm der Funktion eines gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes über der Zeit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6 ein Ablaufplan eines Verfahrens für eine frequenzreaktive Laststeuerung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7 ein Blockschaltbild einer beispielhaften Leitungsüberwachungseinheit ist, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als ein Strom- und Frequenzregelungsmesser umgesetzt ist;
8 ein Blockschaltbild der Stromleitungsschnittstelle von 7 ist;
9 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Strommessers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
10 ein Blockschaltbild eines Universalrechners ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Richtung des Wechselstroms ändert sich in regelmäßigen Abständen und führt im Verlauf der Zeit zu einer sinusförmigen Spannungsänderung von einem höchsten positiven Wert zu einem niedrigsten negativen Wert. Die Frequenz des Wechselstroms kann daher in einem Diagramm der Spannung im Verhältnis zur Kreisfrequenz als die Anzahl von Kreisfrequenzzyklen (0 bis 360 Grad) pro Zeiteinheit definiert werden, wobei die übliche Messeinheit Hertz ist, häufig auch Zyklen/Sekunde, das oft zu Zyklen verkürzt wird. Wechselstromnetze sind so angelegt, dass sie bei einer Nennfrequenz am wirksamsten arbeiten. In einem Beispiel beträgt die Nennfrequenz eines Wechselstromnetzes 60 Hz. In einem Beispiel beträgt die Nennfrequenz eines Wechselstromnetzes 50 Hz. Bei den Wechselstromnetzen, die in der vorliegenden Erfindung von Interesse sind, handelt es sich um große elektrische Übertragungsnetze und Teilnetze zum Übertragen von Elektrizität von gewerblichen Elektrizitätserzeugungswerken zu Verbrauchern wie Haushalten, Unternehmen und Fabriken. In einem Beispiel umfasst ein Wechselstromnetz ein Hauptelektrizitätswerk, ein optionales zusätzliches Elektrizitätswerk und Übertragungsleitungen.
Wenn der Strombedarf (z. B. der Stromverbrauch oder die Last) in einem Wechselstromnetz steigt, verringert sich die Frequenz. Um die Frequenz zu erhöhen, muss entweder die Stromerzeugung erhöht oder der Bedarf verringert werden. Die Stromerzeugung kann erhöht werden, indem Hauptelektrizitätswerke mit höherer Betriebsleistung arbeiten oder zusätzliche Elektrizitätswerke zugeschaltet werden. Durch die Erhöhung der Betriebsleistung von Hauptelektrizitätswerken steigen die Unterhaltungskosten und verringert sich die Lebensdauer des Werks, dadurch erhöhen sich die Kosten. Die Zuschaltung von zusätzlichen Elektrizitätswerken erhöht die Kosten, da zusätzliche Elektrizitätswerke oft Brennstoffe verwenden, die teurer und/oder weniger effizient sind und damit pro erzeugter Energieeinheit kostenintensiver sind. Wenn der Strombedarf in einem Wechselstromnetz sinkt, erhöht sich die Frequenz.
Um die Frequenz zu verringern, muss entweder die Stromerzeugung verringert oder der Bedarf erhöht werden. Die Verfahren und Systeme der vorliegenden Erfindung überwachen den Stromverbrauch eines Kunden, wenn sich die Frequenz der Wechselstromleitung in einem Stromnetz, das den Kunden mit Strom versorgt, ändert. Der Kunde wird bestraft, wenn er während eines Zeitraums mit niedriger Frequenz der Wechselstromleitung mehr Strom verbraucht oder wenn er während eines Zeitraums mit hoher Frequenz der Wechselstromleitung weniger Strom verbraucht, womit für den Kunden ein Anreiz geschaffen wird, dazu beizutragen, die Frequenz der Wechselstromleitung des Stromnetzes auf oder nahe bei dem Nennwert zu halten. Der Kunde wird daher für die Erhöhung der Stabilität der Frequenz in der Wechselstromleitung belohnt und für die Verringerung der Stabilität der Frequenz in der Wechselstromleitung bestraft. Die Gegenleistungen erfolgen in Form von Frequenzregelungsgutschriften und Frequenzregelungsbelastungen, die in einem Beispiel die Rechnung eines Kunden erhöhen (wenn die Frequenzregelungsbelastungen größer als die Frequenzregelungsgutschriften sind) oder verringern (wenn die Frequenzregelungsgutschriften größer als die Frequenzregelungsbelastungen sind). In einem anderen Beispiel können die Frequenzregelungsbelastungen und die Frequenzregelungsgutschriften verwendet werden, um den Stromtarif eines Kunden anzupassen (z. B. Kosten pro kW/Stunde).
1 ist ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Kundeneinrichtung veranschaulicht, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Stromnetz verbunden ist. In 1 ist eine Kundeneinrichtung 100 über eine Stromleitung 110 mit einem Wechselstromnetz 105 verbunden. Die Kundeneinrichtung 100 umfasst eine Leitungsüberwachungseinheit 115 und zwei Beispiellasten 120A und 120B. Wechselstrom fließt durch die Lastüberwachungseinheit über die Leitungen 125A bzw. 125B zu den Lasten 120A und 120B. Zu Beispielen für Kundeneinrichtungen gehören Privathäuser/-wohnungen sowie gewerbliche und industrielle Einrichtungen. Die Lasten können direkt mit Geräten verbunden sein, die Wechselstrom verbrauchen, oder mit einer Verteilereinheit (z. B. einem Stromunterbrecherkasten oder einem Lastzentrum). In 1 sind zwar zwei Lasten dargestellt, es können jedoch nur eine Last oder mehr als zwei Lasten vorhanden sein.
2 ist ein Blockschaltbild, das die Hauptkomponenten einer Leitungsüberwachungseinheit gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 2 umfasst die Leitungsüberwachungseinheit 115A einen Frequenzmesser 130, die Wattstundenzähler 135A und 135B, eine Recheneinheit 140, eine optionale Benutzerschnittstelle 145, eine optionale Telefonverbindung 150A (z. B. ein Modem), ein optionales Kabelmodem 150B (d. h. nicht telefonische Datenübertragung), eine optionale Internet-Verbindung 155, die drahtgestützt oder drahtlos sein kann, und eine optionale private drahtlose Datenübertragungseinheit 160 (z. B. ein drahtloses Modem). Strom aus einem Wechselstromnetz fließt über die Leitung 110A durch die Wattmesser 135A und 135B zu den jeweiligen Lasten A und B. Die Wattmesser 135A und 135B messen die verbrauchte Strommenge (z. B. Wattstunden) und leiten diese Information an die Recheneinheit 140 weiter. Der Frequenzmesser 130 misst die Frequenz der Wechselstromleitung (z. B. Hz oder Zyklen/Sekunde) auf der Leitung 110A und leitet diese Information an die Recheneinheit 140 weiter. Die Strom- und Frequenzmessungen können als analoge oder digitale Signale an die Recheneinheit 140 weitergeleitet werden. Im Fall einer digitalen Weiterleitung der Informationen erfolgt dies in Form einer periodischen Abtastung.
Die Recheneinheit 140 berechnet Gutschriften und Belastungen wie unten in Bezug auf die 3, 4 und 5 beschrieben und das durch 6 beschriebene Verfahren. Die Schnittstelle 145 kann das angesammelte Frequenzregelungsguthaben (der wie unten beschriebene Betrag von Gutschriften und Belastungen) und die verbrauchten kW-Stunden (Kilowattstunden) anzeigen. Das Frequenzregelungsguthaben kann positiv, negativ oder null sein. Das Frequenzregelungsguthaben und die verbrauchten kW-Stunden können für Abrechnungs- und/oder Dokumentationszwecke an die Modems der Stromerzeugungseinrichtung 150A, 150B oder 155 übermittelt werden. Das drahtlose Modem 155 kann eine Einheit von kurzer Reichweite sein, auf die über eine tragbare Leseeinheit zugegriffen werden kann. Die Schnittstelle 145 kann die Form einer Datenschnittstelle haben, in die eine Aufzeichnungseinheit eingesteckt werden kann, um die angesammelten Frequenzregelungsgutschriften/Frequenzregelungsbelastungen (oder den Betrag der Frequenzregelungsgutschriften und Frequenzregelungsbelastungen) sowie die verbrauchten kW-Stunden von einem menschlichen Messgeräteableser herunterzuladen. Der Frequenzmesser 130 und die Wattstundenzähler 135A und 135B können digitale oder analoge Anzeigen der Frequenz der Wechselstromleitung bzw. der kW-Stunden beinhalten. Die angezeigten kW-Stunden können die aktuelle Stromverbrauchsrate, den Gesamtstromverbrauch oder beides, die aktuelle Stromverbrauchsrate und den Gesamtstromverbrauch, anzeigen.
Die 3, 4 und 5 tragen zum Verständnis bei, wie das Frequenzregelungsguthaben berechnet wird. Der in den 3, 4 und 5 dargestellte Gesamtzeitraum und die Einteilung der Zeitachse sind jeweils gleich. Der Gesamtzeitraum ist in fünf unterschiedliche Zeitbereiche A, B, C, D und E unterteilt. Zum Zwecke der beispielhaften Berechnung eines Frequenzregelungsguthabens beträgt das Abtastintervall (sampling interval, SI) in den 3, 4 und 5 1/Sekunde, allgemein ist das Intervall jedoch konfigurierbar und kann nach Bedarf eingestellt werden.
3 ist ein beispielhaftes Diagramm der Funktion einer Frequenz einer Wechselstromleitung über der Zeit, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einer Leitungsüberwachungseinheit gemessen wird. In 3 stellt eine Kurve 165 den Frequenzverlauf der Wechselstromleitung in Hz auf der eingehenden Stromleitung über der Zeit in Sekunden dar. Die Linie 170 kennzeichnet die Nennfrequenz des Stromnetzes (z. B. 60,00 Hz). Die Linie 175A ist ein oberer Frequenzschwellenwert (zum Beispiel auf 60,02 Hz eingestellt) und die Linie 175B ist ein unterer Frequenzschwellenwert (zum Beispiel auf 59,98 Hz eingestellt). Der obere Frequenzschwellenwert ist immer positiver als die Nennfrequenz, und die Nennfrequenz ist immer positiver als der untere Frequenzschwellenwert. Belastungen und Gutschriften werden nur für die Zeiträume berechnet, in denen die gemessene Frequenz der Wechselstromleitung größer als oder gleich dem oberen Frequenzschwellenwert oder kleiner als oder gleich dem unteren Frequenzschwellenwert ist. Zu einem Zeitpunkt T1 weist die Frequenz einen gemessenen Wert von F1 Hz auf. Zu einem Zeitpunkt T2 weist die Frequenz einen gemessenen Wert von F2 Hz auf. Zu einem Zeitpunkt T3 weist die Frequenz einen gemessenen Wert von F3 Hz auf. Zu einem Zeitpunkt T4 weist die Frequenz einen gemessenen Wert von F4 Hz auf.
Im Zeitbereich A liegt die gemessene Frequenz zwischen dem oberen und dem unteren Frequenzschwellenwert, so dass es keine Belastungen oder Gutschriften gibt. Im Zeitbereich B liegt die gemessene Frequenz unter dem unteren Frequenzschwellenwert, so dass sich Belastungen oder Gutschriften ergeben können. Es sei darauf hingewiesen, dass Belastungen und Gutschriften erzeugt werden können, wenn die gemessene Frequenz abhängig von dem Stromverbrauch des Kunden vor und während des Zeitbereichs B unter dem unteren Frequenzschellenwert liegt. Im Zeitbereich C liegt die gemessene Frequenz erneut zwischen dem oberen und dem unteren Frequenzschwellenwert, so dass sich keine Belastungen oder Gutschriften ergeben. Im Zeitbereich D liegt die gemessene Frequenz über dem oberen Frequenzschwellenwert, so dass sich Belastungen oder Gutschriften ergeben können. Es sei darauf hingewiesen, dass Belastungen und Gutschriften erzeugt werden können, wenn die gemessene Frequenz abhängig von dem Stromverbrauch des Kunden vor und während des Zeitbereichs D über dem oberen Frequenzschwellenwert liegt. Im Zeitbereich E liegt die gemessene Frequenz erneut zwischen dem oberen und dem unteren Frequenzschwellenwert, so dass sich keine Belastungen oder Gutschriften ergeben.
In 4 ist in einem beispielhaften Diagramm eine Kurve 180 des Stromverbrauches in Wattstunden über der Zeit in Sekunden dargestellt. Jeder Punkt auf der Kurve 180 stellt die verbrauchte Strommenge in einem Abtastintervall von c-Sekunden dar (z. B. das Integral von dP/dt von 0 bis c, wobei P Watt und t die Zeit in Sekunden sind). Im vorliegenden Beispiel ist c gleich eine Sekunde. Zu einem Zeitpunkt T1 weist der Stromverbrauch einen gemessenen Wert von P1 Hz auf. Zum Zeitpunkt T2 weist der Stromverbrauch einen gemessenen Wert von P2 Hz auf. Zu einem Zeitpunkt T3 weist der Stromverbrauch einen gemessenen Wert von P3 Hz auf. Zu einem Zeitpunkt T4 weist der Stromverbrauch einen gemessenen Wert von P4 Hz auf.
In 5 ist in einem beispielhaften Diagramm eine Kurve 185 des gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes in Wattstunden für einen bestimmten Abtastzeitraum über der Zeit in Sekunden dargestellt. In dem vorliegenden Beispiel wird ferner ein Zeitraum von 15 Minuten für den gleitenden Stromverbrauchsmittelwert (moving average consumption period, MAVP) eingestellt, wobei der Zeitraum im Allgemeinen konfigurierbar ist und nach Bedarf eingestellt werden kann. Jeder Datenpunkt des gleitenden Mittelwertes ist somit der Mittelwert der letzten 900 Stromverbrauchspunkte (15 Minuten × 60 Sekunden/Minute × 1 Abtastung/Sekunde) von 4. Zu einem Zeitpunkt T1 weist der gleitende Stromverbrauchsmittelwert einen gemessenen Wert von M1 Hz auf. Zum Zeitpunkt T2 weist der gleitende Stromverbrauchsmittelwert einen gemessenen Wert von M2 Hz auf. Zu einem Zeitpunkt T3 weist der gleitende Stromverbrauchsmittelwert einen gemessenen Wert von M3 Hz auf. Zu einem Zeitpunkt T4 weist der gleitende Stromverbrauchsmittelwert einen gemessenen Wert von M4 Hz auf.
In der folgenden Erörterung sollte nicht vergessen werden, dass eine Erhöhung der Last die Frequenz der Wechselstromleitung verringert und eine Verringerung der Last die Frequenz der Wechselstromleitung erhöht. Zum Zeitpunkt T1 liegt die Frequenz der Wechselstromleitung unter der unteren Frequenzgrenze (vgl. 3). Der bei T1 verbrauchte Strom (vgl. 4) ist geringer als der gleitende Strommittelwert bei T1 (vgl. 5), so dass der Stromverbrauch abnimmt. Daraus ergibt sich eine Gutschrift, da sich durch den Stromverbrauch des Kunden verglichen mit dem gleitenden Stromverbrauchsmittelwert die Frequenz der Wechselstromleitung in Richtung des Nennwertes verschiebt. Zum Zeitpunkt T2 liegt die Frequenz der Wechselstromleitung unter der unteren Frequenzgrenze (vgl. 3). Der bei T2 verbrauchte Strom (vgl. 4) ist höher als der gleitende Strommittelwert bei T2 (vgl. 5), so dass der Stromverbrauch zunimmt. Daraus ergibt sich eine Belastung, da sich durch den Stromverbrauch des Kunden verglichen mit dem gleitenden Stromverbrauchsmittelwert die Frequenz der Wechselstromleitung vom Nennwert weg verschiebt. Zum Zeitpunkt T3 liegt die Frequenz der Wechselstromleitung über der oberen Frequenzgrenze (vgl. 3). Der bei T3 verbrauchte Strom (vgl. 4) ist höher als der gleitende Strommittelwert bei T3 (vgl. 5), so dass der Stromverbrauch zunimmt. Daraus ergibt sich eine Gutschrift, da sich durch den Stromverbrauch des Kunden verglichen mit dem gleitenden Stromverbrauchsmittelwert die Frequenz der Wechselstromleitung in Richtung des Nennwertes verschiebt. Zum Zeitpunkt T4 liegt die Frequenz der Wechselstromleitung über der oberen Frequenzgrenze (vgl. 3). Der bei T4 verbrauchte Strom (vgl. 4) ist geringer als der gleitende Strommittelwert bei T4 (vgl. 5), so dass der Stromverbrauch abnimmt. Daraus ergibt sich eine Belastung, da sich durch den Stromverbrauch des Kunden verglichen mit dem gleitenden Stromverbrauchsmittelwert die Frequenz der Wechselstromleitung vom Nennwert weg verschiebt.
Davon ausgehend, dass Gutschriften positiv und Belastungen negativ sind, ergibt die folgende Formel das richtige Vorzeichen eines Frequenzregelungsguthabens, wenn die Werte von allen Abtastintervallen zusammengezählt werden: FRC = SFΣ[(P – M((MF)] (1) wobei Folgendes gilt:
FRC ist das Frequenzregelungsguthaben;
P ist der in einem Abtastintervall verbrauchte Strom;
M ist der gleitende Mittelwert des über N Abtastintervalle verbrauchten Stroms, wobei N eine ganze positive Zahl ist, die größer oder gleich 2 ist (der gleitende Stromverbrauchsmittelwert);
MF ist eine Multiplizierfunktion; und
SF ist ein optionaler Skalierungsfaktor, damit das FRC keine übermäßig große oder kleine Zahl für die Ausgabe oder Anzeige ergibt.
In der einfachsten Umsetzung beträgt MF eins (1), wenn die Frequenz der Wechselstromleitung kleiner als oder gleich dem unteren Frequenzschwellenwert ist, eins (1), wenn die Frequenz der Wechselstromleitung größer als oder gleich dem oberen Frequenzschwellenwert ist, und null (0), wenn die Frequenz der Wechselstromleitung zwischen dem unteren und dem oberen Frequenzschwellenwert liegt. Der Term (P – M) ergibt das richtige Vorzeichen für FRC (negativ für Belastungen, positiv für Gutschriften).
MF kann angepasst werden, um den Kunden mehr zu belohnen oder mehr zu bestrafen, wenn die Frequenz niedrig ist bzw. wenn die Frequenz hoch ist. MF beträgt zum Beispiel fünf (5), wenn die Frequenz der Wechselstromleitung kleiner als oder gleich dem unteren Frequenzschwellenwert ist, eins (1), wenn die Frequenz der Wechselstromleitung größer als oder gleich dem oberen Frequenzschwellenwert ist, und null (0), wenn die Frequenz der Wechselstromleitung zwischen dem unteren und dem oberen Frequenzschwellenwert liegt.
MF kann angepasst werden, um eine gleitende Skala bereitzustellen, die den absoluten Wert der Gutschriften und Belastungen erhöht, je weiter die gemessene Frequenz vom Nennwert entfernt ist. Dies ist in Tabelle I veranschaulicht, wo 60,00 Hz die Nennfrequenz, 60,02 der obere Frequenzschwellenwert und 59,98 der untere Frequenzschwellenwert ist. Zwei Optionen sind dargestellt, wobei die erste (MF1) den gleichen MP für die gleiche absolute Abweichung vom Nennwert über dem oberen Frequenzschwellenwert oder unter dem unteren Frequenzschwellenwert bereitstellt. Die zweite (MF2) stellt höhere MPs für Zeiträume bereit, wenn die Frequenz der Wechselstromleitung unter dem unteren Frequenzschwellenwert liegt, als wenn die Frequenz der Wechselstromleitung über dem oberen Frequenzschwellenwert liegt. Die gemessenen Frequenzen werden auf- oder abgerundet. TABELLE I

MP

FREQUENZ MF1 MF2

60,05 Hz 3 3

60,04 Hz 2 2

60,03 Hz 1 1

60,02 Hz 0 0

60,00 Hz 0 0

59,98 Hz 0 0

59,97 Hz 1 2

59,96 Hz 2 4

59,95 Hz 3 6
MF kann als eine Funktion von x (d. h. MF = f(x)) ausgedrückt werden. In einem Beispiel kann MF ausgedrückt werden als: MF = |CF – NF| (2) wobei Folgendes gilt:
CF ist die in einem bestimmten Abtastintervall gemessene Frequenz der Wechselstromleitung; und
NF ist die Nennfrequenz der Wechselstromleitung.
In der Gleichung (2) ist x gleich CF, und NF ist eine Konstante. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei f(x) um jede beliebige Anzahl an mathematischen Funktionen handeln kann. MF kann weiterhin eine Funktion von zwei oder mehr Variablen sein, zum Beispiel CF, Wochentag, Uhrzeit und Kombinationen davon.
6 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens für eine frequenzreaktive Laststeuerung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Schritt 200 werden der obere und der untere Frequenzschwellenwert, die Wechselstromnennfrequenz (NF), das Abtastintervall (SI), die Anzahl der Abtastintervalle (N) im gleitenden Mittelwert, der Skalierungsfaktor (SF) und der Multiplizierfaktor (MF) konfiguriert. Zusätzlich werden anfänglich Frequenz und Strom gemessen, um einen Anfangsdatensatz zu erzeugen (z. B. einen gleitenden Mittelwert von N aufeinanderfolgenden Datenpunkten), den Schritt 215 verwenden kann.
In Schritt 200 wird ferner ein Frequenzregelungsguthaben (frequency regulation credit, FRC) auf einen Anfangswert eingestellt, zum Beispiel auf null. In Schritt 205 wird anschließend wie mit Bezug auf 3 beschrieben der aktuelle Stromverbrauch für einen ersten/nächsten Zeitraum gemessen, der dem Abtastintervall entspricht. Der Begriff ”current” (deutsch ”aktuell” oder ”Strom”) im Ausdruck ”current power consumption” (”aktueller Stromverbrauch”) wird hier im Sinn von ”zum gegenwärtigen Zeitpunkt” und nicht im Sinn von elektrischer Strom verwendet. In Schritt 210 wird für den gleichen Zeitraum wie in Schritt 205 der gleitende Stromverbrauchsmittelwert der vorangegangenen N Abtastintervalle wie mit Bezug auf 4 beschrieben berechnet. In Schritt 215 wird der Unterschied zwischen dem in Schritt 205 gemessenen Stromverbrauch und dem in Schritt 210 berechneten gleitenden Stromverbrauchsmittelwert berechnet (z. B. (P – M)). In Schritt 220 wird wie in 3 beschrieben eine aktuelle Wechselstromfrequenz in der Wechselstromleitung während des gleichen Zeitraums wie in Schritt 205 gemessen. Der Begriff ”current” (deutsch ”aktuell” oder ”Strom”) im Ausdruck ”current AC frequency” (”aktuelle Wechselstromfrequenz”) wird hier im Sinn von ”zum gegenwärtigen Zeitpunkt” und nicht im Sinn von elektrischer Strom verwendet.
In Schritt 225 wird festgestellt, ob die gemessene Wechselstromfrequenz kleiner als oder gleich dem unteren Frequenzschwellenwert ist. Wenn die gemessene Wechselstromfrequenz kleiner als oder gleich der unteren Frequenzgrenze ist, geht das Verfahren zu Schritt 230 weiter. In Schritt 230 wird festgestellt, ob der in Schritt 215 berechnete Unterschied negativ oder positiv ist. Ist der Unterschied negativ, geht das Verfahren zu Schritt 235 weiter, wo eine Gutschrift berechnet wird. Ist der Unterschied positiv, geht das Verfahren zu Schritt 240 weiter, wo eine Belastung berechnet wird.
Zurück zu Schritt 225: Wenn die gemessene Wechselstromfrequenz größer als oder gleich der unteren Frequenzgrenze ist, geht das Verfahren zu Schritt 245 weiter. In Schritt 245 wird festgestellt, ob der in Schritt 215 berechnete Unterschied negativ oder positiv ist. Ist der Unterschied positiv, geht das Verfahren zu Schritt 235 weiter, wo eine Gutschrift berechnet wird. Ist der Unterschied negativ, geht das Verfahren zu Schritt 240 weiter, wo eine Belastung berechnet wird.
Nach dem Schritt 235 oder 240 geht das Verfahren zu Schritt 250 weiter, wo das Frequenzregelungsguthaben angesammelt wird, indem eine Gutschrift von Schritt 235 zu dem vorherigen Wert des Frequenzregelungsguthabens hinzufügt oder eine Belastung von Schritt 240 von diesem Wert abgezogen wird. Das Frequenzregelungsguthaben wird gespeichert, bis es von Schritt 265 benötigt wird. Optional können die Belastungen und Gutschriften gespeichert werden. Nach Schritt 250 kehrt das Verfahren über den Anschluss A zu Schritt 205 zurück.
Um erneut zu Schritt 225 zurückzukehren: Wenn die gemessene Wechselstromfrequenz zwischen dem oberen und dem unteren Frequenzschwellenwert liegt, geht das Verfahren zu Schritt 260 weiter, wo eine Gutschrift/Belastung von null berechnet wird (das Frequenzregelungsguthaben wird nicht geändert), und das Verfahren geht über den Anschluss B zu Schritt 250 weiter. Die Schritte 225, 230, 235, 240, 245 und 260 können gleichzeitig durch Auswertung von Gleichung (1) durchgeführt werden, wenn MF auf null geschätzt werden kann, sofern die in Schritt 220 gemessene Wechselstromfrequenz zwischen dem oberen und dem unteren Frequenzschwellenwert liegt. Kann MF alternativ in Schritt 225 nicht auf null geschätzt werden, wenn die in Schritt 220 gemessene Wechselstromfrequenz zwischen dem unteren und dem oberen Frequenzschwellenwert liegt, könnte das Verfahren direkt zu Schritt 205 zurückkehren.
Von Schritt 240 wird Schritt 265 regelmäßig (wie in einem Abrechnungszyklus) durchgeführt. In Schritt 260 wird das Frequenzregelungsguthaben zum Stromversorgungsunternehmen gesendet, und das Frequenzregelungsguthaben wird auf null gestellt. Die Messungen und Berechnungen der Schritte 205, 210, 215, 220, 235, 240 und 250 können auf einer Anzeigeeinheit oder einem Computerbildschirm angezeigt oder auf einem Drucker ausgedruckt werden. Optional können die Messungen und Berechnungen der Schritte 205, 210, 215, 220, 235, 240 und 250 für künftige Analysen gespeichert werden.
Die Zeit, die benötigt wird, um eine längste Wiederholungsschleife durchzuführen, die aus Kombinationen der Schritte 205, 210, 215, 220, 225, 230, 235, 240, 245, 250 und 255 besteht, sollte kürzer als oder gleich lang wie das Abtastintervall sein. Die Schritte 230 und 250 gehen davon aus, dass der in Schritt 205 gemessene Stromverbrauch von dem in Schritt 215 berechneten gleitenden Stromverbrauchsmittelwert abgezogen wird. Wenn das Gegenteil in den Schritten 230 und 250 durchgeführt wird, werden die positive und die negative Wiederholungsschleife umgekehrt.
7 ist ein Blockschaltbild einer beispielhaften Leitungsüberwachungseinheit, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als ein Strom- und Frequenzregelungsmesser umgesetzt ist. In 7 umfasst ein Strom- und Frequenzregelungsmesser 300 einen Mikroprozessor 305, eine Speichereinheit 310, eine Stromleitungsschnittstelle 315, eine optische Anzeige 320, eine optische Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 325 und eine Datenübertragungsschnittstelle 330. Die Speichereinheit 310, die Stromleitungsschnittstelle 315, die Anzeige 320, die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 325 und die Datenübertragungsschnittstelle 330 sind mit dem Mikroprozessor 305 verbunden. Die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 324 ist optional mit der Speichereinheit 310 verbunden. Im Betrieb wird Strom von der Wechselstromleitung (nicht dargestellt) mit einem Stromeingang der Stromleitungsschnittstelle 315 verbunden, und eine Last (nicht dargestellt) wird mit einem Stromausgang der Stromleitungsschnittstelle 315 verbunden. Die Stromleitungsschnittstelle 315 versorgt den Mikroprozessor 305, die Speichereinheit 310, die Anzeige 320, die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 325 und die Datenübertragungsschnittstelle 330 mit Strom. Der Mikroprozessor 305 berechnet Frequenzregelungsbelastungen und Frequenzregelungsgutschriften des Kunden, wie unten in Bezug auf die 3, 4 und 5 beschrieben und das in 6 beschriebene Verfahren.
Der von dem Mikroprozessor ausgeführte Algorithmus wird als Befehle in der Speichereinheit 310 gespeichert. Die Speichereinheit 310 speichert auch Daten, die von dem Befehle ausführenden Mikroprozessor benötigt und erzeugt werden, unter anderem die Messungen des Stromverbrauches, die gleitenden Stromverbrauchsmittelwerte und Frequenzregelungsguthaben. Die Frequenzregelungsguthaben sowie der Gesamtstromverbrauch können von der Anzeige 320 angezeigt werden. Die Eingabe-/Ausgabeeinheit 325 kann verwendet werden, um die Algorithmusbefehle einzugeben und die Frequenzregelungsguthaben sowie den Gesamtstromverbrauch auszugeben. Die Datenübertragungsschnittstelle 325 kann verwendet werden, um die Algorithmusbefehle vom Energieversorger zu empfangen und die Frequenzregelungsguthaben sowie die Daten zum Gesamtstromverbrauch an den Energieversorger zu senden.
8 ist ein Blockschaltbild der Stromleitungsschnittstelle von 7. In 8 umfasst die Stromleitungsschnittstelle einen Stromfrequenzmesser 335 (vergleichbar mit dem Stromfrequenzmesser 130 von 2) und einen Wattstundenzähler 340, vergleichbar mit den Wattstundenzählern 135A und 135B von 2. Halbleiter-Wechselstromfrequenzmesser sind bekannt, ebenso wie Halbleiter- und elektromechanische Induktionswechselstrom-Wattmesser. In einer alternativen Ausführungsform können der Frequenzmesser 335 und der Wattstundenzähler 340 in einer einzigen Halbleitereinheit kombiniert werden.
9 ist eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Strommessers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Strom- und Frequenzregelungsmesser 300 kann wie in 9 dargestellt physisch in einem Gehäuse untergebracht sein. In 9 enthält ein Gehäuse 350 die Elektronik für den Mikroprozessor 305, die Speichereinheit 310, die Anzeige 320, die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 325 und die Datenübertragungsschnittstelle 330 von 7. Auf dem Gehäuse 350 befindet sich ein Stromeingangsanschluss 355, der konfiguriert ist, um ein oder mehrere Kabel von einer Wechselstromleitung anzuschließen, und unter dem Gehäuse 360 befindet sich ein Stromausgangsanschluss 355, der konfiguriert ist, um ein oder mehrere Kabel an eine externe Last in dem Haus/der Wohnung eines Kunden oder in einer gewerblichen oder privaten Einrichtung oder einem Unternehmen anzuschließen. Auf der Vorderseite des Gehäuses 350 befindet sich eine kW-Stundenanzeige 365 eines internen Strommessers, die mechanisch oder elektronisch sein kann, eine Frequenzregelungsanzeige 370, die mechanisch oder elektronisch sein kann, eine Datenübertragungsbuchse 375 und ein optionaler Stromtrennschalter 380 (an der Außenseite). Auf dem Gehäuse 350 befindet sich ferner ein Telefon-/Kabelanschluss 385, der konfiguriert ist, um den Strom- und Frequenzregelungsmesser 300 mit einer Telefonleitung oder einem Datenübertragungssystem ohne Telefonkabel zu verbinden. Zusätzlich kann eine optionale drahtlose Datenübertragungseinheit 390 aufgenommen werden. In alternativen Ausführungsformen können die physischen Komponenten in anderen räumlichen Beziehungen relativ zu dem Gehäuse 350 angeordnet sein, das sich von den in 9 dargestellten unterscheidet.
Der Strom- und Frequenzregelungsmesser 300 der 7 und 9 eignet sich zwar gut für Kunden mit geringem Stromverbrauch, Kunden mit einem hohen Stromverbrauch würden hingegen eher von der Leitungsüberwachungseinheit 115 von 1 profitieren, die unter Verwendung eines Universalrechners umgesetzt wird, wobei das hier beschriebene Verfahren in Bezug auf die frequenzreaktive Laststeuerung unter Verwendung von Frequenzregelungsguthaben, das oben in den 3, 4 und 5 und in dem Ablaufplan von 6 im Hinblick auf die Schritte 200, 210, 215, 225, 230, 235, 240, 345 und 250 beschrieben wird, als ein Befehlssatz in Wechseldatenträgern oder festen Datenträgern codiert werden kann, die von dem Universalrechner verwendet werden können.
10 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Universalrechners. In 10 weist ein Computersystem 400 mindestens einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit (central processing unit, CPU) 405 auf. Die CPU 405 ist über ein Bussystem 410 mit einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) 415, einem Nur-Lese-Speicher (ROM) 420, einem Eingabe-/Ausgabeadapter (E/A-Adapter) 425 für den Anschluss einer Wechseldaten- und/oder Programmspeichereinheit 430 und einer Massendaten- und/oder Programmspeichereinheit 435 sowie mit einem Benutzerschnittstellenadapter 440 für den Anschluss einer Tastatur 445 und einer Maus 450, einem Anschlussadapter 455 für den Anschluss einer Datenschnittstelle 460 und einem Anzeigeadapter 465 für den Anschluss einer Anzeigeeinheit 470 verbunden.
Der ROM 420 enthält das Grundbetriebssystem für das Computersystem 400. Das Betriebssystem kann alternativ in dem RAM 415 oder an anderer in der Technik bekannten Stelle abgelegt sein. Zu Beispielen für die Wechseldaten- und/oder Programmspeichereinheit 430 gehören magnetische Datenträger wie beispielsweise Diskettenlaufwerke und Bandlaufwerke und optische Datenträger wie beispielsweise CD-ROM-Laufwerke. Zu Beispielen für die Massendaten- und/oder Programmspeichereinheit 435 gehören elektronische, magnetische, optische, elektromagnetische, Infrarot- und Halbleitereinheiten. Zu Beispielen für einen computerlesbaren Datenträger gehören ein Halbleiter- oder ein Festkörperspeicher, ein Magnetband, eine herausnehmbare Computerdiskette, ein Schreib-Lese-Speicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), eine starre Magnetplatte und eine optische Platte. Zu den aktuellen Beispielen für optische Platten gehören ein Kompaktdiskette-Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), eine wiederbeschreibbare Kompaktdiskette (CD-R/W) und DVD. Neben der Tastatur 445 und der Maus 450 können noch andere Benutzereingabeeinheiten, wie beispielsweise Rollkugeln, Schreibtafeln, Druckkissen, Mikrofone, Lichtstifte und Bildschirmanzeigen mit Positionsbestimmung, an die Benutzerschnittstelle 440 angeschlossen werden. Zu Beispielen für Anzeigeeinheiten gehören Kathodenstrahlröhren (cathode-ray tubes, CRT) und Flüssigkristallanzeigen (liquid crystal display, LCD).
Daten von der Stromleitungsschnittstelle 315 von 8 in Form von Messwerten der Wattstunden und der Wechselstromleitungsfrequenz werden dem System über die Datenschnittstelle 460 zugeleitet. Des Weiteren können Frequenzregelungsguthaben sowie der Gesamtstromverbrauch über die Einheiten, die an die Datenschnittstelle 460 angeschlossen sind, an das Energieversorgungsunternehmen übermittelt werden, und Programmbefehle können über die Datenschnittstelle 460 von dem Energieversorgungsunternehmen empfangen werden. Der Computer 400 kann ferner verwendet werden, um komplexe Strom-/Kostenanalysen durchzuführen und Maßnahmen zur Verringerung des Stromverbrauches sowie Maßnahmen zur Erhöhung des Stromverbrauches zu steuern, wie beispielsweise die Erhöhung oder Verringerung des Durchflusses und/oder das Ein- oder Ausschalten von Geräten, wenn Belastungen erzeugt werden.
Ein Computerprogramm mit einer geeigneten Anwendungsschnittstelle kann von einem Fachmann erstellt werden und im System oder einer Daten- und/oder Programmspeichereinheit gespeichert werden, um die Ausführung dieser Erfindung zu vereinfachen. In Betrieb werden die Daten für die Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung bzw. das für die Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erzeugte Computerprogramm in die geeignete Wechseldaten- und/oder Programmspeichereinheit 430 geladen, über die Datenschnittstelle 460 geleitet oder mit Hilfe der Tastatur 445 eingetippt.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen somit ein Verfahren, eine Einheit und ein System für eine frequenzreaktive Laststeuerung unter Verwendung von Frequenzregelungsguthaben.

Claims

Verfahren für ein reagierendes Lastmanagement unter Verwendung von Frequenzregelungsguthaben, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Messen einer aktuellen Wechselstromfrequenz auf einer Wechselstromleitung durch eine Einheit zum Messen der Wechselstromfrequenz; Messen eines aktuellen Stromverbrauches auf der Wechselstromleitung über einen Zeitraum, der einem Abtastintervall entspricht, durch eine Einheit zum Messen des Stromverbrauches; Berechnen eines gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes von N letzten gemessenen Stromverbrauchswerten, wobei N eine positive ganze Zahl größer als 1 ist; Berechnen eines Unterschiedes zwischen dem gemessenen aktuellen Stromverbrauch und dem berechneten gleitenden Stromverbrauchsmittelwert; Erzeugen von Gutschriften oder Belastungen auf Grundlage der aktuellen Wechselstromfrequenz und des berechneten Unterschiedes; Hinzufügen der Gutschriften oder Belastungen zu einem Frequenzregelungsguthaben; Speichern des Frequenzregelungsguthabens; und für jedes nächste Abtastintervall Wiederholen des Messens der aktuellen Wechselstromfrequenz, des Messens des aktuellen Stromverbrauches, des Berechnens des gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes, des Erzeugens der Gutschrift oder Belastung und des Hinzufügens der Gutschriften oder Belastungen zu dem Frequenzregelungsguthaben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Gutschrift erzeugt wird, wenn sich durch den aktuellen Stromverbrauch nach einem Vergleich mit einem gleitenden Stromverbrauchsmittelwert die Frequenz des Wechselstroms in Richtung einer Wechselstromnennfrequenz der Wechselstromleitung verschiebt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Belastung erzeugt wird, wenn sich durch den aktuellen Stromverbrauch nach einem Vergleich mit einem gleitenden Stromverbrauchsmittelwert die Frequenz des Wechselstroms von einer Wechselstromnennfrequenz der Wechselstromleitung weg verschiebt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn die aktuelle Frequenz zwischen einem oberen Frequenzschwellenwert und einem unteren Frequenzschwellenwert liegt, keine Gutschriften oder Belastungen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der obere Frequenzschwellenwert größer als der Wert einer Wechselstromnennfrequenz der Wechselstromleitung ist und der untere Frequenzschwellenwert kleiner als der Wert der Wechselstromnennfrequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 1, zusätzlich aufweisend: Initialisieren eines gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes von N aufeinanderfolgenden Stromverbrauchsmessungen, wobei jede Stromverbrauchsmessung über einen entsprechenden Zeitraum vorgenommen wird, der dem Abtastintervall gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin ein regelmäßiges Übertragen des Frequenzregelungsguthabens an ein Energieversorgungsunternehmen aufweist, das Wechselstrom über die Wechselstromleitung liefert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen der Gutschrift oder Belastung weiterhin Folgendes aufweist: Erzeugen einer Belastung, wenn der aktuelle Wert der Wechselstromfrequenz größer als oder gleich einem oberen Frequenzschwellenwert ist und der aktuelle Stromverbrauch niedriger als der gleitende Stromverbrauchsmittelwert ist; Erzeugen einer Gutschrift, wenn der aktuelle Wert der Wechselstromfrequenz größer als oder gleich einem oberen Frequenzschwellenwert ist und der aktuelle Stromverbrauch höher als der gleitende Stromverbrauchsmittelwert ist; Erzeugen einer Belastung, wenn der aktuelle Wert der Wechselstromfrequenz kleiner als oder gleich einem unteren Frequenzschwellenwert ist und der aktuelle Stromverbrauch höher als der gleitende Stromverbrauchsmittelwert ist; Erzeugen einer Gutschrift, wenn der aktuelle Wert der Wechselstromfrequenz kleiner als oder gleich einem unteren Frequenzschwellenwert ist und der aktuelle Stromverbrauch niedriger als der gleitende Stromverbrauchsmittelwert ist, wobei keine Gutschrift und keine Belastung erzeugt wird, wenn der aktuelle Wert der Wechselstromfrequenz zwischen dem oberen Frequenzschwellenwert und dem unteren Frequenzschwellenwert liegt.
Leitungsüberwachungseinheit für ein reagierendes Lastmanagement unter Verwendung von Frequenzregelungsguthaben, wobei die Einheit aufweist: eine Einheit zum Messen der Wechselstromfrequenz; eine Einheit zum Messen des Wechselstroms; eine Wechselstromfrequenzeinheit zum Messen einer aktuellen Wechselstromfrequenz auf einer Wechselstromleitung durch eine Einheit zum Messen der Wechselstromfrequenz; eine Einheit zum Messen des Wechselstroms zum Messen eines aktuellen Stromverbrauches auf der Wechselstromleitung über einen Zeitraum, der einem Abtastintervall gleich ist, durch eine Einheit zum Messen des Stromverbrauches; ein Mittel zum Berechnen eines gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes von N letzten gemessenen Stromverbrauchswerten, wobei N eine positive ganze Zahl größer als 1 ist; ein Mittel zum Berechnen eines Unterschiedes zwischen dem gemessenen aktuellen Stromverbrauch und dem berechneten gleitenden Stromverbrauchsmittelwert; ein Mittel zum Erzeugen von Gutschriften oder Belastungen auf Grundlage der aktuellen Wechselstromfrequenz und des berechneten Unterschiedes; ein Mittel zum Hinzufügen der Gutschriften oder Belastungen zu einem Frequenzregelungsguthaben; eine Speichereinheit zum Speichern des Frequenzregelungsguthabens; und für jedes nächste Abtastintervall Wiederholen des Messens der aktuellen Wechselstromfrequenz, des Messens des aktuellen Stromverbrauches, des Berechnens des gleitenden Stromverbrauchsmittelwertes, des Erzeugens der Gutschrift oder Belastung und des Hinzufügens der Gutschriften oder Belastungen zu dem Frequenzregelungsguthaben.
Einheit nach Anspruch 9, weiterhin aufweisend: ein Mittel zum Anzeigen, Aufzeichnen oder zu beidem, zum Anzeigen und Aufzeichnen, des von der Einheit zum Messen des Wechselstroms gemessenen Stromverbrauches.
Einheit nach Anspruch 9, wobei das Mittel zum Erzeugen des Frequenzregelungsguthabens einen Mikroprozessor und eine mit dem Mikroprozessor verbundene Speichereinheit umfasst.
Einheit nach Anspruch 11, weiterhin aufweisend: eine Datenübertragungsschnittstelle, die mit dem Mikroprozessor verbunden ist, eine Eingabe-/Ausgabeeinheit, die mit dem Mikroprozessor verbunden ist, oder beides, die mit dem Mikroprozessor verbundene Datenübertragungsschnittstelle und die mit dem Mikroprozessor verbundene Eingabe-/Ausgabeeinheit.
Einheit nach Anspruch 11, weiterhin eines oder mehreres von Folgendem aufweisend: ein Telefonmodem, das mit dem Mikroprozessor verbunden ist, ein Kabelmodem, das mit dem Mikroprozessor verbunden ist, und ein drahtloses Modem, das mit dem Mikroprozessor verbunden ist.
Einheit nach Anspruch 11, die weiterhin eine Datenübertragungsbuchse umfasst, die mit dem Mikroprozessor, der Speichereinheit oder mit beidem, dem Mikroprozessor und der Speichereinheit, verbunden ist.
Einheit nach Anspruch 9, die weiterhin ein Mittel für den Anschluss der Einheit zum Messen der Wechselstromfrequenz an eine Wechselstromleitung sowie ein Mittel zum Anschließen der Einheit zum Messen des Wechselstroms zwischen der Wechselstromleitung und einer externen Last aufweist.
Einheit nach Anspruch 15, wobei: das Frequenzregelungsguthaben erhöht wird, wenn sich durch den aktuellen Stromverbrauch die Frequenz des Wechselstroms in Richtung einer Wechselstromnennfrequenz der Wechselstromleitung verschiebt; das Frequenzregelungsguthaben verringert wird, wenn sich durch den aktuellen Stromverbrauch die Frequenz des Wechselstroms von einer Wechselstromnennfrequenz der Wechselstromleitung weg verschiebt; und das Frequenzregelungsguthaben unverändert bleibt, wenn eine Wechselstromfrequenz der Wechselstromleitung zwischen einem oberen Frequenzschwellenwert und einem unteren Frequenzschwellenwert liegt.
Einheit nach Anspruch 9, wobei das Mittel zum Erzeugen eines Frequenzregelungsguthabens und das Mittel zum Anzeigen, Aufzeichnen oder zu beidem, zum Anzeigen und Aufzeichnen, des Frequenzregelungsguthabens aus einem Allgemeinzweckrechner bestehen.
Computerprogramm, das einen Computerprogrammcode umfasst, um, wenn dieser in ein Computersystem geladen und ausgeführt wird, die Schritte des Verfahrens wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 beschrieben durchzuführen.