DE1588439B1 - Auswahlschaltwerk zur hoechstlastueberwachung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Auswahlschaltwerk zur Höchstlastüberwachung mit Leistungsoptimierung.
• Bei Industriebetrieben mit einem großen Bedarf an elektrischer Energie werden die Kosten für die bezogene Energie in der Regel nach einem Tarif mit einem Leistungspreis-Anteil berechnet. Die Höhe des Leistungspreises ist dabei abhängig von der größten verbrauchten Energie während einer vorgegebenen Meßperiode. Je niedriger das Maximum der verbrauchten Energie während einer solchen Meßperiode gehalten werden kann, desto günstiger ist der Energiepreis. Für den günstigsten Energiebezug, d. h. für die maximale Ausnutzung des Tarifes, muß die Energie mit konstanter Leistung bezogen werden. Um diesem Idealfall möglichst nahezukommen, muß der Energiebezug ständig überwacht, und zur Vermeidung von Lastspitzen müssen bestimmte Verbraucher kurzzeitig abgeschaltet werden.
• Es ist eine Einrichtung bekannt, die während der Meßperiode dauernd die zu- bzw. abzuschaltende Leistung ermittelt, die zu der momentanen Istleistung addiert eine optimale Leistung ergibt, die von dem augenblicklichen Zeitpunkt innerhalb der Meßperiode bis zum Ende der Meßperiode unverändert an die Verbraucher abgegeben werden müßte, um eine vorgegebene Energie bis zum Periodenende vollständig zu verbrauchen (Landfis & Gyr-Mitt., 1/19&4, S. 3 und 4).
• Die Anzeige der zu- bzw. abzuschaltenden Leistung ermöglicht dem Bedienungspersonal in einer Energieleitstelle, eine günstige Verteilung der elektrischen Energie vorzunehmen. Es ist jedoch meistens sinnvoll, diese Verteilung durch eine Automatik durchführen zu lassen. Dabei wird die Forderung erhoben, daß die Automatik den Betrieb durch zu häufiges Schalten nicht beunruhigen darf. Diese Forderung wird optimal erfüllt, wenn die gefahrene Leistung eines jeden Verbrauchers gemessen wird und die zu schaltende Leistung nach vorgegebenen Gesichtspunkten auf die einzelnen Verbraucher optimal aufgeteilt wird. Das bedingt aber einen erheblichen Aufwand für die Leistungsmessung der einzelnen Verbraucher, und die optimale Zuordnung kann nur durch Verwendung einer umfangreichen Logik bzw. durch den Einsatz eines Kleinrechners gelöst werden.
• Eine andere Möglichkeit besteht darin, die der zusätzlich zu schaltenden Leistung proportionale Größe auf einen Regler zu geben, der z. B. ein Stufenschaltwerk steuert, um dadurch Teillasten ab- und zuzuschalten. Dabei können die Teillasten aber nur nach einem vorgegebenen Programm geschaltet werden.
• Die geschilderten Nachteile werden durch das Auswahlschaltwerk.zur Höchstlastüberwachung mit Leistungsoptimierung nach der Erfindung dadurch vermieden, daß einer die zu schaltende Leistung mit verschiedenen Leistungsklassen vergleichende Grenzwerteinheit und einer Zeitklassiereinheit, in der die Aufteilung einer Meßperiode in verschiedene Zeitabschnitte erfolgt, eine Verknüpfungseinheit nachgeschaltet ist, in der die zu schaltende Leistung in verschiedenen Zeitabschnitten mit verschiedenen Leistungsklassen zu vergleichen ist, daß die Verknüpfungseinheit mit einer Steuereinheit und diese mit mehreren Steuerringen verbunden ist und daß die Steuereinheit von der Verknüpfungseinheit kommende Schaltbefehle auf die einzelnen Steuerringe verteilt. Ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Auswahlschaltwerk wird im folgenden an Hand der Figuren erläutert, wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben werden.
• F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild des Auswahlschaltwerkes, F i g. 2 ein Diagramm, in dem die zusätzlich zu schaltende Leistung PZUS in mehrere Leistungsklassen unterteilt wird und F i g. 3 eine Zuordnung zwischen diesen Leistungsklassen und verschiedenen Zeitabschnitten in einer Meßperiode.
• Die zu schaltende Leistung PZUS wird durch einen eingeprägten Strom i abgebildet. Da dieser Strom entsprechend einer zu- bzw. abzuschaltenden Leistung PMS bipolar ist, wird er in der aus einem Phasenumkehrverstärker bestehenden Anpassungsschaltung 1 (F i g. 1) in ein Signal einer Polarität umgewandelt; gleichzeitig wird die Aussage »plus« oder »minus« gebildet, die direkt auf die Verknüpfungseinheit 4 gegeben wird. Das der Größe der Leistung PZUS proportionale Signal gelangt in die Grenzwerteinheit 2. Diese enthält mehrere Schwellwertverstärker mit untereinander verschiedenen Schwellwerten. Auf diese Weise erhält man gemäß F i g. 2 mehrere Leistungsklassen K1, K2 usw., mit denen die Zusatzleistung P", verglichen werden kann. Hierbei ist zu beachten, daß für eine zuzuschaltende Leistung der Leistungswert einer Klasse niedriger ist als der Leistungswert der gleichen Klasse für eine abzuschaltende Zusatzleistung. In dem gezeigten Beispiel entspricht der Leistungswert einer Klasse für eine zuzuschaltende Leistung dem Leistungswert der nächstniedrigeren Klasse für eine abzuschaltende Leistung. Hierdurch wird erreicht, daß die verbrauchte Energie am Ende einer Meßperiode entweder gleich oder kleiner, jedoch nie größer ist als die vorgegebene Energie. Die Schwellwerte der einzelnen Verstärker sind weiterhin veränderbar, so daß die Leistungswerte der einzelnen Klassen in ihrer Höhe verstellbar sind. An die Grenzwerteinheit 2 ist die aus Und- sowie Oder-Gliedern bestehende Verknüpfungseinheit 4 angeschlossen, die außerdem mit der Zeitklassiereinheit 3 verbunden ist. Die Zeitklassiereinheit enthält einen Speicher und diesem vorgeschaltete Und-Glieder und wird mit Impulsen von einem Zeitzähler beaufschlagt. Sie unterteilt die Meßperiode in mehrere Zeitabschnitte; im vorliegenden Beispiel sind es fünf Abschnitte tA, tp 1, tp 2, tp 3 und tE (F i g. 3). Diese Zeitabschnitte sind einstellbar. In der Verknüpfungseinheit erfolgt die Zuordnung der einzelnen Leistungsklassen zu den verschiedenen Zeitabschnitten unter Berücksichtigung der Polarität von Plus. Wie F i g. 3 zeigt, besteht während der Zeitintervalle tA (Anfang) und tE (Ende) keine Zuordnung; während des Abschnitts tpl wird nur der Vergleich der höchsten Leistungsklasse, hier K3, berücksichtigt, während des folgenden Abschnitts wird auch der Vergleich von PZUS mit der nächstniedrigeren Leistungsklasse berücksichtigt. Im vorletzten Zeitabschnitt, hier tp 3, wird der Vergleich der Zusatzleistung mit allen Leistungsklassen für die Zu- bzw. Abschaltung von Verbrauchern berücksichtigt. Wenn ein nach F i g. 3 berücksichtigter Vergleich zeigt, daß die Zusatzleistung den Leistungswert der betreffenden Klasse überschritten hat, so wird in der Verknüpfungseinheit ein Zu- bzw. Abschaltbefehl entsprechend der von der Anpassungsschaltung gelieferten Aussage über die Polarität von Pzus nach einem festgelegten Programm erzeugt. Wie sich aus F i g. 3 ergibt, wird während der ersten Zeitabschnitte einer Meßperiode ein Schaltbefehl nur bei einer sehr großen Zusatzleistung ausgegeben, um den Betrieb so wenig wie möglich zu stören. Um am Ende einer Meßperiode der vorgegebenen Energie möglichst nahe zu kommen, erfolgt daher mit fortschreitender Periodendauer die Ausgabe von Schaltbefehlen bei immer kleiner werdenden Zusatzleistungen. Um die vorgegebene Energie nicht zu überschreiten, werden die Schaltbefehle derart ausgegeben, daß bei einer abzuschaltenden Leistung die Summe der Leistungen der abgeschalteten Verbraucher größer oder gleich dieser Leistung ist und daß bei einer zuzuschaltenden Leistung die Summe der Leistungen der zugeschalteten Verbraucher kleiner oder gleich dieser Leistung ist.
• Die Zu- und Abschaltbefehle werden von der Verknüpfungseinheit an die Steuereinheit 5 weitergegeben. Diese besteht aus einem Schieberegister mit einer Zusatzlogik und einem einstellbaren Taktgeber. Die Steuereinheit verteilt die Schaltbefehle an die durch Schieberegister dargestellten Steuerringe 6, 7 und 8, die die Zu- bzw. Abschaltung der einzelnen Verbraucher bewirken. Jedem Steuerring sind Verbraucher zugeordnet, die hinsichtlich der Möglichkeit ihrer Abschaltung auf einer Rangstufe stehen. So sollen die dem Steuerring 6 zugeordneten Verbraucher z. B. bevorzugt geschaltet werden, die dem Steuerring 7 zugeordneten Verbraucher sollen nur geschaltet werden, wenn alle Möglichkeiten des Steuerringes 6 erschöpft sind, und die dem Steuerring 8 zugeordneten Verbraucher sollen nur in Ausnahmefällen geschaltet werden. Die Abschaltbefehle durchlaufen die Steuerringe stets von den großen zu den kleineren Verbrauchern hin. Durch einen Schaltbefehl werden so viel Verbraucher geschaltet, wie nötig sind, um die Zusatzleistung wieder unterhalb des Leistungswertes einer für die Schaltung berücksichtigten Klasse zu bringen. Der Startpunkt eines Durchlaufes im Steuerring wird in Abhängigkeit von der jeweils angesprochenen Klasse festgelegt. So wird z. B. bei überschreiten der Klasse K3 beim Abschalten mit dem größten Verbraucher begonnen, bei Überschreiten der Klasse K2 mit dem nächstkleineren. Sollte dann beispielsweise nach Durchlauf des Ringes die erforderliche Zusatzleistung noch nicht kompensiert worden sein, so wird auch der größte Verbraucher zum Schluß abgeschaltet. Entsprechend gilt für die Klasse K1, daß der Startpunkt zunächst z. B. auf den drittgrößten Verbraucher festgelegt wird, in der Annahme daß er und die folgenden kleineren die Zusatzleistung kompensieren können. Wenn alle Verbraucher einer Rangstufe, z. B. die dem Steuerring 6 zugeordneten Verbraucher, abgeschaltet sind, wird auf den Steuerring 7 umgeschaltet und hier in der gleichen Weise vorgegangen.
• Die Einschaltvorgänge vollziehen sich in umgekehrter Reihenfolge und unter Berücksichtigung der veränderten Klassenamplituden.
• Die Schaltbefehle für Zu- und Abschaltung können verknüpft werden mit Meldesignalen, die über Signalleitungen von den Verbrauchern zu den Steuerringen (Rückmelder) gelangen und welche angeben, ob der Verbraucher zu- oder abgeschaltet ist. Es werden also auch Schaltzustände gemeldet, die gegebenenfalls nicht mit der Stellung des Auswahlschaltwerkes übereinstimmen, da die Befehle von einer anderen Stelle aus ergangen sind. Durch die Meldesignale kann auch angezeigt werden, ob zur Zeit eine Schalthandlung zulässig ist oder nicht. Die Zulässigkeit kann z. B. bei einem Schmelzofen durch die Schmelzphase beeinflußt werden.

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Auswahlschaltwerk zur Höchstlastüberwachung mit Leistungsoptimierung, d a d u r c h gekennzeichnet, daß einer die zu schaltende Leistung mit verschiedenen Leistungsklassen vergleichenden Grenzwerteinheit (2) und einer Zeitklassiereinheit (3), in der die Aufteilung einer Meßperiode in verschiedene Zeitabschnitte erfolgt, eine Verknüpfungseinheit (4) nachgeschaltet ist, in der die zu schaltende Leistung in verschiedenen Zeitabschnitten mit verschiedenen Leistungsklassen zu vergleichen ist, daß die Verknüpfungseinheit mit einer Steuereinheit (5) und diese mit mehreren Steuerringen (6, 7, 8) verbunden ist und daß die Steuereinheit von der Verknüpfungseinheit kommende Schaltbefehle auf die einzelnen Steuerringe verteilt.
2. 2. Auswahlschaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwerteinheit (2) eine Anpassungsschaltung (1) zur Umwandlung der durch einen eingeprägten bipolaren Strom dargestellten zu schaltenden Leistung in ein Signal von nur einer Polarität mit einer zusätzlichen Aussage über die Polarität der zu schaltenden Leistung vorgeschaltet ist.
3. 3. Auswahlschaltwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Polarität der zu schaltenden Leistung verschiedene Leistungswerte für die einzelnen Leistungsklassen bestehen.
4. 4. Auswahlschaltwerk nach den Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verknüpfungseinheit (4) im ersten und im letzten Abschnitt einer Meßperiode kein Vergleich, im zweiten Abschnitt der Vergleich der zu schaltenden Leistung mit der höchsten Leistungsklasse und in den jeweils folgenden Abschnitten der Vergleich der zu schaltenden Leistung mit der höchsten und den nachfolgenden niedrigeren Leistungsklassen erfolgt, indem mit jedem folgenden Abschnitt die jeweils nachfolgende niedrigere Leistungsklasse in den Vergleich mit einzubeziehen ist und im vorletzten Abschnitt der Vergleich mit allen Leistungsklassen stattfindet.
5. 5. Auswahlschaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einem der Steuerringe (6, 7, 8) zugeordneten zu schaltenden Verbraucher hinsichtlich der Möglichkeit einer Zu-bzw. Abschaltung auf einer Rangstufe stehen.
6. 6. Auswahlschaltwerk nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerringe (6, 7, 8) von einem Schaltbefehl jeweils von den größeren zu den kleineren Verbrauchern hin zu durchlaufen sind und daß der Einsatzpunkt für einen Durchlauf in Abhängigkeit von den beim Vergleich angesprochenen Leistungsklassen erfolgt.
7. 7. Auswahlschaltwerk nach den Ansprüchen 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß von den Verbrauchern kommende Signalleitungen mit den entsprechenden Steuerringen (6, 7.
8. 8) verbunden sind, über die Mitteilungen über die Schaltzustände der Verbraucher oder Befehle an die Steuerringe (6, 7, 8) übertragbar sind. B. Auswahlschaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Programm der Schaltbefehle in der Verknüpfungseinheit (4) derart ausgeführt ist, daß bei einer abzuschaltenden Leistung die Summe der Leistungen der abgeschalteten Verbraucher größer oder gleich dieser Leistung ist, und daß bei einer zuzuschaltenden Leistung die Summe der Leistungen der zugeschalteten Verbraucher kleiner oder gleich dieser Leistung ist.
9. 9. Auswahlschaltwerk nach den Ansprüchen 2 bis $, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsschaltung (1) durch einen Phasenumkehrverstärker, die Grenzwerteinheit(2) durch Schwellwertverstärker mit verschiedenen Schwellwerten, die Zeitklassiereinheit (3) durch einen Speicher mit vorgeschalteten Und-Gliedern, die Verknüpfungseinheit (4) durch Und- sowie Oder-Glieder, die Steuereinheit (5) durch ein Schieberegister mit einer Zusatzlogik und einen Taktgeber und die Steuerringe (6, 7, 8) durch Schieberegister dargestellt sind.
10. 10. Auswahlschaltwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte der einzelnen Schwellwertverstärker veränderbar und somit die Leistungswerte der einzelnen Leistungsklassen in bestimmten Grenzen einstellbar sind.