DE19855070A1

DE19855070A1 - Verfahren zum Verteilen von Energie in einem Stromversorgungsnetz

Info

Publication number: DE19855070A1
Application number: DE19855070A
Authority: DE
Inventors: Dacfey Dzung
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1998-11-28
Filing date: 1998-11-28
Publication date: 2000-05-31

Abstract

Um Leistungsspitzen in einem Stromversorgungsnetz (1) zu reduzieren, können Verbraucher (3) vor dem Zuschalten einer Last (5) den Stromanbieter (2) anfragen, ob sie die Last (5) mit Niedertarif betreiben können. Hierzu geben sie die Leistung an, mit welcher die Last betrieben werden kann. Abhängig von der momentanen Netzkapazität teilt der Anbieter (2) dem Verbraucher (3) mit, ob er die Last zum Niedertarif betreiben kann oder nicht. Wenn ein Bezug zum Niedertarif möglich ist, schaltet der Anbieter den Stromzähler (4) des Verbrauchers auf Niedertarif um. Der Niedertarif bleibt bis zum Abschalten der Last gültig.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verteilen von Energie in einem Stromversorgungsnetz gemäss Oberbegriff von Anspruch 1.

Hintergrund

Konventionelle Stromversorgungsnetze müssen so ausgelegt sein, dass sie beträchtliche Lastspitzen aufnehmen können. Die hierzu notwendige Überdimensionie rung führt zu Zusatzkosten. Um dieses Problem zu lindern, werden in der Regel Niedertarifzeiten festgelegt, zu denen der erwartete Stromverbrauch relativ gering ist.

Soll die Überdimensionierung der Netze weiter reduziert werden, reicht diese Massnahme jedoch nicht aus. Es wurden deshalb unter dem Stichwort "Demand Side Management" verschiedene Verfahren vorgeschlagen, welche auf dynamischen Preisfestsetzungsverfahren basieren. Diese Lösungen sind jedoch technisch aufwendig und für den Verbraucher schwer durchschaubar.

Darstellung der Erfindung

Es stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Ver fahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das Leistungsspitzen in Stromversorgungsnetzen reduziert und dennoch einfach zu implementieren und anzuwenden ist.

Diese Aufgabe wird vom Verfahren nach An spruch 1 erfüllt.

Erfindungsgemäss fragt der Verbraucher also beim Anbieter vor dem Zuschalten einer Last an, ob er diese zum Niedertarif betreiben kann. Er erhält vom An bieter vorzugsweise sofort eine Antwort, so dass er ent scheiden kann, ob sich ein Betrieb der Last lohnt. Ein solches Verfahren gibt dem Anbieter ein Mittel in die Hand, den Stromverbrauch zu steuern, und es ist anbieter- und verbraucherseitig einfach zu implementieren. An bieterseitig kann z. B. aufgrund des momentanen Stromver brauchs und der vorhandenen Leistungs- und Netzreserven mit einfachen Algorithmen entschieden werden, ob ein Zu schalten zum Nieder- oder Hochtarif erlaubt werden kann. Auch beim Verbraucher sind keine komplizierten Berech nungen erforderlich.

Die Anfrage beim Anbieter wird möglichst un mittelbar vor dem Zuschalten der Last durchgeführt und die Antwort wird dem Verbraucher möglichst sofort zu gestellt. Dies erlaubt es beiden Seiten, Entscheidungen instantan zu fällen, ohne dass Prognosen des Stromver brauchs erstellt werden müssen.

Wenn die Last zum Niedertarif betrieben wer den kann, so bleibt dieser vorzugsweise gültig, bis die Last ausgeschaltet wird, so dass sich der Verbraucher darauf verlassen kann, eine einmal zum Niedertarif ein geschaltete Last solange betreiben zu können, wie es ihm notwendig erscheint.

Vorzugsweise teilt der Anbieter dem Ver braucher bzw. dem Stromzähler des Verbrauchers einen Leistungsbereich mit, innerhalb dem der Niedertarif An wendung findet. Dies erlaubt dem Verbraucher Lasten zu betreiben, deren Leistungsaufnahme zeitlich nicht ganz konstant ist. Leistungsbezüge oberhalb des Bereichs kön nen zum Hochtarif verrechnet werden. Fällt der Leistungs bezug unter den angegebenen Bereich, so wird dies als Ausschalten der Last interpretiert und es wird vorzugsweise wieder auf Hochtarif umgeschaltet.

Beim Verbraucher kann ein Stromzähler ange ordnet sein, der vom Anbieter zwischen Nieder- und Hoch tarif umgeschaltet werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und Anwendungen der Erfin dung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für ein Stromver sorgungsnetz zur Ausführung der vorliegenden Erfindung und

Fig. 2 den Meldungsablauf beim Zuschalten der Last.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt einen möglichen Grundaufbau eines Stromversorgungsnetzes. Es umfasst ein Netzwerk von Stromversorgungsleitungen 1, mindestens einen Anbieter 2 und mehrere Verbraucher 3. Jedem Verbraucher 3 ist minde stens ein Stromzähler 4 zugeordnet, der den Stromver brauch bzw. die Stromgebühren für eine Last 5 aufzeich net. Bei der Last 5 kann es sich um ein einziges oder mehrere Geräte handeln. Beim Verbraucher ist ferner eine Laststeuerung 6 vorgesehen, auf deren Aufgabe weiter unten eingegangen wird.

Zusätzlich ist ein bidirektionales Kommunika tionsnetzwerk 7 vorgesehen, das eine Steuerung 8 des An bieters 2 mit dem Stromzähler 4 und der Laststeuerung 6 der Verbraucher 3 verbindet. Das Kommunikationsnetzwerk 7 kann als PLC-Netz (Power Line Carrier Netz) ausgestaltet sein, das die Leitungen 1 als Übertragungsmedium verwen det. Es ist jedoch auch denkbar, dass andere Kommunika tionswege eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung beruht darauf, dass die Verbraucher 3 vor Inbetriebnahme der Last 5 den An bieter 2 kontaktieren. Sie teilen ihm die Leistungsauf nahme der Last mit und erfahren, ob sie die Last mit Niedertarif betreiben können. Hierzu können die Stromzäh ler 4 vom Anbieter 2 ferngesteuert auf Niedertarif umge schaltet werden.

Dem Verbraucher 3 sind zwei Tarife bekannt, ein Niedertarif für kontrollierte Lasten und ein Hoch tarif für nicht kontrollierte Lasten. Der Niedertarif stellt für die Verbraucher einen Anreiz dar, vor Inbe triebnahme der Last 5 mit dem Anbieter Kontakt aufzuneh men. Die Tarife können weiter an gewisse Zeiten gebunden sein, was jedoch deren Anwendung kompliziert.

Fig. 2 zeigt den Datenaustausch zwischen An bieter 2 und Verbraucher 3.

Wenn der Verbraucher 3 die Last 5 in Betrieb nehmen will, so führt er über seine Laststeuerung 6 eine Anfrage durch. Diese enthält die folgenden Daten

- Die (bevorzugte) Leistung preq (z. B. in kW) zum Betrieb der Last 5.
- (Optional) eine minimale Leistungsaufnahme pmin der Last 5. Kann die Last 5 nur ein- oder aus geschaltet sein, so ist pmin = preq, während in allen übrigen Fällen eine Leistung zwischen pmin und preq für den Betrieb der Last 5 ein gesetzt werden kann.

Der Anbieter 2 vergleicht die angeforderte Leistung mit der momentanen Generator- und Transportkapazität des Netzes und sendet eine Antwort an die Laststeuerung 6 und den Stromzähler 4 des Verbrauchers:

- An die Laststeuerung 6 sendet er den Leistungs bereich [p1, p2], in dem der Verbraucher Strom zum Niedertarif beziehen kann. Dabei gilt 0 ≦ p1 ≦ p2. Wenn der Anbieter dem Verbraucher keinen Strom zum Niedertarif zur Verfügung stellen kann, so ist 0 = p1 = p2. Anderenfalls sollte zumindest gelten, dass p2 ≧ pmin und p2 = preq. Die Verwendung des Parameters p1 wird weiter unten erörtert. Er kann z. B. als p1 = 0.9.p2 festgelegt werden.
- An den Stromzähler 4 sendet der Anbieter 2 einen Umschaltbefehl, der ebenfalls den Leistungsbereich [p1, p2] enthält. Dieser Befehl ist vorzugsweise kryptographisch ver schlüsselt, um Missbrauch zu vermeiden.

Nun kann der Verbraucher 3 die Last 4 in Betrieb nehmen.

Solange die Last in Betrieb bleibt, kann der Verbraucher 3 Leistung p zu den folgenden Bedingungen be ziehen:
Für p ≦ p2: Zum Niedertarif
Für p < p2: Den Anteil p2 zum Niedertarif
Den Anteil p - p2 zum Hochtarif.

Die entsprechende Rechenlogik ist im Stromzähler 4 inte griert.

Wenn die Last 5 abgeschaltet wird, muss der Anbieter 2 informiert werden. Hierzu kann z. B. dem An bieter 3 beim Abschalten der Last 5 eine Meldung ge schickt werden, worauf dieser den Stromzähler 4 auf Hoch tarif zurücksetzt. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass der Verbraucher versuchen könne, die Meldung zu unterdrücken, um den Stromzähler 4 auf Niedertarif zu halten. Deshalb geschieht die Rückschaltung auf Hochtarif vorzugsweise lokal. Hierzu überwacht der Stromzähler 4 die bezogene Leistung. Wenn die instantan bezogene Leistung unter die untere Bereichsgrenze p1 fällt und innerhalb einer gegebenen Hysteresezeit nicht wieder an steigt, stellt der Stromzähler zurück auf Hochtarif und sendet dem Anbieter 3 eine Mitteilung, dass die Last 5 abgeschaltet wurde. Gegebenenfalls kann daraufhin der Anbieter 3 noch eine Bestätigung schicken, dass er die Mitteilung erhalten hat.

Nun befindet sich das System wieder in seinem Grundzustand.

Die vorliegende Erfindung kann in bestehende Systeme eingebaut werden, welche zur Zweiweg-Kommunika tion ausgestaltet sind und Stromzähler mit fernprogram mierbaren Tarifen besitzen.

Ein wichtiger Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass es für den Anbieter 2 sehr einfach ist, die Antwort auf eine Anfrage auszuarbeiten, d. h. den Bereich [p1, p2] zu berechnen. Er muss lediglich aufgrund der momentanen Stromerzeugungskapazität und Transportkapazi tät des Netzes prüfen, ob eine zusätzliche Last preq zu lässig ist.

Für die Verbraucher 3 ist das Verfahren leicht verständlich: Wie bei einem Telefonanruf ist das System entweder frei oder besetzt. In letzterem Fall wird er später wieder versuchen, die Last 5 zuzuschalten, oder er wird den Hochtarif bezahlen, wenn er die Last sofort zuschalten will. Sobald eine Last angeschlossen ist, kann er sich jedoch darauf verlassen, dass die Stromzufuhr nicht unterbrochen wird.

Zusätzlich zum erwähnten Stromzähler 4 kann der Verbraucher 3 noch einen weiteren Stromzähler be sitzen, wenn er Geräte in konventioneller oder zumindest nicht in der hier beschriebenen Weise betreiben will.

Da der Stromzähler 4 Bezüge oberhalb der Be reichsgrenze p2 mit dem Hochtarif belastet, kann verhin dert werden, dass der Benutzer nach Umschaltung auf den Niedertarif zusätzliche Lasten an den Zähler anschliesst. Alternativ könnte der Stromzähler 4 die angeschlossene Last auch abschalten, sobald der Bezug die obere Be reichsgrenze p2 überschreitet, oder der Anbieter 2 kann prüfen, ob bei Ausstellung der Rechnung die auf dem Niedertarif bezogene Energie mit den in den Anfragen des Verbrauchers angegebenen Leistungswerten und den ent sprechenden Betriebszeiten im Niedertarifmodus überein stimmt.

Bezugsziffern

1

Stromversorgungsleitungen

2

Anbieter

3

Verbraucher

4

Stromzähler

5

Last

6

Laststeuerung

7

Kommunikationsnetzwerk

8

Steuerung des Anbieters
p Leistungsaufnahme
p1, p2 Leistungsbereich für Niedertarif
pmin minimale Leistung
preq gewünschte Leistung

Claims

1. Verfahren zum Verteilen von Energie auf einem Stromversorgungsnetz (1) mit mindestens einem An bieter (2) und mehreren Verbrauchern (3), dadurch gekenn zeichnet, dass
mindestens einige der Verbraucher (3) vor dem Zuschalten einer Last (5) dem Anbieter (2) eine zum Be trieb der Last (5) notwendige Leistungsaufnahme (preq) mitteilen und
der Anbieter (2) dem jeweiligen Verbraucher mitteilt, ob die Last (5) elektrische Energie zu einem vorgegebenen Niedertarif oder einem vorgegebenen Hoch tarif beziehen kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Verbraucher (3) im wesentlichen unmit telbar vor dem Zuschalten der Last (5) dem Anbieter (2) die Leistungsaufnahme (preq) mitteilen.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, falls der Anbieter (2) dem jeweiligen Verbraucher mitteilt, dass die Last (5) elektrische Energie zum Niedertarif beziehen kann, der Niedertarif bis zum Abschalten der Last (5) gültig bleibt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anbieter (2) dem jeweiligen Verbraucher einen Leistungsbereich (p1, p2) angibt, innerhalb dem die Last (5) zum Niedertarif betrieben werden kann.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass beim Verbraucher (3) ein Stromzähler (4) für die Last (5) vorgesehen ist, und dass der Anbieter (2) dem Stromzähler den Leistungsbereich (p1, p2) über mittelt, zu dem die Last (5) zum Niedertarif betrieben werden kann.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, dass der Stromzähler (4) auf Hochtarif umschal tet, sobald die Last (5) eine Leistung unterhalb des Leistungsbereichs (p1, p2) bezieht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass, sobald die Last (5) eine Leistung unter halb des Leistungsbereichs (p1, p2) bezieht, der Strom zähler (4) eine Meldung an den Anbieter (2) schickt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbraucher (3) Bezüge im Leistungsbereich (p1, p2) zum Niedertarif und Bezugsanteile oberhalb des Leistungsbereichs (p1, p2) zum Hochtarif verrechnet werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Verbraucher (3) vor dem Zuschalten der Last (5) dem Anbieter (2) eine zum Betrieb der Last bevorzugte (preq) und eine minimale (pmin) Leistungsaufnahme mitteilen.