DE2120985A1

DE2120985A1 - Verfahren zum stufenlosen Verteilen elektrischer Energie

Info

Publication number: DE2120985A1
Application number: DE19712120985
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-05-14
Filing date: 1971-04-29
Publication date: 1971-12-02
Also published as: BE767084A; FR2091166A5; SE371027B; GB1344186A; CA925946A; CH510947A; US3708684A; NL7106582A; AT306867B

Description

BE 15 487

Max Breitmeier, Patentanwalt

DIPL.-ING. B. SCHMID TÖdistraße 62 *Stuttgart 1, Felbenh.nnen.tr. 17

Verfahren zum stufenlasen Verteilen elektrischer Energie

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum stufenlosen Verteilen elektrischer Energie aus einer Hauptleitung in mehrere

Durch den fortschreitenden Einsatz elektrischer Serä/te mit hoher leistungsauf nähme,, wie z.B. elektrische Waschmaschinen, elektrische, Heizungen etq>, in den mo£#:men Haushalten wird es notwendig» die vorhanelenf I*eistu*igedes ©le;ktriaefce;n

Dabei ist die Leistungskapazität durch die Belastbarkeit ^"b·^ der Leitungen, Transformatoren und Generatoren begrenzt \ϊ ^73ί bzw. festgelegt. Die Festlegung der Belastbarkeit richtet^ "^ä/ sich nach einem mittleren Verbrauch der Haushalte zuzüglibh" i" " Sicherheitstoleranzen, anderseits kann die Belastbarkeit "·■'"-' aus Kostengründen nicht zu hoch gewählt werden.

Die Ausnutzung dieser vorhandenen Leistungskapazität des elektrischen Versorgungsnetzes wird bisher von den Elektrizitätswerken entweder durch die Tarifgestaltung öder durch ferngesteuertes Ein- und Abschalten der elektrischen Geräte gesteuert. Dadurch kann ein Teil der Leistungskapazität zu Zeiten ausgenutzt werden, in denen wie z.B. nachts, der Bedarf an elektrischer Energie sehr klein ist# und man kann einen zu hohen Verbrauch an elektrischer Energie in den Stosszeiten verhindern und dafür sorgen, dass die Belastbarkeit der Leitungen nicht überschritten wird. Damit dies bei dieser Art Leistungssteuerung nicht auftreten kann» sind Sicherheitstoleranzen der Belastbarkeit der Leitungen und Transformatoren eingeplant.

Bei der bisherigen Leistungssteuerung kann jedoch die " Leistungskapazität nicht vollständig ausgenützt werden. Ausser in den Stosszeiten des Energieverbrauchs bleibt ein grosser "'* Teil des vorhandenen Energienetzes ungenutzt. Veiter stellt die bisherige Leistungssteuerung durch Au— und Abschalten lediglich etin&n diskreten Eingriff in den Energieverbrauch dar, im Gegensatz zu ein^er stetige», optimaleren Leistungsregelung. ."■■■ ^: ■ "■ ■""-" ^:

Zum Beispiel werden elektrisclie Spsicherbeizungen weise vom EElektyizitätswerk ferngesteuert vea 22 % Isis 6 h

eingeschaltet. Um in dieser Zeit von acht Stunden die benötigte Wärmemenge speichern zu können,, sind grosse Anschlussr Ieistungen notwendig. Durch kontinuierliche Leistungssteuerung hingegen könnte die Aufladezeit von Speicheröfen auf 24 Stunden ausgedehnt werden, wobei hierbei allerdings einige Stunden eine reduzierte Leistung zugeführt werden könnte. Das hätte eine wesentliche Reduktion der Anschlussleitung zur Folge.

Bei einer bekannten Variante dieser Form der Leistungssteuerung wird in jeder Nebenleitung ein zusätzlicher Verbraucher, wie ein oder mehrere elektrische Speicheröfen, während der Belastungsspitzen der Hauptleitung durch ein Fernsteuergerät abgeschaltet und/oder auf eine niedere Leistungsstufe umgeschaltet,. wobei die reduzierte Leistung ein fester, bestimmter Bruchteil, der normal abgenommenen Leistung ist. Auch hiermit lässt sich nicht die in jeder . Nebenleitung entnommene Leistung_; kontinuierlich und optimal ; steuern, so dass die Leistungskapazität jeder Nebenleitung voll ausgenutzt wird. ■■-.-■

Die Tarifgestaltung wiederum ist natürlich ein noch;grobschlächtigeres Instrument, um den Energieverbrauch zu beeinflussen. Darüber hinaus dürfen bei der. bisherigen Leistungssteuerung die Sipherheitstoleranzen-.keinesfalls überschritten werden.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, diese be- ; sehriebenen Nachteile zu beheben. Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Nebenleitung in zvei Zweigleitungen geteilt wird, wobei in die, - erste Zweigleitung ein Leistungsbegrenzer eingeschaltet wird, um die Leistung um .die erste _; Zweigleitung auf einen ->-::

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bestimmten Maximalwert zu begrenzen, und daes in die zweite Zweigleitung ein Leistungsregler geschaltet rird, um den Energieflusei durch die zweite Zweigleitung kontinuierlich so z\) regeln, daß« die Gesamtleistung durch die beiden Zweigleitungen den bestimmten Kaximalwert nicht übersteigt, und dass die Leistungsregler über ein Steuergerät eo miteinander verknüpft und gestewert werden, dass die Summe der durch alle llebenleitungen abgegebenen Leistung die Belastbarkeit der Hauptleitung nicht Übersteigt.

Bei dem erfindungegemäeson Verfahren kann durch den Leistungsregler in jeder Nebenleitung die hindurchflieesende Energie stufenlos auf einen Maximalwert begrenzt werden, welcher der Belastbarkeit der Nebenleitung entspricht. Weiter sind alle Leistungsregler der Nebenleitungen mit einem Steuergerät verbunden, durch das die Summe der durch die Nebenleitungtin abgegebenen Energie kontinuierlich unter einem Maximalwert gehalten werden kann, welcher durch die Belastbarkeit der Hauptleitung, des angeschlossenen Transformators oder Generators, bestimmt ist.

Um Jede Nebenleitung voll ausnutzen zu können, sind diese in zwei Zweigleitungen geteilt. Die erste Zweigleitung kann nach freier Wahl belastet werden. Dagegen kann Über die zweite Zweigleitung mit Hilfe des Lelstungsreglere nur noch eine Restenergie entnommen werden. Diese Restenergie wird durch die Differenz zwischen maximal belastbarer Energie und der tatsächlich über die erste Nebenleitung abgegebenen Energie festgelegt. Mit Hilfe der zweiten Zweigleitung kann damit kontinuierlich die zur Verfugung stehende Maximalenergie der Nebenleitung entnommen und z.B. einem Wärmespeicher zugeführt werden. Durch diese Anordnung der Nebenleitungen in

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zwei Zweigleitungen ist es möglich, die Leistungskapazität jeder Nebenleitung voll auszunützen. Die miteinander Über das Steuergerät verbundenen Leistungsregler in jede:· Nebenleitung können dann die üeberbelastung der Hauptleitung, des Transformators oder Generators, verhindern. Diese sind ira allgemeinen nicht für eine dauernde Auslastung der vollen Leistungskapazität des elektrischen Energienetzes ausgelegt, sondern nur fUr eine gemittelte Verbraucherleistung. Ausserdem bietet dna Steuergerät den Vorteil, dass der vorgeschriebene Maximalwert gegebenenfalls kontinuierlich verändert werden kann. Weiter kann durch das Steuergerät für eine exakte, kontinuierliche Begrenzung der Gesamtleistung gesorgt werden, so •dass die vorgegebenen Sicherheitstoleranzen gesenkt und dadurch· die Leistungskapazität des elektrischen Netzes vergrössert werden könnte. Stromspitzen in Verbrauchs-Stosszeiten können mit dem Steuergerät verhindert werden.

Die Erfindung soll nun alt Hilfe der Figuren anhand eines AusfUhrungsbeiapiels erläutert werden. Eö zeigen:

Fig. 1 eine Hauptleitung mit Nebenleitungen und den mit dem Steuergerät verbundenen Leistungsreglern,

Fig. 2 eine Nebenleitung mit den zwei Zweigleitungen und dem .jeistungsregler.

In Fig. 1 wird eine Verzweigung einer Hauptleitung Hl in die Nebenleitung Nl bis N5 gezeigt. Die Hauptleitung kommt von einem Transformator T, und die Nebenleitungen sollen zu den Verbrauchern führen, In den gezeigten Nebenleitungen Nl bis N5 sind die Stromwandler Sl bis S5 und die

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Leistungaregier Ll bis L5 installiert, die in den Nebenleitungen in Serie geschaltet sind. Die Leiatungeregler sind nach den Stromwandlern angeordnet, die regelungetechnisch auch mit Geber bezeichnet werden können. Die zweiten Ausgänge der Stromwandler 31 bis S5 sind mit den Eingangekleramon KL bis K5 des Steuergerätes S verbunden. Diesen Klemmen wer-Jen durch die Stromwandler Spannungssignale zugeführt, die dem Strom bzw. der Leistung durch die Nebenleitungen entsprechen. Da das Versorgungsnetz mit Wechsel- bzw. Drehstrorc bestimmter Frequenzen und Spannung gespeist wird, kann dazu ein bekannter induktiver Stromwandler verwendet werden. Die Au3gänge Pl bis ?5 des Steuergerätes S sind mit den zweiten Eingängen der Leistungsregler Ll bis L5 verbunden. Je nach Programmierung des Steuergerätes S werden den Leistungsregler^ 3teuer-Impulse zugeführt, um entsprechend die Leistung der Nebenleitungen zu regeln. Das Steuergerät S soll zur Ueberwachung der Belastung der Hauptleitung Hl dienen.

In einer besonderen Ausführungsform kann das Steuergerät S als Proportionalregler wirken. Dabei spricht das Steuergerät nur an, wenn die Summe der Spannungen an den Eingängen Kl bis K5 einen Wert übersteigt, der dem durch die Belastbarkeit der Hauptleitung festgelegten Maximalwert der Gesamtleistung aller Nebenleitungen entspricht. Es wird dann den Ausgängen Fl bis F5 ein Spannungssignal zugeführt, das proportional den Eingangsspannungen an Kl bis K5 ißt. Dae geneinsame Aenderungsverhältnis bestimmt sich aus der positiven Differenz des Ist-Wertes und des Sollwertes der Summe aller Spannungen an den Eingängen KL bis K5. Um dieses Verhältnie wird dann die Leistung in den Nebenleitungen mit Hilfe d:jr Leistungsregler gedrosselt, bie an den Leietungereglern keine Steuer-Spannung vt.n Steuergeräts mehr liegt. Dann iet der Iet-Wert kleiner oder gleich dem Soll-Wert der Summe.iepannung an Kl bis K5. Wegen der Proportionalität der

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Stromwandler und der Spsinnungskonstanz let dann auch der Ist-Wert kleiner oder gleich dem Soll-Wert der Gesamtleistung an allen Uebonleitungen.

Die Leistungsregler Ll bla L5 können in besonderen AusfUhrungsformen

ein spannungsgesteuerter Festkörperhalbleiter (Silizium-Diode) in vertikalem oder horizontalem PhasenabschrWrtt in bekannter Welse, oder

eine nach den gleichen Prinzipien gesteuerte Schaltröhre (Ignitron, Thyratron), oder

ein Drehtransformator mit mechanisch veränderbarem Eisenkern

sein. Die spezielle Wirkungsweise wird r<nhand PIg. 2 beschrieben.

Anstatt der in Fig. 1 gezeigten 5 Nebenleitungen kann natürlich eine beliebige, endliche Anzahl verwendet werden.

In Fig. 2 wird die Nebenleitung Nl mit dem Leistungsregler Ll gezeigt. Die Nebenleitungen Nl ist in zwei Zweigleitungen und 2 geteilt. In dor Zweigljltung 1 ist ein zweiter Stromwandler 3 und ein Leistungsbegrenzer 4 hintereinander in Serie geschaltet. Der Stromwandler 3 liefert Über die Verbindung 5 ein Spannungessignal an einen dritten Eingang des Leistungeragiere Ll, der in die Zweigleitung 2 eingebaut 1st. Das Spftnnungsoignal entspricht der aktuellen Iet-Leistung in der Zweigleitung 1. Dlepe Leistung wire! durch den Leistttngebegrenser 4 unter dea vorgeschriebenen Maximalwert der Nebenleltung Nl gehalten, diener Maxiamalwert entspricht den Bittleren Leietungsbedarf der Verbraucher., Der Leistungsregler Ll gibt an die Zweigleitung 2 nur soviel Leistung frei, wie die positive Differenz zwischen Soll-Wert und Ist-Wert der Leistung in der Zweigleitung 1 entspricht.

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Weiter ist der zweite Eingang des Leistungsreglers Ll mit der Ausgangsklemme Pl des Steuergeräts S verbunden. Diesem Eingang wird nur bei einer eventuellen Ueberlastung der Hauptleitung Hl ein Spannungssignal vom Steuergerät S zugeführt, um die in der Zweigleitung 2 entnommene Leistung entsprechend zu drosseln. Die zulässige Leistung für die Zweigleitung 2 wird damit nicht nur durch den Stromwandler beeinflusst, sondern auch durch das Steuergerät S, welches die Gesamtleistung der Hauptleitung Hl überwacht.

In efrier'besondreren Ausführungsform kann der Leistungsbegrenzer 4 eine der bei Fig. 1 angegebenen Ausführungsformen deB Leistungsreglers Ll sein. Es kann aber auch eine Sicherung genügen, wenn gewährleistet ist, dass die Leisturig'-ites Verbrauchers an der Zweigleitung 1 den Maximalwert der Leistung im Normälbetrieb nie überschreiten kann.

Durch dieses Verfahren der elektrischen Energieverteilung können in den Haushalten Geräte hoher Leistung, wie z.B., hauptsächlich eine elektrische Speicherheizung, angeschlossen werden. Durch den Leistungsregler kann dann kontinuierlich die zur Verfugung stehende elektrische Restenergie, die von den übrigen elektrischen Haushaltsgeräten nicht benötigt wird, oiner elektrischen Speicherheizung zugeführt werden. Diese Energie kann in bekannter Weise zum Beispiel durch Erwärmen eines Heisswasser-Reservoirs gespeichert werden und je nach Bedarf in Form von Wärme zum Heizen der Räume vrieder entnommen werden. Dadurch wäre ein sauberes, sicheres, ökonomisches und optimales Heizungssystem gegeben, da Insbesondere keine neuen Geräte und Hilfsmittel zu, dessen Verwirklichung notwendig wurden. ■->-^:v-

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Claims

Patent a n Sprüche

Verfahren zum stufenlosen Verteilen elektrischer Energie aus einer Hauptleitung in mehrere Nebenleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Nebenleitung in zwei Zweigleitungen geteilt wird, wobei in die erste Zweigleitung ein Leistungsbegrenzer eingeschaltet wird, um die Leistung durch die erste Zweigleitung auf einen bestimmten Maximalwert zu begrenzen, und dass in die zweite Zweigleitung ein Leistungsregler geschaltet wird, um den Energiefluss durch die zweite Zweigleitung kontinuierlich so zu regeln, dass die Gesamtleistung durch die beiden Zweigleitungen den be- , stimmten Maximalwert nicht übersteigt, und dass die Leistungsregler über ein Steuergerät so miteinander verknüpft und gesteuert werden, dass die Summe der durch alle Nebenleiturigen abgegebenen Leistung die Belastbarkeit der Hauptleitung nicht übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ueberschreiten der von den Nebenleitungen aufgenommenen Gesamtleistung über die Belastbarkeit der Hauptleitung die Leistungsregler von dem Steuergerät derart gesteuert werden, dass die von jeder zweiten Zweigleitung aufgenommene Leistung proportional zu der überschrittenen Leistungsdifferenz -so lange gedrosselt wird, bis die Gesamtleistung durch alle Nebenleitungen wieder unter der 3elastbarkeitsgrenze liegt.

WS/tl/FS - 13.4.1971

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