DE2419663C3

DE2419663C3 - Einrichtung zur Koordination und Schaltung des Energiebedarfs mehrerer unabhängig voneinander arbeitender elektrischer Verbraucher

Info

Publication number: DE2419663C3
Application number: DE2419663A
Authority: DE
Inventors: Karl Buehler Hoehener; Dick Altdorf Hoorn-Frene; U. St. Gallen Pfleghard
Original assignee: DAETWYLER AG SCHWEIZERISCHE KABEL- GUMMI- und KUNSTSTOFFWERKE ALTDORF URI; GROSSENBACHER ELEKTRONIK AG ST GALLEN
Current assignee: DAETWYLER AG SCHWEIZERISCHE KABEL- GUMMI- und KUNSTSTOFFWERKE ALTDORF URI; GROSSENBACHER ELEKTRONIK AG ST GALLEN
Priority date: 1973-12-18
Filing date: 1974-04-24
Publication date: 1978-04-13
Also published as: CH565471A5; AT331931B; SE7408233L; ATA362374A; DE2419663A1; DE2419663B2; FR2254900A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Koordination und Schaltung des Energiebedarfs mehrerer unabhängig voneinander arbeitender elektrischer Verbraucher, insbesondere zur Begrenzung der pro Zeiteinheit maximal zulässigen Gesamtbedarfsänderung oder der Maximalbelastung mit einem Rechner und einer Eingangseinheit für eine jeweilige Netzbelastung und den zeitlichen Energiebedarf der Einzelverbraucher.

Bei elektrischen Großverbrauchern, insbesondere bei Großheizanlagen mit kontinuierlicher Impulspaket-Steuerung wie z, B, Brücken-, Fahrbahn-, Pisten- oder Rollbahnheizungen, die aus mehreren voneinander unabhängigen Heizgruppen oder sonstigen Energieverbrauchern bestehen, ergeben sich folgende drei Probleme:

1. Der Gesamtanschlußwert der Anlage muß aus wirtschaftlichen und energiepolitischen Gründen so klein wie möglich gehalten werden. Aufgrund der Verschiedenheit der örtlichen Gegebenheiten zwischen den einzelnen Heizgruppen und der Art der Energieverbraucher (Heizung, Lüftung, Beleuchtung etc.) zeigt die Praxis, daß nicht sämtliche Verbraucher den maximalen AnschluQwert zur s selben Zeit benötigen.

Z Die Änderung pro Zeiteinheit der Belastung der Stromquelle bzw. des speisenden Netzes durch die Gesamtanlage, d. h. durch sämtliche angeschlossenen Verbraucher, darf einen durch die Eigenschaften der Stromquelle bedingten bzw. einen vom Energielieferanten vorgeschriebenen Wert nicht überschreiten, da sonst Schwierigkeiten in der Reguliereinrichtung der Stromquelle bzw. des Netzes entstehen können.

3. 3ei mehreren voneinander unabhängigen Heizungs-Reguliergruppen und sonstigen Energieverbrauchern innerhalb einer Gesamtanlage ergeben sich große Schwankungen in der Energiebelastung für die Stromquelle bzw. das speisende Netz, da jede Gruppe unabhängig für sich arbeitet.

Die Aufgabe besteht somit primär darin, durch entsprechende Koordination unter den einzelnen Energieverbrauchern den Gesamtanschlußwert der Anlage kleiner zu halten als die Summe der Anschluß-2s werte der einzelnen Heizgruppen und sonstigen Energieverbraucher, wobei dieser Gesamtanschlußwert veränderbar sein soll; dabei soll die Möglichkeit bestehen, daß diese Veränderung durch den Energielieferanten vorgenommen werden kann, beispielsweise .v> über eine Fernsteuereinrichtung oder eine Schaltuhr.

Ferner soll die Änderungsschnelligkeit (Änderung des Leistungsbedarfs pro Zeiteinheit, üblicherweise gemessen in kW/h) einen vorgeschriebenen Wert nicht übersteigen.

is Lösungen für diese Aufgabe wurden schon vorbeschrieben. So ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei welchem den einzelnen Verbrauchern Energiesperrvorrichtungen zugeordnet waren, welche von einer oder mehreren Sleuerstellen des Netzes oder-Jurch Zeitwerke rhythmisch in kurz aufeinanderfolgenden Zeitabständen betätigt wurden, wobei der Betätigungsrhythmus derart gewählt und bei den einzelnen Stromverbrauchern zeitlich derart versetzt war, daß während der Einschaltzeiten der Verbraucher eine jeweils annähernd . gleichmäßige Dauerbelastung des Kraftwerkes bzw. des Speisenetzes hervorgerufen wurde. Abgesehen davon, daß ein rhythmisches Ein- und Ausschalten praktisch nur bei Elektroheizungen in Frage kommt (bei Beleuchtung und bei motorischen Antrieben wäre dies unmöglich), dürften auch die ständigen Ein- und Ausschaltstromstöße die Netzbelastung störend beeinflusser. Der hauptsächliche Nachteil liegt jedoch darin, daß bei einer rhythmischen Verteilung der Energie eine Reihenfolge der Verbraucher festgelegt werden muß, die nicht immer den tatsächlichen Bedürfnissen dieser Verbraucher gerecht wird.

Eine andere Einrichtung zur Aufteilung der vorhandenen Leistung (oder auch Zusatzleistung) auf die Verbraucher besteht darin, mittels eines Auswahlschaltwerkes mit einer Grenzwerteinheit, die mehrere Schwellwertverstärker enthält, einzelne Leistungsklassen zu bilden, und die Verbraucher gruppenweise aufzuteilen. In verschiedenen Zeitabschnitten wird die zu schaltende Leistung mit einer verschiedenen Anzahl dieser Leistungsklassen verglichen, und je nach der Anzahl der Leistungsklassen erfolgt die Zu- bzw. Abschaltung der Verbraucher, wobei jedoch die Reihenfolge stets dieselbe ist. So wird z. B. im ersten

Zeitabschnitt die zuzuschaltende Leistung nur mit der jrsten Leistungsklasse, im zweiten Zeitabschnitt mit iwei Leistungsklassen und im dritten Zeitabschnitt mit illen drei Leistungsklassen verglichen. Wenn aber z, B, im zweiten Zeitabschnitt wegen der Begrenzung der Leistung keine Energie frei wird, erhalten die prioritätsungünstigen Verbraucher trotz des Vergleiches keine Energie, denn nicht nur die Prioritäten sind starr festgelegt, sondern auch die Gruppierung der Verbraucher ist unveränderlich. Es kann also unter Umständen Energie verfügbar sein, die aber trotz Bedarfs einzelner Verbraucher diesen nicht zugeteilt werden kann.

Es ist auch eine zentrale Steuerung für eine Vielzahl von Verbrauchern bekanntgeworden. Den letzteren wird die Energie aufgrund der Belastung der Speiseleitungdes Netzes und aufgrund eines Zeitplanes zugeteilt. Ferner werden mehrere Daten aus Meßsonden verarbeitet Der Zeitplan kann sogar durch einen Rechner aufgestellt werden. Nachteilig daran ist, daß der größte Teil dieser Daten, aufgrund derer die Energieverteilung vorgenommen wird, gewissermaßen Fremddaten sind, d. h. Daten, die nicht oder allenfalls nur indirekt von den Verbrauchern mitbestimmt werden, so z. B. die Belastung der gemeinsamen Speiseleitung. Ferner ist der Rechner lediglich so eingesetzt, daß er aufgrund irgendeines angegebenen Programms den Zeitplan berechnet, der von den Verbrauchern überhaupt nicht beeinflußt wird. Damit ist auch hier keine optimale Leistungszuteilung möglich.

Demgegenüber stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, welche in der Lage ist, trotz Einteilung der Verbraucher nach Prioritäten die zur Verfügung stehende Leistung in jedem Zeitpunkt so zu verteilen, daß beispielsweise auch prioritätsungünstige Verbraucher kurzfristig Energie erhalten können, wenn diese von den prioritätsersten Verbrauchern in diesem Zeitpunkt nicht benötigt wird, und welche ferner in der Lage ist, die dabei gelegentlich auftretende zeitliche Änderung des Gesamtleistungsbedarfs innerhalb von Grenzen zu halten, welche durch die Gegebenheiten des Speisenetzes bzw. vom Energieversorgungsunternehmen vorgegeben sind.

Die Einrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Programmier- und Fernsteuereinheit, die die pro Zeiteinheit maximal zulässige Gesamtbedarfsänderung, sowie die Maximalbelastung des Speisenetzes festlegt und in die Eingangseinheit eingibt, die diese Werte zusammen mit dem zeitlichen Energiebedarf und der Priorität der Verbraucher über Spannungsanpassung und/oder Codewandlung zu Signalen verarbeitet und dem Rechner weiterleitet, der die zu einem Zeitpunkt verfügbare Gesamtenergie prioritätsentsprechend auf die Verbraucher aufteilt und über eine Koordiniereinheit, eine Ausgangseinheit und Halbleiter-Nullpunkt-Leistungsschalter auf das Speisenetz schaltet.

Ausgestaltungen dieser Einrichtung bestehen darin, daß die Eingangseinheit durch ein in sie eingegebenes Programm, welches die Energieaufteilung auf die ein2elnen Verbraucher festgelegt, steuerbar ist, bzw. daß der Rechner und die Koordiniereinheit zusätzlich an einen Mikro-, Mini- oder Großcomputer anschließbar sind, um in ihren Funktionen mindestens zum Teil von dessen Programm gesteuert zu werden.

Es kann außerdem die Eingangseinheit an eine Gruppe von Regel- und Kommandoeinheiten, welche den einzelnen Verbrauchern zugeteilt sind, angeschlossen sein, um von dieser Gruppe die Werte für den Leistungsbedarf jedes einzelnen Verbrauchers sowie die Priorität der Leistungszuteilung an die Verbraucher entgegenzunehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

λ Einrichtung wird anhand der scltiematischen Zeichnungen und Diagramme erläutert. Es, zeigt
F i g. 1 ein Schema der Einrichtung,
F i g. 2 ein Beispiel einer Schwankung des Energiebedarfs während einer bestimmten Zeitspanne und

ίο Fig.3 den Leistungsbedarf der einzelnen Verbraucher und die durch die Einrichtung ausgeglichene Gesamtbelastung.

Die Einrichtung weist eine Eingangseinheit 1 auf, welche die Werte der angeforderten Heizleistungen sowie deren Prioritäten von Reglern und Kommando- und Steuereinheiten S entgegennimmt und so aufbereitet, daß ein nachfolgender Rechner 2 diese Werte übernehmen kann. Aufgrund dieser Werte und jeder für die Änderunfesschnelligkeit und der momentanen,

ίο maximal zulässigen Netzbelastung aus .-.sier Programmier- und Fernsteuereinheit 3 bestimmt der Rechner 2 die Werte der abzugebenden Leistungen für die einzelnen Verbraucher.
Eine Koordiniereinheit 4 koordiniert die zeitliche Zuteilung ('er vom Rechner 2 ermittelten Leistungswerte für die einzelnen Verbraucher. Über eine Ausgangseinheit 5 wird eine Gruppe von Halbleiter-Nullpunkt-Leistungsschaltern 6 betätigt. Diese Schalter speisen die einzelnen Verbraucher Ta-Tn, aus der Stromquelle,

.10 hier aus dem Speisenetz 8 mit den Phasen R.Sund T.

Die Wirkungsweise des Rechners 2 isi aus F i g. 2 ersichtlich. Dabei bedeutet

Pm = max. Leistung, die abgegeben werden darf,
.15 Pv = Summe der von der Kommando- und Regeleinheit

9 verlangten Leistungen,
Pa = Summe der an die Verbraucher 7, hier an die

Heizgruppen Ta-Tn, abgegebenen Leistungen,
t =Zeit.

Im Zeitbereich A verlangen die einzelnen Energieverbraucher Ta-Tn eine Zunahme der Leistung, welche die

maximal zulässige Änderungsschnelligkeit \ ^Λ max

überschreitet.
Der Rechner 2 begrenzt die Leistungszunahme

■j -^r auf den zulässigen Wert und bewirkt dadurch, daß

die effektive Leistungsänderung mit verminderter Schnelligkeit erfolgt. In den Bereichen B (Fig.2) sind die geforderten Änderungsgeschwindigkeiten statthaft.

Im Bereich Cwird eine Leistung verlangt, welche die zur Zeit maximal zulässige Ansch'lußieistung der Anlage

übersteigt. Der Rechner vermindert nun aufgrund der ίο Prioritäten der einzelnen Verbraucher die Leistungen derselben, so daß der maximal zulässige Wert Pm nicht überschritten wird.

Im Bereich D ist die verlangte Leistungsabnahme zu

groß. Auch hier sorgt der Rechner durch langsamere fm Verringerung der effektiven Leistungssumme, errechnet aus den Leistungen der einzelnen Verbraucher, tiafür, daß diese Verringerung

el/',
ti /

nicht übersteigt.

den Wert

el P
dl

Die Koordiniereinheit 4 koordiniert aufgrund der vom Rechner 2 bestimmten Leistungen für die einzelnen Verbraucher das Ein- bzw. Ausschalten der einzelnen Leistungsschalter 6. so daß ein möglichst kontinuierlicher Energiebezug aus dem Speisenetz 8 erfolgt und dieser Energiebezug somit nur die zulässigen Änderungen gemäß der maximalen Änderungsschnelligkeit aufweist(Fig. 3).

Fig. 3 zeigt, wie im oberen Figurenteil mehrere Heizgruppen als Verbraucher Ta-Tn derselben AnschluOleistung P mit verschiedenen prozentualen Bedarfsleistungen über der Zeit I untereinander koordiniert werden, damit entsprechend dem unteren Figurenteil die Summenleistung über der Zeit f. bezeichnet mit Gesamtbelastung, keine unzulässigen Schwankungen aufweist, sondern nur die minimal zulässige Gesamtbelastungsänderung.

Die vorgesehene Einrichtung eignet sich besonders als Zusatzeinheit zu einer bereits bestehenden Regelanlage für Großheizanlagen. Sie ermöglicht es dem F.nergieversorgungsunternchmen. die Parameter der Bclastungsänderung sowie der Gesamtbelastung einer elektrischen Heizanlage zu verändern, und zwar entweder durch Änderung mittels einer Fernsteuerung oder durch eine bei der Konzcssionserteilung abgegebene Vorschrift, wobei die Einrichtung aufgrund von Prioritätssignalen bei unzulässigen Änderungen der Belastung oder Überbelastung entsprechend korrigierend einwirkt, indem die Koordiniereinheit 4 die errechneten Lcislungswertc für die ein/einen Verbraucher 7 über die Halbleiter-Nullpunkt Leistungsschalter 6 "o zuschaltet, daß für das Spciscnci/. 8 keine U M zu kissen [k-kisl iiml's;i

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Claims

Patentansprüche:

I. Einrichtung zur Koordination und Schaltung des Energiebedarfs mehrerer unabhängig voneinander arbeitender elektrischer Verbraucher, insbesondere zur Begrenzung der pro Zeiteinheit maximal zulässigen Gesamtbedarfsänderung oder der Maximalbelastung mit einem Rechner und einer Eingangseinheit für eine jeweilige Netzbelastung und den zeitlichen Energiebedarf der Einzelverbraucher, gekennzeichnet durch eine Programmier- und Fernsteuereinheit (3), die die pro Zeiteinheit maximal zulässige Gesamtbedarfsänderung, sowie die Maximalbelastung des Speisenetzes (8) festlegt und in die Eingangseinheit (1) eingibt, die diese Werte zusammen mit dem zeitlichen Energiebedarf und der Priorität der Verbraucher über Spannungsanpassung und/oder Codewandlung zu Signalen verarbeitet und dem Rechner (2) weiterleitet der die zu einem Zeitpunkt verfügbare Gesamtenergie prioritätsentsprechend auf die Verbraucher (7) aufteilt und über eine Koordiniereinheit (4), eine Ausgangseinheit (5) und Halbleiter-Nullpunkt-Leistungsschalter(6) auf das Speisenetz (8) schaltet

Z Einrichtung nach Anspruch 1,,dadurch gekennzeichnet daß die Eingangseinheit (1) durch ein in sie eingegebenes Programm, welches die Energieaufteilung auf die einzelnen Verbraucher festlegt, steuerbar ist

3. Einrichtung räch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (?) und d'". Koordiniereinheit (4) zusätzlich an einen Mikro-, Mini- oder Großcomputer anschließbar sind, um in ihren Funktionen mindestens zum Ten von dessen Programm gesteuert zu werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangseinheit (1) an eine Gruppe (9) von Regel- und Kommandoeinheiten, welche den einzelnen Verbrauchern {Ta—Tn) zugeteilt sind, angeschlossen ist, um von dieser Gruppe die Werte für den Leistungsbedarf jedes einzelnen Verbrauchers sowie die Priorität der Leistungszuteilung an die Verbraucher entgegenzunehmen.