DE29714767U1 - Netzleitanordnung - Google Patents

Netzleitanordnung

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Description

Beschreibung
Netzleitanordnung zum Betrieb eines Energieversorgungsnetzes
Die Erfindung betrifft eine Netzleitanordnung mit einer Zentrale, an die dezentrale Einrichtungen angeschlossen sind.
Zur Steuerung und Überwachung von Energieversorgungsnetzen
ist es bekannt, sogenannte Netzleitsysteme zu verwenden. Dabei ist in der Regel eine sogenannte Netzleitzentrale über
Fernwirkverbindungen gegebenenfalls über Zwischenstationen
mit Unterstationen verbunden. Die Unterstationen dienen dabei zum direkten Anschluß an Schaltanlagen oder Energieerzeuger, z.B. Kraftwerke.
Beim derartigen Netzleitsystem handelt sich um ein hierarchischen Aufbau, bei dem Melde- und Befehlssignale zwischen der Netzleitzentrale und den Unterstationen ausgetauscht werden. Die Fernwirkverbindungen, Zwischenstationen und Unterstationen dienen dabei prinzipiell nur zur Informationsübertragung und stellen daher rein passive System dar. In der Netzleitzentrale
sind dagegen zentrale Funktionen vorgesehen, die zur Energieregelung oder Steuerung dienen. Die Netzleittechnik an sich ist daher energieerzeugungsbezogen.
Parallel zu diesem Netzleitsystem für die Energieerzeugung
kann auch ein System zur Steuerung von Verbrauchern vorgesehen sein. Dies wird in der Praxis üblicherweise als sogenanntes Rundsteuersystem bezeichnet. Dabei werden von einem zentralen Steuergerät Befehle zum Ein- und Ausschalten von Verbrauchern über Tonsteuerrundsignale in das Netz gegeben. Damit können beispielsweise bevorzugte Verbraucher, z.B.
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Nachtspeicherheizungen und Straßenlaternen, ein- und ausgeschaltet werden.
Bei diesen Systemen wird generell von einer zentralen Intelligenz und von der Übermittlung von Befehlen und Meldungen ausgegangen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen anzugeben, die bei einer Netzleitanordnung einen geringen Informations-Übertragungsaufwand und ein verbessertes Energiemanagement gegenüber dem Stand der Technik erlauben.
Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einer Netzleitanordnung mit:
— einer Anzahl dezentraler Einrichtungen, denen steuerbare Energiequellen und -senken beliebig zuordbar sind,
- und einer Zentrale, mit der die dezentralen Einrichtungen verbunden sind,
- wobei die dezentralen Einrichtungen mit den Energiequellen
0 und -senken in Steuer- und/oder Melderichtung in Wirkverbindung stehen,
- wobei jede dezentrale Einrichtung ein Optimierungsmodul zur Energieoptimierung der angeschlossenen Energiequellen und senken umfaßt,
— wobei die Zentrale ein Optimierungsmodul für die jeweils angeschlossenen dezentralen Einrichtungen umfaßt, und
- wobei zwischen der Zentrale und den dezentralen Einrichtungen Soll- und Ist-Energie- und/oder Leistungswerte und gegebenenfalls weitere umwelttechnische Soll- und Ist-Werte 0 ausgetauscht werden.
Der Erfindung liegt der Grundgedanke eines dezentralen Energiemanagements zugrunde. Eine Dezentralisierung bedeutet im
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ersten Ansatz eine Vervielfachung der Intelligenz, die bisher nur in der Netzleitstelle vorgesehen war.
Bei konsequenter Anwendung dieses Gedankens kamen die Erfinder zu der Erkenntnis, daß bei verbessertem Energieverhalten und Energieausnutzung ein vereinfachter Aufbau für die gesamte Netzleitanordnung erzielt werden kann. Gegenüber früher ist nämlich nur noch ein geringer Datenverkehr auf den Leitungen zwischen den dezentralen Einrichtungen bis zur Zentra-Ie erforderlich. Dies ist möglich, da keine umfangreichen Befehle und Meldungen mehr übertragen werden, sondern nur noch für die jeweils zentralisierte Einheit Soll- und Istwerte für die zu handhabende Energie. Dies kann wegen des geringen Datenumfangs sogar on-line erfolgen.
Damit ist ein dezentrales Energiemanagement gegeben, wobei jeweils immer dezentrale Energieoptima erzielt werden, welche miteinander von der jeweils übergeordneten Instanz in der Hierarchie optimiert werden. Es werden also immer kleine Energieinseln für sich optimiert und in Zusammenarbeit mit anderen Energieinseln betrachtet. Unter Energieinsel wird hier im übrigen eine Einheit verstanden, die eine beliebige Mischung aus Verbrauchern und Energieerzeugern, z.B. Haushalte, Industrieunternehmen, Kraftwerke, Windräder und Solaranlagen, beinhalten können.
Zwischen der Zentrale und den dezentralen Einrichtungen können weitere Einrichtungen im Sinne einer hierarchischen Struktur zwischengeschaltet sein. Auf diese Weise sind auch 0 jeweils Zwischenoptimierungen zwischen zusammengefaßten Energieinseln möglich.
Bevorzugt kommen zumindest in den dezentralen und weiteren Einrichtungen und gegebenenfalls auch in der Zentrale gleichartige Optimierungsmodule zur Anwendung. Damit ergibt sich
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ein besonders einfacher Aufbau des gesamten Systems. Prinzipiell sind die dezentralen und weiteren Einrichtungen und gegebenenfalls die Zentrale gleich aufgebaut. Sie unterscheiden sich im wesentlichen nur vom Umfang der zu optimierenden Subsysteme.
Gegebenenfalls können zusätzlich für Sonderfunktionen ein Steuer- und/oder Meldesignal zwischen den jeweiligen Einrichtungen und/oder der Zentrale übertragen werden. Auf diese Weise können selbstverständlich im geringen Umfang auch solche Aufgaben nach Art der herkömmlichen Fernwerk- oder Netzleittechnik erfüllt werden.
Bei einem Ausfall der Zentrale ist eine Übernahme der zentralen Funktion durch eine weitere dezentrale Einrichtung möglich. Durch den prinzipiell gleichen Aufbau von Zentrale und dezentralen Einrichtungen muß hier also nur ein entsprechender Erkennmechanismus vorgesehen werden, so daß eine Übernahme der zentralen Funktion gegeben ist. Bevorzugt sind die de-0 zentralen Einrichtungen, die weiteren Einrichtungen und die Zentrale miteinander über ein oder mehrere Bussysteme verbunden. Auf diese Weise ist ein einfacher schneller Datenverkehr miteinander möglich.
Weiterhin ist ein Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungsnetzes mit einer Netzleiteinrichtung mit einem hierarchischen Aufbau vorgesehen, wobei an eine Zentrale dezentrale Einrichtungen mit Energiequellen und -senken angeschlossen sind,
— wobei zwischen den dezentralen Einrichtungen und den Energiequellen und/oder -senken Befehle und/oder Steuersignale ausgetauscht werden, und
- wobei zwischen den dezentralen Einrichtungen und der Zentrale Soll- und Ist-Werte für eine Energie- und/oder Lei-
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stungsmenge und gegebenenfalls für weitere umwelttechnische Werte ausgetauscht werden. Hierzu gelten die oben angegebenen Vorteile sinngemäß.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, weitere Details und Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild der neuen Netzleitanordnung.
In der Figur ist ein schematischer Aufbau der neuartigen Netzleitanordnung 1 gezeigt. Sie weist im wesentlichen einen hierarchischen Aufbau nach Art einer Baumverzweigung auf. Dabei sind an einer Zentrale 3 eine erste dezentrale Einrichtung 5a und zwei weitere Einrichtungen 7a, 7b angeschlossen. Die Verbindung erfolgt über ein erstes Bussystem 8. Die weiteren Einrichtungen 7a und 7b wirken jeweils im Sinne eines Knotenpunktes, an die jeweils weitere dezentrale Einrichtungen 5b, 5c, 5d bzw. 5e und 5f angeschlossen.
Die dezentralen Einrichtungen 5a bis 5f stehen in Befehlsund Melderichtung (durch Pfeilrichtungen angedeutet) mit Energiequellen- und/oder -senken in Wirkverbindung. Die Energiequellen und -senken können beliebig, z.B. beispielsweise elektrisch oder thermisch, ausgebildet sein. Die dezentralen Einrichtungen 5a bis 5f weisen alle eine entsprechend ausgebildete Steuereinrichtung 9a bis 9f auf, die eine Funktion im Sinne einer leittechnischen Einrichtung, z.B. einer Leittechnik für Schaltanlagen, umfaßt.
0 Als Energiequellen- oder senken sind vorliegend beispielhaft mit Symbolen gezeigt Kraftwerke 11, Windräder 13, Wasserturbinen 15, Haushalte 17 und sonstige beliebige Verbraucher 19, z.B. Industrieverbraucher oder öffentliche Lichtanlagen. Als weitere Energiequellen oder -senken sind auch z.B. Dieselge-
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neratoren, Solaranlagen, supermagnetische Energiespeicher, Ökosysteme und Wärmequellen denkbar.
Jede der dezentralen Einrichtungen 5a bis 5f stellt mit den angeschlossenen Energiequellen und/oder -senken eine sogenannte Energieinsel dar. Diese wird für sich betrachtet energietechnisch optimiert. Es wird also ein dezentrales Energiemanagement bevorzugt mit einer Mangelbestimmung durchgeführt.
Für das dezentrale Energiemanagement ist eine dezentrale Intelligenz in den dezentralen Einrichtungen 5a bis 5f erforderlich. Dies ist vorliegend beispielhaft durch die Optimierungsmodule 21a bis 21i gezeigt.
Die von den dezentralen Einrichtungen 5a bis 5f erzielten und erfaßten Leistungs- und/oder Energieistwerte werden über die jeweiligen Verbindungen zu in der Hierarchie nächsthöher gelegenen weiteren Einrichtung zur übergeordneten Energieoptimierung weitergeleitet. Dies erfolgt dann auch sinngemäß in 0 weiteren Schritten bis zur Zentrale 3. Es werden also immer von der untersten Ebene bereits optimierte Istwerte zur nächsten Hierarchiestufe gemeldet und dort aus übergeordneter Sicht optimierte Sollwerte zur Einstellung für die untere meldende Ebene nach unten geliefert. Dieser Optimierungsvorgang wird derart oft in der Hierarchie wiederholt, bis von der Zentrale 3 die Optimierung aller untergeordneten Optima erfolgt ist.
Prinzipiell kommt dabei in der Zentrale und in den übrigen Einrichtungen 7a, 7b und 5a bis 5f ein gleichartiger Optimierungsmechanismus für das Energiemanagement zur Anwendung. Dies kann beispielsweise in den Optimierungsmodulen 21 a bis 21 i nach Art eines Softwarebausteins realisiert sein. Die Verbindung der jeweiligen Einrichtungen 5a bis 5f und 7a, 7b unter sich und mit der Zentrale 3 kann -wie gezeigt- über
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Punkt zu Punkt-Verbindungen 23 oder bevorzugt über die Busverbindung 24 erfolgen.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt dieses neuartigen Energiemanagementsystems besteht darin, daß auch weitere Informationen, z.B. umwelttechnische, insbesondere Windgeschwindigkeiten, Wettereinflüsse, CO2-Gehalt der Luft, in die dezentralen Einrichtungen 5a bis 5f eingegeben werden können und dann als weiterer Faktor bei der gesamten Energiebetrachtung (ggf. aus ökologischer Sicht) mitberücksichtigt werden können. Demnach ist also möglich, sozusagen einen Ökofaktor in die gesamte Energiebetrachtung einfließen zu lassen.
Ein derartiges dezentrales Energiemanagementsystem kann also regenerative Erzeugungseinheiten, lokale Energiespeicher, steuerbare Lasten und gegebenenfalls den Verbund, mit dem Energienetz unter Berücksichtigung von ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten verbinden. Weitere integrierbare Aufgaben sind beispielsweise: Energieverfügbarkeitsprognosen (unter Einbeziehung von Sonne und Wind), Lastprognosen, Erzeuger-, Speicher-, und Lastmanagement, rationelle Wärmenutzung, Zählermanagement mit kommunikationsfähigen Zählern, Ab-■ rechnungsaufgaben, Informationsaufgaben und SCADA-Funktionen.
Das System hat also vom Grundsatz her einen völlig neuen Grundgedanken, der nicht mehr von der Versorgung von Verbrauchern, also einer Bedarfsversorgung, oder der reinen Steuerung von Energieerzeugern ausgeht, sondern der jetzt mit dezentraler Intelligenz eine gesamtheitliche, jedoch mit dezentralisierten Funktionen realisierte Energiebetrachtung erlaubt .
Dabei kommen folgende Gesichtspunkte und Vorteile zum Tragen:
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Im Fehlerfall funktionieren die jeweiligen Energieinseln auch autark, ohne daß eine übergeordnete Informationsübertragung vorhanden ist. Dies ist wichtig für den Fehlerfall.
Die dezentralen Optimierungsmodule können PI-Regler mit dynamischer Streckenanpassung umfassen, die mittels Fuzzy-Regler realisiert sind. Dadurch sind besonders robuste Regler gegeben. Ober Partizipationsfaktoren (vom Dispatcher) wird der Regelfehler auf dezentral laufende LFR's aufgeteilt.
Aus Sicht des Lastmanagements wird der steuerbare Anteil der Last optimal planbar. Darüber hinaus werden Teilabschaltungen von Verbrauchern ebenfalls planbar, wodurch die notwendige Regelreserve und damit die Aufrechterhaltung des Betriebs im Inselbetrieb vorausschauend sichergestellt werden. Dabei kann von dem Prinzip verschiedener Verbraucher-(Leistungs-)Klassen verschiedener Priorität und steuerbarer Verbrauchergruppen Gebrauch gemacht werden.
Besonders vorteilhaft ist die Einbeziehung regenerativer Energiequellen oder -senken im Energiemix. Regenerative Erzeugungseinheiten weisen oft schwankende, nur wenig beeinflußbare Energiewerte auf, was auch als. Sonnenrauschen und Windrauschen bezeichnet wird. Dies kann im Energiemix einfach ausgeglichen werden. Dazu sind z.B. auch dezentrale Ausgleichsregler zur Beherrschung von Windkraftanlagen mit Asynchrongeneratoren vorgesehen.
Durch die dezentrale Systemarchitektur ist keine Redundanz durch Hardware wie bei konventionellen Netzleitsystemen mehr erforderlich. Redundanz wird durch die Kooperation vieler kleiner robuster Einheiten mit hohem Grad an Intelligenz erzielt .
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Die Realisierung kleiner robuster Einheiten mit einem hohen Grad an Intelligenz wird durch gleichzeitigen Einsatz bewährter konventioneller Algorithmen in Kombination mit neuen Technologien der Informationsverarbeitung (sogenannte Softcomputing-Techniken), wie neuronale Netze, chaostheoretische Methoden, Fuzzy-Logik, genetische Algorithmen und autonome Agenten erzielt.
Für Prognosen werden unter anderem chaostheoretische Methoden eingesetzt. Diese geben Antwort auf die Frage, was im theoretischen optimalen Fall überhaupt vorausgesagt werden kann. Neuronale Netze erlauben die Erstellung genauer Prognosemodelle bei gleichzeitiger Abschätzung des voraussichtlichen Prognosefehlers. In der Sekundärregelung wird unter anderem eine Fuzzy-Regelung eingesetzt, die eine besonders robuste Regelcharakteristik aufweist.
Die Einsatzplanung sowie der Dispatcher verwenden unter anderem genetische Algorithmen. Diese erlauben eine robuste Optimierung kleiner komplexer Systeme bei gleichzeitiger Berücksichtigung ökologischer Nebenwirkungen, z.B. Garantie eines bestimmten regenerativen Erzeugeranteils bei gleichzeitiger optimaler Mangelbeherrschung, und ökonomischer Nebenbedingungen, z.B. Kostenminimierung. Außerdem ist über die bevorzugte Busstruktur eine Kommunikation dezentraler Einheiten untereinander möglich.
Interessant ist bei der neuen Idee auch die Möglichkeit ausgehend von einem ökologischen Meßwert an einem Ort eine Ener-0 gieoptimierung über das gesamte System hinweg an einem anderen Ort zu erzielen. Dadurch kann z.B. eine Information über ein aufkommendes Unwetter am Ort A zur Bereitstellung von Energie am Ort B oder zur Prognose für eine in Kürze erhöhte Windenergieerzeugung am Ort C verwendet werden.
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Die neue Netzleitanordnung mit ihrem dezentralen Energiemanagementsystem erlaubt ausgehend von einem kleinen Ausbaugrad einzelner dezentraler Energieinseln eine nachträgliche Vernetzung und Kaskadierung. Dies ist insbesondere für einen Einsatz in neu zu vernetzenden Regionen , z.B. Entwicklungsländern, von Vorteil. Dabei können insbesondere auch die regenerativen Erzeugungseinheiten (Wind, Sonne, Biomasse, Biogas, Wasserkraft) im Energiemix optimal miteinander verbunden werden. Dabei gleichen Energiespeicher die stark schwankende regenerative Energieerzeugung aus, und wirken Lastspitzen entgegen. Über den verstärkten Einsatz steuerbarer Lasten, z.B. durch entsprechende Energieverträge, wird der Energiebedarf ebenfalls an die verfügbare in Erzeugerleistung optimal angepaßt. Es wird also sowohl seitens der Energieerzeugung als auch des Energieverbrauchs eine Optimierung herbeigeführt. Es erfolgt also eine gesamtheitliche.Energiebetrachtung .

Claims (6)

11 Schut zansprüche
1. Netzleitanordnung (1) mit:
- einer Anzahl dezentraler Einrichtungen (5a bis 5f), denen · steuerbare Energiequellen und -senken (11 bis 19) beliebig zuordbar sind,
- und einer Zentrale (3), mit der die dezentralen Einrichtungen (5a bis 5f) verbunden sind,
- wobei die dezentralen Einrichtungen (5a bis 5f) mit den Energiequellen und -senken in Steuer- und/oder Melderichtung in Wirkverbindung stehen,
- wobei jede dezentrale Einrichtung (5a bis 5f) ein Optimierungsmodul (21a bis 2If) zur Energieoptimierung der angeschlossenen Energiequellen und -senken umfaßt, - wobei die Zentrale (3) ein Optimierungsmodul (21g) für die jeweils angeschlossenen dezentralen Einrichtungen (5a bis 5f) umfaßt, und
- wobei zwischen der Zentrale (3) und den dezentralen Einrichtungen (5a bis 5f) Soll- und Ist-Energiewerte und gegebenenfalls weitere umwelttechnische Soll- und Ist-Werte ausgetauscht werden.
2. Netzleitanordnung nach Anspruch 1, wobei zwischen der Zentrale (3) und den dezentralen Einrichtungen (5a bis 5f) weitere Einrichtungen (7a, 7b) im Sinne einer hierarchischen Struktur zwischengeschaltet sind.
3. Netzleitanordnung nach Anspruch 2, wobei zumindest in den dezentralen und weiteren Einrichtungen (5a bis 5f bzw. 7a, 7b) und gegebenenfalls in der Zentrale (3) gleichartige Optimierungsmodule (21a bis 2Ii) verwendet sind.
4. Net&zgr;leitanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zusätzlich für Sonderfunktionen ein Steuer- und/oder Meldesi-
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gnal zwischen den jeweiligen Einrichtungen (5a bis 5f)
und/oder der Zentrale (3) übertragbar ist.
5. Net&zgr;leitanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei einem Ausfall der Zentrale (3) eine Übernahme der zentralen Funktion durch eine weitere oder eine dezentrale Einrichtung (7a, 7b bzw. 5a bis 5f) erfolgt.
6. Netzleitanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die dezentralen Einrichtungen (5a bis 5f) über ein Bussystem (24, 8) mit der Zentrale (3) verbunden sind.
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