DE3789621T2

DE3789621T2 - Spitzenleistungsabflachungsvorrichtung und verfahren.

Info

Publication number: DE3789621T2
Application number: DE3789621T
Authority: DE
Inventors: Phillip Alenduff; Richard Crump; Gregory Porter
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1986-12-12
Filing date: 1987-03-23
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2007-03-24
Also published as: AU588196B2; AU7288887A; EP0294394A4; BR8707554A; CA1308435C; DE3789621D1; WO1988004494A1; JPH01501595A; EP0294394B1; EP0294394A1

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Abkappen der Spitzenleistung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verringern von Spitzenanforderungen von Leistung von einem Stromversorgungsunternehmen und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abfühlen von Spitzenanforderungen elektrischer Leistung und zum steuerbaren Betreiben eines Sekundärerzeugungssatzes elektrischer Leistung parallel zu der Anlage oder dem Stromversorgungsunternehmen.
Die Verwender großer Mengen elektrischer Leistung, wie zum Beispiel industrielle Herstellungsanlagen oder Fabriken verbrauchen typischerweise solche Leistung mit unterschiedlichen Raten. Während Spitzenperioden der Herstellungstätigkeit zum Beispiel während normaler Tagesarbeitsstunden benötigen solche Konsumierer große Mengen elektrischer Leistung. Während der Nicht-Spitzenperioden, zum Beispiel während der Nachtstunden, kann sich die Menge der konsumierten Leistung erheblich verringern. Es sind auch saisonale Veränderungen des Leistungsverbrauchs üblich. Trotz dieser wechselnden Anforderungen für elektrische Leistung müssen elektrische Stromversorgungsunternehmen eine Erzeugungskapazität beibehalten, die die Maximalanforderung für Elektrizität, die während irgendeiner gegebenen Zeitperiode zu erwarten ist, überschreitet. Daher müssen elektrische Stromversorgungsunternehmen Erzeugungskapazitäten beibehalten, die weit über den durchschnittlichen elektrischen Leistungsanforderungen liegen, um solche gelegentlich vorkommenden und relativ kurzweiligen Anforderungen erfüllen zu können. Die Bildung und die Wartung einer solchen Überkapazität ist recht teuer und erhöht drastisch die Durchschnittskosten für das Vorsehen elektrischer Leistung.
Um die Kosten für das Vorsehen der übermäßigen Leistungserzeugungskapazität besser auf die Verbraucher zuzuordnen, die diese Kapazität am meisten benötigen und um solche Verbraucher anzuregen, ihre Anforderung für elektrische Leistung gleichmäßiger zu verteilen, ist die Rechnung des Stromversorgungsunternehmens für solche Verbraucher typischerweise in zwei Komponenten oder Teiler aufgeteilt. Der erste Teil ist eine Energiegebühr, die die eigenen Energieerzeugungs und Übertragungskosten des Stromversorgungsunternehmens reflektieren. Die Gebühr wird typischerweise in Cent pro Kilowattstunde verbrauchter Energie während einer bestimmten Berechnungsperiode berechnet. Der zweite Teil ist eine Spitzenanforderungsgebühr, die die Grundkosten des Stromversorgungsunternehmens reflektiert und diese basiert auf der durchschnittlichen Energie, die durch den Verbraucher während einer vorbestimmten Anforderungsintervall-Zeitperiode verbraucht wird. Die Spitzenanforderungsgebühr wird berechnet als Cent oder Dollar pro Kilowatt tatsächlicher Anforderung. Solche Spitzenanforderungsgebühren können als Prozentsatz der gesamten Gebühr des Stromversorgungsunternehmens über eine bestimmte Berechnungsperiode recht hoch sein.
Infolge der verbreiteten Verwendung von Spitzenanforderungsgebühren durch elektrische Stromversorgungsunternehmen, haben große industrielle Verbraucher von Elektrizität begonnen Verfahren zum Verringern der Spitzenanforderungen von Leistung von dem elektrischen Stromversorgungsunternehmen zu untersuchen. Das Abschalten von Last ist ein Versuch, bei dem unterschiedliche nicht kritische elektrische Lasten automatisch aus einem Leistungsverteilungssystem einer Anlage eines Verbrauchers während Perioden hoher Spitzenanforderungen von Leistung entfernt werden. Spitzenkappsysteme bilden eine Alternative zum Lastabschalten, bei denen zusätzliche private Erzeugungskapazität verwendet wird, um einen Teil der elektrischen Anforderungen während Spitzenanforderungszeiten des Verbrauchers zu absorbieren. Dies kann erreicht werden durch einen Blockvorgang, bei dem ein lokales Erzeugungssystem die gesamte Leistung vorsieht, die durch bestimmte Teile der Verbraucheranforderungen benötigt wird oder durch Betreiben eines Sekundärgenerators parallel zu dem elektrischen Verteilungssystem des Stromversorgungsunternehmens. Bei beiden Fällen wird die Spitzenanforderung der Leistung, die durch das elektrische Stromversorgungsunternehmen bemerkt wird, effektiv reduziert, wodurch sich die hohe Spitzenanforderungsgebühr, die mit einem solchen Leistungsverbrauch assoziiert ist, verringert.
Der parallele Betrieb eines Sekundärerzeugungssystems ist insbesondere vorteilhaft, da der elektrische Verbraucher sorgfältig die Menge an erzeugter Sekundärleistung steuern kann, so daß sie mit den wirtschaftlichsten Betriebsbedingungen zusammenfällt. Da die Grundkosten für das Erzeugen elektrische Leistung unter Verwendung eines Sekundärerzeugungssystems im Gegensatz der Grund oder Rohkosten zum Erzeugen derselben Menge an Leistung bei einem Stromunternehmen im allgemeinen viel höher ist, bestimmen wirtschaftliche Aspekte, daß nur die Menge an Leistung erzeugt wird, die die Spitzenanforderungsgebühren erheblich verringern. Der genaue Gleichgewichtspunkt variiert gemäß einer Anzahl wirtschaftlicher Faktoren, zum Beispiel die Kosten für Brennstoff für das Sekundärerzeugungssystem, die Kapital- oder Grundkosten zum Vorsehen des Erzeugungssystems, die tatsächlich erwartete Leistungsanforderung der Anlage oder des Stromunternehmens während eines bestimmten Teils des Jahres in einem Saisonbetrieb, die tatsächliche Raten oder Gebührenstruktur des Stromversorgungsunternehmens, und unterschiedliche andere Faktoren.
Die Verwendung eines Sekundärerzeugungssystems in Verbindung mit dem Verteilungssystem des Stromversorgungsunternehmens ist auch besonders vorteilhaft für solche industrielle Anlagen, die schon Noterzeugungssysteme insbesondere Notstromaggregate, verwenden. In solchen Fällen werden die zusätzlichen Kapital- oder Grundkosten zum Erreichen des Spitzenabkappens minimiert, da das Erzeugungsgerät für die Verwendung im Notfall schon vorhanden ist. Dasselbe Gerät ist leicht für die Spitzenkappanwendung anwendbar.
Unterschiedliche Hersteller liefern schon die kommerziellen Bauteile, die notwendig sind- um ein grundsätzliches Spitzenkappen oder -verringern zu erreichen. Generatorsätze mit unterschiedlichen Kapazitäten sind von einer Anzahl von Herstellern erhältlich. Viele dieser Generatorsätze sind geeignet für den parallelen Betrieb mit einem Stromversorgungsunternehmen, wenn sie in Verbindung mit geeigneten Transferschaltern und Steuerungen verwendet werden. Ein Steuergerät oder eine Ausrüstung, die mit den Generatorsätzen geliefert wird, kann den Sekundärgenerator synchronisiert mit dem Leistungsverteilungssystem des Stromversorgungsunternehmens beibehalten und kann die Abgabe des Sekundärgeneratorsatzes elektrischer Leistung steuern gemäß vorbestimmter Befehlssignale.
Bei einer typischen Anwendung eines solchen Spitzenkappgerätes wird die tatsächliche Anforderung vom Stromversorgungsunternehmen durch den Verbraucher abgefühlt und mit einer gewünschten maximalen Anforderung an das Stromversorgungsunternehmen verglichen. Ansprechend darauf, daß die abgefühlte Anforderung die vorbestimmte maximale Anforderung übersteigt, wird einer oder mehrere Generatorsätze aktiviert und verwendet, um die tatsächliche oder Ist-Anforderung auf die vorbestimmte oder Soll-Anforderung zu verringern. Dies wird fortgeführt, bis die Ist-Anforderung durch den Sekundärgenerator nicht auf dem vorbestimmten Niveau gehalten werden kann, wenn der Generator einfach bei voller Leistung läuft, wobei die Ist- Anforderung an das Stromversorgungsunternehmen wieder fluktuiert, aber versetzt durch die Menge an erzeugter Sekundärleistung. Ein Beispiel eines Systems dieser allgemeinen Bauart ist zu sehen in dem Technischen Abschnitt 9 des Kataloges 110 der Automatic Switch Co., mit dem Titel "ASCO Power Control Systems" (Seiten 24-27).
Bestehende Systeme optimieren nicht gemäß wirtschaftlicher Faktoren die Leistungsmenge, die durch das Sekundärerzeugungssystem erzeugt wird. Statt dessen steuern solche Systeme nur eine einzelnen vorbestimmten Anforderungssetzpunkt. Dies hat sich als eine ineffiziente Verwendung der Sekundärerzeugungskapazität erwiesen infolge der Tatsache, daß wirtschaftliche Faktoren sich häufig gemäß der Betriebszeit, den Brennstoffkosten, und einer Anzahl anderer Faktoren verändern. Um vollständig die Vorteile des Spitzenkappens zu realisieren, ist es notwendig, die Menge erzeugter Sekundärleistung zu modifizieren, und zwar ansprechend auf eine große Anzahl solcher Faktoren.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu überwinden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen zum Verringern der Spitzenanforderung elektrischer Leistung einer vorbestimmten Arbeitseinheit von einem elektrischen Leistungsverteilungsnetzwerk eines Stromversorgungsunternehmens durch steuerbares Betreiben von mindestens einem zweiten oder sekundären elektrischen Generators, der mit der Betriebseinheit assoziiert ist, und zwar parallel zu dem Leistungsverteilungsnetzwerk eines Stromversorgungsunternehmens; wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: Schaltmittel zum Parallelschalten des sekundären elektrischen Generators mit dem Leistungsverteilungsnetzwerk eines Stromversorgungsunternehmens, und zwar ansprechend auf das Empfangen eines Transfer- oder Übertragungsbefehlssignals; Wandlermittel zum im wesentlichen kontinuierlichen Abfühlen der tatsächlichen oder Ist-Spitzenleistungsanforderung der Betriebseinheit von dem Leistungsverteilungsnetzwerk eines Stromversorgungsunternehmens und zum Erzeugen eines Anforderungssignals mit einem Wert ansprechend auf die abgefühlte Ist-Spitzenleistungsanforderung; Speichermittel zum steuerbaren Speichern einer Vielzahl von Steuerparametern, die einen vorbestimmten Anforderungssetz- oder Einstellpunktwert umfassen; und logische Mittel zum Empfangen des Anforderungssignals zum steuerbaren Erzeugen des Transferbefehlssignals darauf ansprechend, daß das Anforderungssignal den Wert des vorbestimmten Anforderungssetzpunktes übersteigt und zum Steuern des sekundären elektrischen Generators zum Erzeugen von nur der Leistungsmenge, die nötig ist, um das Anforderungssignal an oder unterhalb des vorbestimmten Setzpunktwertes zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß: die Speichermittel zum steuerbaren Speichern einer Vielzahl von vorbestimmten Leistungsprozentfaktoren mit Werten angeordnet sind, die erstellt werden gemäß entsprechenden vorbestimmten Zeitperioden und ansprechend auf wirtschaftliche Faktoren, die mit den entsprechenden Zeitperioden assoziiert sind und daß die logischen Mittel angeordnet sind zum steuerbaren veränderbaren Beschränken der maximalen Leistungsmenge, die durch den sekundären elektrischen Generator erzeugt wird, und zwar auf eine vorbestimmte Prozentzahl der maximalen Leistungskapazität des sekundären elektrischen Generators, und zwar gemäß eines vorgewählten aus einer Vielzahl von vorbestimmten Leistungsprozentfaktoren.
Die Erfindung weist auch ein Verfahren auf zum Verringern der Spitzenanforderung elektrischer Leistung einer vorbestimmten Betriebseinheit von einem elektrischen Leistungsverteilungsnetzwerk eines Stromversorgungsunternehmens durch steuerbares Betreiben von mindestens einem sekundären elektrischen Generator, der mit der Betriebseinheit assoziiert ist, und zwar parallel zu dem Leistungsverteilungsnetzwerk eines Stromversorgungsunternehmens, wobei der sekundäre elektrische Generator Schaltmittel aufweist zum Verbinden des sekundären elektrischen Generators, und zwar parallel zu dem Leistungsverteilungsnetzwerk eines Stromversorgungsunternehmens ansprechend auf den Empfang eines Transferbefehlssignals, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Abfühlen der tatsächlichen oder Ist-Spitzenleistungsanforderung der Betriebseinheit von dem Leistungsverteilungsnetzwerk eines Stromversorgungsunternehmens;
Erzeugen eines Anforderungssignals mit einem Wert ansprechend auf die abgefühlte Ist-Spitzenleistungsanforderung; Speichern einer Vielzahl von Steuerparametern, die einen vorbestimmten Anforderungssetzpunktwert aufweisen;
automatisches Optimieren des Anforderungssetzpunktwertes gemäß wirtschaftlicher Faktoren;
Erzeugen des Transferbefehlssignals und darauf ansprechend Verbinden oder Schalten des sekundären elektrischen Generators parallel zu dem Leistungsverteilungsnetzwerks eine Stromversorgungsunternehmens und zwar darauf ansprechend, daß der Wert des Anforderungssignals den Wert des vorbestimmten Anforderungssetzpunktes übersteigt;
Steuern des sekundären elektrischen Generators, um nur die Leistungsmenge zu erzeugen, die notwendig ist, um den Anforderungssignalwert an oder unterhalb des vorbestimmten Anforderungssetzpunktwerts zu halten, und steuerbares Modifizieren des Wertes des vorbestimmten Anforderungssetzpunktes, und zwar darauf ansprechend, daß die Leistungsmenge, die von dem sekundären elektrischen Generator erhältlich ist unzureichend ist, um zu verhindern, daß der Anforderungssignalwert den vorbestimmten Anforderungssetzpunktwerts übersteigt.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Spitzenkappsystem vor, das die Leistungsmenge optimiert, die durch einen sekundären elektrischen Generator erzeugt wird, und zwar gemäß einer Vielzahl von wirtschaftlichen Faktoren.
Für ein besseres Verständnis der Vorrichtung und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels;
Fig. 2a eine Wellenform, die eine typische Leistungsanforderungskurve darstellt, die mit einer Herstellungsanlage oder Fabrik assoziiert ist;
Fig. 2b eine Wellenform, die die Leistungsanforderungskurve gemäß Fig. 2a begrenzt durch einen Leistungsanforderungsbegrenzungssetzpunkt darstellt; und
Fig. 2c eine Wellenform, die die Leistungsmenge darstellt, die zu der Darstellung in Fig. 2b hinzugefügt werden muß, um die Anforderungskurve in Fig. 2a zu vervollständigen;
Fig. 3 eine graphische Darstellung, die den Prozentsatz der Zeit anzeigt, bei der sich die Spitzenleistungsanforderung einer technischen industriellen Anlage bei einer bestimmten Prozentzahl der Spitzenleistungsanforderung befindet; und
Fig. 4a-4d eine Kombination eines Flußdiagrammes einer Software, die mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung assoziiert ist.

Die beste Art die Erfindung auszuführen

Gemäß den Figuren und insbesondere gemäß Fig. 1 ist eine Vorrichtung, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung beinhaltet, im allgemeinen durch das Bezugszeichen 10 dargestellt. Es sei bemerkt, daß sich die folgende detaillierte Beschreibung auf das beste, derzeitig bekannte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 bezieht. Die Vorrichtung 10 kann jedoch zahlreiche andere Ausführungsbeispiele annehmen, wie sich dem Fachmann ergeben wird, und zwar ohne von den Ansprüchen abzuweichen.
Eine Hauptleistungsleitung (Stromleitung) 12 von einem Leistungsverteilungsnetzwerk 14 eines Stromversorgungsunternehmens ist mit einer Verbraucherverteilertafel 16 verbunden. Die Verteilertafel 16 liefert Leistung von dem Netzwerk 14 des Stromversorgungsunternehmens an eine Betriebseinheit 18. Die Betriebseinheit 18 ist zum Beispiel ein geschlossenes elektrisches System, das aus einer bestimmten Verwenderanlage besteht oder eine andere begrenzte Lasteinheit.
Transducer oder Wandlermittel 20 sind mit der Leitung 12 in einer Art und Weise verbunden, die ausreicht, um im wesentlichen kontinuierlich die Ist-Spitzenleistungsanforderung der Betriebseinheit 18 an das Netzwerk 14 des Stromversorgungsunternehmens abzufühlen. Die Wandlermittel 20 erzeugen ein Anforderungssignal mit einem Wert ansprechend auf die abgefühlte Ist-Spitzenleistungsanforderung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Wandlermittel 20 eine Kontakteinrichtung auf, die angeordnet ist zum Erzeugen einer "Offen/Geschlossen"-Kontaktsequenz ansprechend darauf, daß eine vorbestimmte Energiemenge durch die Wandlermittel 20 abgefühlt wird. Daher ist das Anforderungssignal, das an einer Wandlerausgangsleitung 22 erzeugt wird, eine Serie von Impulsen, bei der jeder vollständige Impulszyklus anzeigt, daß eine bestimmte vorbestimmte Energiemenge von dem Netzwerk 14 des Stromversorgungsunternehmens an die Betriebseinheit 18 geliefert wurde. Die Rate, mit der die Impulse von den Wandlermitteln 20 geliefert werden, zeigt die Anforderungsrate an, mit der Energie benötigt wird.
Ein zweiter oder sekundärer elektrischer Generator 24 weist einen Motor 26 auf, der mit einem stationären elektrischen Generator 28 verbunden ist. Der Sekundärgenerator 24 wird ansprechend auf Befehle von einer Generatorsteuerung 30 betrieben. Elektrische Leistung, die durch den Generator 24 erzeugt wird, wird durch einen Ausgangstransducer oder -wandler 32 abgefühlt und zu parallelen Schaltmitteln 34 geliefert. Der Ausgangswandler 32 besitzt einen ähnlichen Aufbau wie die Wandlermittel 20 und erzeugt Impulse ansprechend auf die gesamte Energiemenge, die durch den Generator 24 geliefert wird.
Die parallelen Schaltmitteln 34 sind auch mit der Generatorsteuerung 30 verbunden und sind in der Lage, den Generator 24 parallel mit dem Netzwerk 14 des Stromversorgungsunternehmens zu schalten, und zwar ansprechend auf den Empfang eines Transferbefehlssignals von der Generatorsteuerung 30 . Daher werden ansprechend auf den Empfang des Transferbefehlssignals die Schaltmittel 34 geschlossen und die elektrische Leistung, die an die Verteilungstafel 16 geliefert wird, ist eine Kombination der elektrischen Leistung, die durch den Generator 24 erzeugt wird und der elektrischen Leistung, die von dem Netzwerk 14 des Stromversorgungsunternehmens geliefert wird.
Logische Mittel 36 sind mit einer Schnittstelle oder einem Interface 38 verbunden. Die logischen Mittel 36 sind zum Beispiel eine programmierbare Steuerung oder eine andere Form einer auf Computer basierenden Logiksteuerung. Speichermittel 40 sind mit den logischen Mitteln 36 verbunden und sind in der Lage, steuerbar eine Vielzahl von Steuerparametern, die einen vorbestimmten Anforderungsetzpunktwert aufweisen, zu speichern.
Ein Datenbus 42 ist zwischen die Generatorsteuerung 30 und das Interface 38 geschaltet. Der Datenbus 42 überträgt Signale, die befehls- und statusartige Signale aufweisen, und zwar zwischen der Generatorsteuerung 30 und dem Interface 38. Die Wandlermittelausgangsleitung 22 ist auch mit dem Interface 38 verbunden wie auch ein Computerterminal 44 oder eine andere Kommunikationseinrichtung.
Die Generatorsteuerung 30 besitzt einen herkömmlichen Aufbau und ist in der Lage, den Motor 26 und den Generator 28 zu betreiben ansprechend auf den Empfang bestimmter Befehlssignale. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Befehlssignale von den logischen Mitteln 36 durch das Interface 38 und den Datenbus 42 an die Generatorsteuerung 30 geliefert. Die Befehlssignale reichen aus, um zu bewirken, daß die Generatorsteuerung 30 den Generator 24 betätigt, um ein bestimmtes Ausgangssleistungsniveau zu erzeugen, das an die Schaltmittel 34 geliefert wird.
Die Generatorsteuerung 30 führt auch unterschiedliche andere Funktionen durch. Zum Beispiel werden Informationen über den Brennstoffverbrauch und den Status des Generators über den Datenbus 42 an das Interface 38 geliefert. Die Impulse, die die elektrische Ist-Leistung anzeigen, die durch den Generator 24 erzeugt wird, die von dem Ausgangswandler 32 empfangen wird, werden auch über den Datenbus 42 an das Interface 38 geliefert. Eine Anzeige, ob die Generatorsteuerung 30 auf einen automatischen oder einen manuellen Modus eingestellt ist, wird in ähnlicherweise an das Interface 38 geliefert. "Start/Stopp"-Signale und Alarmzustandssignale werden von den logischen Mitteln 36 durch das Interface 38 und den Datenbus 42 an die Generatorsteuerung 30 geliefert.
Die Vorrichtung 10 ist steuerbar ansprechend auf eine Vielzahl von parametrischen Datenwerten. Systemparameter, definieren die spezifischen mit einem Stromversorgungsunternehmen in Beziehung stehenden Impulseingänge, die Charakteristika des Ratensystems des Stromversorgungsunternehmens und spezifische Faktoren, die auf die Ist-Energieanforderungen der Betriebseinheit 18 zugeschnitten sind. Systemparameter umfassen zum Beispiel eine Impulskonstante eines Stromversorgungsunternehmens, die die Impulse, die von den Wandlermitteln 20 empfangen werden, mit einem Ist-Kilowattstundenwert in Beziehung setzen.
Eine Vielzahl von vorbestimmten Leistungsprozentfaktoren sind in den Speichermitteln 40 gespeichert und umfassen einen Satz Konstanten, die berechneten Prozentsätzen der Spitzenleistungserzeugungsfähigkeit des Generators 24 entsprechen, die wirtschaftlich während eines bestimmten Kalenderzeitraums oder einer Berechnungsperiode verwendet werden können. Der vorbestimmte Anforderungsetzpunkt ist ein Leistungsanforderungsstartniveau, bei dem die Spitzenabkappung initiiert wird. Ein Totband definiert einen Schwellenwertbereich, über oder unter dem zusätzliche Spitzenabkappstätigkeiten durchgeführt werden.
Während eines Berechnungsjahres beobachtet der Verwender typischerweise Spitzenanforderungsniveaus, die variieren gemäß der Erwärmung, Abkühlung, und unterschiedlichen Verarbeitungsanforderungen. Während sequentieller oder aufeinanderfolgender Berechnungsperioden ist es wünschenswert, den Setzpunkt am Beginn jeder aufeinanderfolgenden Berechnungsperiode zu verringern, so daß die volle Verwendung der berechneten Spitzenabkappkapazität realisiert werden kann. Ein nach unten gerichteter monatlicher Versetzungsprozentfaktor wird automatisch auf den Setzpunktwert angewendet, um den Setzpunkt der vorhergehenden Berechnungsperiode zu verringern, um besser die Spitzenabkappfähigkeit während der nächsten Berechnungsperiode zu verwenden.
Zusätzlich ermöglicht ein Zeit/Datenparameter die Synchronisierung der Vorrichtung 10 mit der Ist-Zeit und dem Ist-Datum. Vom Tarif des Stromversorgungsunternehmens abhängige Parameter umfassen die Startzeit oder Stunden für das Spitzen-, Teilspitzen-, und Nicht-Spitzenperioden, Startperioden für saisonale Tarife und andere zeitabhängige Faktoren des Stromversorgungsunternehmens. Jeder dieser Parameter wird in den Speichermitteln 40 gespeichert, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Batteriesicherheitssystem aufweisen.
Generatorspezifische Parameter sind auch in den Speichermitteln 40 gespeichert. Diese Parameter ermöglichen es der Vorrichtung 10 auf den Kunden zugeschnitten zu werden, und zwar gemäß dem bestimmten Generator 24 und der Generatorsteuerung 30, die in dem System verwendet wird. Diese Parameter umfassen die Generatornennkapazität in Kilowatt, und die Rate, mit der der Generator 24 belastet werden kann, und zwar in Kilowatt pro Sekunde. Die bestimmten Umrechnungsfaktoren, die in Beziehung stehen mit den Kilowattstunden pro Impuls, der von dem Ausgangswandler 32 empfangen wird und die Gallonen an Brennstoff pro Impuls, die von einem Treibstoffwandler oder Transducer empfangen werden, der mit der Generatorsteuerung 32 assoziiert ist, werden auch als Generatorparameter gespeichert.
Nimmt man an, daß die Vorrichtung 10 noch nicht verwendet wurde infolge dessen, daß sie neu installiert wurde oder auf Grund eines Ausfalls des Batteriesicherheitssystems, das mit den Speichermitteln 40 assoziiert ist, ist eine Initialisierung notwendig. Beim anfänglichen Anlegen einer Leistung an die logischen Mitteln 36 werden alle Parameter auf vorbestimmte Werte eingestellt und die Vorrichtung 10 wird automatisch davon abgehalten, Leistungsabkapptätigkeiten durchzuführen. Bei Eingeben von geeigneten parametrischen Werten gemäß der Ist-Systemkonfiguration über den Terminal 44 werden die logischen Mittel freigegeben und Spitzenabkappungstätigkeiten können durchgeführt werden.
Die Wellenform in Fig. 2a zeigt die nicht unterdrückte Anforderungskurve einer typischen Betriebseinheit 18 über den Verlauf eines einzelnen Tages hinweg. Fig. 3b zeigt die Ist-Anforderung von dem Netzwerk 14 eines Stromversorgungsunternehmens, die realisiert wird, wenn die gesamte Anforderung über dem Anforderungssetzpunkt erfolgreich durch die Spitzenabkappung erfüllt wird. Fig. 2c zeigt die Ist-Leistungsmenge an, die durch den Generator 24 erzeugt wird und an die Betriebseinheit 18 geliefert wird, und zwar in der in den Fig. 2a und 2b dargestellten Situation und stellt tatsächlich die gesamte unterdrückte Anforderung dar.
In Fig. 3 ergibt eine vorläufige Analyse des Verbrauchs des Verwenders von Elektrizität eine Bestimmung der Zeitmenge während eines Berechnungsmonats, und zwar bei unterschiedlichen Anforderungsniveaus. Aus dieser Analyse sind die Einsparungen berechenbar, die erreichbar sind durch Ersetzen der schrittweise erhöhten Anforderungsniveaus an das Stromversorgungsunternehmen. Solche Einsparungen werden durch die erhöhten Betriebskosten, die mit dem Erzeugen der Leistung zum Einschränken der Anforderung assoziiert sind, versetzt. Die Nettoeinsparungen erhöhen sich in kleinen Mengen, wenn die Spitzenabkappung anfänglich verwendet wird, und verringern sich, wenn ein zu großer Teil der Anforderung ersetzt wird. Mit anderen Worten, wenn ein größerer Teil der Anlagenanforderung ersetzt wird, ergeben sich längere Laufzeiten und dies hat höhere Betriebskosten zur Folge. Wenn entsprechende Gebühren eines Stromversorgungsunternehmens nicht vermieden werden können, verringern sich die Nettoeinsparungen für erhöhte Mengen an Anforderungsabkappung.
Das Flußdiagramm der Fig. 4a-d definieren speziell die funktionalen Aspekte der Vorrichtung 10. Aus diesem Flußdiagramm kann ein Programmierer mit herkömmlichen Fähigkeiten einen speziellen Satz von Programminstruktionen für einen bestimmten Computer entwickeln, der die notwendigen Schritte der vorliegenden Erfindung implementiert. Das folgende Material bzw. die folgende Beschreibung bezieht sich auf unterschiedliche Schlüsselaspekte des Flußdiagramms.
Der Leistungsversorgungssunternehmens-Anforderungsimpuls wird bezüglich einer Zeitbasis in Betracht gezogen und in einen Wert umgewandelt, der der Ist-Stromleistungsanforderung von dem Stromversorgungsunternehmen entspricht. Diese Ist-Leistungsanforderung wird mit dem eingestellten derzeitigen Netzpunkt verglichen und daraus ergibt sich ein Fehlersignal. Nimmt man an, daß das Fehlersignal größer ist als eine vorbestimmte Totbandgröße, dann präsentiert das System den Fehler an eine logische Entscheidungsanordnung, von der aus unterschiedliche Motorgeneratorsätze gesteuert werden.
Der wirtschaftlichste Betriebspunkt variiert für jede Berechnungsperiode, wenn sich das Verbrauchsmuster des Verwenders über das Jahr hinweg ändert. Saisonale Anforderungen für Heizen, Kühlen und andere Vorgänge beeinflussen wesentlich das Energieverwendungsmuster und daher werden die Nettoeinsparungen realisiert. Daher wird diese Berechnung bei jeder Berechnungsperiode durchgeführt und ein unterschiedlicher Idealbetriebspunkt kann sich für jede Berechnungsperiode ergeben.
Diese Analyse ergibt zwölf Leistungsprozentfaktoren, die den besten wirtschaftlichen Betriebspunkt für jeden Berechnungsmonat reflektieren. Daher ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die maximale Leistungsmenge, die durch den Generator 24 erzeugt wird, variabel steuerbar, und zwar begrenzt auf einen vorbestimmten Prozentsatz der maximalen Leistungskapazität des Generators, und zwar gemäß einem vorgewählten der Vielzahl von vorbestimmten Leistungsprozentfaktoren. Diese vorbestimmten Leistungsfaktoren werden ausgewählt, um die Leistungsmenge, die durch den Generator 24 erzeugt wird, an die bestimmten Anforderungen der Betriebseinheit 18 des Verwenders und auf unterschiedliche, miteinander in Beziehung stehende wirtschaftliche Faktoren anzupassen.
Wenn die Spitzenleistunganforderung der Betriebseinheit 18 von dem Netzwerk 14 des Stromversorgungsunternehmens die beschränkte Leistung, die von dem sekundären elektrischen Generator 24 erhältlich ist, übersteigt, ist die Vorrichtung 10 nicht in der Lage, die Ist-Spitzenleistungsanforderung an oder unterhalb des anfänglichen vorbestimmten Anforderungssetzpunktes zu halten. Unter diesen Bedingungen gibt es keine weitere wirtschaftliche Rechtfertigung für den Versuch, die Ist-Spitzenleistungsanforderung an den vorbestimmten Setzpunkt für die Dauer des jeweiligen bestimmten Anforderungsberechnungszyklus beizubehalten und die logischen Mittel 36 modifizieren darauf ansprechend steuerbar den Wert des vorbestimmten Anforderungssetzpunktes, um die veränderten Um- stände zu reflektieren. Der modifizierte Anforderungssetzpunktwert wird um eine Menge erhöht, die gleich dem Unterschied zwischen dem vorbestimmten Prozentsatz der maximalen Leistungskapazität des Generators und der Ist-Spitzenleistungsanforderung von dem Netzwerk 14 des Stromversorgungsunternehmens ist, und wird für mindestens die Zeitdauer der jeweiligen vorbestimmten Zeitperiode nicht wieder verringert.
In einem anderen Ausführungsbeispiel speichern die logischen Mittel 36 auch periodisch den Maximalwert der Ist- Spitzenleistungsanforderung über vorbestimmte Intervalle, zum Beispiel täglich oder monatlich, und zwar in den Speichermitteln 40. Die gespeicherte Information wird als ein "sich bewegender Durchschnitt" verwendet, um Spitzenleistungsanforderungstrends zu bestimmen, die saisonale oder andere periodische Variationen der benötigten Leistung reflektieren. Der vorbestimmte Anforderungssetzpunktwert wird periodisch steuerbar modifiziert durch die logischen Mittel 36 zum Beispiel am Ende jeder Anforderungsperiode, und zwar ansprechend auf die vorbestimmten Spitzenleistungsanforderungstrends. Daher wird der Anforderungsetzpunkt, auf den die Vorrichtung 10 anspricht, periodisch modifiziert ansprechend auf die tatsächliche Erfahrung, und zwar basierend auf der Verwendung der Vorrichtung 10 in einer bestimmten Betriebsumgebung. Dies ermöglicht der Vorrichtung 10 systematisch in der effizientesten Art und Weise zu arbeiten, und zwar ansprechend auf die tatsächliche Anforderungserfahrung einer bestimmten Betriebseinheit 18. Diese Trendanalyse kann verwendet werden anstelle von oder in Verbindung mit der periodischen nach unten gerichteten Setzpunkteinstellung, die zuvor beschrieben wurde.
Die Vorrichtung 10 dient auch zum Sammeln oder Akkumulieren von Daten bezüglich der tatsächlichen Verwendung und Steuerung der elektrischen Energie. Die akkumulierten Daten sind verfügbar für Überwachung und Auswertungszwecke, und zwar über den Terminal 44 oder andere Kommunikationseinrichtungen. Zum Beispiel kann Information berechnet und auf die Anforderung des Verwenders angezeigt werden, die sich auf die Anforderung von dem Stromversorgungsunternehmen, die gesamte Anforderungsunterdrückung, die Kilowattstunden, die durch den Generator 24 erzeugt werden, die Kilowattstunden, die aus dem Netzwerk 14 des Stromversorgungsunternehmens importiert werden, die Brennstoffverwendung des Systems, und die Systemeffizienz beziehen. Durch das Hinzufügen einer herkömmlichen Druckeinrichtung können formelle Berichte durch die Vorrichtung 10 erzeugt werden.
Sollte irgendeines der Signale, das durch die logischen Mittel 36 überwacht wird, einen Fehlerzustand anzeigen, wird ein geeignetes Ansprechverhalten an die Generatorsteuerung 30 geliefert, um zu bewirken, daß der Generator 24 abschaltet oder es wird eine andere geeignete Aktion durchgeführt. Zusätzlich können die logischen Mittel 36 unterschiedliche Alarmsignale an akustische oder sonstige Meldegeräte herkömmlichen Aufbaus liefern.

Industrielle Anwendbarkeit

Der Betrieb der Vorrichtung 10 wird am besten in Beziehung mit seiner Verwendung in Verbindung mit einer Betriebseinheit 18 zum Beispiel einem industriellen Verwender elektrischer Leistung beschrieben.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht eine Vielzahl von Generatorsatzeinrichtungen vor. Eine oder mehrere dieser Generatorsätze kann zum parallelen Betrieb mit einem Stundenverteilungsnetzwerk eines Stromversorgungsunternehmens geeignet sein. Andere der Generatorsätze können von einem Blocklastaufbau sein, bei dem die Betätigung der Generatorsätze vollständig die Anforderungen eines bestimmten diskreten Teils der Energieanforderungen eines Verwenders bedient. In jedem Fall kann das beschriebene System so einfach sein, wie ein einzelnes paralleles Generatorsatzsystem oder so komplex wie eine Vielzahl aus kombinierten parallelen und Blocksystemen sein.
In Verbindung mit der vorhergehenden Beschreibung sei bemerkt, daß das Flußdiagramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das in den Fig. 4a-d gezeigt ist, eine Anzahl von diskreten Untersätzen aufweist, von denen einer oder mehrere bei einer bestimmten Anwendung des Spitzenabkappsystems weggelassen werden kann, während der Rest des Computerprogramms weiter verwendet wird. Zum Beispiel können einige der Dokumentierfunktionen, die in dem Flußdiagramm und der vorhergehenden Beschreibung gezeigt sind, bei einer bestimmten Installation nicht notwendig sein, sondern es werden nur die notwendigen Berichtsfunktionen verwendet. Daher kann das bestimmte Computerprogramm, das in einer speziellen Relation verwendet wird, kleiner sein als das in den Fig. 4a-d beschriebene System.
Eine besonders vorteilhafte Konfiguration der Vorrichtung 10 verwendet einen schon existierenden sekundären elektrischen Generator 24 zum Beispiel einen Notfallgenerator (Notstromaggregat). Solche Noteinrichtungen werden heute herkömmlicherweise in der Industrie verwendet und werden typischerweise nur ansprechend auf den Ausfall der Hauptleistungsversorgung von dem Netzwerk 14 des Stromversorgungsunternehmens betätigt. Wenn sie jedoch in Verbindung mit der Vorrichtung 10 verwendet werden, sind solche Notfallgeneratoren in der Lage, Spitzenabkapptätigkeiten wie oben beschrieben, durchzuführen. In dem Fall, daß ein Notfallzustand auftritt, kann die Generatorsteuerung 30 diese Information an die logischen Mittel 36 liefern, die wiederum die Spitzenabkappfunktion sperren und den Notfallgenerator zu einer reinen Notfallkonfiguration zurückbringen.
Andere Variationen des oben beschriebenen Grundsystems ergeben sich dem Fachmann, ohne von dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche abzuweichen.
Weitere Aspekte, Ziele, Vorteile und Verwendungen dieser Erfindung ergeben sich aus einem Studium der Zeichnung, der Offenbarung und der Ansprüche.

Claims

1. Vorrichtung (10) zum Verringern der Spitzenanforderung elektrischer Leistung einer vorbestimmten Arbeitseinheit (18) von einem elektrischen Leistungsverteilungsnetzwerk (14) eines Stromversorgungsunternehmens durch steuerbares Betreiben von mindestens einem zweiten oder sekundären elektrischen Generator (24), der mit der Betriebseinheit (18) assoziiert ist, und zwar parallel zu dem Leistungsverteilungsnetzwerk (14) eines Stromversorgungsunternehmens; wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

Schaltmittel (34) zum Parallelschalten des sekundären elektrischen Generators (24) mit dem Leistungsverteilungsnetzwerks (14) eines Stromversorgungsunternehmens, und zwar ansprechend auf das Empfangen eines Transfer- oder Übertragungsbefehlssignals;

Wandlermittel (20) zum im wesentlichen kontinuierlichen Abfühlen der tatsächlichen oder Ist-Spitzenleistungsanforderung der Betriebseinheit (18) von dem Leistungsverteilungsnetzwerk (14) eines Stromversorgungsunternehmens und zum Erzeugen eines Anforderungssignals mit einem Wert ansprechend auf die abgefühlte Ist-Spitzenleistungsanforderung;

Speichermittel (40) zum steuerbaren Speichern einer Vielzahl von Steuerparametern, die einen vorbestimmten Anforderungssetz- oder Einstellpunktwert umfassen; und

logische Mittel (36) zum Empfangen des Anforderungssignals zum steuerbaren Erzeugen des Transferbefehlssignals darauf ansprechend, daß das Anforderungssignal den Wert des vorbestimmten Anforderungssetzpunktes übersteigt und zum Steuern des sekundären elektrischen Generators (24) zum Erzeugen von nur der Leistungsmenge, die nötig ist, um das Anforderungssignal an oder unterhalb des vorbestimmten Setzpunktwerts zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß:

die Speichermittel (40) zum steuerbaren Speichern einer Vielzahl von vorbestimmten Leistungsprozentfaktoren mit Werten angeordnet sind, die erstellt werden gemäß entsprechenden vorbestimmten Zeitperioden und ansprechend auf wirtschaftliche Faktoren, die mit den entsprechenden Zeitperioden assoziiert sind; und

daß die logischen Mittel (36) angeordnet sind zum steuerbaren, veränderbaren Beschränken der maximalen Leistungsmenge, die durch den sekundären elektrischen Generator (24) erzeugt wird, und zwar auf eine vorbestimmte Prozentzahl der maximalen Leistungskapazität des sekundären elektrischen Generators, und zwar gemäß eines vorgewählten aus einer Vielzahl von vorbestimmten Leistungsprozentfaktoren.

2. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei jede der vorbestimmten Zeitperioden einen entsprechenden Anforderungszyklus des Stromversorgungsunternehmen darstellt.

3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die logischen Mittel (36) steuerbar den Wert des vorbestimmten Anforderungssetzpunktes modifizieren, und zwar darauf ansprechend, daß die vorbestimmte Prozentzahl der maximalen Leistungskapazität des sekundären, elektrischen Generators unzureichend ist, um zu verhindern, daß der Anforderungssignalwert den vorbestimmten Anforderungssetzpunktwert übersteigt.

4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei der modifizierte Anforderungssetzpunktwerk um eine Größe erhöht wird, die gleich der Differenz zwischen der vorbestimmten Prozentzahl der maximalen Leistungskapazität des sekundären elektrischen Generators und der Ist-Spitzenleistungsanforderung von dem Leistungsverteilungsnetzwerk (14) eines Stromversorgungsunternehmens ist, und er wird mindestens für die Zeitdauer der derzeitigen entsprechenden vorbestimmten Zeitperiode nicht verringert.

5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die logischen Mittel (36) periodisch den Maximalwert der Ist-Spitzenleistungsanforderung über vorbestimmte Intervalle speichern, Spitzenleistungsanforderungstrends feststellen ansprechend auf die gespeicherten Werte und steuerbar periodisch den vorbestimmten Anforderungssetzpunktwert modifizieren ansprechend auf die festgestellten Spitzenleistungsanforderungstrends.

6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei der Anforderungssetzpunktwert nach oben und nach unten eingestellt wird, ansprechend auf die vorbestimmten Spitzenleistungsanforderungstrends.

7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Größe, um die der Anforderungsetzpunktwert modifiziert wird, ansprechend auf die vorbestimmten Spitzenleistungsanforderungstrends beschränkt wird auf einen vorbestimmten Bruchteil der tatsächlich nötigen Menge zum vollständigen Einstellen für die vorbestimmten Spitzenleistungsanforderungtrends.

8. Ein Verfahren zum Verringern der elektrischen Spitzenleistungsanforderung einer vorbestimmten Betriebseinheit (18) von einem elektrischen Leistungsverteilungsnetzwerk (14) eines Stromversorgungsunternehmens durch steuerbares Betreiben von mindestens einem sekundären elektrischen Generator (24), der mit der Betriebseinheit (18) assoziiert ist, und zwar parallel zu dem Leistungsverteilungsnetzwerk (14) eines Stromversorgungsunternehmens, wobei der sekundäre elektrische Generator (24) Schaltmittel (34) aufweist, zum Verbinden des sekundären elektrischen Generators (24), und zwar parallel zu dem Leistungsverteilungsnetzwerk (14) eines Stromversorgungsunternehmens ansprechend auf den Empfang eines Transferbefehlssignals, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Abfühlen der tatsächlichen oder Ist-Spitzenleistungsanforderung der Betriebseinheit (18) von dem Leistungsverteilungsnetzwerk (14) eines Stromversorgungsunternehmens;

Erzeugen eines Anforderungssignals mit einem Wert ansprechend auf die abgefühlte Ist-Spitzenleistungsanforderung;

Speichern einer Vielzahl von Steuerparametern, die einen vorbestimmten Anforderungssetzpunktwert aufweisen;

automatisches Optimieren des Anforderungssetzpunktwertes gemäß wirtschaftlicher Faktoren;

Erzeugen des Transferbefehlsignals und darauf ansprechend Verbinden oder Schalten des sekundären elektrischen Generators (24) parallel zu dem Leistungsverteilungsnetzwerk (14) eines Stromversorgungsunternehmens und darauf ansprechend, daß der Wert des Anforderungssignals den Wert des vorbestimmten Anforderungssetzpunktes übersteigt;

Steuern des sekundären elektrischen Generators (24), um nur die Leistungsmenge zu erzeugen, die notwendig ist, um den Anforderungssignalwert an oder unterhalb des vorbestimmten Anforderungssetzpunktwertes zu halten und

steuerbares Modifizieren des Wertes des vorbestimmten Anforderungssetzpunktes, und zwar darauf ansprechend, daß die Leistungsmenge, die von dem sekundären elektrischen Generator (24) erhältlich ist, unzureichend ist, um zu verhindern, daß der Anforderungssignalwert den vorbestimmten Anforderungssetzpunktwert übersteigt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist:

periodisches Speichern des maximalen Werts der Ist- Spitzenleistungsanforderung über vorbestimmte Intervalle;

Bestimmen von Spitzenleistungsanforderungstrends ansprechend auf die gespeicherten Werte; und steuerbares, periodisches Modifizieren des vorbestimmten Setzpunktes ansprechend auf die festgestellten Spitzenleistungsanfoderungtrends.

10. Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin den Schritt des Limitierens oder Beschränkens der maximalen Leistungsmenge beinhaltet, die durch den sekundären elektrischen Generator (24) erzeugt wird, und zwar auf eine vorbestimmte Prozentzahl der maximalen Leistungskapazität des sekundären elektrischen Generators (24), und zwar gemäß eines vorgewählten aus einer Vielzahl von vorbestimmten Leistungsprozentfaktoren.