DE4229277A1 - Stromsteuergeraet fuer eine last und station zum steuern des geraetes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stromsteuergerät für eine Last, wie es für einen Nutzer eines Stromversorgungs­ systems vorgesehen ist, insbesondere ein Stromsteuergerät für eine Last, das zum Angebot/Nachfrage-Gleichgewicht im Stromversorgungssystem beitragen kann. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Station zum Steuern eines solchen Geräts.

Ein Stromversorgungssystem hat ein Angebot/Nachfrage-Gleich­ gewicht für die elektrische Leistung zur Grundlage. Im all­ gemeinen stellt eine Stromversorgungsgesellschaft Leistung zur Verfügung und Nutzer oder Verbraucher (Fabriken, Gebäu­ de, Wohnhäuser, usw.) setzen diese um. Wenn das Angebot/ Nachfrage-Gleichgewicht verloren geht, werden die Spannung und die Frequenz instabil, was verschiedene Arten elektri­ scher Einrichtungen negativ beeinflußt. Daher muß das Ange­ bot/Nachfrage-Gleichgewicht so stabil wie möglich einge­ stellt werden.

Im allgemeinen ist eine Stromversorgungsgesellschaft dafür verantwortlich, das Angebot/Nachfrage-Gleichgewicht aufrecht zu erhalten, während Benutzer die für sie erforderliche Leistung unabhängig vom Angebot/Nachfrage-Gleichgewicht in einem Stromversorgungssystem in Anspruch nehmen. Stromver­ sorgungsgesellschaften zahlen große Summen Geldes, um das Angebot/Nachfrage-Gleichgewicht aufrecht zu erhalten.

Manche Nutzer sind mit Ausrüstungen versehen, mit denen sie die von ihnen beanspruchte Leistung selbst begrenzen können. Ein Beispiel hierfür ist ein Nachfragesteuergerät, wie es in JP-A-55-1 55 523 offenbart ist.

In den letzten Jahren besteht bei Stromversorgungssystemen die Tendenz, daß die Last im Sommer zunimmt, was den Rest­ spielraum in der Leistung verringert. Wenn der Restspielraum verringert ist, ist die Stromversorgungsgesellschaft nicht mehr dazu in der Lage, das Angebot/Nachfrage-Gleichgewicht einzustellen.

Wie vorstehend beschrieben, wird die Steuerung des Angebot/Nachfrage-Gleichgewichts in einem Stromversor­ gungssystem im allgemeinen als Pflicht einer Stromversor­ gungsgesellschaft vorgenommen und Benutzer nehmen die für sie erforderliche Leistung in Anspruch, ohne daß sie sich um das Problem eines Ungleichgewichts bei Angebot und Nach­ frage der Leistung und um eine Verringerung der Angebotsre­ serve kümmern. Das oben genannte Nachfragesteuergerät be­ grenzt die Stromversorgung dann, wenn ein Nutzer mehr Lei­ stung in Anspruch nimmt, als es einer zuvor vereinbarten Menge entspricht, jedoch berücksichtigt es nicht vollständig das Angebot/Nachfrage-Gleichgewicht und die Angebotsreserve.

Unter solchen Bedingungen sind die Verbraucher verpflichtet, die Schwierigkeiten beim Angebot/Nachfrage-Gleichgewicht und der Angebotsreserve zu berücksichtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stromsteuerge­ rät für eine Last anzugeben, das die von einem Nutzer selbst in Anspruch genommene Leistung steuert, wobei der Betriebs­ zustand eines Stromversorgungssystems, wie es durch das An­ gebot/Nachfrage-Gleichgewicht und die Angebotsreserve reprä­ sentiert wird, berücksichtigt wird. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Kraftwerkstation zum Steuern eines solchen Geräts anzugeben.

Das Steuergerät für eine Last, das bei einem Verbraucher in­ stalliert ist, weist eine Lasteinheit auf, die in mehrere Lastabschnitte unterteilt ist, von denen einer abhängig vom Zustand gesteuert wird, mit dem eine Stromversorgungsgesell­ schaft ein Stromversorgungssystem betreibt, und sie kann ge­ eignet abhängig von einer Verringerung in der Angebotsreser­ ve geöffnet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Verbraucher Lei­ stung wirtschaftlicher dadurch in Anspruch nehmen, daß er mit einer Stromversorgungsgesellschaft vereinbart, eine Stromversorgungsleitung zu verwenden, die in bezug auf ihre Eigenschaft in Zusammenhang mit einer Last eine andere Qua­ lität aufweist. Die Stromversorgungsgesellschaft kann die Stromzufuhr nach eigenem Belieben teilweise begrenzen, um so zum Beibehalten des Angebots/Nachfrage-Gleichgewichts beizu­ tragen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtanordnung eines Stromsteuergeräts für eine Last gemäß einem Ausführungsbei­ spiel der Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist eine Darstellung einer typischen konkreten Konfi­ guration einer Einheit zum Einstellen des Angebots/Nachfra­ ge-Gleichgewichts in einem Stromsteuergerät für eine Last.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine typische konkrete Konfiguration einer Last-Schalteinheit im Stromsteuergerät für eine Last zeigt.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine typische konkrete Konfiguration einer Last-Schaltverknüpfungseinheit im Strom­ steuergerät für eine Last zeigt.

Fig. 5A, 5B und 5C sind Darstellungen zum Erläutern einer beispielhaften Art zum Bilden eines Laststeuersignals auf Stromversorgerseite.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nun ein Stromsteuergerät für eine Last gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Das erfindungsgemäße Stromsteuergerät für eine Last ist bei einem Verbraucher L installiert. Strom wird dem Verbraucher L über eine Stromleitung 6a, einen Transformator 5 und eine Stromleitung 6b von einem Stromversorgungssystem zugeführt und an Lasten 4a und 4b innerhalb einer Einrichtung des Verbrauchers geliefert, wo Leistung umgesetzt wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Lasteinheit 4 in mehrere Einzellasten unterteilt; zumindest für die Lasten 4a und 4b sind die Arten der Stromzufuhr unterschiedlich. Genauer ge­ sagt, darf die mit der Stromleitung 7b verbundene Last 4b grundsätzlich Strom zu jeder Zeit frei im erforderlichen Ausmaß in Anspruch nehmen, während Stromzufuhr an die mit der Stromleitung 7a verbundene Last 4a abhängig von den Um­ ständen auf Stromversorgungsseite begrenzt wird.

Eine Strom-Angebot/Nachfrage-Steuerung 1 steuert das Schal­ ten der Lasteinheit 4 abhängig von einem Laststeuersignal, das zum Beispiel von einer zentralen Stromversorgungs-Steu­ erstation einer Stromversorgungsgesellschaft zugeführt wird. Die Strom-Angebot/Nachfrage-Steuerung 1 besteht aus einer Einheit 2 zum Einstellen des Angebot/Nachfrage-Gleichge­ wichts und einer Lastschalt-Einstelleinheit 3.

Die Einheit 2 zum Einstellen des Strom-Angebot/Nachfrage­ Gleichgewichts ist aufgebaut, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Einheit 2 wird das Laststeuersignal 8 von der zentralen Stromversorgungs-Steuerstation zugeführt. Dieses Signal 8 beinhaltet ein Stromzufuhr-Freigabesignal (oder Sperrsignal) 8a zum Entscheiden, ob Stromzufuhr zu einer Last zugelassen werden sollte oder nicht, ein Einstellsignal 8b für eine Zeitzone mit freigegebener Spannungsversorgung, und ein Stromtarif-Einstellsignal 8c zum Einstellen ver­ schiedener Stromtarife abhängig von verschiedenen Arten der Stromzufuhr. Das Signal 8c für Zeitzonen mit freigegebener Spannungszufuhr wird in einem Speicher 10 für Zeitzonen mit freigegebener Spannungszufuhr abgelegt, und das Stromtarif- Einstellsignal 8c wird in einem Tarifspeicher 11 abgelegt.

Signale 9a, 9b und 12 von der Einheit 2 für das Angebot/ Nachfrage-Gleichgewicht werden auf die Lastschalt-Einstell­ einheit 3 gegeben, die im einzelnen in Fig. 3 dargestellt ist (Obwohl das Stromzufuhr-Freigabesignal (oder Sperrsi­ gnal) 8a von der Einheit 2 für Strom-Angebot/Nachfrage­ Gleichgewicht ohne besondere Verarbeitung ausgegeben wird, wird das Ausgangssignal vom Signal 8a als 9a unterschieden). Eine Stromverteilungsleitung 6b ist vom Transformator 5 zur Lastschalt-Einstelleinheit 3 geführt. Die Stromverteilungs­ leitung 6b ist in eine Stromverteilungsleitung 7b zum Zufüh­ ren von Strom zur Last 4b, die Strom frei aufnehmen darf, und eine Stromverteilungsleitung 7a verzweigt, um der Last 4a Strom zuzuführen, die Leistung nur begrenzt aufnehmen darf. Unterbrecher 21 und 30 sind in den Zweig-Verteilungs­ leitungen 7a und 7b innerhalb der Lastschalt-Einstelleinheit 3 angeordnet. Beide Unterbrecher werden durch ein (nicht dargestelltes) Schutzrelais aufgesteuert, wenn ein Unfall in den Verteilungsleitungen 7a und 7b auftritt, jedoch wird der Unterbrecher 21 für die Verteilungsleitung 7a zur Last 4a mit begrenzter aufnehmbarer Leistung auch gesondert durch eine Lastschalteinheit 20 schaltgesteuert.

Die von der Schaltverknüpfungseinheit 20 ausgeführte Schalt­ logik wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert. In Fig. 4 bezeichnet ein Bezugszeichen 25 ein Schutzrelais zum Feststellen eines Unfalls in der Versorgungsleitung 7a. Wenn das Schutzrelais arbeitet, wird, unabhängig von anderen Be­ dingungen, ein Aufsteuerungssignal 22a über eine ODER-Schal­ tung 27 und eine Speicherschaltung 28 ausgegeben, wodurch der Unterbrecher 21 geöffnet wird. Eine Entscheidungsschal­ tung 23 erzeugt ein Entscheidungssignal 9a, wenn das Strom­ zufuhr-Freigabesignal (oder Sperrsignal) 8a ein Sperren der Spannungszufuhr repräsentiert. Eine Entscheidungsschaltung 24 erzeugt ein anderes Entscheidungssignal, wenn das Ein­ stellsignal 9b für die Zeitzone mit freigegebener Spannungs­ zufuhr eine Zeitzone repräsentiert, in der Spannungszufuhr nicht freigegeben ist. Daher erzeugt dann, wenn Sperren der Spannungszufuhr während einer Zeitzone mit nicht freigegebe­ ner Spannungszufuhr angewiesen wird, eine UND-Schaltung 26 ein Aufsteuersignal 22a über die ODER-Schaltung 27 und die Speicherschaltung 28, wodurch der Unterbrecher 21 geöffnet wird. Wie aus der obigen Logik abschätzbar, erzeugt die ODER-Schaltung kein Signal in einer anderen Bedingung als der, bei der das Sperren der Stromzufuhr während einer Zeit­ zone mit nicht freigegebener Stromzufuhr angewiesen wird. Daher erzeugt eine NICHT-Schaltung 29 ein Schließbefehlsi­ gnal 22b, wodurch der Unterbrecher 22b in seinen geschlosse­ nen Zustand überführt wird (es wird angenommen, daß das Schutzrelais nicht arbeitet). Im übrigen wird dann, wenn das Schließbefehlsignal 22b gilt, die Speicherschaltung 28 rück­ gesetzt, wodurch das Befehlsignal 22a zum Öffnen des Unter­ brechers gelöscht wird.

Schließlich wird das von der Einheit 2 für Strom-Angebot/ Nachfrage-Gleichgewicht ausgegebene Signal 12 auf einen in­ tegrierenden Leistungsmesser 15 gegeben, wie in Fig. 1 dar­ gestellt, wodurch verschiedene Stromtarife für die Vertei­ lungsleitungen 7a und 7b eingestellt werden. Dabei ist der Stromtarif für die Last 4a, die Leistung nur begrenzt in An­ spruch nehmen darf, wirtschaftlicher als derjenige für die Last 4b, die Leistung frei beanspruchen darf.

Auf diese Weise wird der Stromverbrauch beim Verbraucher von Fig. 1 abhängig vom Laststeuersignal 8 gesteuert (das das Stromzufuhr-Freigabesignal (oder Sperrsignal) 8a, das Signal 8b zum Einstellen der Zeitzone mit freigegebener Stromver­ sorgung und das Stromtarif-Einstellsignal 8c aufweist). Nun ist zu beachten, daß dieses Laststeuersignal gemäß einer Regel erzeugt und übertragen wird, wie in Fig. 5 darge­ stellt, die zum Beispiel von der zentralen Stromversor­ gungs-Steuerstation erstellt wird.

Fig. 5A zeigt eine tägliche Lastkurve, die die Leistung (Or­ dinate) repräsentiert, die jeweiligen Zeitzonen innerhalb von 24 Stunden (Abszisse) an einem Tag zugeordnet ist. In Fig. 5A bezeichnet ein Bezugszeichen 30a eine typische täg­ liche Lastkurve im Sommer und ein Bezugszeichen 30b bezeich­ net eine typische tägliche Lastkurve im Winter. Ein Bezugs­ zeichen 31a (strichpunktierte Linie) repräsentiert die maxi­ male Versorgungsleistung im Sommer, die von allen betreibba­ ren Kraftwerken im Verfügungsbereich einer Stromversorgungs­ gesellschaft zur Verfügung gestellt werden kann, während ein Bezugszeichen 31b (gestrichelte Linie) die maximale Lei­ stungsversorgung im Winter repräsentiert. Die Mengen der ma­ ximalen Leistungsversorgung werden von der zentralen Strom­ versorgungs-Steuerstation bestimmt. Der Grund, weswegen die Maximalleistung für Sommer und Winter verschieden ist, liegt darin, daß im Winter ein periodischer Test für die Kraftwer­ ke bei verringerter Stromnachfrage ausgeführt wird, in Vor­ bereitung auf den Sommer mit größerer Stromnachfrage. Daher wird die Stromversorgungsreserve über das Jahr im wesentli­ chen auf den gleichen Wert gehalten.

Fig. 5B zeigt eine Zeitzone 34a für freigegebene Stromzufuhr und ein Stromzufuhr-Freigabesignal (Sperrsignal) 35a im Som­ mer, während Fig. 5C eine Zeitzone 34b für freigegebene Stromzufuhr und ein Stromzufuhr-Freigabesignal (Sperrsignal) 34b für den Winter zeigt. In den jeweiligen Figuren reprä­ sentiert die Abszisse die Zeit. Da die tägliche Lastkurve auf Grundlage von Erfahrungen in der Vergangenheit bestimmt wird, zum Beispiel auf Grundlage des Mittelwerts der Lastän­ derung in derselben Jahreszeit im letzten Jahr, und als Er­ gebnis für den vorigen Tag, kann die Zeitzone 34 für freige­ gebene Stromzufuhr wahlweise abhängig von der maximalen Ver­ sorgungsleistung 31 und dem Lastwert zu einer individuellen Zeit festgelegt werden, zum Beispiel für eine Periode, für die erwartet wird, daß die Versorgungsreserve auf 10% oder noch weniger absinkt. In den Fig. 5A und 5B sind Zeitzonen, in denen die Stromzufuhr zu sperren ist, schraffiert. Jedoch garantiert eine Zeitzone für freigegebene Stromversorgung, die auf Grundlage von Erfahrungen in der Vergangenheit er­ stellt wurde nicht, daß Änderungen in der Last am vorliegen­ den Tag mit Erfahrungen aus der Vergangenheit übereinstim­ men. Wenn dann Angebot und Nachfrage für Leistung am aktuel­ len Tag so liegen, daß die maximale Versorgungsleistung bis über den Erwartungswert (gestrichelte Linien 30c und 30d in Fig. 5A repräsentieren die Laständerungen am aktuellen Tag) angenähert werden, wird ein Versorgungssperrsignal 35 er­ zeugt.

Auf diese Weise kann die Stromversorgungsseite die Last 4a in Fig. 1 abschalten, wenn eine unerwartet starke Zunahme in der beanspruchten Leistung auftritt, wodurch Stabilität in der Stromversorgung an die Last 4b als eine solchen in einem normalen Stromversorgungssystem sichergestellt wird. Auch muß die Stromversorgerseite dann, wenn ein unerwartetes An­ steigen in der nachgefragten Leistung auftritt, nicht jeden einzelnen großen Verbraucher bitten, die Last abzuwerfen (oder zu verringern). Andererseits kann der Stromverbraucher dadurch zu einem günstigeren Stromtarif kommen, daß er für die Last 4a einen Vertrag für eine Last schließt, für die keine so hohe Wichtigkeit in bezug auf Stabilität der Strom­ versorgung besteht.

Wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann ein Verbraucher elektrische Leistung dadurch wirt­ schaftlicher in Anspruch nehmen, daß er mit einer Stromver­ sorgungsgesellschaft, eine Stromversorgungsleitung mit einer von der Eigenschaft der Last abhängigen Qualität zu verwen­ den. Die Stromversorgungsgesellschaft kann nach eigenem Be­ lieben die Stromversorgung teilweise begrenzen, um dadurch zum Aufrechterhalten des Angebot/Nachfrage-Gleichgewichts beizutragen.

Claims (6)

1. Stromsteuergerät für eine Last, dadurch gekennzeich­ net, daß es bei einem mit einem Stromversorgungssystem ver­ bundenen Verbraucher zu installieren ist und eine Last (4a) aufweist, die automatisch durch ein vom Stromversorger aus­ gegebenes Steuersignal (8a) vom Strom getrennt werden kann.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

• - Stromverteilungsleitungen (7a, 7b) zum Zuführen von Strom zu mehreren unterteilten Lasten (4a, 4b);
• - Unterbrechern (21, 30), die in den jeweiligen Verteilungs­ leitungen angeordnet sind; und
• - einer Einstelleinrichtung (20) zum Steuern des Schaltens der in einer Stromverteilungsleitung angeordneten Last (4a), die einen Teil der unterteilten Lasten bildet, abhängig vom Steuersignal (8a) vom Stromversorger.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (20) den Unterbrecher (21) bei Ausgabe des Steuersignals öffnet, wenn dieses ein unterbrechendes Signal ist, das für eine vorgegebene Zeitzone ausgegeben wird.

4. Gerät nach Anspruch l, gekennzeichnet durch:

• - eine erste Last (4a), die automatisch durch ein Betriebs­ signal von einem Schutzrelais (25) und ein Steuersignal von einem Stromversorger unterbrochen werden kann; und
• - eine zweite Last (4b), die nur durch das Betriebssignal vom Schutzrelais unterbrochen werden kann.

5. Stromversorgungs-Steuerstation, dadurch gekennzeich­ net, daß sie zum Steuern des Schaltens einer Last (4a) bei einem mit einem Stromversorgungssystem verbundenen Verbrau­ cher ausgebildet ist, wobei ein Unterbrechungssignal (35) für die Last beim Verbraucher während einer vorgegebenen Zeitzone abhängig von unzureichender Stromversorgungsfähig­ keit ausgegeben wird.

6. Station nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß unzureichende Stromversorgungsfähigkeit durch eine Ver­ ringerung in der Stromversorgungsreserve und Änderungen in der Systemfrequenz und Systemspannung respräsentiert wird.