DE69333596T2 - Steuerungssystem für die Energieverteilung - Google Patents
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Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungsverteilungs-Steuersystem zum Verteilen einer elektrischen Leistung durch Senden und Empfangen von Signalen zwischen dem Anschluss eines Elektrizitätsversorgungsunternehmens und den Anschlüssen von Häusern, Fabriken und dergleichen.
- Beschreibung des Standes der Technik
- In dem Kraftwerk eines Elektrizitätsversorgungsunternehmens erzeugte Energie wird hauptsächlich zu Häusern, Fabriken und anderen verteilt. In den letzten Jahren hat sich der Leistungsverbrauch während des Jahres stark geändert. Im allgemeinen ist der Leistungsverbrauch im Sommer während der Tageszeit am höchsten, während er im Winter während der Nachtzeit darunter liegt. Die Leistungsinstallation ist so ausgeführt, dass sie den maximalen Leistungsverbrauch bewältigen kann.
- Da die Leistungsnachfrage in typischen Häusern mit der Verteilung von Klimageräten zunimmt, nimmt die Differenz zwischen dem maximalen und dem geringeren Energieverbrauch zu. Als eine Folge nehmen die Jahresdurchschnittslast oder der jährliche Lastfaktor für die Servicefähigkeit allmählich ab. Die Erzeugungskosten nehmen ebenfalls zu. Daher ist ein Ausgleich der Belastungen dringend erforderlich. Um den Ausgleich zu erzielen, wurde ein System vorgeschlagen, bei dem die Leistungszuführung zu Lasten wie Klimageräten zwangsweise abgeschaltet wird in Abhängigkeit von dem Bedürfnis des Energielieferanten, ungeachtet der Bedürfnisse der Verbraucher. Stattdessen werden den Verbrauchern Anreizzahlungen zurückgezahlt. Beispielsweise berechnet in den USA das Elektrizitätsversorgungsunternehmen einen Tarif anhand eines erwarteten Leistungsverbrauchs auf der Grundlage eines vorhergesagten Energiefaktors für einen Verbraucher vor einem Tag. Der berechnete Tarif wird dem Verbraucher von dem Elektrizitätsversorgungsunternehmen einseitig mitgeteilt. Ein derartiges System wird als "Punkttarifsystem" bezeichnet.
- In der Literaturstelle "Actual Proof and Test for concentrically Controlling Loads (Control of Air Conditionars)" in JEC, Convention of Electric Power and Energy Department, 1991, wird ein Verfahren zum intermittierenden Anhalten der Leistungszuführung zu den Klimageräten vorgeschlagen. Obgleich ein derartiges Verfahren wirksam ist zum Reduzieren des Energiespitzenverbrauchs werden Umstände auf der Seite der Häuser, Fabriken und anderer vollständig ignoriert.
- Weiterhin kann das Punkttarifsystem nicht einen bemerkenswert verbesserten Vorteil liefern, da die vorhergesagte Nachfrage nicht genau Veränderungen der Nachfrage aufgrund von veränderlichem Wetter wiedergibt. Wenn die Klimageräte intermittierend abgeschaltet werden, kann der Ausgleich aller Lasten nicht wirksam erreicht werden, da die zu steuernden Instrumente auf Klimageräte beschränkt sind.
- Die WO 8912342 A1 offenbart ein Verfahren zum Verringern von Leistungsspitzen der Zuführung und/oder des Verbrauchs von Leistung, bei dem ein Leistungskostensignal, das die gegenwärtigen Kosten der entsprechenden Leistung angibt, von der Leistungszuführungsseite geliefert wird, welches Signal auf der Verbraucherseite empfangen und mit einem durch den Verbraucher vorbestimmten Leistungskostenwert verglichen wird. Abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs kann der Verbraucher bestimmen, ob er von der angebotenen Leistung Gebrauch macht oder nicht.
- Weiterhin beschreibt die
EP 265342 A2 - Schließlich ist aus der
EP 445448 A1 - ZUSAMMENFASSEN DER ERFINDUNG
- Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Leistungsverteilungssystem zu schaffen, das die elektrische Energie ordnungsgemäß verteilen und die Lasten in Abhängigkeit von Veränderungen der Nachfrage über die Zeit und von Umständen von Häusern, Fabriken und anderen Verbrauchern ausgleichen kann.
- Diese Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch ein Leistungsverteilungs-Steuersystem, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Bevorzugte Ausführungsbeispiels dieses Steuersystems sind in den Unteransprüchen definiert.
- Bei einem Leistungsverteilungs-Steuersystem mit einem zentralen Kommunikationsendgerät und verbraucherseitigen Kommunikationsendgeräten kann die elektrische Leistung auf Häuser, Fabriken und andere Verbraucher verteilt werden, um die Lasten auszugleichen, während die variable Nachfrage während der Zeit und die Umstände der Häuser, Fabriken und anderer Verbraucher berücksichtigt werden. Insbesondere kann, da ein Verbraucher ein Gebot für die Darstellung von der Seite des Zentrums macht, was seinerseits ein erfolgreiches Gebot für das Gebot des Verbrauchers macht, die optimale Verteilung durchgeführt werden unter Berücksichtigung der Umstände sowohl bei dem Zentrum als auch auf der Verbraucherseite.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein Blockschaltbild eines elektrischen Leistungsverteilungssystems. -
2 ist eine Ansicht, die die Arbeitsweise des Leistungsverteilungssystems nach1 illustriert. -
3 ist ein Blockschaltbild eines anderen elektrischen Leistungsverteilungssystems. -
4 ist eine Ansicht, die die Arbeitsweise des elektrischen Leistungsverteilungssystems nach3 illustriert. - Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
- Gemäß
1 weist das Leistungsverteilungs-Steuersystem, das das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, ein Kommunikationsendgeräte S eines Elektrizitätsversorgungsunternehmens oder zentrales Kommunikationsendgerät sowie mehrere Verbraucherkommunikations-Endgeräte C1 bis Cn, die mit dem zentralen Kommunikationsendgerät über die jeweiligen Kommunikationsleitungen verbunden sind, auf. Jedes der Verbraucherkommunikations-Endgeräte ist mit einer entsprechenden Last verbunden, die in einem Haus, einer Fabrik oder dergleichen installiert wurde. - Das zentrale Kommunikationsendgerät S weist einen Berechnungsabschnitt S1 für eine vorhergesagte Nachfrage auf, das ausgebildet ist zum Empfangen von Eingangssignalen, die beispielsweise auf die gegenwärtige Nachfrage (X1), die Saison (X2), den Tag der Woche (X3), die Zeit (X4), die Lufttemperatur (X5), die Ereignisplanung (X6), mögliche Publikumsbewertung (X7) usw. bezogen sind. Somit wird eine vorhergesagte Nachfrage U1 berechnet anhand einer Funktion U1 = F1 (X1, X2, X3, X4, X5, X6, ...). Die Berechnung der vorhergesagten Nachfrage kann für Perioden von jeweils 30 min. durchgeführt werden.
- Die vorhergesagte Nachfrage wird dann mit einer Leistungslieferkapazität verglichen, um festzustellen, ob die Verringerung der Anzahl von Lasten in Betracht gezogen werden sollte oder nicht. Selbst wenn die vorhergesagte Nachfrage nicht die Leistungslieferkapazität überschreitet, kann ein Fall auftreten, bei dem es gewünscht ist, die Nachfrage zu verringern anstelle der Anreizzahlung ohne Erhöhen der elektrischen Leistungserzeugung, die ihre kritischen Kosten hat. Die kritischen Kosten können anhand der vorhergesagten Nachfrage berechnet werden, um zu beurteilen, ob die Verringerung der Anzahl von Lasten in Betracht gezogen werden sollte oder nicht. Die Anreiszahlung ist eine Kompensation, die zu einem Verbraucher zurückgegeben wird anstelle der Verringerung des elektrischen Leistungspegels, und sie ist proportional zu der verringerten Menge der elektrischen Leistung.
- Das zentrale Kommunikationsendgerät S weist auch einen Berechnungsabschnitt S2 auf. Wenn die Verringerung der Anzahl von Lasten in Betracht gezogen werden sollte, bestimmt der Berechnungsabschnitt S2 eine Zeitzone, durch die die berechnete vorhergesagte Nachfrage die Leistungslieferkapazität überschreitet, um eine Lastreduktions-Zeitperiode zu berechnen und den Anreizzahlungspegel zu bestimmen. Die Anreizzahlung hängt ab von den kritischen Kosten, der vergangenen Antwort des Verbrauchers usw.
- Das zentrale Kommunikationsendgerät weist weiterhin einen Präsentationssignal-Ausgabeabschnitt oder -mittel S3 auf, der ein Präsentationssignal enthaltend die Lastreduktions-Zeitperiode und die Anreizzahlung ausgibt und zu dem jeweiligen der Verbraucherkommunikations-Endgeräte C1 bis Cn aussendet, wie in
2 gezeigt ist. - Wenn jedes der Verbraucherkommunikations-Endgeräte C1 bis Cn ein Präsentationssignal empfängt, prüft sein Berechnungsabschnitt
101 ein Reduktionspotential, das zu einem Reduktionsfaktor führt, der die Lastreduktions-Anforderungszeit und die Anreizzahlung berücksichtigt. Es wird nun beurteilt, ob die Reduktion der gelieferten Leistung möglich ist. Wenn sie möglich ist, berechnet der Berechnungsabschnitt101 die Menge und Zeitperiode der zu reduzierenden Leistung. Das Potential für die Reduktion enthält eine Ereignis- und Operationsliste (Xc1), die Verringerung der Klimagerätelast (Xc2), die Laufzeitverschiebung bei Wassererwärmern (Xc3), das teilweise Anhalten von Aufzügen (Xc4), das teilweise Ausschalten von Licht (Xc5), das teilweise Anhalten von Computern (Xc6), die Größe des Verlusts aufgrund von teilweisem Abschalten von Operationen in einer Fabrik (Xc7) usw. Das Potential der Verringerung Xc wird anhand der obigen Faktoren berechnet. - Wenn eine Verringerung von elektrischer Leistung vorliegt, werden die verringerte Menge von Leistung U2 und die Reduktionszeitperiode U3 anhand von Funktionen U2 = F2 (Xa, Xb und Xc) und U3 = F3 (Xa, Xb und Xc) berechnet, unter Berücksichtigung der Lastreduktionsanforderungs-Zeitperiode (Xa) und der Anreizzahlung (Xb) in dem Präsentationssignal und des berechneten Potentials der Verringerung (Xc). Wenn der Berechnungsabschnitt (
101 ) in jedem der Verbraucherkommunikations-Endgeräte C1 bis Cn die verringerte Leistungsmenge und die Reduktionszeitperiode berechnet, gibt ein Antwortsignal-Ausgabeabschnitt oder -mittel102 ein Angebotssignal, das als ein Antwortsignal enthaltend die verringerte Leistungsmenge U2 und die Reduktionszeitperiode U3 wirkt, zu dem zentralen Kommunikationsendgerät S aus. Ein Verbraucherkommunikations-Endgeräte kann sich entscheiden, ein Angebotssignal in Abhängigkeit von dem Inhalt eines Präsentationssignals von dem zentralen Kommunikationsendgerät S nicht auszugeben. - Wenn das zentrale Kommunikationsendgerät S das Angebotssignal empfängt, wählt sein Auswahlabschnitt S4 Verbraucher von den Funktionen enthaltend Parameter wie die Reduktionszeitperiode und die verringerte Leistungsmenge aus. Beispielsweise können die ausgewählten Verbraucher jede Anzahl von Verbrauchern in dem höheren Rang sein, der ein erhöhtes Produkt der verringerten Leistungsmenge mal der Reduktionszeitperiode in jedem der Angebotssignale hat. Das heißt, ein erfolgreiches Gebot wird gemacht. Nach der Auswahl der Verbraucher sendet ein Auswahlsignal-Ausgabeabschnitt oder -mittel S5 in dem zentralen Kommunikationsendgerät S ein erfolgreiches Gebotssignal als ein Auswahlsignal enthaltend die verringerte Leistungsmenge, die Reduktionszeitperiode und die Anreizzahlung zu jedem der ausgewählten Verbraucherkommunikations-Endgeräte. Wie in
2 gezeigt ist, wird beispielsweise, wenn das zweite Verbraucherkommunikations-Endgerät C2 ausgewählt ist, ein erfolgreiches Gebotssignal zu diesem geliefert. Die verringerte Leistungsmenge, die Reduktionszeitperiode und die Anreizzahlung in dem gesendeten erfolgreichen Gebotssignal werden anhand der verringerten Leistungsmenge und der Reduktionszeitperiode in dem Angebotssignal von jedem der Verbraucherkommunikations-Endgeräte berechnet. Ein Nichtauswahlsignal kann zu den anderen Verbraucherkommunikations-Endgeräten geliefert werden, die nicht ausgewählt wurden. Das vorgenannte erfolgreiche Gebotssignal kann ein einfaches Auswahlsignal sein, das nicht die verringerte Leistungsmenge, die Reduktionszeitperiode und die Anreizzahlung enthält. - Wenn jedes der Verbraucherkommunikations-Endgeräte ein erfolgreiches Gebotssignal empfängt, reduziert sein Leistungsverringerungsabschnitt oder -mittel
103 die Leistungszuführung zu der Gruppe von verbundenen Lasten entsprechend der verringerten Leistungsmenge und der Reduktionszeitperiode in dem erfolgreichen Gebotssignal. - Bei dem in
3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind mehrere Verbraucherkommunikations-Endgeräte C1 bis Cn mit einem Kommunikationsendgerät eines Elektrizitätsversorgungsunternehmens oder zentralen Kommunikationsendgerät R wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel verbunden. Das zentrale Kommunikationsendgerät R weist einen Berechnungsabschnitt S1 für die vorhergesagte Nachfrage zum Berechnen einer vorhergesagten Nachfrage U1 anhand einer Funktion U1 = F1 (X1, X2, X3, X4, X5, X6 ...) auf, wenn das zentrale Kommunikationsendgerät die gegenwärtige Nachfrage (X1), die Saison (X2), den Tag der Woche (X3), die Zeit (X4), die Lufttemperatur (X5), die Ereignisliste (X6), die mögliche Publikumsbewertung (X7) usw. empfängt, sowie einen Preisbestimmungsabschnitt oder -mittel T1 zum Vergleichen der vorhergesagten Nachfrage mit der Leistungslieferkapazität, um einen elektrischen Leistungspreis zu bestimmen. Genauer gesagt, wenn die vorhergesagte Nachfrage die Leistungslieferkapazität überschreitet, wird der Preis relativ hoch gesetzt. Dies ergibt sich daraus, dass verhindert wird, dass die Nachfrage die Leistungslieferkapazität überschreitet, und auch daraus, dass, wenn die Nachfrage zu hoch ist, die Heizrate in einem Kohle und Erdöl verwendenden Kraftwerk mit erhöhten Einheitskosten für die Leistungserzeugung erhöht wird. Demgegenüber wird, wenn die vorhergesagte Nachfrage niedriger als die Leistungslieferkapazität ist, der Leistungspreis relativ niedrig gesetzt wird, so dass ein ordnungsgemäßer Gewinn von dem Elektrizitätsversorgungsunternehmen erhalten werden kann. Die Bestimmung des Leistungspreises kann für jeweils eine Periode von 30 min. durchgeführt werden. - Wenn der Leistungspreis bestimmt wird, gibt ein Preissignal-Ausgabeabschnitt oder -mittel T2 in dem zentralen Kommunikationsendgerät R ein Leistungspreissignal enthaltend den bestimmten Leistungspreis zu jedem der Verbraucherkommunikations-Endgeräte C1 bis Cn zu dem zentralen Kommunikationsendgerät aus. Das zweite Ausführungsbeispiel kann hauptsächlich auf Fälle angewendet werden, in denen die Verbraucher mit unabhängigen elektrischen Kraftwerken versehen sind. Genauer gesagt, jedes der Verbraucherkommunikations-Endgeräte vergleicht den Leistungspreis, der in dem von dem zentralen Kommunikationsendgerät R gesendeten Leistungspreissignal enthalten ist, mit den Leistungserzeugungskosten des unabhängigen Kraftwerks und für die Auswahl von einem von diesen, das für diesen Verbraucher vorteilhaft ist. Wenn die Parameter in der obigen Funktion einen zusätzlichen Parameter enthalten, der die Menge der Kaufliste auf der Verbraucherseite X8 anzeigt, kann dies vorher zu dem zentralen Kommunikationsendgerät über das Verbraucherkommunikations-Endgerät des Verbraucher berichtet worden sein, um die Nachfrageliste zu bestimmen.
- Dieser Aspekt des zweiten Ausführungsbeispiels ist vorteilhaft dahingehend, dass es die Herabsetzung von Ausrüstung und Kommunikationskosten vorsehen kann im Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel.
- Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält jedoch auch die Merkmale des ersten Ausführungsbeispiels. Das zweite Ausführungsbeispiel ist ausgebildet zur Durchführung der Leistungsverteilungs-Steuerzyklen, die von dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt sind, und durch die zusätzlichen Merkmale abwechselnd zu gegebenen Zeitintervallen. Genauer gesagt, wie in
3 gezeigt ist, weist das zentrale Kommunikationsendgerät R einen Berechnungsabschnitt S1 für die vorhergesagte Nachfrage, einen Berechnungsabschnitt S2, einen Ausgabeabschnitt S3 für das Präsentationssignal, einen Auswahlabschnitt S4, einen Auswahlsignal-Ausgabeabschnitt S4, einen Preisbestimmungsabschnitt T1 und einen Preissignal-Ausgabeabschnitt T2 auf. Wie in4 gezeigt ist, führt das zentrale Kommunikationsendgerät R die Ausgabe eines Auswahl- und eines Preissignals abwechselnd zu jedem der Verbraucherkommunikations-Endgeräte durch. Das zweite Ausführungsbeispiel kann die Leistungsverteilung feiner als das erste Ausführungsbeispiel steuern.
Claims (4)
- Leistungsverteilungs-Steuersystem mit einem zentralen Kommunikationsendgerät (S) und mehreren Verbraucherkommunikations-Endgeräten (C1 ... Cn), die betriebsmäßig über Kommunikationsleitungen mit dem zentralen Kommunikationsendgerät (S) und mit einer Gruppe von Lasten verbunden sind, welches zentrale Kommunikationsendgerät (S) aufweist: – Präsentationssignal-Ausgabemittel (S3) zum Ausgeben eines Präsentationssignals, das eine Lastverringerungsanforderungs-Zeitperiode (Xa) und eine Anreizzahlung (Xb) für jedes der Verbraucherkommunikations-Endgeräte (C1 ... Cn) enthält, und – Auswahlsignal-Ausgabemittel (S5), die auf Antwortsignale von den Verbraucherkommunikations-Endgeräten (C1 ... Cn) ansprechen für die Ausgabe eines Auswahlsignals oder von Ausgangssignalen zu einem oder mehr Verbraucherkommunikations-Endgeräten (C1 ... Cn), die ausgewählt sind auf der Grundlage von Funktionen enthaltend Parameter, die auf die verringerte Größe der Leistung (U2) und die Verringerungszeitperiode (U3) bezogen sind, enthalten in dem Antwortsignal von einem oder mehr Verbraucherkommunikations-Endgeräten (C1 ... Cn), jedes der Verbraucherkommunikations-Endgeräte (C1 ... Cn) aufweist: – Antwortsignal-Ausgabemittel (
102 ) zum Ausgeben eines Antwortsignals zu dem zentralen Kommunikationsendgerät (S), wobei das Antwortsignal die verringerte Größe der Leistung (U2) und die Verringerungszeitperiode (U3) enthält, die berechnet sind anhand – der Lastverringerungsanforderungs-Zeitperiode (Xa), – der Anreizzahlung (Xb), die in dem Präsentationssignal von dem zentralen Kommunikationsendgerät (S) enthalten sind, und – einem Potential für die Verringerung (Xc), und – Leistungsverringerungsmittel (103 ) zum Verringern der Leistungszuführung zu der Gruppe von verbundenen Lasten während einer gegebenen Zeitperiode, auf der Grundlage des von dem zentralen Kommunikationsendgerät (S) zu dem jeweiligen Verbraucherkommunikations-Endgerät (C1 ... Cn) gesendeten Auswahlsignals. - Leistungsverteilungs-Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem jedes der ausgewählten Verbraucherkommunikations-Endgeräte (C1 ... Cn) ein erhöhtes Produkt aus der verringerten Größe der Leistung (U2) mal der Verringerungszeitperiode (
3 ) hat. - Leistungsverteilungs-Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Auswahlsignal-Ausgabemittel (SS) des zentralen Kommunikationsendgerätes (S) ausgebildet sind zur Ausgabe eines Auswahlsignals, das die Verringerungszeitperiode, die verringerte Größe der Leistung und die Anreizzahlung enthält, die berechnet sind anhand der verringerten Größe der Leistung und der Verringerungszeitperiode in dem Antwortsignal von jedem der Verbraucherkommunikations-Endgeräte (C1 ... Cn).
- Leistungsverteilungs-Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das zentrale Kommunikationsendgerät (T) weiterhin aufweist: Berechnungsmittel (S1) für die vorhergesagte Nachfrage zum Berechnen einer vorhergesagten Nachfrage anhand eines Nachfragevorhersagepotentials, Preisbestimmungsmittel (T1) zum Vergleichen der vorhergesagten Nachfrage mit einer Leistungszuführungskapazität, um einen Preis für elektrische Leistung zu bestimmen, und Preissignal-Ausgabemittel (T2) zum Ausgeben eines Leistungspreissignals enthaltend den bestimmten Leistungspreis zu jedem der Verbraucherkommunikations-Endgeräte (C1 ... Cn).
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