Verfahren zur Erbringung von Regelleistung unter Berücksichtigung einer variablen Sollfrequenz Method for providing control power taking into account a variable setpoint frequency
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erbringung von Regelleistung unter Berücksichtigung einer variablen Sollfrequenz sowie eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens. The present invention relates to a method for the provision of control power taking into account a variable nominal frequency and to an apparatus for carrying out such a method.
Stromnetze werden verwendet, um Strom von meist mehreren Energieerzeugern in großen Gebieten auf viele Nutzer zu verteilen und Haushalte und Industrie mit Energie zu versorgen. Energieerzeuger, meist in Form von Kraftwerken, stellen dazu die benötigte Energie bereit. In der Regel wird die Stromerzeugung auf den prognostizierten Verbrauch hin geplant und bereitgestellt. Electricity grids are used to distribute electricity from many energy generators in large areas to many users and to supply households and industry with energy. Energy producers, usually in the form of power plants, provide the required energy. As a rule, power generation is planned and provided based on the forecasted consumption.
Sowohl beim Erzeugen als auch dem Verbrauchen von Energie kann es jedoch zu ungeplanten Schwankungen kommen. Diese können auf der Energieerzeugerseite beispielsweise dadurch entstehen, dass ein Kraftwerk oder ein Teil des Stromnetzes ausfällt oder zum Beispiel im Fall Erneuerbarer Energien wie Wind, dass die Energieerzeugung höher ausfällt als prognostiziert. Auch bezüglich der Verbraucher kann es zu unerwartet hohen oder niedrigen Verbräuchen kommen. Der Ausfall eines Teils des Stromnetzes beispielsweise, der einige Verbraucher von der Energieversorgung abschneidet, kann zu einer plötzlichen Reduzierung des Stromverbrauchs führen. Dies führt im Allgemeinen dazu, dass es in Stromnetzen durch ungeplante und/oder kurzfristige Abweichungen von Leistungserzeugung und/oder -verbrauch zu Schwankungen der Netzfrequenz kommt. Die gewünschte Wechselstromfrequenz beträgt beispielsweise in Europa 50 Hz. Eine Verringerung des Verbrauchs gegenüber dem Plan führt zu einer Erhöhung der Frequenz bei planmäßig eingespeister Leistung durch die Energieerzeuger, gleiches gilt für eine Erhöhung der Strom Produktion gegenüber dem Plan bei planmäßigem Verbrauch. Eine Verringerung der Leistung der Energieerzeuger gegenüber dem Plan führt dagegen zu einer Verringerung der Netzfrequenz bei plangemäßem Verbrauch, gleiches gilt für eine Erhöhung des Verbrauchs gegenüber dem Plan bei plangemäßer Erzeugung.
Aus Gründen der Netzstabilität ist es erforderlich, diese Abweichungen in einem definierten Rahmen zu halten. Dazu muss je nach Höhe und Richtung der Abweichung gezielt positive Regelleistung durch Zuschalten von zusätzlichen Erzeugern oder Abschalten von Verbrauchern oder negative Regelleistung durch Abschalten von Erzeugern oder Hinzuschalten von Verbrauchern bereitgestellt werden. Es besteht allgemein der Bedarf an einer wirtschaftlichen und effizienten Bereitstellung dieser Regelleistungen, wobei die Anforderungen an die bereitzuhaltenden Kapazitäten und die Dynamik der Regelleistungsquellen beziehungsweise -senken je nach Charakteristik des Stromnetzes variieren können. In Europa gibt es beispielsweise ein Regelwerk (UCTE Handbook), das drei verschiedene Kategorien an Regelleistung beschreibt. Darin sind auch die jeweiligen Anforderungen and die Regelleistungsarten festgelegt. Die Regelleistungsarten unterscheiden sich unter anderem in den Anforderungen an die Dynamik und die Dauer der Leistungserbringung. Außerdem werden sie unterschiedlich hinsichtlich der Randbedingungen eingesetzt. Primärregelleistung (PRL) ist unabhängig vom Ort der Verursachung der Störung europaweit von allen eingebundenen Quellen zu erbringen, und zwar im Wesentlichen proportional zur aktuellen Frequenzabweichung. Die absolut maximale Leistung ist bei Frequenzabweichungen von minus 200 mHz und (absolut) darunter zu erbringen, die absolut minimale Leistung ist bei Frequenzabweichungen von plus 200 mHz und darüber zu erbringen. Hinsichtlich der Dynamik gilt, dass aus dem Ruhezustand die jeweils (betragsmäßig) maximale Leistung innerhalb von 30 Sekunden bereitgestellt werden muss. Demgegenüber sind Sekundärregelleistung (SRL) und Minutenreserveleistung (MRL) in den Bilanzräumen zu erbringen, in denen die Störung aufgetreten ist. Ihre Aufgabe ist es, die Störung möglichst schnell zu kompensieren und somit dafür zu sorgen, dass die Frequenz wieder möglichst schnell, vorzugsweise spätestens nach 15 Minuten wieder im Sollbereich liegt. Hinsichtlich der Dynamik werden an die SRL und die MRL geringere Anforderungen gestellt (5 bzw. 15 Minuten bis zur vollen Leistungserbringung nach Aktivierung), gleichzeitig sind diese Leistungen auch über längere Zeiträume bereitzustellen als Primärregelleistung.
ln den bisher betriebenen Stromnetzen wird ein Großteil der Regelleistung von konventionellen Kraftwerken, insbesondere Kohle- und Atomkraftwerken bereitgestellt. Zwei grundsätzliche Problemstellungen resultieren hieraus. Zum einen werden die konventionellen, Regelleistung bereitstellenden Kraftwerke nicht bei Volllast und damit maximalen Wirkungsgraden, sondern leicht unterhalb derselben betrieben, um bei Bedarf positive Regelleistung bereitstellen zu können, ggfs. über einen theoretisch unbegrenzten Zeitraum. Zum anderen sind mit zunehmendem Ausbau und zunehmender bevorzugter Nutzung der Erneuerbaren Energien immer weniger konventionelle Kraftwerke in Betrieb, was aber oftmals die Grundvoraussetzung für die Erbringung von Regelleistungen ist. Both the generation and the consumption of energy can lead to unplanned fluctuations. These can arise on the energy producer side, for example, in that a power plant or part of the power grid fails or, for example, in the case of renewable energies such as wind, that the energy production is higher than predicted. Consumers may also experience unexpectedly high or low consumption. For example, the failure of a portion of the grid, which cuts off some consumers from the power supply, can lead to a sudden reduction in power consumption. This generally results in power network fluctuations due to unplanned and / or short-term variations in power generation and / or consumption. The desired AC frequency is, for example, 50 Hz in Europe. A reduction in consumption compared to the plan results in an increase in the frequency at planned power fed in by the energy producers, as well as an increase in electricity production compared to the planned consumption plan. On the other hand, a reduction in the output of the energy producers compared to the plan leads to a reduction of the network frequency at scheduled consumption, as well as to an increase in consumption compared to the plan at scheduled production. For reasons of network stability, it is necessary to keep these deviations within a defined range. For this purpose, depending on the amount and direction of the deviation, it is necessary to provide specifically positive control power by connecting additional generators or switching off consumers, or negative balancing power by shutting down generators or adding consumers. There is a general need for economical and efficient provision of these control powers, where the requirements for the capacities to be kept and the dynamics of the control power sources or sinks can vary depending on the characteristic of the power grid. In Europe, for example, there is a set of rules (UCTE Handbook) that describes three different categories of control power. This also defines the respective requirements and the control power types. The types of balancing power differ, among other things, in the demands on the dynamics and the duration of the service provision. In addition, they are used differently with respect to the boundary conditions. Primary control power (PRL) is to be provided by all integrated sources throughout Europe, regardless of the location of the disturbance, substantially in proportion to the actual frequency deviation. The absolute maximum power is to be provided at frequency deviations of minus 200 mHz and (absolute) below, the absolute minimum power is to be provided at frequency deviations of plus 200 mHz and above. With regard to dynamics, it is necessary to provide the (maximum) performance within 30 seconds from hibernation. In contrast, secondary control power (SRL) and minute reserve power (MRL) are to be provided in the balancing rooms in which the fault has occurred. Their task is to compensate for the disturbance as quickly as possible and thus to ensure that the frequency is back within the desired range as quickly as possible, preferably at the latest after 15 minutes. In terms of dynamics, the SRLs and the MRLs have lower requirements (5 or 15 minutes to full service delivery after activation), and at the same time these services must be provided for longer periods than primary control capacity. In the power grids operated so far, a large part of the control power is provided by conventional power plants, in particular coal and nuclear power plants. Two fundamental problems result from this. On the one hand, the conventional power plants providing control power are not operated at full load and thus maximum efficiencies, but slightly below them in order to be able to provide positive control power if required, if necessary over a theoretically unlimited period of time. On the other hand, with increasing expansion and increasing preferential use of renewable energies, fewer and fewer conventional power plants are in operation, which is often the prerequisite for the provision of balancing services.
Aus diesem Grund wurden Ansätze entwickelt, vermehrt Speicher einzusetzen, um negative Regelleistung zu speichern und bei Bedarf als positive Regelleistung bereitzustellen. For this reason, approaches have been developed to use more memory to store negative control power and provide it as a positive control power when needed.
Der Einsatz von Hydro-Pumpspeicherwerken zur Erbringung von Regelleistung ist Stand der Technik. In Europa werden alle oben genannten drei Regelleistungsarten von Pumpspeichern erbracht. Hydropumpspeicher werden jedoch auch immer wieder genannt als gegenwärtig wirtschaftlichste Technologie zur Ein- und Ausspeicherung von bevorzugt Erneuerbaren Energien, um Energieangebot und - bedarf zeitlich besser aufeinander anpassen zu können. Das Potenzial zum Ausbau der Speicherkapazitäten - insbesondere in Norwegen - wird kontrovers diskutiert, da für die Nutzung beträchtliche Kapazitäten in Stromleitungen genehmigt und installiert werden müssen. Folglich steht die Nutzung für das energiewirtschaftliche Lastmanagement in Konkurrenz zur Bereitstellung von Regelleistung. The use of hydro pumped storage plants to provide control power is state of the art. In Europe, all of the above three types of control are provided by pumped storage. However, hydropumps are also often referred to as the currently most economical technology for the injection and withdrawal of preferably renewable energies, in order to be able to better match the energy supply and demand in terms of time. The potential for expanding storage capacity - especially in Norway - is a matter of controversy, as significant capacity in power lines needs to be approved and installed for use. Consequently, the use for the energy management of load management is in competition with the provision of control power.
Vor diesem Hintergrund wurden im Bereich der Primärregelleistung in der jüngeren Vergangenheit immer wieder Ansätze untersucht und beschrieben, auch andere Speichertechnologien wie beispielsweise Schwungmassen- und Batteriespeicher für die Bereitstellung von Regelleistung einzusetzen. Against this background, in the area of primary control power in the recent past, approaches have repeatedly been explored and described for the use of other storage technologies, such as flywheel mass and battery storage, for the provision of control power.
Aus der US 2006/122738 A1 ist ein Energiemanagementsystem bekannt, das einen Energieerzeuger und einen Energiespeicher umfasst, wobei der Energiespeicher durch den Energieerzeuger aufladbar ist. Dadurch soll ein Energieerzeuger, der im normalen Betrieb keine gleichmäßige Energieerzeugung gewährleistet, wie zum
Beispiel die zunehmend favorisierten erneuerbaren Energien, wie Windkraft- oder Photovoltaikkraftwerke, in die Lage versetzt werden, ihre Energie gleichmäßiger ins Stromnetz abzugeben. Nachteilig ist hieran, dass hierdurch zwar ein einzelnes Kraftwerk stabilisiert werden kann, alle anderen Störungen und Schwankungen des Stromnetzes aber nicht oder nur sehr begrenzt abgefangen werden können. From US 2006/122738 A1 an energy management system is known, which comprises a power generator and an energy store, wherein the energy store can be charged by the power generator. This should be an energy producer, which does not guarantee a uniform power generation in normal operation, such as For example, the increasingly favored renewable energy sources, such as wind power or photovoltaic power plants, will be able to distribute their energy more evenly into the power grid. The disadvantage of this is that in this way a single power plant can be stabilized, but all other disturbances and fluctuations in the power network can not be intercepted or only to a very limited extent.
Es ist aus der WO 2010 042 190 A2 und der JP 2008 178 215 A bekannt, Energiespeicher zur Bereitstellung von positiver und negativer Regelleistung zu verwenden. Wenn die Netzfrequenz einen Toleranzbereich um die gewünschte Netzfrequenz verlässt, wird entweder Energie aus dem Energiespeicher bereitgestellt oder in den Energiespeicher aufgenommen, um die Netzfrequenz zu regulieren. Auch die DE 10 2008 046 747 A1 schlägt vor, einen Energiespeicher in einem Inselstromnetz derart zu betreiben, dass der Energiespeicher zur Kompensation von Verbrauchsspitzen und Verbrauchsminima eingesetzt wird. Nachteilig ist hieran, dass die Energiespeicher nicht die notwendige Kapazität haben, um eine längere Störung oder mehrere, hinsichtlich der Frequenzabweichung gleichgerichtete Störungen hintereinander zu kompensieren. It is known from WO 2010 042 190 A2 and JP 2008 178 215 A to use energy storage to provide positive and negative control power. When the grid frequency leaves a tolerance range around the desired grid frequency, either energy is provided from the energy store or added to the energy store to regulate the grid frequency. DE 10 2008 046 747 A1 also proposes operating an energy store in an island power grid in such a way that the energy store is used to compensate for consumption peaks and consumption minima. The disadvantage hereof is that the energy stores do not have the necessary capacity to compensate for a longer disturbance or a plurality of disturbances rectified with respect to the frequency deviation one after the other.
In dem Artikel„Optimizing a Battery Energy Storage System for Primary Frequency Control" von Oudalov et al., in IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 22, No. 3, August 2007, wird die Abhängigkeit der Kapazität eines Akkumulators von technischen und betrieblichen Randbedingungen bestimmt, damit dieser nach den europäischen Normen (UCTE Handbook) Primärregelleistung bereitstellen kann. Es zeigt sich, dass auf Grund der Ein- und Ausspeicherverluste langfristig in unterschiedlichen Zeitabständen immer wieder ein Aufladen oder Entladen des Speichers unvermeidbar ist. Die Autoren schlagen dazu die Zeiträume vor, in denen sich die Frequenz im Totband (d.h. in dem Frequenzbereich, in dem keine Regelleistung zu erbringen ist) befindet. Trotzdem kann es kurzfristig bzw. vorübergehend dazu kommen, dass der Speicher überladen wird. Die Autoren schlagen für solche Fälle den (begrenzten Einsatz) von Verlust erzeugenden Widerständen vor, die extremal die komplette negative Nenn-Regelleistung aufnehmen, also hierauf ausgelegt werden müssen. Neben dem zusätzlichen Investitionsbedarf für die Widerstände und deren Kühlung führt dies jedoch, wie von
den Autoren selbst schon genannt, zu einer mehr oder weniger unerwünschten Energieentwertung, wobei die entstehende Abwärme in der Regel nicht genutzt werden kann. Die Autoren zeigen auf, dass eine geringere Inanspruchnahme der Verlusterzeugung nur durch eine höhere Speicherkapazität, verbunden mit höheren Investitionskosten, möglich ist. In the article "Optimizing a Battery Energy Storage System for Primary Frequency Control" by Oudalov et al., In IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 22, No. 3, August 2007, dependency of the capacity of a rechargeable battery of technical and operational It is shown that due to the injection and withdrawal losses in the long term at different time intervals repeatedly charging or discharging the memory is unavoidable, the authors suggest the time periods Although the frequency may be in the deadband (ie in the frequency range where there is no control power available), it may happen temporarily or temporarily that the memory becomes overloaded, and the authors suggest that (limited Use) of loss-generating resistors, which extremal the complete negative nominal Regelei record, so have to be interpreted. In addition to the additional investment required for the resistors and their cooling, however, this leads, as of The authors themselves already called, to a more or less unwanted energy depreciation, the resulting waste heat can not be used in the rule. The authors point out that a lower utilization of loss production is only possible through a higher storage capacity, combined with higher investment costs.
Akkumulatoren und andere Energiespeicher können sehr schnell Energie aufnehmen oder abgeben, wodurch sie sich grundsätzlich zur Bereitstellung von PRL eignen. Nachteilig ist jedoch hieran, dass sehr große Kapazitäten der Akkumulatoren bereitgestellt werden müssen, um die Regelleistung auch über einen längeren Zeitraum oder wiederholt liefern zu können. Akkumulatoren mit sehr großer Kapazität sind aber auch sehr teuer. Accumulators and other energy stores can absorb or release energy very quickly, making them basically suitable for providing PRL. A disadvantage, however, is that very large capacities of the batteries must be provided in order to deliver the control power over a longer period or repeatedly. However, very large capacity batteries are also very expensive.
Auf Grund der Verluste beim Ein- und Ausspeichern von Energie erfolgt bei statistisch symmetrischer Abweichung der Netzfrequenzen vom Sollwert durch den Betrieb früher oder später eine Entladung des Energiespeichers, wie zum Beispiel eines Akkumulators. Es ist daher erforderlich, den Energiespeicher mehr oder weniger regelmäßig gezielt aufzuladen. Eventuell muss dieser Ladestrom separat bezahlt werden. Due to the losses during storage and withdrawal of energy takes place at statistically symmetrical deviation of the mains frequencies from the setpoint by the operation sooner or later a discharge of the energy storage, such as a battery. It is therefore necessary to recharge the energy storage more or less regularly targeted. It may be necessary to pay for this charging current separately.
Die relativ konstante Netzfrequenz von Wechselstromnetzen, die beispielsweise gemäß den zuvor dargelegten Methoden geregelt werden, kann als Zeitgeber für die Ermittlung einer sogenannten Netz- oder Synchronzeit oder auch für den Betrieb von Uhren eingesetzt werden. Allerdings kommt es infolge der Tatsache, dass die Frequenzabweichungen statistisch, insbesondere über kürzere Zeiträume von wenigen Stunden bis zu Tagen nicht ideal symmetrisch um den Wert Null verteilt sind, zu Abweichungen der Netzzeit von der koordinierten Weltzeit, die heute mittels Atomuhren bestimmt wird. Überwiegen beispielsweise über einen Zeitraum positive Abweichungen der Frequenz vom Sollwert, so eilt die Netzzeit der Weltzeit voraus. Umgekehrt läuft die Netzzeit bei überwiegend negativen Frequenzabweichungen der Weltzeit hinterher. Um die über das Wechselstromnetz ermittelte Netzzeit nur in einem begrenzten Umfang von der Weltzeit abweichen zu lassen bzw. die eventuell danach geregelten Uhren mit einer hohen Genauigkeit zu versehen, wird die Sollfrequenz, bei der die Wechselstromnetze betrieben werden, nach Bedarf von Zeit
zu Zeit gezielt leicht verändert. Allerdings wird diese Änderung bisher nur bei den zentral gesteuerten Regelleistungslieferanten, die üblich die zuvor dargelegte Sekundärregelleistung (SRL) oder die Minutenreserveleistung (MRL) erbringen, berücksichtigt. Hierzu ist auszuführen, dass diese Regelleistungslieferanten im Allgemeinen, insbesondere in Summe, höhere Leistungen bereitstellen können, als die üblich dezentral gesteuerten Quellen für die Primärregelleistung (PRL). The relatively constant network frequency of AC networks, which are regulated, for example, according to the methods set out above, can be used as a timer for determining a so-called network or synchronous time or for the operation of clocks. However, due to the fact that the frequency deviations are distributed statistically, especially over shorter periods of a few hours to days not ideal symmetric around the value zero, it comes to deviations of the network time from the coordinated world time, which is determined today by means of atomic clocks. If, for example, positive frequency deviations from the setpoint value over a period of time prevail, the mains time is ahead of the world time. Conversely, the network time runs after mostly negative frequency deviations of the world time. In order to have the network time determined via the AC mains deviate only to a limited extent from the world time or to provide the possibly subsequently regulated clocks with a high accuracy, the nominal frequency at which the AC grids are operated, as required of time deliberately slightly changed at the time. However, this change has so far only been taken into account by the centrally controlled control power suppliers, who usually provide the secondary control power (SRL) or the minute reserve power (MRL) set out above. In this regard, it should be noted that these control power suppliers can generally, in particular, provide higher power than the usual locally controlled primary control power (PRL) sources.
Es wurde im Rahmen der Erfindung gefunden, dass mitunter beträchtliche Energiemengen monoton ein- oder ausgespeist werden, wie eine Analyse von realen Frequenzverläufen der Erfinder zeigt. Dies führt bei gegebener Speicherkapazität zu entsprechend hoher Ladezustandsänderung. Große Ladezustandsänderungen wiederum führen tendenziell zu schnellerer Alterung als geringe Ladezustandsänderungen. Entweder erreicht der Energiespeicher somit eher sein Lebensende und muss eher ausgetauscht werden, oder die Kapazität ist ä priori zu erhöhen, um die relative Ladezustandsänderung zu reduzieren. Beides führt zu einer Erhöhung der Investitionskosten. It has been found within the scope of the invention that sometimes considerable quantities of energy are monotonously fed in or out, as shown by an analysis of real frequency characteristics of the inventors. For a given storage capacity, this leads to a correspondingly high charge state change. In turn, large state of charge changes tend to cause faster aging than low state of charge changes. Either the energy store thus reaches its end of life rather than having to be replaced, or the capacity is to be increased a priori in order to reduce the relative state of charge change. Both lead to an increase in investment costs.
Zusätzlich erfordert eine konsequente Einhaltung der Leitlinien zur Präqualifizierung von Primärregeltechnologien die Bereithaltung entsprechender Leistungsreserven zu jedem beliebigen Betriebszeitpunkt und damit Ladungszustand des Energiespeichers. Diese Anforderung (in Deutschland aktuell: die vermarktete Primärregelleistung über eine Dauer von 15 min) führt dazu, dass zusätzlich eine entsprechende, Investitionskosten erhöhende Kapazität vorgehalten werden muss. Tatsächlich würde eine solche Reserve (statistisch bedingt) nur sehr selten genutzt werden. In addition, a consistent adherence to the guidelines for the prequalification of primary control technologies requires the availability of sufficient power reserves at any operating time and thus the state of charge of the energy storage. This requirement (currently in Germany: the marketed primary control power over a period of 15 minutes) means that in addition a corresponding, increase in investment costs capacity must be maintained. In fact, such a reserve would be used very rarely (statistically).
In Anbetracht des Standes der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein technisch verbessertes Verfahren zur Erbringung von Regelleistung zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes zur Verfügung zu stellen, das nicht mit den Nachteilen herkömmlicher Verfahren behaftet ist. In view of the prior art, it is therefore an object of the present invention to provide a technically improved method for providing control power for stabilizing an AC network, which does not involve the disadvantages of conventional methods.
Insbesondere sollte das Verfahren möglichst einfach und kostengünstig durchgeführt werden können. Insbesondere sollten die Anlagen, mit denen das Verfahren durchgeführt werden kann, in Bezug auf die bereitgestellte Regelleistung mit möglichst geringen Investitionen verbunden sein.
Hierbei soll es ermöglicht werden, Regelleistung bei einem hohen Wirkungsgrad der eingesetzten Komponenten bereitzustellen. In particular, the process should be as simple and inexpensive as possible. In particular, the installations with which the procedure can be carried out should be associated with the least possible investment in terms of the provision of control power. It should be possible to provide control power at a high efficiency of the components used.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Kapazität des Energiespeichers möglichst gering sein soll, um die erforderliche Regelleistung bereitzustellen. Another object of the invention is to be seen in that the capacity of the energy storage device should be as low as possible in order to provide the required control power.
Zudem wäre es auch vorteilhaft, wenn eine geringere Alterungsbelastung erreicht werden könnte. Ferner wäre auch die Bereitstellung der Primärregelleistung unter Vermeidung eines zwischenzeitlichen Ladens oder Entladens wünschenswert. Alternativ wäre anzustreben, dass zumindest die Zahl von Lade- oder Entladevorgängen, die zur Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit erforderlich reduziert wird. In addition, it would also be advantageous if a lower aging load could be achieved. Furthermore, the provision of primary control power while avoiding intermediate charging or discharging would also be desirable. Alternatively, it would be desirable to at least reduce the number of charging or discharging operations required to maintain operability.
Ferner ist es Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu finden, bei dem die beschriebenen Störungen des Stromnetzes und gleichzeitig Handelsvorgänge vermieden oder reduziert werden. Weiterhin sollte das Verfahren möglichst einfach und kostengünstig durchgeführt werden können. Furthermore, it is an object of the present invention to find a method in which the described disturbances of the power network and at the same time trading operations are avoided or reduced. Furthermore, the process should be as simple and inexpensive as possible.
Darüber hinaus sollen die Energieerzeuger und Energieverbraucher eine möglichst effiziente Energieausbeute als Regelleistungslieferanten aufweisen. In addition, the energy producers and energy consumers should have the most efficient possible energy yield as control power suppliers.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll außerdem dazu geeignet sein, die notwendige Regelleistung bei Bedarf möglichst schnell bereitstellen zu können. Weiterhin sollte das Verfahren mit möglichst wenigen Verfahrensschritten durchgeführt werden können, wobei dieselben einfach und reproduzierbar sein sollten. The inventive method should also be able to provide the necessary control power as needed as quickly as possible. Furthermore, the process should be able to be carried out with as few process steps as possible, whereby they should be simple and reproducible.
Weitere nicht explizit genannte Aufgaben ergeben sich aus dem Gesamtzusammenhang der nachfolgenden Beschreibung und der Ansprüche. Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch ein Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Zweckmäßige Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung
von Regelleistung für ein Stromnetz werden in den Unteransprüchen 2 bis 15 unter Schutz gestellt. Ferner haben Patentanspruch 16 und 17 eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens zum Gegenstand. Other tasks not explicitly mentioned emerge from the overall context of the following description and the claims. These are solved as well as other tasks that are not explicitly mentioned, but which are readily derivable or deducible from the contexts discussed in the introduction, by a method having all the features of patent claim 1. Expedient modifications of the method according to the invention for the provision of control power for a power supply are provided in the subclaims 2 to 15 under protection. Furthermore, claim 16 and 17 have an apparatus for performing such a method to the subject.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Erbringung von Regelleistung zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes, wobei das Wechselstromnetz bei einer variablen Sollfrequenz arbeitet, und das Wechselstromnetz mindestens einen dezentral geregelten Regelleistungslieferanten umfasst, der die Netzfrequenz auf eine Vorgabefrequenz regelt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorgabefrequenz an die Sollfrequenz angepasst wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es auf nicht vorhersehbare Weise, ein Verfahren zur Erbringung von Regelleistung zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes bereitzustellen, das nicht mit den Nachteilen herkömmlicher Verfahren behaftet ist. The subject of the present invention is accordingly a method for the provision of control power for stabilizing an AC network, wherein the AC mains operates at a variable setpoint frequency, and the AC mains comprises at least one decentralized regulated power supplier controlling the mains frequency to a default frequency, characterized in that the default frequency is adjusted to the nominal frequency. By means of the method according to the invention, it is possible in an unforeseeable manner to provide a method for the provision of control power for the stabilization of an AC network, which does not involve the disadvantages of conventional methods.
Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung, Regelleistung bei einem hohen Wirkungsgrad der eingesetzten Komponenten bereitzustellen. In particular, the present invention allows to provide control power with a high efficiency of the components used.
Weiterhin kann bei einer Verwendung von galvanischen Elementen, wie Akkumulatoren, die Kapazität des Energiespeichers sehr gering gehalten werden, um eine erforderliche Regelleistung bereitzustellen. Furthermore, with the use of galvanic elements, such as accumulators, the capacity of the energy storage can be kept very low in order to provide a required control power.
Ferner weisen die Energieerzeuger und Energieverbraucher eine sehr effiziente Energieausbeute als Regelleistungslieferanten auf. Furthermore, the energy producers and energy consumers have a very efficient energy yield as a control power suppliers.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem dazu geeignet, die notwendige Regelleistung sehr schnell bereitzustellen. The inventive method is also suitable to provide the necessary control power very quickly.
Insbesondere kann das Verfahren möglichst einfach und kostengünstig durchgeführt werden, da die für die volle Verfügbarkeit erforderliche Speicherkapazität verringert werden kann oder die Zahl der Lade- und Entladevorgänge, die zur Einstellung des Ladezustandes des Energiespeichers mit externen Energiequellen oder -senken vorgenommen werden müssen, verringert werden kann. Hierbei ist festzuhalten, dass der Energiespeicher über das Stromnetz durch Energiehandel Leistung
beziehen kann. Diese Leistung muss eingekauft und zu einem spezifischen Zeitpunkt abgerufen werden, da andernfalls eine Störung des Systems vorliegt. Die tatsächliche Netzfrequenz ist für diesen Vorgang unerheblich, da bei einer geplanten, gleichzeitigen Einspeisung und Entnahme einer Leistung die Frequenz des Stromnetzes nicht beeinflusst wird. Wichtig ist vielmehr, dass die Einspeisung und die Entnahme dieser Leistung möglichst synchron erfolgen. Bei einer konstanten Kapazität des Energiespeichers kann in Folge der verminderten Lade-/Entladezyklen die betriebliche Lebensdauer des Speichers vergrößert werden, wobei dies insbesondere für Akkumulatoren ein wichtiger Gesichtspunkt darstellt, der durch die vorliegende Erfindung überraschend verbessert werden kann. In particular, the method can be carried out as simply and inexpensively as the storage capacity required for full availability can be reduced or the number of charging and discharging, which must be made to adjust the state of charge of the energy storage with external energy sources or sinks are reduced can. It should be noted that the energy storage through the power network through energy trading performance can relate. This service must be purchased and recalled at a specific time, otherwise the system will malfunction. Actual grid frequency is insignificant for this process as it does not affect the frequency of the grid in the case of a planned, simultaneous feed-in and take-out of a power. Rather, it is important that the feed-in and the removal of this power take place as synchronously as possible. With a constant capacity of the energy storage, as a result of the reduced charging / discharging cycles, the operational life of the storage can be increased, this being an important consideration, in particular for accumulators, which can be surprisingly improved by the present invention.
Weiterhin können die Regelleistungslieferanten, insbesondere die Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher unabhängig von der Höhe und Richtung der Abweichung der Netzfrequenz gezielt eine ausreichende Menge an positiver oder negativer Regelleistung bereitstellen. Darüber hinaus kann das Verfahren mit sehr wenigen Verfahrensschritten durchgeführt werden, wobei dieselben einfach und reproduzierbar sind. Furthermore, the control power suppliers, in particular the energy producers and / or energy consumers, independently of the height and direction of the deviation of the network frequency, can purposefully provide a sufficient amount of positive or negative control power. Moreover, the process can be carried out with very few process steps, the same being simple and reproducible.
Das vorliegende Verfahren dient zur Bereitstellung von Regelleistung zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes. Wie in der Einleitung bereits dargelegt, verändert sich in einem Wechselstromnetz die Frequenz, falls das Gleichgewicht zwischen Energieverbrauch und Energiebereitstellung nicht eingehalten wird. The present method serves to provide control power for stabilizing an AC network. As already explained in the introduction, the frequency changes in an AC grid if the balance between energy consumption and energy supply is not maintained.
Die Regelenergie oder Regelleistung wird an das Stromnetz abgegeben (positive Regelenergie oder positive Regelleistung) oder aus dem Stromnetz aufgenommen (negative Regelenergie oder negative Regelleistung). Positive Regelleistung kann durch Energieeinspeisung, beispielsweise Energieeintrag eines Energiespeichers oder durch Zuschalten eines Kraftwerks, oder durch Drosselung eines Verbrauchers in das Netz zugeführt werden. Negative Regelleistung kann dem Netz durch Energieaufnahme eines Energiespeichers, Drosselung einer Energiequelle, beispielsweise eines Kraftwerks, oder durch Zuschalten eines Verbrauchers in das Netz eingespeist werden. Weitere wichtige Informationen hierzu finden sich im Stand der Technik, wobei insbesondere auf die in der Einleitung diskutierten Dokumente
Bezug genommen wird. In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass die Begriffe Regelleistung und Regelenergie für die Zwecke dieser Erfindung einen ähnlichen Bedeutungsgehalt aufweisen. The control energy or control power is delivered to the power grid (positive control energy or positive control power) or taken from the mains (negative control energy or negative control power). Positive control power can be supplied by energy supply, such as energy input of an energy storage or by connecting a power plant, or by throttling a consumer in the network. Negative control power may be supplied to the grid by absorbing energy from an energy store, throttling an energy source, such as a power plant, or by connecting a load to the grid. Further important information can be found in the prior art, with particular reference to the documents discussed in the introduction Reference is made. In this context, it should be noted that the terms control power and control power have similar meaning for purposes of this invention.
Üblich wird Regelleistung für eine bestimmte Nennleistung vom Anbieter dem Netzbetreiber zur Verfügung gestellt. Unter der Nennleistung ist vorliegend die Leistung zu verstehen, mit der die Regelleistungsquelle mindestens präqualifiziert ist, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Allerdings kann die Präqualifikationsleistung höher sein als die Nennleistung, die dem Netzbetreiber maximal zur Verfügung gestellt wird. Diese Nennleistung kann auch als kontrahierte Höchstleistung bezeichnet werden, da diese Leistung dem Netz maximal bereitgestellt wird. Normally, control power for a given nominal power is provided by the provider to the network operator. In this case, the nominal power is to be understood as meaning the power with which the control power source, which is operated by a method according to the invention, is at least prequalified. However, the prequalification performance may be higher than the nominal power provided to the network operator at maximum. This nominal power can also be referred to as contracted maximum power, as this power is provided to the grid at maximum.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes. Wechselstromnetze zeichnen sich durch eine Änderung der Polung des elektrischen Stromes aus, wobei sich positive und negative Augenblickswerte so ergänzen, dass der Strom im zeitlichen Mittel null ist. Diese Netze werden im Allgemeinen zur Übertragung von elektrischer Energie eingesetzt. The method according to the invention serves to stabilize an AC network. AC grids are characterized by a change in the polarity of the electrical current, with positive and negative instantaneous values complementing each other so that the current is zero on average over time. These networks are generally used for the transmission of electrical energy.
Üblich werden die Wechselstromnetze mit einer Sollfrequenz betrieben, die gegenwärtig in Europa, insbesondere in Deutschland, bei 50,000 Hz liegt. Im nordamerikanischen Raum beträgt die Sollfrequenz hingegen 60,000 Hz. Wie bereits zuvor dargelegt, ist diese Sollfrequenz gegenwärtig nicht fixiert, sondern wird geringfügig variiert, um die sogenannte Netzzeit, die unter anderem als Zeitgeber für Uhren dient, an die koordinierte Weltzeit anzupassen. Folglich arbeitet ein derartiges Wechselstromnetz bei einer variablen Sollfrequenz. Gemäß den in Europa derzeit gültigen Normen wird bei einer Abweichung von ± 20 Sekunden zwischen der Netzzeit und der Weltzeit die Sollfrequenz, je nach Abweichung der Netzzeit um 10 mHz abgesenkt oder erhöht, so dass die Sollfrequenz derzeit Werte von 49,990 Hz, 50,000 Hz oder 50,010 Hz einnehmen kann. Diese Anpassung wird zentral vom Netzbetreiber vorgenommen und beim Einsatz von Sekundärregelleistung (SRL) und Minutenreserveleistung (MRL) berücksichtigt.
In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass die Einstellung der Sollfrequenz beim Einsatz von Sekundärregelleistung oder Minutenreserveleistung nicht zwingend einer Messung der Netzfrequenz bei den Regelleistungsquellen bedarf und durch diese selbst vorgenommen werden muss. Gegenwärtig wird beispielsweise die Leistungsbilanz herangezogen, um den Einsatz der genannten Leistungserbringer zu steuern. So wird die Primärleistung solidarisch im gesamten Europäischen Netzverbund erbracht, wohingegen die Sekundärregelleistung und die Minutenreserveleistung jeweils für Teile des Netzes vom zuständigen Netzbetreiber angefordert werden. Demgemäß wird die Übertragung von Leistung zwischen den verschiedenen Netzen des Europäischen Verbundnetzes sowie eine Abweichung zwischen prognostizierten und tatsächlichen Werten für Erzeugung und Verbrauch bestimmt und zur Anforderung der Sekundärregelleistung und/oder der Minutenreserveleistung herangezogen. Zuvor erfolgt im Allgemeinen eine Korrektur der Bilanz hinsichtlich der im betrachteten Zeitpunkt erbrachten Primärregelleistung. Die zu korrigierende Leistungshöhe wird auf Basis der Abweichung der Netzfrequenz zum aktuellen Sollwert ermittelt. Diese Regelung bedingt eine Einstellung der Sollfrequenz des Netzes durch den Netzbetreiber. Usually, the AC grids are operated at a nominal frequency that is currently in Europe, especially in Germany, at 50,000 Hz. In contrast, in North America the nominal frequency is 60,000 Hz. As stated earlier, this nominal frequency is currently not fixed, but is slightly varied in order to adapt the so-called network time, which inter alia serves as a clock timer, to the coordinated world time. Consequently, such an alternating current network operates at a variable nominal frequency. According to current standards in Europe, with a deviation of ± 20 seconds between mains time and world time, the setpoint frequency is lowered or increased by 10 mHz, depending on the grid time deviation, so that the setpoint frequency is currently 49,990 Hz, 50,000 Hz or 50,010 Hz can take. This adjustment is made centrally by the grid operator and taken into account when using secondary control power (SRL) and minute reserve power (MRL). In this context, it should be noted that the setting of the setpoint frequency when using secondary control power or minute reserve power does not necessarily require a measurement of the mains frequency in the control power sources and must be made by the latter itself. At present, for example, the current account is used to control the use of the named service providers. Thus, the primary service is provided in solidarity throughout the European network, whereas the secondary control power and the minute reserve power are each requested for parts of the network by the responsible network operator. Accordingly, the transmission of power between the different networks of the European interconnected network and a deviation between forecast and actual values for generation and consumption is determined and used to request the secondary control power and / or the minute reserve power. Previously, there is generally a correction of the balance sheet with regard to the primary control power provided at the time in question. The power level to be corrected is determined on the basis of the deviation of the mains frequency from the current setpoint. This regulation requires an adjustment of the nominal frequency of the network by the network operator.
Die zuvor dargelegten Daten hinsichtlich der Sollfrequenzen und der Daten zur Anpassung der Netzzeit an die Weltzeit dienen lediglich zur Erläuterung, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt werden soll. Gegebenenfalls können diese Werte abweichen. The data set forth above with regard to the reference frequencies and the data for adapting the network time to the world time are merely illustrative, without the invention being restricted thereto. If necessary, these values may differ.
Weiterhin wird die Netzfrequenz von dezentral geregelten Regelleistungslieferanten auf eine Vorgabefrequenz geregelt. Hierbei werden vom Netzbetreiber üblich Frequenzbereiche um diese Vorgabefrequenz definiert, außerhalb derer positive oder negative Regelleistung erbracht werden muss. Hierbei sind diese Frequenzbereiche insbesondere für die Erbringer von Primärregelleistung von Relevanz, da Primärregelleistung im Allgemeinen dezentral vom Anbieter der Primärregelleistung gesteuert wird. Genaue Angaben hierzu finden sich in europäischen Normen (Handbook), die zum Betreiben des europäischen Verbundsystems UCTE (Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity)
erarbeitet wurden und in nationalen Richtlinien (z.B. Transmission Code für Deutschland) umgesetzt werden. Furthermore, the network frequency of decentralized regulated power supplier is regulated to a default frequency. In this case, the network operator usually defines frequency ranges around this predefined frequency beyond which positive or negative control power must be provided. In this case, these frequency ranges are of relevance, in particular for providers of primary control power, since primary control power is generally controlled in a decentralized manner by the provider of the primary control power. Exact details can be found in European standards (Handbook), which are used to operate the European network system UCTE (Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity). were developed and implemented in national guidelines (eg Transmission Code for Germany).
Gegenwärtig gibt es für die Quellen zur Bereitstellung von Primärregelleistung zwei Toleranzen, die hinsichtlich der Frequenzabweichungen relevant sind. Zum einen ist dies die Frequenzmessgenauigkeit. Diese darf maximal +/- 10 mHz betragen. Zudem gibt es einen sogenannten Unempfindlichkeitsbereich von maximal +/- 10 mHz, der den Primärregelleistung erbringenden Quellen zugestanden wird. Um ein Agieren der Regelleistungsquellen entgegen der erwünschten Richtung in jedem Fall zu vermeiden, haben die Übertragungsnetzbetreiber in Deutschland in ihren Rahmenverträgen beispielsweise ein Band von +/- 10 mHz um den Sollwert von 50 Hz festgelegt, in dem keine Primärregelleistung zu erbringen ist. Selbst bei maximaler Frequenzmessgenauigkeit von + 10 mHz oder - 10 mHz ist so ein Erbringen von Regelleistung entgegen der erwünschten Richtung ausgeschlossen. Außerhalb dieser Grenzen muss gemäß den Vertragsbedingungen Regelleistung bereitgestellt werden. At present, there are two tolerances for sources of primary control power that are relevant to frequency deviations. First, this is the frequency measurement accuracy. This must not exceed +/- 10 mHz. In addition, there is a so-called insensitivity range of a maximum of +/- 10 mHz, which is granted to the primary control power sources. In order to avoid operating the control power sources in any case contrary to the desired direction, the transmission system operators in Germany have specified in their framework contracts, for example, a band of +/- 10 mHz around the setpoint of 50 Hz, in which no primary control power is to be provided. Even at maximum frequency accuracy of + 10 mHz or - 10 mHz, the provision of control power against the desired direction is excluded. Outside these limits, reserve power must be provided in accordance with the terms of the contract.
Bei einer Änderung der Sollfrequenz zur Anpassung der Netzzeit an die Weltzeit, kann es jedoch dazu kommen, dass dezentral gesteuerte Regelleistungslieferanten entgegen der erwünschten Richtung zur Anpassung der Netzzeit agieren und damit die Dauer verlängern, die zur Anpassung der Netzzeit an die Weltzeit erforderlich ist, obwohl die betreffende Regelleistungserbringung zur Stabilisierung des Netzes noch nicht geboten ist. Eilt beispielsweise die Netzzeit der Weltzeit um mehr als 20 Sekunden voraus, ist insgesamt eine Reduzierung der Frequenz erforderlich, um eine Anpassung zu erzielen. Dazu wird der Sollwert auf 49,990 Hz eingestellt. Beträgt die aktuelle Frequenz beispielsweise 49,985 Hz, so erbringt ein dezentral gesteuerter Regelleistungserbringer gemäß der Abweichung gegenüber der Standard-Sollfrequenz (50,000 Hz) eine positive Regelleistung, da die Abweichung mehr als 10 mHz beträgt. Diese positive Regelleistung führt tendenziell zur Erhöhung der Frequenz und damit Beschleunigung der Netzzeit. Auf Basis des neuen Sollwerts und unter Berücksichtigung des Frequenzbands von +/- 10 mHz wäre aber noch kein Anlass zur Erbringung von positiver Regelleistung gegeben (Abweichung gegenüber dem neuen Sollwert kleiner 10 mHz), die Frequenz würde durch Erbringung von
Regelleistung nicht tendenziell angehoben werden und damit die Anpassung der Netzzeit an die Weltzeit schneller erfolgen. However, changing the set frequency to match the mains time to world time may cause decentralized control power suppliers to act against the desired direction to adjust the grid time, thereby extending the time required to adjust the grid time to world time, though the relevant provision of the standard power to stabilize the network is not yet required. For example, if the world time's network time is more than 20 seconds ahead, an overall reduction in frequency is required to achieve an adjustment. The setpoint is set to 49.990 Hz for this purpose. For example, if the current frequency is 49.985 Hz, a decentralized control power generator will provide a positive control power according to the deviation from the standard target frequency (50,000 Hz) since the deviation is more than 10 mHz. This positive control power tends to increase the frequency and thus speed up the grid time. On the basis of the new setpoint and taking into account the frequency band of +/- 10 mHz, however, there would still be no reason for the provision of positive control power (deviation from the new setpoint below 10 mHz), the frequency would be exceeded by providing Control power does not tend to be raised and thus adapt the grid time to the world time faster.
Die Frequenz, auf die dezentral gesteuerte Regelleistungslieferanten regeln, vorzugsweise Primärregelleistungserbringer, wird vorliegend Vorgabefrequenz genannt, um dieselbe von der zuvor näher erläuterten Sollfrequenz zu unterscheiden. Diese Vorgabefrequenz wurde bisher konstant gehalten, wobei dieser Wert in Europa gegenwärtig bei 50,000 Hz liegt. Da gemäß der vorliegenden Erfindung die dezentral gesteuerten Regelleistungslieferanten nunmehr eine auf die variable Sollfrequenz angepasste Vorgabefrequenz anwenden können, wird zur Unterscheidung der Begriff „übliche Vorgabefrequenz" verwendet, um den Standardwert der Frequenz darzulegen, mit dem das Wechselstromnetz arbeitet. Demgemäß entspricht die übliche Vorgabefrequenz der Standardsollfrequenz. Bei einer gewollten, gezielten Beeinflussung des Verlaufs der Netzfrequenz, um beispielsweise die Netzzeit an die koordinierte Weltzeit anzupassen, wird die Standardsollfrequenz variiert. The frequency to which decentralized control power suppliers regulate, preferably primary control power generators, is referred to here as the default frequency in order to distinguish it from the nominal frequency explained in more detail above. This default frequency has been kept constant, with this value currently around 50,000 Hz in Europe. According to the present invention, since the decentralized control power suppliers can now apply a default frequency adapted to the variable set frequency, the term "common default frequency" is used to distinguish the standard value of the frequency with which the AC power network operates For a deliberate, targeted influencing of the course of the network frequency, for example, to adapt the network time to the coordinated world time, the standard target frequency is varied.
Im Allgemeinen wird ein Totband um die Vorgabefrequenz vorgegeben, welches zur vertragsgemäßen Erbringung von Regelleistung benötigt wird, wie dies zuvor dargelegt wurde. In general, a dead band is set by the default frequency required for the contractual provision of control power, as stated above.
In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass für die Erfindung weniger die Art der Regelleistung wesentlich ist, sondern vielmehr die zentrale oder dezentrale Steuerung derselben. Dabei sollen die Begriffe dezentral und zentral verdeutlichen, dass die Regelung auf zwei prinzipiell verschiedene Arten erfolgt, wobei im einen Fall im Allgemeinen der Betreiber des jeweiligen Netzes oder eine entsprechende Instanz für die Aktivierung eines Teils der Regelleistungserbringung zuständig ist. Dagegen wird die Regelung eines weiteren Teils der Regelleistungserbringung von einer oder mehreren weiteren Instanzen, beispielsweise einem oder mehreren Erbringern von Primärregelleistung, jedenfalls unabhängig vom Netzbetreiber, gesteuert. Hierbei kann eine Instanz ein oder mehrere Primärregelleistungsquellen steuern, die beispielsweise einen Verbund bilden können.
Gemäß einer bevorzugten Variante kann der bei der Vorgabefrequenz arbeitende Regelleistungslieferant Primärregelleistung bereitstellen. Zur zentralen Steuerung der Sollfrequenz kann das Wechselstromnetz mindestens einen Lieferanten für Sekundärregelleistung und/oder Minutenreserveleistung umfassen, wobei die Aktivierung des Lieferanten für Sekundärregelleistung und/oder Minutenreserveleistung unter Berücksichtigung der variablen Sollfrequenz erfolgt. In this context, it should be noted that less the type of control power is essential to the invention, but rather the centralized or decentralized control thereof. The terms decentralized and centralized should clarify that the regulation takes place in two fundamentally different ways, whereby in one case, in general, the operator of the respective network or a corresponding entity is responsible for activating part of the provision of control power. By contrast, the regulation of a further part of the control power supply is controlled by one or more further entities, for example one or more providers of primary control power, in any case independently of the grid operator. In this case, an instance can control one or more primary control power sources, which can, for example, form a network. According to a preferred variant, the control power supplier operating at the default frequency can provide primary control power. For centralized control of the setpoint frequency, the AC network can include at least one supplier for secondary control power and / or minute reserve power, wherein the activation of the supplier for secondary control power and / or minute reserve power taking into account the variable target frequency.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass eine Anpassung der Vorgabefrequenz, auf die ein dezentral geregelter Regelleistungslieferant die Netzfrequenz regelt, an die Sollfrequenz, mit der das Wechselstromnetz betrieben wird, zu unerwarteten Verbesserungen, insbesondere bei einem Betrieb von Energiespeichern, führt. The invention is based on the surprising finding that an adaptation of the default frequency to which a decentralized regulated power supplier regulates the grid frequency to the nominal frequency with which the AC grid is operated leads to unexpected improvements, in particular during operation of energy stores.
So kann überraschend die Zahl der Lade-/Entladezyklen beim Betrieb zur erforderlichen Anpassung des Ladezustands verringert und/oder die erforderliche Kapazität von Energiespeichern minimiert werden, wobei eine geringere Alterungsbelastung erreicht werden kann. Hierzu ist festzuhalten, dass bei einer Anpassung der Vorgabefrequenz an die aktuelle Sollfrequenz ein Agieren entgegen der erwünschten Richtung der Anpassung der Netzzeit an die Weltzeit ausgeschlossen ist. Thus, surprisingly, the number of charging / discharging cycles during operation for the required adaptation of the state of charge can be reduced and / or the required capacity of energy stores can be minimized, whereby a lower aging load can be achieved. For this purpose, it should be noted that when the default frequency is adapted to the current setpoint frequency, an action contrary to the desired direction of adaptation of the network time to the world time is excluded.
Die Anpassung der Vorgabefrequenz kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dadurch erfolgen, dass die Sollfrequenz an den dezentral gesteuerten Regelleistungslieferanten übermittelt wird. Hierbei kann der Netzbetreiber diese Daten aktiv an den Regelleistungslieferanten senden. Alternativ kann die Sollfrequenz des Wechselstromnetzes durch die Steuerung des dezentral gesteuerten Regelleistungserbringers abgefragt werden. Gegebenenfalls können beide Verfahren koordiniert angewandt werden, um eine höhere Zuverlässigkeit sicherzustellen. Hierzu kann die Sollfrequenz beispielsweise durch Nachrichtentechnik an den Regelleistungslieferanten übermittelt werden, wobei dies auch automatisch, beispielsweise unter Verwendung von Computern und entsprechender Datenübertragung, beispielsweise über das Internet, erfolgen kann.
Die Übermittlung der Sollfrequenz sollte möglichst zeitnah erfolgen, so dass die vom Netzbetreiber aktuell vorgegebene Sollfrequenz bei der Anpassung hierauf durch den dezentral gesteuerten Regelleistungslieferanten verwendet werden kann. Hierbei ist festzuhalten, dass gegenwärtig die Planung über eine mögliche Anpassung der Netzzeit an die koordinierte Weltzeit mehrere Stunden vor der eigentlichen Umstellung erfolgt und dann für den Mindestzeitraum von 24 Stunden gilt. Demgemäß bedeutet der Begriff „zeitnah", dass dem dezentral gesteuerten Regelleistungslieferanten die notwendigen Informationen über die Dauer und den Zeitpunkt der Umstellung der Standardsollfrequenz auf eine davon abweichende Sollfrequenz so rechtzeitig mitgeteilt wird, dass diese Information bei der Einstellung der Vorgabefrequenz berücksichtigt werden kann. Vorzugsweise wird dem Regelleistungslieferanten die notwendigen Informationen mindestens 15 Minuten, besonders bevorzugt mindestens 1 Stunde, speziell bevorzugt mindestens 6 Stunden vor der eigentlichen Umstellung mitgeteilt. Zu den notwendigen Informationen zählen beispielsweise die Höhe der Änderung des Frequenz-Sollwerts, der Zeitpunkt und die Dauer der Umstellung der Sollfrequenz. The adjustment of the default frequency can be carried out according to a preferred embodiment, that the target frequency is transmitted to the decentralized control power supplier. In this case, the network operator can actively send this data to the control power supplier. Alternatively, the nominal frequency of the AC network can be queried by the control of the decentralized control power provider. Optionally, both methods can be used in a coordinated fashion to ensure greater reliability. For this purpose, the target frequency can be transmitted, for example, by telecommunications to the control power suppliers, and this can also be done automatically, for example, using computers and corresponding data transmission, for example via the Internet. The transmission of the nominal frequency should take place as soon as possible, so that the setpoint frequency currently set by the network operator can be used in the adaptation thereto by the decentrally controlled control power supplier. It should be noted that currently planning for a possible adjustment of the network time to the coordinated world time takes place several hours before the actual changeover and then applies for the minimum period of 24 hours. Accordingly, the term "near real-time" means that the decentralized control power supplier the necessary information about the duration and the time of switching the standard target frequency to a deviating target frequency is notified in sufficient time that this information can be taken into account when setting the default frequency The necessary information is communicated to the control power supplier for at least 15 minutes, particularly preferably at least 1 hour, especially preferably at least 6 hours before the actual changeover. The necessary information includes, for example, the level of the change of the frequency setpoint, the time and the duration of the changeover of the setpoint frequency ,
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass im Fall von Übertragungsfehlern, beispielsweise einem Ausfall der Datenübermittlung, die Primärregelleistungsquellen standardmäßig auf die übliche Vorgabefrequenz regeln, also wie bisher. In a preferred embodiment it can be provided that, in the case of transmission errors, for example a failure of the data transmission, the primary control power sources default to the usual default frequency, that is, as before.
Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Abweichung zwischen Sollfrequenz und Vorgabefrequenz durch eine dauerhafte Frequenzabweichung der Netzfrequenz außerhalb eines Frequenzbandes über einen festgelegten Zeitraum festgestellt wird. Furthermore, it can be provided that a deviation between the nominal frequency and the preset frequency is determined by a permanent frequency deviation of the network frequency outside a frequency band over a defined period of time.
Die Bandbreite des Frequenzbandes, welches zur Beurteilung einer dauerhaften Frequenzabweichung herangezogen wird, ist für die vorliegende Erfindung nicht kritisch und kann demgemäß an die Vorgaben der Netzbetreiber angepasst werden. Hierbei kann sich das erfindungsgemäß zur Festlegung einer Abweichung zwischen Sollfrequenz und Vorgabefrequenz eingesetzte Frequenzband von dem Frequenzbereich unterscheiden, welches dazu dient, die Erbringung von Regelleistung gemäß den Standardvorgaben zu beschreiben. So wird im Weiteren
der Begriff Totband dazu verwendet, die Erbringung einer Regelleistung gemäß den Standardvorgaben darzulegen, wohingegen der Begriff Frequenzband einen Bereich von Frequenzen beschreibt, der dazu dient festzulegen, ob eine Abweichung zwischen Sollfrequenz und Vorgabefrequenz vorliegt, wie dies nachfolgend beschrieben ist. The bandwidth of the frequency band, which is used to assess a permanent frequency deviation is not critical to the present invention and can be adapted accordingly to the requirements of the network operator. In this case, the frequency band used according to the invention for determining a deviation between the nominal frequency and the preset frequency may differ from the frequency range which serves to describe the provision of control power in accordance with the standard specifications. So will be in the following the term deadband is used to demonstrate the provision of a control power according to the standard specifications, whereas the term frequency band describes a range of frequencies used to determine whether there is a deviation between desired frequency and default frequency, as described below.
Hierbei kann das Frequenzband, welches um die Vorgabefrequenz definiert ist, dem Totband entsprechen, es kann alternativ größer als das Totband sein. Gemäß einer bevorzugten Alternative kann das Totband größer sein als das Frequenzband. In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass die Primärregelleistungserbringer im Allgemeinen auf eine fixierte Vorgabefrequenz regeln, während die Sekundärregelleistungserbringer bei einer Anpassung der Netzzeit auf die koordinierte Weltzeit auf eine Sollfrequenz regeln, die sich um ± 10 mHz von der Vorgabefrequenz unterscheidet. Hierbei ist zu bedenken, dass mindestens ein Teil der Primärregelleistungserbringer Regelleistung entgegen der Regelung durch die Sekundärregelleistungserbringer erbringen kann. Demgemäß wird die durchschnittliche Netzfrequenz im Allgemeinen weniger von der Vorgabefrequenz abweichen als die Sollfrequenz, falls keine unerwarteten Störungen des Netzes auftreten. In this case, the frequency band which is defined by the predefined frequency can correspond to the dead band; it can alternatively be larger than the dead band. According to a preferred alternative, the deadband may be larger than the frequency band. In this context, it should be noted that the primary control power generators generally control to a fixed default frequency, while the secondary control power providers, when adjusting the mains time to the coordinated world time, control to a target frequency that differs by ± 10 mHz from the default frequency. It should be remembered that at least a portion of the primary control power provider can provide control power against the control by the secondary control power provider. Accordingly, the average network frequency will generally deviate less from the default frequency than the target frequency if no unexpected network disturbances occur.
Vorzugsweise kann das Frequenzband beispielsweise eine Breite von höchstens 18 mHz, bevorzugt höchstens 16 mHz, besonders bevorzugt höchstens 14 mHz und speziell bevorzugt höchstens 12 mHz aufweisen. Hieraus ergeben sich Frequenzbänder, die beispielsweise in Europa vorzugsweise im Bereich von 49,991 Hz bis 50,009 Hz, bevorzugt m Bereich von 49,992 Hz bis 50,008 Hz, besonders bevorzugt m Bereich von 49,993 Hz bis 50,007 Hz und speziell bevorzugt m Bereich von 49,994 Hz bis 50,006 Hz liegen. For example, the frequency band may preferably have a width of at most 18 MHz, preferably at most 16 MHz, particularly preferably at most 14 MHz and especially preferably at most 12 MHz. This results in frequency bands which, for example, in Europe preferably in the range from 49.991 Hz to 50.009 Hz, preferably m range from 49.992 Hz to 50.008 Hz, more preferably m range from 49.993 Hz to 50.007 Hz and especially preferably m range from 49.994 Hz to 50.006 Hz lie.
Je nach Variation der Standardsollfrequenz kann dieses Frequenzband auch größer sein als das Totband. Falls beispielsweise das Totband enger als die zuvor dargelegten Werte definiert wird, jedoch die oben dargelegten Werte zur Angleichung der Netzzeit an die koordinierte Weltzeit beibehalten werden, kann es zweckmäßig sein, das Frequenzband breiter zu wählen. Hierbei ist festzuhalten, dass die zuvor
dargelegten Werte zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, ohne dass hierauf eine Beschränkung erfolgen soll. Wesentlich ist daher weniger das Totband, sondern vielmehr die Variationsbreite der Sollfrequenz. Depending on the variation of the standard target frequency, this frequency band may also be larger than the deadband. For example, if the deadband is defined to be narrower than the values set forth above, but the values set forth above for equalizing the network time to the coordinated world time are preserved, it may be desirable to choose the frequency band broader. It should be noted that the previously described values for explaining the present invention, without being limited thereto. Much less is therefore the deadband, but rather the range of variation of the nominal frequency.
Vorzugsweise kann zur Bestimmung der Netzfrequenz, insbesondere der mittleren Netzfrequenz eine Einheit mit einer hohen Messgenauigkeit eingesetzt werden. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Frequenzabweichung mit einer Ungenauigkeit von maximal ± 8 mHz, besonders bevorzugt von maximal ± 4 mHz, ganz besonders bevorzugt von maximal ± 2 mHz, speziell bevorzugt von maximal ± 1 mHz gemessen wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einer dauerhaften Frequenzabweichung außerhalb des Frequenzbandes über einen festgelegten Zeitraum eine Anpassung der Vorgabefrequenz an die Sollfrequenz vorgenommen werden. Demgemäß wird überprüft, ob die Netzfrequenz dauerhaft außerhalb des um die Vorgabefrequenz definierten Frequenzbandes liegt. Bei einer dauerhaften Abweichung der Netzfrequenz über einen festgelegten Zeitraum kann eine Anpassung der Vorgabefrequenz an die Sollfrequenz vorgenommen werden. Preferably, a unit with a high measuring accuracy can be used to determine the network frequency, in particular the average network frequency. A particularly preferred embodiment of the invention may provide that the frequency deviation is measured with an inaccuracy of a maximum of ± 8 mHz, more preferably of a maximum of ± 4 mHz, most preferably of a maximum of ± 2 mHz, even more preferably of a maximum of ± 1 mHz. According to the present invention, with a permanent frequency deviation outside the frequency band over a fixed period of time, an adaptation of the default frequency to the nominal frequency can be undertaken. Accordingly, it is checked whether the network frequency is permanently outside the frequency band defined by the default frequency. In the event of a permanent deviation of the mains frequency over a defined period of time, it is possible to adapt the default frequency to the nominal frequency.
Der festgelegte Zeitraum richtet sich nach den Erfordernissen des Netzbetreibers und kann demgemäß variabel sein. Gemäß den gegenwärtig in Europa gültigen Regularien muss eine Primärregelleistungsquelle die Primärregelleistung mindestens für einen Zeitraum von 15 Minuten erbringen können. In Amerika gelten andere Regelungen, wobei die vorliegende Erfindung grundsätzlich nicht auf eine bestimmte Region oder ein bestimmtes Regelwerk eingeschränkt werden soll. Vorteilhaft kann der festgelegte Zeitraum beispielsweise im Bereich von 0 Minuten bis 24 Stunden, bevorzugt 1 Minute bis 8 Stunden, vorzugsweise 2 Minuten bis 1 Stunde und besonders bevorzugt 5 Minuten bis 30 Minuten liegen. The specified period of time depends on the requirements of the network operator and can accordingly be variable. According to the regulations currently in force in Europe, a primary balancing power source must be able to provide the primary balancing power for a minimum of 15 minutes. In America, other rules apply, and the present invention should not be limited to a particular region or a specific set of rules. Advantageously, the specified period may for example be in the range of 0 minutes to 24 hours, preferably 1 minute to 8 hours, preferably 2 minutes to 1 hour and more preferably 5 minutes to 30 minutes.
Eine dauerhafte Frequenzabweichung außerhalb des Frequenzbandes ist gegeben, falls über den zuvor dargelegten festgelegten Zeitraum die Netzfrequenz zumindest zu 60 %, vorzugsweise mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 90 %, speziell bevorzugt mindestens 95 % und besonders bevorzugt mindestens 99 % einseitig oberhalb oder unterhalb des Frequenzbandes liegt. Gemäß einer besonders
bevorzugten Ausgestaltung bedeutet eine dauerhafte Frequenzabweichung außerhalb des Frequenzbandes, dass die Frequenz über den gesamten Zeitraum außerhalb des Frequenzbandes liegt. A permanent frequency deviation outside the frequency band is given if, over the predetermined period of time set out above, the network frequency is at least 60%, preferably at least 80%, preferably at least 90%, especially preferably at least 95% and particularly preferably at least 99% on one side above or below the frequency band lies. According to a special preferred embodiment means a permanent frequency deviation outside the frequency band, that the frequency is outside the frequency band over the entire period.
Falls eine dauerhafte Frequenzabweichung außerhalb des Frequenzbandes über einen festgelegten Zeitraum vorliegt, kann nach diesem festgelegten Zeitraum eine Änderung der Vorgabefrequenz des Energiespeichers auf eine variable Regelfrequenz, insbesondere eine variable Sollfrequenz erfolgen. Hierbei kann auf eine zuvor festgelegte Frequenz geregelt werden, die, je nach Abweichung, oberhalb oder unterhalb des vorgegebenen Frequenzbandes liegen kann. Beispielsweise kann bei einem Eintreten der zuvor definierten Voraussetzungen eine Regelfrequenz festgelegt werden, die beispielsweise um 5 mHz, 8 mHz, 10 mHz höher oder tiefer liegt als die übliche Vorgabefrequenz, je nach Art der zuvor festgestellten dauerhaften Abweichung der Netzfrequenz. Vorzugsweise kann auf eine angenommene variable Sollfrequenz geregelt werden, die gegenwärtig in Europa bei 49,990 Hz oder 50,000 Hz oder 50,010 Hz liegt, wobei diese Werte gegebenenfalls angepasst werden können. If there is a permanent frequency deviation outside the frequency band over a specified period of time, a change in the preset frequency of the energy store to a variable control frequency, in particular a variable nominal frequency, can take place after this specified period of time. In this case, it is possible to control to a previously defined frequency which, depending on the deviation, can be above or below the predetermined frequency band. For example, when one of the previously defined conditions, a control frequency can be set, for example, by 5 mHz, 8 mHz, 10 mHz higher or lower than the usual default frequency, depending on the type of previously determined permanent deviation of the mains frequency. Preferably, it is possible to control to an assumed variable target frequency currently in Europe at 49.990 Hz or 50.000 Hz or 50.010 Hz, which values may be adjusted if necessary.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann über eine gleitende Mittelwertbildung der Netzfrequenz bestimmt werden, ob eine Anpassung der Vorgabefrequenz an eine variable Sollfrequenz erfolgen kann. Geleitende Mittelwertbildung bedeutet, dass nicht sämtliche Datenpunkte zur Berechnung des Mittelwerts herangezogen werden, sondern lediglich ein Teil derselben. Vorzugsweise werden zur Berechnung des gleitenden Mittelwerts die Daten berücksichtigt, die über einen Zeitraum bestimmt wurden, der höchstens dem dreifachen, vorzugsweise höchstens dem doppelten des zuvor definierten festgelegten Zeitraums entspricht. Es kann sich insbesondere auch nur um einen Teil des zuvor definierten festgelegten Zeitraums handeln. Beispielsweise kann der Zeitraum, über den die Werte zur Bestimmung des geleitenden Mittelwerts, gesammelt werden, im Bereich von 3 Minuten bis 2 Stunden, vorzugsweise 5 Minuten bis 1 Stunde und besonders bevorzugt 10 Minuten bis 30 Minuten liegen.
Hierbei können die Mittelwerte auf verschiedenste Weisen gebildet werden, wie beispielsweise eine einfache Verschiebung, ohne Gewichtung der Daten (simple moving average (SMA)). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ein gewichteter gleitender Mittelwert (weighted moving average (WMA)), bei dem die jüngeren Daten vorzugsweise ein höheres Gewicht aufweisen als die älteren, zur Bestimmung der variablen Frequenz eingesetzt werden. Hierbei kann eine einfache Gewichtung vorgenommen werden oder eine exponentielle Glättung durchgeführt werden. Die Anzahl der Datenpunkte hängt hierbei von der Häufigkeit der Frequenzmessung ab, wobei zur Reduktion des Speicherplatzes auch die Mittelwerte der Daten eingesetzt werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung werden innerhalb eines Zeitraums von 1 Minute mindestens 10 Datenpunkte gebildet, die zur Bestimmung des Mittelwertes eingesetzt werden können. According to a preferred embodiment, it is possible to determine via a moving average of the network frequency whether an adaptation of the default frequency to a variable nominal frequency can take place. Guiding averaging means that not all data points are used to calculate the mean, but only part of it. Preferably, the moving average is calculated by taking into account the data determined over a period not exceeding three times, preferably not more than twice that of the previously defined period. In particular, it may also only be part of the defined period of time defined above. For example, the time period over which the values for determining the conducting average are collected may be in the range of 3 minutes to 2 hours, preferably 5 minutes to 1 hour and more preferably 10 minutes to 30 minutes. Here, the mean values can be formed in a variety of ways, such as a simple shift, without weighting the data (simple moving average (SMA)). According to a preferred embodiment, a weighted moving average (WMA) in which the younger data is preferably of a higher weight than the older one may be used to determine the variable frequency. Here, a simple weighting can be done or an exponential smoothing can be performed. The number of data points depends on the frequency of the frequency measurement, whereby the average values of the data can be used to reduce the memory space. According to a preferred embodiment, within a period of 1 minute at least 10 data points are formed, which can be used to determine the mean value.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Anpassung der Vorgabefrequenz, auf die hin vorzugsweise eine Primärregelleistungsquelle arbeitet, auf eine Sollfrequenz, die vorzugsweise bei der Aktivierung einer Sekundärregelleistungsquelle oder einer Quelle für eine Minutenreserveleistung zu Grunde gelegt wird, nicht zwingend, sondern optional. According to a preferred embodiment, an adjustment of the default frequency, preferably operating on a primary control power source to a target frequency, which is preferably used in the activation of a secondary control power source or a source for a minute reserve power, not mandatory, but optional.
Gemäß dieser Ausführungsform kann überprüft werden, ob eine Änderung der Regelleistungserbringung auf eine variable Sollfrequenz zu einer Optimierung des Ladezustandes führt. In diesem Zusammenhang kann bei einem entsprechenden Ladezustand auch eine Standardregelung beibehalten werden, gemäß der Regelleistung bei einer Abweichung von der Vorgabefrequenz erbracht wird, obwohl eine Änderung auf eine variable Sollfrequenz möglich wäre. Hierbei kann innerhalb eines Zeitraums, für den die variable Sollfrequenz von einem Standardwert auf einen hiervon abweichenden Wert geändert wird, eine mehrfache Anpassung der Vorgabefrequenz vom ursprünglichen Wert auf einen variablen Sollwert vorgenommen werden, wenn während dieses Zeitraums die Anpassung der Vorgabefrequenzzeitweise rückgängig gemacht wurde. According to this embodiment, it can be checked whether a change in the control power supply to a variable setpoint frequency leads to an optimization of the state of charge. In this context, in a corresponding state of charge and a standard control can be maintained, according to the control power is provided at a deviation from the default frequency, although a change to a variable target frequency would be possible. In this case, within a period for which the variable setpoint frequency is changed from a default value to a value deviating therefrom, a multiple adjustment of the default frequency from the original value to a variable setpoint can be made if the adjustment of the default frequency was temporarily canceled during this period.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Anpassung der Vorgabefrequenz vom ursprünglichen Wert auf einen veränderten Sollwert wiederholt
vorgenomnnen und auch wieder rückgängig gemacht werden, obwohl der Sollwert in der betreffenden Zeit nicht verändert wurde. Beispielsweise kann der Sollwert für die Dauer eines Tages von 50,000 Hz auf 49,990 Hz reduziert werden und die Vorgabefrequenz im Laufe desselben Tages mindestens einmal auf den neuen Wert angepasst und noch vor Ablauf des Tages wieder auf die ursprüngliche Vorgabefrequenz zurückgesetzt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Wechsel von der ursprünglichen Vorgabefrequenz auf den neuen Sollwert mehr als einmal hin und zurück, mindestens also zweimal hin und mindestens einmal zurück. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung kann die Zuführung von Energie in den Energiespeicher von der Tageszeit abhängig sein. Hierdurch kann eine hohe Stabilität des Netzes auch bei einer hohen Last bei bestimmten Tageszeiten sichergestellt werden. So kann bei Spitzenlasten eine Regeneration des Energiespeichers, die aufgrund der Abweichung der Netzfrequenz von der Vorgabefrequenz über einen längeren Zeitraum sinnvoll wäre, ausgeschlossen werden. In a particularly preferred embodiment, the adjustment of the default frequency from the original value to a modified setpoint can be repeated and reversed, even though the setpoint has not been changed during that time. For example, the setpoint can be reduced from 50,000 Hz to 49,990 Hz for the duration of a day and the default frequency can be adjusted at least once to the new value during the same day and reset to the original preset frequency before the end of the day. In a preferred embodiment, the change from the original default frequency to the new setpoint occurs more than once back and forth, at least twice, and at least once back. According to a particular embodiment, the supply of energy in the energy storage may be dependent on the time of day. As a result, a high stability of the network can be ensured even at a high load at certain times of the day. Thus, at peak loads, a regeneration of the energy storage, which would be useful due to the deviation of the mains frequency from the default frequency over a longer period, are excluded.
In einer speziell bevorzugten Ausgestaltung kann der Wechsel zwischen der ursprünglichen Vorgabefrequenz und einer davon verschiedenen Sollfrequenz unter bestimmten Randbedingungen ausgeschlossen sein. Beispielsweise kann dies von den aktuellen Frequenzgradienten (Änderung der Frequenzabweichung mit der Zeit), der absoluten Frequenzabweichung und/oder der Tageszeit abhängig gemacht werden. Im letztgenannten Fall kann eine hohe Stabilität des Netzes auch bei einer hohen Last bei bestimmten Tageszeiten sichergestellt werden. So kann beispielsweise bei Spitzenlasten eine Regeneration des Energiespeichers, die aufgrund der Abweichung der Netzfrequenz von der Vorgabefrequenz über einen längeren Zeitraum sinnvoll wäre, ausgeschlossen werden. In a particularly preferred embodiment, the change between the original default frequency and a different desired frequency can be excluded under certain boundary conditions. For example, this can be made dependent on the current frequency gradients (change in frequency deviation with time), the absolute frequency deviation and / or the time of day. In the latter case, a high stability of the network can be ensured even at a high load at certain times of the day. Thus, for example, at peak loads, a regeneration of the energy storage, which would be useful due to the deviation of the mains frequency of the default frequency over a longer period, are excluded.
Die von der üblichen Vorgabefrequenz abweichende Regelung kann über einen beliebigen Zeitraum beibehalten werden. Eine Rückführung auf die Bereitstellung von Regelleistung gemäß den Standardvorgaben, bei der auf die übliche Vorgabefrequenz geregelt wird, kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass bei einem vorgegebenen Ladezustand eines bevorzugt als Regelleistungslieferant
einzusetzender Energiespeichers die Regelung auf die variable Sollfrequenz beendet wird. The deviating from the usual default frequency control can be maintained over any period. A return to the provision of control power according to the standard specifications, in which is regulated to the usual default frequency, can be achieved, for example, that at a given state of charge of a preferred as a control power supplier to be used energy storage, the control is terminated on the variable target frequency.
Weiterhin kann überprüft werden, ob sich die Netzfrequenz ohne spezielle Maßnahmen über einen längeren Zeitraum im Frequenzband befindet, welches um die übliche Vorgabefrequenz definiert ist. In dieser Ausführungsform kann die mittlere Netzfrequenz beispielsweise durch eine gewichtete Mittelwertbildung bestimmt werden. Falls diese Überprüfung dazu führt, dass sich die mittlere Netzfrequenz über einen längeren Zeitraum im Frequenzband befindet, kann die Regelung auf eine variable Sollfrequenz rückgängig gemacht werden, so dass auf die übliche Vorgabefrequenz geregelt wird. Furthermore, it can be checked whether the network frequency is without special measures over a longer period in the frequency band, which is defined by the usual default frequency. In this embodiment, the average network frequency can be determined, for example, by a weighted averaging. If this check results in that the average mains frequency is in the frequency band over a longer period of time, the control can be reversed to a variable set frequency, so that it is regulated to the usual default frequency.
Dieser längere Zeitraum unterliegt keinen speziellen Bedingungen, so dass dieser beliebig gewählt werden kann. Beispielsweise kann dieser längere Zeitraum identisch zu dem festgelegten Zeitraum sein, der im Bezug auf die dauerhafte Frequenzabweichung bestimmt wurde. Weiterhin kann dieser längere Zeitraum auch wesentlich kürzer sein, so dass dieser Zeitraum beispielsweise im Bereich von 1 Sekunde bis 1 Stunde liegen kann, vorzugsweise 1 Minute bis 30 Minuten. This longer period is not subject to any special conditions, so that it can be chosen arbitrarily. For example, this longer period of time may be identical to the specified period of time determined with respect to the permanent frequency deviation. Furthermore, this longer period may also be significantly shorter, so that this period may for example be in the range of 1 second to 1 hour, preferably 1 minute to 30 minutes.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bei einem Eintritt der Frequenz in das zuvor definierte Frequenzband oder einen anderen Frequenzwert die Regelung auf eine variable Sollfrequenz beendet wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass nach einer vorgegebenen Zeitdauer, über die auf eine variable Sollfrequenz geregelt wurde, diese Ausnahmeregelung rückgängig gemacht wird und gemäß den Regularien auf die übliche Vorgabefrequenz geregelt wird. So kann der Netzbetreiber beispielsweise eine zeitliche Begrenzung der Änderung der Regelfrequenz vorsehen, so dass beispielsweise nach höchstens 2 Tagen, bevorzugt nach höchstens 1 Tag, vorzugsweise nach höchstens 6 Stunden und besonders bevorzugt höchstens 2 Stunden auf die übliche Vorgabefrequenz geregelt wird. Furthermore, it can be provided that, when the frequency enters the previously defined frequency band or another frequency value, the control is terminated to a variable nominal frequency. Alternatively, it can be provided that after a predetermined period of time, was regulated by the variable to a desired frequency, this exception rule is reversed and is regulated according to the regulations on the usual default frequency. For example, the network operator can provide a time limit for changing the control frequency, so that, for example, after a maximum of 2 days, preferably after at most 1 day, preferably after a maximum of 6 hours and more preferably at most 2 hours, the usual default frequency is regulated.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren nur von einem Teil der Primärregelleistungserbringer,
insbesondere Speichern, bzw. bis zu einer von diesen Quellen zu erbringenden maximalen Gesamt-Primärregelleistung praktiziert wird. A further preferred embodiment consists in that the method according to the invention is applied only by a part of the primary control power generator, in particular storing, or is practiced up to a maximum total primary control power to be provided by these sources.
In einer weiteren Ausführungsform werden die oben dargelegt festgelegten Zeiträume und die Anpassung der Vorgabefrequenz für länger andauernde Abweichungen der Frequenz nach oben anders festgelegt als für länger andauernde Abweichungen der Frequenz nach unten. In another embodiment, the periods of time set forth above and the adjustment of the default frequency for longer duration deviations of the frequency are set differently than for longer deviations of the frequency down.
In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass durch das Verfahren ein Beitrag zur Stabilisierung des Netzes auch bei einer relativ geringen Kapazität des Energiespeichers erreicht werden kann, da eine Bereitstellung von Regelleistung auch stattfinden kann, falls die Netzfrequenz über einen sehr langen Zeitraum außerhalb des Totbandes liegt, innerhalb dessen keine Regelung notwendig ist. In this context, it should be noted that the method can contribute to the stabilization of the network even with a relatively small capacity of the energy store, since provision of control power can also take place if the network frequency is outside the deadband for a very long period of time, within which no regulation is necessary.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung kann eine Regeneration des Energiespeichers auch dann noch erfolgen, wenn die gemessene Frequenz längerfristig einseitig außerhalb eines Totbandes liegt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere in Zusammenhang mit der Art und Weise der Ausnutzung von Toleranzen, die beispielsweise hinsichtlich der Höhe der Regelleistungserbringung, der Zeit, innerhalb der die Regelleistung zu erbringen ist, und den Frequenztoleranzen geeignet, den Ladezustand zu optimieren. According to a particular embodiment, a regeneration of the energy storage even then take place when the measured frequency is longer term on one side outside a deadband. This embodiment is particularly suitable in connection with the manner of exploiting tolerances, which, for example, with regard to the amount of control power delivery, the time within which the control power is to be provided, and the frequency tolerances, are able to optimize the state of charge.
Beispielsweise kann vermehrt negative Regelleistung bereitgestellt werden, falls der Ladezustand des Energiespeichers aufgrund einer Netzfrequenz, die im Mittel über einen längeren Zeitraum unterhalb der Vorgabefrequenz liegt, sehr tief ist. Hierbei können Toleranzen, beispielsweise die dem Regelleistungserbringer vom Netzbetreiber zugestandenen Toleranzen, im Hinblick auf die Netzfrequenz, die Höhe der Regelleistung abhängig von der Frequenzabweichung, die Unempfindlichkeit hinsichtlich der Frequenzänderung, und den Zeitraum, innerhalb der die Regelleistung zu erbringen ist, ausgenutzt werden, um den Ladezustand des Energiespeichers an die Erfordernisse anzupassen. So kann anstatt der vorgesehenen negativen Regelleistung beispielsweise mindestens 105 %, vorzugsweise mindestens 1 10% und besonders bevorzugt mindestens 1 15% dieser Regelleistung erbracht werden. Falls bei einem tiefen Ladezustand nun positive
Regelleistung bereitgestellt werden muss, so wird in diesem Fall möglichst genau die vertraglich zu erbringende Leistung bereitgestellt. Weiterhin kann die Energieaufnahme bei einem tiefen Ladezustand unmittelbar erfolgen, während die Energieeinspeisung zu einem gemäß den Regularien spätest möglichen Zeitpunkt bzw. mit einem gemäß den Regularien möglichst langsamen Anstieg erfolgt. Weiterhin kann die durch den Netzbetreiber zugestandene Frequenztoleranz verwendet werden, indem eine Messung mit einer höheren Genauigkeit durchgeführt wird, wobei die hierdurch gewonnene Differenz zur zugestandenen Messungenauigkeit gezielt eingesetzt wird, um gemäß den Regularien, d.h. im gegebenen Toleranzrahmen, bei niedrigem Ladezustand möglichst wenig Leistung in das Netz einzuspeisen bzw. möglichst viel Leistung aus dem Netz aufzunehmen. Bei einem hohen Ladezustand kann spiegelverkehrt verfahren werden. So ist beispielsweise eine hohe Energieabgabe bei Bereitstellung einer positiven Regelleistung und eine geringe Energieaufnahme bei Bereitstellung einer negativen Regelleistung möglich bzw. zu realisieren. For example, more negative control power can be provided if the state of charge of the energy storage is very low due to a network frequency, which is on average over a longer period below the default frequency. In this case, tolerances, for example the tolerances granted to the control power provider by the network operator, with regard to the mains frequency, the amount of control power depending on the frequency deviation, the insensitivity to the frequency change, and the period within which the control power is to be provided, can be exploited adjust the state of charge of the energy storage to the requirements. Thus, for example, at least 105%, preferably at least 1 10% and particularly preferably at least 1 15% of this control power can be provided instead of the planned negative control power. If at a low state of charge now positive In this case, the contractually provided service is provided as exactly as possible in this case. Furthermore, the energy intake can take place immediately in the case of a low charge state, while the energy is fed in at the latest possible time according to the regulations or with a rise which is as slow as possible according to the regulations. Furthermore, the frequency tolerance granted by the network operator can be used by carrying out a measurement with a higher accuracy, whereby the difference thus obtained is specifically used for the given inaccuracy of measurement in order to minimize the power in accordance with the regulations, ie within the given tolerance range to feed in the network or to record as much power as possible from the network. In a high state of charge can be mirrored procedure. For example, a high energy output when providing a positive control power and a low power consumption while providing a negative control power is possible or realized.
Unter der Toleranz bezüglich des Betrags der bereitgestellten Regelleistung und der Toleranz bei der Bestimmung der Frequenzabweichung usw. ist erfindungsgemäß zu verstehen, dass vom Netzbetreiber, aufgrund technischer Rahmenbedingungen, wie der Messgenauigkeit beim Bestimmen der erbrachten Regelleistung oder der Netzfrequenz, gewisse Abweichungen zwischen einer idealen Sollleistung und der tatsächlich erbrachten Regelleistung akzeptiert werden. Die Toleranz kann vom Netzbetreiber gewährt sein, könnte aber auch einer gesetzlichen Vorgabe entsprechen. The tolerance with regard to the amount of the control power provided and the tolerance in determining the frequency deviation, etc., is to be understood by the network operator to be certain deviations between an ideal nominal power due to technical conditions, such as the measurement accuracy in determining the control power supplied or the grid frequency and the actual control power actually delivered. The tolerance may be granted by the network operator, but could also comply with a legal requirement.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung kann die Zuführung von Energie in den Energiespeicher von der Tageszeit abhängig sein. Hierdurch kann eine hohe Stabilität des Netzes auch bei einer hohen Last bei bestimmten Tageszeiten sichergestellt werden. So kann bei Spitzenlasten eine Regeneration des Energiespeichers, die aufgrund der Abweichung der Netzfrequenz von der Vorgabefrequenz über einen längeren Zeitraum sinnvoll wäre, ausgeschlossen werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mehrere Energiespeicher gemäß dem vorliegenden Verfahren eingesetzt werden. In einer besonderen Ausführungsform können hierbei alle oder nur ein Teil dieser Energiespeicher eine an den Ladungszustand der Energiespeicher angepasste Regelleistung erbringen, wie diese zuvor dargelegt wurde. According to a particular embodiment, the supply of energy in the energy storage may be dependent on the time of day. As a result, a high stability of the network can be ensured even at a high load at certain times of the day. Thus, at peak loads, a regeneration of the energy storage, which would be useful due to the deviation of the mains frequency from the default frequency over a longer period, are excluded. Furthermore, it can be provided that a plurality of energy stores are used in accordance with the present method. In a particular embodiment, in this case, all or only a part of these energy stores can provide a control power adapted to the state of charge of the energy store, as has been explained above.
Die Größe der Energiespeicher innerhalb des Pools kann dabei variieren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird bei den verschiedenen Energiespeichern eines Pools bei der Ausnutzung von Toleranzen, insbesondere der Wahl der Bandbreite im Totband, der Wechsel von einer Parametereinstellung auf eine andere nicht synchron, sondern gezielt zeitlich versetzt vorgenommen, um etwaige Störungen im Netz möglichst gering oder zumindest tolerabel zu halten. The size of the energy storage within the pool can vary. In a particularly preferred embodiment, in the various energy stores of a pool in the use of tolerances, in particular the choice of bandwidth in the deadband, the change from one parameter setting to another not synchronously, but deliberately offset in time to minimize any disturbances in the network or at least tolerable.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform variieren die bei den verschiedenen Verfahrensweisen genutzten Toleranzen, insbesondere der Wahl der Bandbreite im Totband abhängig von der Tageszeit, dem Wochentag oder der Jahreszeit. Zum Beispiel können in einem Zeitraum von 5 min vor bis 5 min nach dem Stundenwechsel Toleranzen enger definiert werden. Dies ist darin begründet, dass hier oft sehr rapide Frequenzänderungen stattfinden. Es kann im Interesse der Übertragungsnetzbetreiber liegen, dass hier geringere Toleranzen vorliegen und damit die Regelenergiebereitstellung sicherer im Sinne von schärfer erfolgt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Rahmen der Vorgaben zur Erbringung von Regelleistung vorgesehen sein, dass durch den dezentral geregelten Regelleistungslieferanten durchschnittlich mehr Energie aus dem Netz aufgenommen als eingespeist wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass gemäß den Regularien einschließlich der zuvor dargelegten Verfahrensweise bevorzugt sehr viel negative Regelleistung bereitgestellt wird, wohingegen gemäß den Regularien einschließlich der zuvor dargelegten Vorgehensweise bevorzugt nur die mindestens zugesicherte Leistung an positiver Regelleistung erbracht wird. Vorzugsweise wird durchschnittlich mindestens 0,1 % mehr an Energie aus dem Netz entnommen als eingespeist, insbesondere mindestens 0,2 %, bevorzugt mindestens 0,5 %, besonders bevorzugt mindestens 1 ,0 %, speziell bevorzugt 5%, wobei diese Werte auf einen Durchschnitt bezogen sind, der über einen Zeitraum von mindestens 15
Minuten, vorzugsweise mindestens 4 Stunden, besonders bevorzugt mindestens 24 Stunden und speziell bevorzugt mindestens 7 Tage gemessen wird, und sich auf die eingespeiste Energie beziehen. In a further preferred embodiment, the tolerances used in the various methods, in particular the choice of bandwidth in the dead band, vary depending on the time of day, the day of the week or the season. For example, within a period of 5 minutes to 5 minutes after the hour change, tolerances may be more narrowly defined. This is due to the fact that often very rapid frequency changes take place here. It may be in the interest of transmission system operators that there are lower tolerances and thus the control energy supply is more secure in the sense of sharper. According to a further embodiment, it can be provided within the framework of the specifications for the provision of control power that, on average, more energy is absorbed from the network than fed in by the decentrally regulated reserve power supplier. This can be done by providing very much negative control power in accordance with the regulations including the procedure outlined above, whereas according to the regulations including the procedure set out above, preferably only the at least guaranteed power is provided at positive control power. Preferably, an average of at least 0.1% more energy is withdrawn from the network than is supplied, in particular at least 0.2%, preferably at least 0.5%, more preferably at least 1.0%, especially preferably 5%, these values being based on a Average over a period of at least 15 Minutes, preferably at least 4 hours, more preferably at least 24 hours and especially preferably at least 7 days, and relates to the energy fed in.
Hierbei kann die zuvor dargelegte Regelleistungserbringung gezielt eingesetzt werden, um ein Maximum an Energie aus dem Netz zu entnehmen, wobei die maximal mögliche negative Regelleistung bereitgestellt wird, wohingegen nur ein Minimum an positiver Regelleistung erbracht wird. In this case, the control power provision described above can be used selectively to extract a maximum of energy from the network, the maximum possible negative control power is provided, whereas only a minimum of positive control power is provided.
In den Ausführungsformen zur bevorzugten und speziell zur maximalen Energieaufnahme können die hierdurch aus dem Netz entnommenen Energien über den zuvor beschriebenen Energiehandel verkauft werden, wobei dies vorzugsweise zu Zeitpunkten erfolgt, zu denen ein höchstmöglicher Preis zu erzielen ist. Hierzu können Prognosen über die Preisentwicklung herangezogen werden, die auf historischen Daten beruhen. In the embodiments for the preferred and especially for the maximum energy consumption, the energy thus extracted from the network can be sold via the energy trade described above, preferably at times when the highest possible price is to be achieved. For this purpose, forecasts of the price development based on historical data can be used.
Weiterhin kann der Ladezustand zum Zeitpunkt eines geplanten Verkaufs an Energie vorzugsweise mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 80 % und besonders bevorzugt mindestens 90 % der Speicherkapazität betragen, wobei der Ladezustand nach dem Verkauf bevorzugt höchstens 80 %, insbesondere höchstens 70 % und besonders bevorzugt höchstens 60 % der Speicherkapazität beträgt. Furthermore, the state of charge at the time of a planned sale of energy may preferably be at least 70%, more preferably at least 80%, and most preferably at least 90% of the storage capacity, the state of charge after sale being preferably at most 80%, in particular at most 70% and most preferably at most 60% of the storage capacity is.
Bei einer dauerhaften Frequenzabweichung außerhalb des Frequenzbandes kann die Regelleistung gemäß den üblichen Regularien erbracht werden, die auch für eine kurzfristige Regelung der Netzfrequenz erbracht werden. In Europa ist gemäß den derzeit gültigen Vorschriften der Betrag der zu erbringenden Leistung weitgehend linear mit zunehmender Frequenzabweichung von der Vorgabefrequenz zu erhöhen. So wird üblich bei einer Abweichung von 100 mHz eine Regelleistung erbracht, die 50% der Maximalleistung beträgt. Diese Maximalleistung wird bei einer Abweichung von 200 mHz erbracht und entspricht der zuvor definierten Nennleistung oder kontrahierten Höchstleistung, für die der Energiespeicher mindestens präqualifiziert ist. Bei einer Abweichung von 50 mHz wird demgemäß 25 % der Nennleistung erbracht.
Diese Regelung kann, allerdings mit der zuvor dargelegten Änderung der üblichen Vorgabefrequenz auf eine variable Sollfrequenz, beibehalten werden. Hierbei können die Frequenzwerte, bei denen die Maximalleistung oder Nennleistung zu erbringen ist, entsprechend verschoben werden. Alternativ können diese Frequenzen beibehalten werden. In the case of a permanent frequency deviation outside the frequency band, the control power can be provided in accordance with the usual regulations, which are also provided for a short-term regulation of the network frequency. In Europe, according to current regulations, the amount of the service to be provided is to be increased largely linearly with increasing frequency deviation from the default frequency. Thus, with a deviation of 100 mHz, a control power is usually provided which amounts to 50% of the maximum power. This maximum power is provided at a deviation of 200 mHz and corresponds to the previously defined rated power or contracted maximum power, for which the energy storage is at least prequalified. With a deviation of 50 mHz, accordingly, 25% of the rated power is provided. This regulation can, however, be maintained with the change of the usual default frequency to a variable setpoint frequency set out above. In this case, the frequency values at which the maximum power or nominal power is to be provided can be shifted accordingly. Alternatively, these frequencies can be maintained.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren mit einem Regelleistungserbringer durchgeführt. Regelleistungserbringer sind insbesondere Energiespeicher, Energieerzeuger und Energieverbraucher. According to the invention, the method is carried out with a control power provider. Control power providers are in particular energy storage, energy producers and energy consumers.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass als Energieerzeuger ein Kraftwerk verwendet wird, vorzugsweise ein Kohlekraftwerk, ein Gaskraftwerk oder ein Wasserkraftwerk und/oder als Energieverbraucher eine Werk zum Herstellen einer Substanz verwendet wird, insbesondere ein Elektrolyse-Werk oder ein Metall -Werk, vorzugsweise ein Aluminium-Werk oder ein Stahlwerk. It can be inventively provided that a power plant is used as an energy generator, preferably a coal power plant, a gas power plant or a hydroelectric power plant and / or a plant for producing a substance is used as an energy consumer, in particular an electrolysis plant or a metal -Werk, preferably one Aluminum plant or a steel plant.
Solche Energieerzeuger und Energieverbraucher sind zur Bereitstellung von längerfristigen Regelleistungen gut geeignet. Ihre Trägheit stellt erfindungsgemäß keinen Hinderungsgrund dar, wenn sie geeignet mit dynamischen Speichern kombiniert werden. Such energy producers and consumers are well-suited to providing longer-term balancing services. Their inertia, according to the invention, does not constitute a hindrance if suitably combined with dynamic storage.
Vorzugsweise wird ein Energiespeicher zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt, der elektrische Energie aufnehmen und abgeben kann. Die Art des Energiespeichers ist für die Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich. Preferably, an energy store is used to carry out the method, which can absorb and deliver electrical energy. The type of energy storage is not essential to the practice of the present invention.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass als Energiespeicher ein Schwungrad, ein Wärmespeicher, ein Wasserstofferzeuger und -Speicher mit Brennstoffzelle, ein Erdgaserzeuger mit Gaskraftwerk, ein Pumpspeicherkraftwerk, ein Druckluftspeicherkraftwerk, ein supraleitender magnetischer Energiespeicher, ein Redox-Flow-Element und/oder ein galvanisches Element verwendet wird, vorzugsweise ein Akkumulator oder Kombinationen („Pools") von Speichern oder von Speichern mit konventionellen Regelleistungsquellen oder von Speichern mit Verbrauchern und/oder Energieerzeugern.
Ein als Energiespeicher betriebener Wärmespeicher muss zusammen mit einer Vorrichtung zur Herstellung von Strom aus der gespeicherten Wärmeenergie betrieben werden. Preferably, it can be provided that as energy storage a flywheel, a heat storage, a hydrogen generator with fuel cell, a natural gas generator with gas power plant, a pumped storage power plant, a compressed air storage power plant, a superconducting magnetic energy storage, a redox flow element and / or a galvanic element is preferably used, an accumulator or combinations ("pools") of memories or memories with conventional control power sources or of memories with consumers and / or power generators. A heat storage device operated as an energy store must be operated together with a device for producing electricity from the stored heat energy.
Batteriespeicher (Akkumulatoren) zeichnen sich gegenüber konventionellen Technologien zur Bereitstellung von Primär- und/oder Sekundärregelleistungen unter anderem dadurch aus, dass sie deutlich schneller die erbrachten Leistungen ändern können. In den meisten Fällen ist bei Batteriespeichern jedoch nachteilig, dass sie über eine vergleichsweise geringe Speicherkapazität verfügen, die erforderlichen Leistungen also nur über einen begrenzten Zeitraum erbringen können. Bei einer statistischen Auswertung der Frequenzabweichungen über die Zeit wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschend gefunden, dass die angeforderten Leistungen in mehr als 75 % der aktiven Zeit (das heißt, es wird eine von Null abweichende Leistung erbracht) weniger als 20 % der Maximal-Leistung beziehungsweise der vermarkteten Leistung betragen. Aus dieser erfindungsgemäßen Erkenntnis ergibt sich ebenfalls, dass die Kapazität des Energiespeichers und damit die bereitzuhaltende gespeicherte Regelleistungsmenge geringer gewählt werden kann und es mit einem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gut gelingen kann, die Kapazität des Energiespeichers klein zu halten. Spezielle und besonders bevorzugte Ausführungsformen der Lösungsansätze bestehen darin, dass es sich bei dem Energiespeicher um einen Akkumulator oder Batteriespeicher handelt, der zur Erbringung von Primärregelleistung eingesetzt wird. Battery storage systems (accumulators) are distinguished from conventional technologies for providing primary and / or secondary control functions, inter alia, in that they can change the services provided much faster. In most cases, however, is disadvantageous in battery storage that they have a relatively small storage capacity, so can provide the required services only over a limited period. In a statistical evaluation of the frequency deviations over time, it has surprisingly been found in the context of the present invention that the requested powers in more than 75% of the active time (that is to say a power deviating from zero) are less than 20% of the maximum power. Performance or marketed performance. It also follows from this finding according to the invention that the capacity of the energy store and thus the stored reserve power amount to be kept can be selected to be lower and it is particularly well possible with a method according to the invention to keep the capacity of the energy store small. Specific and particularly preferred embodiments of the approaches are that the energy store is an accumulator or battery store that is used to provide primary control power.
In einer weiteren speziellen Ausführungsform kann die bei negativer PR-Leistung in den Energiespeicher aufgenommene Energie am Spotmarkt veräußert werden, insbesondere wenn die Konditionen dort vorteilhaft sind. In a further specific embodiment, the energy absorbed into the energy store in the case of negative PR power can be sold on the spot market, in particular if the conditions there are advantageous.
Zu den Akkumulatoren zählen insbesondere Bleiakkumulatoren, Natrium- Nickelchlorid-Akkumulatoren, Natrium-Schwefel-Akkumulatoren, Nickel-Eisen- Akkumulatoren, Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, Nickel-Metallhydrid- Akkumulatoren, Nickel-Wasserstoff-Akkumulatoren, Nickel-Zink-Akkumulatoren,
Zinn-Schwefel-Lithium-Ionen-Akkunnulatoren, Natrium-Ionen-Akkumulatoren und Kalium-Ionen-Akkumulatoren. Accumulators include in particular lead-acid batteries, sodium-nickel-chloride accumulators, sodium-sulfur accumulators, nickel-iron accumulators, nickel-cadmium accumulators, nickel-metal hydride accumulators, nickel-hydrogen accumulators, nickel-zinc accumulators, Tin-sulfur lithium ion batteries, sodium ion batteries and potassium ion batteries.
Hierbei sind Akkumulatoren bevorzugt, die einen hohen Wirkungsgrad sowie eine hohe betriebliche und kalendarische Lebensdauer aufweisen. Zu den bevorzugten Akkumulatoren zählen demgemäß insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren (z. B. Lithium-Polymer-Akkumulatoren, Lithium-Titanat-Akkumulatoren, Lithium-Mangan- Akkumulatoren, Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoren, Lithium-Eisen-Mangan- Phosphat-Akkumulatoren, Lithium-Eisen-Yttrium-Phosphat-Akkumulatoren) sowie Weiterentwicklungen dieser, wie zum Beispiel Lithium-Luft-Akkumulatoren, Lithium- Schwefel-Akkumulatoren und Zinn-Schwefel-Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Here, accumulators are preferred, which have a high efficiency and a high operational and calendar life. The preferred accumulators accordingly include, in particular, lithium ion accumulators (for example lithium polymer accumulators, lithium titanate accumulators, lithium manganese accumulators, lithium iron phosphate accumulators, lithium iron manganese phosphate Accumulators, lithium-iron-yttrium-phosphate accumulators) and developments thereof, such as lithium-air accumulators, lithium-sulfur accumulators and tin-sulfur lithium-ion accumulators.
Insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind aufgrund ihrer schnellen Reaktionszeit, das heißt, sowohl hinsichtlich der Ansprechzeit als auch der Rate, mit der die Leistung gesteigert oder reduziert werden kann, für erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet. Zudem ist auch der Wirkungsgrad insbesondere bei Li-Ionen-Akkumulatoren gut. Ferner zeigen bevorzugte Akkumulatoren ein hohes Verhältnis von Leistung zu Kapazität, wobei dieser Kennwert als C-Rate bekannt ist. In particular, lithium-ion secondary batteries are particularly suitable for methods according to the invention because of their rapid reaction time, that is, both in terms of the response time and the rate at which the power can be increased or reduced. In addition, the efficiency is good, especially for Li-ion batteries. Furthermore, preferred accumulators exhibit a high power to capacity ratio, this characteristic being known as the C rate.
Auch kann vorgesehen sein, dass in dem Energiespeicher eine Energie von zumindest 4 kWh gespeichert werden kann, vorzugsweise von zumindest 10 kWh, besonders bevorzugt zumindest 50 kWh, ganz besonders bevorzugt zumindest 250 kWh. It can also be provided that an energy of at least 4 kWh can be stored in the energy store, preferably of at least 10 kWh, particularly preferably at least 50 kWh, very particularly preferably at least 250 kWh.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der Energiespeicher eine Kapazität von 1 Ah, bevorzugt 10 Ah und besonders bevorzugt 100 Ah besitzen. According to a further embodiment, the energy storage device can have a capacity of 1 Ah, preferably 10 Ah and particularly preferably 100 Ah.
Bei Verwendung von Speichern, die auf elektrochemischen Elementen beruhen, insbesondere Akkumulatoren, kann dieser Speicher vorteilhaft mit einer Spannung von mindestens 1 V, vorzugsweise mindestens 10 V und besonders bevorzugt mindestens 100 V betrieben werden. When using memories based on electrochemical elements, in particular accumulators, this memory can advantageously be operated with a voltage of at least 1 V, preferably at least 10 V and particularly preferably at least 100 V.
Die Einspeisung von Regelleistung in das Wechselstromnetz kann je nach Verlauf der Frequenzabweichung konstant, über Pulse oder über Rampen erfolgen, die sich durch einen Anstieg an Leistungseinspeisung über einen definierten Zeitraum gekennzeichnet sind.
Eine über Pulse (Impulse) bereitgestellte Regelleistung ermöglicht eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Vorrichtung und des Verfahrens zur Bereitstellung von Regelleistung, da hierdurch die, insbesondere bei Verwendung von Akkumulatoren, notwendige Leistungselektronik bei einem höheren Wirkungsgrad betrieben werden kann. Unter einem Puls ist ein zeitlich begrenzter stoßartiger Strom-, Spannungs- oder Leistungsverlauf zu verstehen, wobei diese Pulse auch als wiederholende Folge von Impulsen eingesetzt werden können. Der Tastgrad gemäß DIN IEC 60469-1 kann hierbei von der Art der Leistungselektronik und der zu erbringenden Regelleistung gewählt werden, wobei dieser im Bereich von größer null bis 1 , vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,9, besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt. Depending on the course of the frequency deviation, the supply of control power to the AC grid can be constant, via pulses or via ramps which are characterized by an increase in power supply over a defined period of time. An over Pulse (pulses) provided control power allows an improvement in the efficiency of the device and the method for providing control power, as this, the, in particular when using accumulators, necessary power electronics can be operated at a higher efficiency. A pulse is to be understood as a time-limited, jerky current, voltage or power curve, whereby these pulses can also be used as a repetitive series of pulses. The duty cycle according to DIN IEC 60469-1 can be selected here from the type of power electronics and the control power to be provided, wherein this in the range of greater than zero to 1, preferably in the range of 0.1 to 0.9, particularly preferably in the range of 0.2 to 0.8.
Im Fall von erforderlich werdenden Leistungsänderungen kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Leistung des Energiespeichers abhängig von der Höhe der erforderlichen Leistungsänderung über einen Zeitraum von zumindest 0,5 s gesteigert wird, vorzugsweise über einen Zeitraum von zumindest 2 s, besonders bevorzugt über einen Zeitraum von zumindest 30 s. In the case of changes in power required, it may preferably be provided that the power of the energy store is increased over a period of at least 0.5 s, preferably over a period of at least 2 s, particularly preferably over a period of time, depending on the level of the required power change at least 30 s.
Durch diese langsameren Rampen wird sichergestellt, dass es zu keinen Anregungen von unerwünschten Störungen oder Schwingungen im Stromnetz oder bei den angeschlossenen Verbrauchern und Erzeugern durch einen zu steilen Leistungsgradienten kommt. These slower ramps ensure that there are no suggestions of unwanted disturbances or oscillations in the power network or in the connected consumers and generators by a too steep power gradient.
Der anzustrebende Ladezustand des Energiespeichers kann vorzugsweise im Bereich von 20 bis 80% der Kapazität liegen, besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 60%. Die Einhaltung und/oder die Rückkehr in diese Ladezustandsbereiche kann beispielsweise durch Nutzung der dieser Erfindung zu Grunde liegende Betriebsweise und/oder über den zuvor näher erläuterten Energiehandel über das Stromnetz erreicht werden. Der Ladezustand entspricht insbesondere im Fall von Akkumulatoren als Energiespeicher dem Ladungszustand (engl.:„State-of-Charge", SoC) oder dem Energiegehalt (engl.:„State-of-Energie", SoE). The desired state of charge of the energy store may preferably be in the range from 20 to 80% of the capacity, more preferably in the range from 40 to 60%. Compliance with and / or the return to these state of charge areas can be achieved, for example, by using the mode of operation on which this invention is based and / or via the energy trade, which was explained in more detail above, via the power grid. The state of charge corresponds in particular in the case of accumulators as an energy storage the state of charge (engl.:State-of-Charge ", SoC) or the energy content (English:" State-of-Energie ", SoE).
Der anzustrebende Ladezustand des Energiespeichers kann von Vorhersagedaten abhängen. So können insbesondere Verbrauchsdaten zur Bestimmung des
optimalen Ladezustandes herangezogen werden, die von der Tageszeit, dem Wochentag und/oder der Jahreszeit abhängig sind. The desired state of charge of the energy store may depend on forecast data. In particular, consumption data can be used to determine the optimum state of charge depending on the time of day, the day of the week and / or the season are used.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die ans Stromnetz abgegebene Leistung des Energiespeichers oder die aus dem Stromnetz aufgenommene Leistung des Energiespeichers nach einer dauerhaften Frequenzabweichung außerhalb des Frequenzbandes zu mehreren Zeitpunkten, insbesondere kontinuierlich gemessen wird und der Ladezustand des Energiespeichers zu mehreren Zeitpunkten, vorzugsweise kontinuierlich berechnet wird, wobei die abgegebene oder aufgenommene Leistung des Energiespeichers in Abhängigkeit von diesem Ladezustand derart eingestellt wird, dass die variable Sollfrequenz bei der Leistungsaufnahme oder -abgäbe berücksichtigt wird. It can also be provided that the output of the power storage of the energy storage or recorded from the power grid power of the energy storage after a permanent frequency deviation outside the frequency band at several times, in particular continuously measured and the state of charge of the energy storage at several times, preferably continuously calculated is set, wherein the output or absorbed power of the energy storage in response to this state of charge is set such that the variable target frequency is taken into account in the power consumption or Abgäbe.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren mit einem zusätzlichen Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher durchgeführt werden. Zusätzliche Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher sind in diesem Zusammenhang Vorrichtungen, die Regelleistung bereitstellen können, die jedoch keinen Energiespeicher darstellen. According to a particular embodiment of the present invention, the method can be carried out with an additional energy generator and / or energy consumer. Additional energy producers and / or energy consumers in this context are devices that can provide control power, but that do not constitute energy storage.
Hierbei sind insbesondere solche zusätzlichen Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher bevorzugt, die auch im Zusammenhang mit Erneuerbaren Energien eingesetzt werden können, wie beispielsweise Elektrolyse-Werke oder Metall -Werke, deren Produktion zur Bereitstellung von positiver Regelleistung verringert werden kann. In particular, those additional energy producers and / or energy consumers are preferred, which can also be used in connection with renewable energies, such as electrolysis plants or metal works whose production can be reduced to provide positive control power.
Durch diese Ausgestaltung kann überraschend die Nennleistung des Energiespeichers gesteigert werden, ohne dass die Kapazität desselben vergrößert werden muss. Hierbei kann dem Energiespeicher Leistung durch den zusätzlichen Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher auch bei einer hohen Netzbelastung in sehr kurzer Zeit bei Bedarf bereitgestellt werden, ohne dass ein langwieriger Energiehandel notwendig ist. Überraschend kann daher bei einer relativ geringen Kapazität des Speichers eine relativ hohe Leistung abgegeben werden, die im Allgemeinen nur für einen kurzen Zeitraum abgegeben werden kann. Durch den unmittelbaren Zugriff auf den zusätzlichen Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher kann dieser nach einer kurzen Zeit die eigentlich vom
Energiespeicher zur Verfügung zu stellende Regelleistung erbringen bzw. substituieren. So kann insbesondere eine Regeneration des Energiespeichers durch die Energie oder Leistung des zusätzlichen Energieerzeugers und/oder Energieverbrauchers erfolgen. Hierbei trägt der Energiespeicher zur Qualität der Regelleistungserbringung bei, da hierdurch eine schnelle Reaktionszeit erzielt wird. Im Gegensatz hierzu trägt der zusätzliche Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher vor allem zur Quantität bei, da dieser bei relativ geringen Kosten über eine bauartbedingt deutlich längere Zeit Regelleistung liefern kann. By this configuration, the nominal power of the energy storage can be surprisingly increased without the capacity of the same must be increased. In this case, the energy storage can be provided by the additional power generator and / or energy consumers even at a high network load in a very short time, if necessary, without a lengthy energy trading is necessary. Surprisingly, therefore, a relatively high capacity can be delivered at a relatively low capacity of the memory, which can generally be delivered only for a short period of time. Due to the direct access to the additional power generator and / or energy consumer, this can after a short time actually from the Energy storage to provide available control power or substitute. Thus, in particular, a regeneration of the energy storage by the energy or power of the additional energy generator and / or energy consumers take place. Here, the energy storage contributes to the quality of the control power delivery, as a result, a fast response time is achieved. In contrast to this, the additional energy producer and / or energy consumer contributes above all to the quantity, since at relatively low costs, this can provide control power for a significantly longer period of time due to the type of construction.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Energieerzeuger und/oder der Energieverbraucher einzeln oder im Pool eine Leistung von zumindest 10 kW hat oder haben, vorzugsweise zumindest 100 kW, besonders bevorzugt zumindest 1 MW und ganz besonders bevorzugt von zumindest 10 MW. Furthermore, it may be provided that the energy generator and / or the energy consumer has or have a power of at least 10 kW individually or in the pool, preferably at least 100 kW, more preferably at least 1 MW and most preferably at least 10 MW.
Das Verhältnis von Nennleistung des Energiespeichers zur maximalen Leistung des zusätzlichen Regelleistungserbnngers kann vorzugsweise im Bereich von 1 :10000 bis 100:1 , besonders bevorzugt im Bereich von 1 :1000 bis 40:1 liegen. The ratio of rated power of the energy storage device to maximum power of the additional control power supply may preferably be in the range of 1: 10000 to 100: 1, more preferably in the range of 1: 1000 to 40: 1.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann bevorzugt mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, die eine Steuerung und einen Energiespeicher umfasst, wobei die Vorrichtung an ein Stromnetz angeschlossen ist und die Steuerung mit dem Energiespeicher verbunden ist, wobei die Steuerung mit einer Einheit zur Bestimmung der Zeitdauer und einer Einheit zur Bestimmung einer mittleren Netzfrequenz verbunden ist. The method of the present invention may preferably be carried out with a device comprising a controller and an energy store, wherein the device is connected to a power grid and the controller is connected to the energy store, wherein the controller is provided with a unit for determining the duration and a Unit for determining a mean network frequency is connected.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen Frequenzmesser zum Messen der Netzfrequenz des Stromnetzes und einen Daten-Speicher umfasst, wobei in dem Speicher zumindest ein Grenzwert (beispielsweise Vorgabefrequenz ± 10 mHz, Vorgabefrequenz ± 200 mHz usw.) der Netzfrequenz gespeichert ist, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, die Netzfrequenz mit dem zumindest einen Grenzwert zu vergleichen und in Abhängigkeit von dem Vergleich die Leistung des Energiespeichers sowie gegebenenfalls des Energieverbrauchers und/oder des Energieerzeugers zu steuern.
Unter einer Steuerung wird erfindungsgemäß vorliegend eine einfache Steuerung verstanden. Hierbei sei angemerkt, dass jede Regelung eine Steuerung umfasst, da bei einer Regelung eine Steuerung in Abhängigkeit von einer Differenz eines Istwerts zu einem Sollwert erfolgt. Bevorzugt ist die Steuerung also als Regelung ausgebildet, insbesondere bezüglich des Ladezustands. Besonders bevorzugt ist die Steuerung ein Leitsystem. It can be provided that the device comprises a frequency meter for measuring the mains frequency of the power network and a data memory, wherein in the memory at least one limit value (eg default frequency ± 10 mHz, default frequency ± 200 mHz, etc.) of the network frequency is stored, the controller is designed to compare the mains frequency with the at least one limit value and to control the power of the energy store and possibly the energy consumer and / or the energy generator as a function of the comparison. Under a control according to the invention is understood in the present case a simple control. It should be noted that each control comprises a control, as in a control, a control in dependence on a difference of an actual value to a desired value takes place. Preferably, the controller is thus designed as a control, in particular with respect to the state of charge. Particularly preferably, the controller is a control system.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Einheit zur Bestimmung der Zeitdauer einen Daten-Speicher aufweist, wobei in dem Daten-Speicher zumindest historische Daten über die Abweichung und die Dauer der Netzfrequenz von der Vorgabefrequenz festgehalten sind, wobei diese historischen Daten einen Zeitraum von vorzugsweise mindestens einem Tag, bevorzugt mindestens einer Woche, besonders bevorzugt mindestens einem Monat und speziell bevorzugt mindestens einem Jahr umfassen. Die Einheit zur Bestimmung einer mittleren Netzfrequenz kann entsprechend der Art der Mittelwertbildung ausgestaltet sein. Im Allgemeinen wird die Steuereinheit einen Datenspeicher umfassen, der die variablen Sollfrequenzen enthält, die zur Anpassung der Netzzeit an die koordinierte Weltzeit festgelegt werden. Furthermore, it can be provided that the unit for determining the time duration has a data memory, wherein at least historical data about the deviation and the duration of the network frequency from the default frequency are recorded in the data memory, this historical data having a period of preferably at least a day, preferably at least one week, more preferably at least one month and especially preferably at least one year. The unit for determining an average network frequency may be designed according to the type of averaging. In general, the control unit will include a data memory containing the variable target frequencies that are set to adjust the network time to the coordinated world time.
Alternativ werden die Daten an einer entfernten Stelle erhoben und wie oben dargelegt ausgewertet und das entsprechende Signal geeignet an den oder die Speicher zur Regelleistungsbereitstellung übertragen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann dies über die bekannten Methoden der Ferndatenübertragung und -kommunikation erfolgen. Alternatively, the data is collected at a remote location and evaluated as set forth above, and the appropriate signal is appropriately transmitted to the memory (s) for control power provision. In a particularly preferred embodiment, this can be done via the known methods of remote data transmission and communication.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von drei schematisch dargestellten Figuren erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt: Figur 1 : eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bereitstellung von Regelleistung; Embodiments of the invention will be explained below with reference to three schematically illustrated figures, without, however, limiting the invention. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention for the provision of control power;
Figur 2: ein Ablaufdiagramm für eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und FIG. 2 shows a flowchart for a first embodiment of a method according to the invention and FIG
Figur 3: ein Ablaufdiagramm für eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 für ein erfindungsgemäßes Verfahren umfassend eine Steuerung 1 1 und einen Energiespeicher 12, wobei die Vorrichtung an ein Stromnetz 13 angeschlossen ist. Insbesondere auch in solchen Fällen ist ein besonders schnell reagierender und leicht auf- und entladbarer Energiespeicher 12 besonders vorteilhaft. Am besten sind hierfür Akkumulatoren geeignet. Insbesondere Li-Ionen-Akkumulatoren sind mit geringen schädlichen Einflüssen auf den Akkumulator schnell und häufig auf- und entladbar, so dass diese erfindungsgemäß für alle Ausführungsbeispiele besonders geeignet und bevorzugt sind. Dazu müssen Li-Ionen-Akkumulatoren mit beträchtlicher Kapazität bereitgestellt werden. Diese sind beispielsweise leicht in einem oder mehreren 40-Fuß-ISO-Containern unterzubringen. FIG. 3 shows a flow chart for a second embodiment of a method according to the invention. FIG. 1 shows a schematic structure of a preferred embodiment of a device 10 according to the invention for a method according to the invention comprising a controller 1 1 and an energy store 12, the device being connected to a power grid 13. In particular, even in such cases, a particularly fast-reacting and easy to charge and discharge energy storage 12 is particularly advantageous. Batteries are best suited for this purpose. In particular, Li-ion batteries are quickly and frequently charged and discharged with little harmful effects on the battery, so that they are particularly suitable and preferred for all embodiments according to the invention. This requires the provision of considerable capacity Li-ion batteries. For example, these can be easily accommodated in one or more 40-foot ISO containers.
Hierbei ist die Steuerung 1 1 mit dem Energiespeicher 12 verbunden. Weiterhin ist die Steuerung 1 1 mit einer Einheit zur Bestimmung der Zeitdauer 14 und einer Einheit zur Bestimmung einer mittleren Netzfrequenz 15 verbunden. Diese Einheiten können selbstverständlich räumlich in einem Gehäuse mit der Steuerung untergebracht sein. Die Verbindung zwischen der Einheit zur Bestimmung der Zeitdauer 14 und der Einheit zur Bestimmung einer mittleren Netzfrequenz 15 mit der Steuerung 1 1 erlaubt eine Kommunikation der ermittelten Daten, die in der Steuerungseinheit verarbeitet werden. Ferner kann die Steuerung 1 1 mit dem Stromnetz 13 verbunden sein, wobei diese in Figur 1 nicht dargestellte Verbindung eine Übermittlung von Anfragen nach benötigter Regelleistung, sowohl positiver als auch negativer, erlauben kann. Here, the controller 1 1 is connected to the energy storage 12. Furthermore, the controller 1 1 is connected to a unit for determining the time duration 14 and a unit for determining a mean power frequency 15. Of course, these units can be accommodated spatially in a housing with the controller. The connection between the unit 14 for determining the time duration 14 and the unit for determining a mean power frequency 15 with the controller 1 1 allows communication of the determined data, which are processed in the control unit. Furthermore, the controller 1 1 may be connected to the power grid 13, this connection, not shown in Figure 1, a transmission of requests for required control power, both positive and negative, may allow.
Die in Figur 1 dargelegte Ausführungsform weist einen zusätzlichen Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher 16 auf, der in der vorliegenden Erfindung eine optionale Komponente darstellt. Der zusätzliche Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher 16 ist sowohl mit dem Stromnetz 13 als auch mit dem Energiespeicher 12 verbunden, so dass die durch den zusätzlichen Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher bereitgestellte Regelleistung unmittelbar in das Stromnetz 13 eingespeist werden kann oder zur Regenerierung des Energiespeichers 12 eingesetzt werden kann. Die Steuerung des zusätzlichen Energieerzeugers und/oder Energieverbrauchers 16 kann durch übliche
Komponenten erfolgen, die mit der Steuerung 1 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in Verbindung stehen können. The embodiment set forth in Figure 1 comprises an additional power generator and / or power consumer 16, which in the present invention is an optional component. The additional power generator and / or energy consumer 16 is connected both to the power grid 13 and to the energy store 12, so that the control power provided by the additional power generator and / or energy consumer can be fed directly into the power grid 13 or used for regeneration of the energy store 12 can be. The control of the additional power generator and / or energy consumer 16 may by conventional Components that can be connected to the controller 1 1 of the device 10 according to the invention.
Für Einzelheiten zur Regelung von Regelleistung und zum Informationsaustausch mit den Netzbetreibern sei auf das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN) „TransmissionCode 2007" vom November 2009 verwiesen. Please refer to the Forum Netztechnik / Netzbetrieb in the VDE (FNN) "TransmissionCode 2007" of November 2009 for details on the regulation of control power and the exchange of information with the network operators.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine erste Ausführungsform eines bevorzugten Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform werden vom Netzbetreiber keine Angaben zur gegenwärtigen Sollfrequenz übermittelt, wobei diese Information auch nicht vom Regelleistungserbringer abgefragt werden kann. Vielmehr wird in dieser Ausführungsform die geltende Sollfrequenz durch Messung der Netzfrequenz ermittelt. Bei dem in Figur 2 dargelegten Verfahren wird ein Energiespeicher eingesetzt. In Schritt 1 wird die Netzfrequenz des Stromnetzes gemessen. Im Entscheidungsschritt 2 wird anschließend geprüft, ob die Netzfrequenz innerhalb oder außerhalb des Frequenzbandes liegt, welches zuvor festgelegt wurde. Dieses Frequenzband kann identisch zu einem Totband sein, welches durch die Netzregularien oder vom Netzbetreiber vorgegeben ist. Vorzugsweise kann dieses Frequenzband kleiner als das von den Netzbetreibern oder durch die Netzregularien bestimmte Totband sein. Figure 2 shows a flow chart for a first embodiment of a preferred method according to the present invention. In this embodiment, no information is transmitted to the current setpoint frequency by the network operator, and this information can not be queried by the control power provider. Rather, in this embodiment, the applicable nominal frequency is determined by measuring the mains frequency. In the method set out in FIG. 2, an energy store is used. In step 1, the grid frequency of the power grid is measured. In decision step 2, it is then checked whether the network frequency lies within or outside the frequency band which was previously determined. This frequency band can be identical to a deadband, which is predetermined by the network regulations or by the network operator. Preferably, this frequency band may be smaller than the dead band determined by the network operators or by the network regulations.
Falls die gemessene Netzfrequenz innerhalb des Frequenzbandes liegt, erfolgt gemäß der vorliegenden Ausführungsform des Verfahrens eine Regelleistungserbringung gemäß den Standardvorgaben, wie dies in Schritt 8 dargestellt ist. If the measured network frequency is within the frequency band, according to the present embodiment of the method, a control power supply is performed according to the standard specifications, as shown in step 8.
Falls die Netzfrequenz von der Vorgabefrequenz abweicht, wird in Entscheidungsschritt 3 geprüft, ob eine dauerhafte Frequenzabweichung über einen festgelegten Zeitraum vorliegt. Hierbei kann ebenfalls überprüft werden, ob eine andere Beschränkung gegeben ist, die eine Abweichung von den Standardvorgaben ausschließt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zu bestimmten Tageszeiten eine Regelung auf die Vorgabefrequenz zwingend ist. Falls keine dauerhafte Frequenzabweichung gegeben ist oder eine Regelung auf eine variable Sollfrequenz ausgeschlossen ist, wird Regelleistung gemäß den üblichen Vorgaben erbracht, wobei auf die Vorgabefrequenz geregelt wird. Falls eine dauerhafte
Frequenzabweichung vorliegt und keine Ausnahmeregelung zutrifft, wird mit Entscheidungsschritt 4 fortgefahren. If the mains frequency deviates from the default frequency, decision step 3 checks to see if there is a permanent frequency deviation over a specified period of time. Here it can also be checked whether there is another restriction which excludes a deviation from the standard specifications. For example, it may be provided that a regulation to the default frequency is mandatory at certain times of the day. If no permanent frequency deviation is given or regulation to a variable setpoint frequency is excluded, control power is provided in accordance with the usual specifications, being regulated to the default frequency. If a permanent Frequency deviation is present and no exception rule applies, is continued with decision step 4.
In Entscheidungsschritt 4 wird überprüft, ob ein Abbruchkriterium vorliegt, so dass ein Übergang von einer Regelung mit einer variablen Sollfrequenz auf eine Regelung mit der Vorgabefrequenz erfolgen muss. Diese Abbruchkriterien können beispielsweise durch einen Zeitraum gegeben sein, auf den eine Erbringung von Regelleistung mit einer variablen Sollfrequenz begrenzt ist. Weiterhin kann durch eine Regeneration des Energiespeichers ein Ladezustand erreicht worden sein, der eine Regelung auf die Vorgabefrequenz erlaubt. In diesem Fall wird in der vorliegenden Ausführungsform gemäß Schritt 5 die Zeitmessung hinsichtlich des vorgegebenen Zeitraums, für den eine dauerhafte Frequenzabweichung vorliegen muss, bevor eine Regelung auf eine variable Sollfrequenz zulässig ist, neu gestartet. Anschließend wird Regelleistung gemäß den üblichen Vorgaben unter Verwendung der Vorgabefrequenz erbracht, wie dies in Schritt 8 schematisch dargestellt ist. Falls dieses Abbruchkriterium nicht erfüllt ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform in Entscheidungsschritt 6 geprüft, ob die Anwendung einer Regelleistungserbringung unter Verwendung einer variablen Sollfrequenz zweckmäßig ist, den Ladezustand des Energiespeichers in möglichst kurzer Zeit in einen anzustrebenden Ladezustand zu überführen. Falls dies nicht der Fall ist, wird die übliche Vorgabefrequenz zur Erbringung der Regelleistung verwendet. In decision step 4 it is checked whether an abort criterion is present, so that a transition from a control with a variable set frequency must be made to a control with the default frequency. These termination criteria may, for example, be given by a period to which a provision of control power is limited with a variable target frequency. Furthermore, a state of charge can be achieved by a regeneration of the energy storage, which allows a control to the default frequency. In this case, in the present embodiment, according to step 5, the time measurement is restarted with respect to the predetermined time period for which a permanent frequency deviation must be present before a control to a variable target frequency is allowed. Subsequently, control power is provided according to the usual specifications using the default frequency, as shown schematically in step 8. If this abort criterion is not met, it is checked in the present embodiment in decision step 6, whether the application of a control power application using a variable target frequency is appropriate to convert the state of charge of the energy storage in the shortest possible time in a desired state of charge. If this is not the case, the usual default frequency is used to provide the control power.
Beispielsweise kann die Sollfrequenz bei einem Wert von 49,990 Hz liegen, um die Netzzeit an die koordinierte Weltzeit anzupassen. Falls der Energiespeicher nun einen relativ hohen Ladezustand aufweist und der Energiespeicher demgemäß bevorzugt Energie abgeben sollte, ist es sinnvoll, die Vorgabefrequenz bei 50,000 Hz zu belassen und vermehrt bzw. höhere positive Regelleistung bereitzustellen. For example, the target frequency may be at a value of 49.990 Hz to match the network time to the coordinated world time. If the energy store now has a relatively high state of charge and the energy store should accordingly preferably deliver energy, it makes sense to leave the default frequency at 50,000 Hz and to provide increased or higher positive control power.
Andernfalls wird gemäß Schritt 7 verfahren, und die Vorgabefrequenz wird an die Sollfrequenz angepasst. Ähnlich dem zuvor dargelegten Fall kann der Energiespeicher einen relativ hohen Ladezustand aufweisen. Allerdings soll die Sollfrequenz diesmal bei einem Wert von 50,010 Hz liegen. In diesem Fall ist es sinnvoll, die Vorgabefrequenz auf die geänderte Sollfrequenz anzupassen, um möglichst viel positive Regelleistung bereitstellen zu müssen.
Anschließend wird wiederum die Netzfrequenz gemessen, so dass ein Kreislauf gegeben ist. Dies gilt auch für den Fall, dass die Regelleistungserbringung gemäß den Standardvorgaben erbracht wird, wie dies in Schritt 8 beschrieben ist. Otherwise, the procedure according to step 7, and the default frequency is adjusted to the desired frequency. Similar to the case described above, the energy store may have a relatively high state of charge. However, the setpoint frequency should this time be at a value of 50.010 Hz. In this case, it makes sense to adapt the default frequency to the changed setpoint frequency in order to provide as much positive control power as possible. Subsequently, the grid frequency is measured again, so that a cycle is given. This also applies in the event that the provision of control services is performed in accordance with the standard requirements, as described in step 8.
Die Reihenfolge der in Figur 2 dargelegten Schritte kann teilweise umgestellt werden. So kann insbesondere Entscheidungsschritt 6 vor Entscheidungsschritt 4 erfolgen, so dass die Prüfung über eine Zweckmäßigkeit einer Regelung auf eine variable Regelfrequenz vor dem Vorliegen eines Abbruchkriteriums erfolgt. The order of the steps set forth in Figure 2 may be partially changed. In particular, decision step 6 can take place before decision step 4, so that the check is made on the desirability of a regulation to a variable control frequency before the presence of a termination criterion.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine zweite Ausführungsform eines bevorzugten Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform werden vom Netzbetreiber Angaben zur gegenwärtigen Sollfrequenz übermittelt. Dies kann auf Initiative des Netzbetreibers erfolgen. Alternativ kann diese Information auch vom dezentral gesteuerten Regelleistungserbringer abgefragt werden. FIG. 3 shows a flow chart for a second embodiment of a preferred method according to the present invention. In this embodiment, information about the current setpoint frequency is transmitted by the network operator. This can be done on the initiative of the network operator. Alternatively, this information can also be queried by the decentrally controlled control power provider.
In Schritt 1 ' wird die gegenwärtige Sollfrequenz dem Regelleistungserbringer übermittelt. In Entscheidungsschritt 2' wird geprüft ob diese Sollfrequenz der üblichen Vorgabefrequenz entspricht. Falls dies der Fall ist, wird gemäß Schritt 4' Regelleistung gemäß den Vorgaben unter Verwendung der üblichen Vorgabefrequenz erbracht. In step 1 ', the current setpoint frequency is transmitted to the control power provider. In decision step 2 'it is checked whether this setpoint frequency corresponds to the usual default frequency. If this is the case, control power is provided according to the specifications using the usual default frequency according to step 4 '.
Falls die Sollfrequenz von der üblichen Vorgabefrequenz abweicht, so wird in Entscheidungsschritt 3' geprüft, ob die Anwendung der Regelleistungserbringung unter Verwendung einer variablen Sollfrequenz zweckmäßig ist, den Ladezustand des Energiespeichers in möglichst kurzer Zeit in einen anzustrebenden Ladezustand zu überführen. Falls dies nicht der Fall ist, wird gemäß Schritt 4' die übliche Vorgabefrequenz zur Erbringung der Regelleistung verwendet. If the nominal frequency deviates from the usual default frequency, it is tested in decision step 3 'whether the application of the control power application using a variable nominal frequency is appropriate to convert the state of charge of the energy storage in the shortest possible time in a desired state of charge. If this is not the case, the usual default frequency is used to provide the control power according to step 4 '.
Beispielsweise kann die Sollfrequenz bei einem Wert von 49,990 Hz liegen, um die Netzzeit an die koordinierte Weltzeit anzupassen. Falls der Energiespeicher nun einen relativ hohen Ladezustand aufweist und der Energiespeicher demgemäß bevorzugt Energie abgeben sollte, ist es sinnvoll, die Vorgabefrequenz bei 50,000 Hz zu belassen und vermehrt bzw. höhere positive Regelleistung bereitzustellen. For example, the target frequency may be at a value of 49.990 Hz to match the network time to the coordinated world time. If the energy store now has a relatively high state of charge and the energy store should accordingly preferably deliver energy, it makes sense to leave the default frequency at 50,000 Hz and to provide increased or higher positive control power.
Andernfalls wird gemäß Schritt 5' verfahren und die Vorgabefrequenz wird an die Sollfrequenz angepasst. Ähnlich dem zuvor dargelegten Fall kann der
Energiespeicher einen relativ hohen Ladezustand aufweisen. Allerdings soll die Sollfrequenz diesmal bei einem Wert von 50,010 Hz liegen. In diesem Fall ist es sinnvoll, die Vorgabefrequenz auf die geänderte Sollfrequenz anzupassen, um möglichst viel positive Regelleistung bereitstellen zu müssen. Die in der voranstehenden Beschreibung sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Otherwise, the procedure according to step 5 'and the default frequency is adjusted to the target frequency. Similar to the case described above, the Energy storage have a relatively high state of charge. However, the setpoint frequency should this time be at a value of 50.010 Hz. In this case, it makes sense to adapt the default frequency to the changed setpoint frequency in order to provide as much positive control power as possible. The features of the invention disclosed in the foregoing description as well as the claims, figures and embodiments may be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments.