EP2820735A1 - Elektrisches gerät und verfahren zum ansteuern eines elektrischen energieerzeugers - Google Patents

Elektrisches gerät und verfahren zum ansteuern eines elektrischen energieerzeugers

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Publication number
EP2820735A1
EP2820735A1 EP12715080.3A EP12715080A EP2820735A1 EP 2820735 A1 EP2820735 A1 EP 2820735A1 EP 12715080 A EP12715080 A EP 12715080A EP 2820735 A1 EP2820735 A1 EP 2820735A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
energy
electrical
generator
power
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12715080.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Liebel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2820735A1 publication Critical patent/EP2820735A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H02J3/005—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/008—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks involving trading of energy or energy transmission rights
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/007—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S50/00—Market activities related to the operation of systems integrating technologies related to power network operation or related to communication or information technologies
    • Y04S50/10—Energy trading, including energy flowing from end-user application to grid

Definitions

  • the invention relates to an electrical device for controlling an electric power generator connected to an electrical medium voltage or low voltage power supply network and having a control device via which the power generator can be connected with respect to its
  • the invention also relates to a method for operating an electrical medium voltage or low-voltage power supply network with at ⁇ least one standing in connection with the medium voltage or low-voltage power supply network power source, which is arranged to output electric power in the medium voltage or low-voltage power supply network .
  • Existing electrical energy supply networks are prinzi ⁇ piell set up to supply electrical energy from a few central energy producers, eg coal power plants, to the end users.
  • the transmission direction of such power distribution systems is substantially constant;
  • energy production is adapted to the - predicted and / or actual - energy demand by the end user. Recent efforts and political guidelines have led to a liberalization of the electric energy market.
  • decentralized energy generators such as wind turbines, small combined heat and power plants, biogas plants and photovoltaic systems
  • have been supplying electrical energy to medium or low-voltage grids which has led to a change in the previously customary transmission directions result.
  • Distributed power generators that provide electricity from regenera ⁇ tive sources such as wind or sunlight, also characterized by strong fluctuations in they provide electrical energy amounts, for example, a wind turbine to make a relatively large electric power into Energyversor ⁇ supply network in high winds, while in weak wind or even calm, the output electric power can drop to zero.
  • sol che pumped storage can not be provided anywhere due to special advertising requirements
  • ⁇ two adjacent different heights ⁇ levels
  • Further energy ⁇ memory, eg batteries are still relatively expensive. Therefore, the increased use of distributed energy sources for E- nergiemakers makes new control concepts erfor ⁇ sary that affect the distribution of electrical energy to both high and medium voltage level and at the low voltage level to the end consumer of electrical energy.
  • Such control concepts are often grouped together lately as the "smart grid”.
  • One goal sol ⁇ cher smart grid concepts to the efficient management of supply and demand for electrical energy in the energy giepiecesnetz make is so that, for example, less peak load power stations will be provided have to.
  • the invention has the object of developing an electrical device and a method of the type specified in such a way that a comparatively simple control tion of an electric power generator is possible.
  • an electrical Ge ⁇ advise of the type specified which is arranged in the region of the junction between the medium-voltage or low-voltage power supply network and the power generator;
  • the control device of the electrical device comprises a monitoring device, which is set up to be connected to the mains side of the electrical device Monitor voltage and / or frequency and generate a turn-on signal when the monitored voltage and / or frequency falls below a lower threshold, and to generate a turn-off signal when the monitored voltage and / or frequency exceeds an upper threshold.
  • the control device is set up to switch on the energy generator in the case of the present switch-on signal or to increase the electrical power delivered by the energy generator to the medium-voltage or low-voltage power supply network and to switch off the energy generator or the switch from the energy generator to the medium-voltage or low-voltage circuit in the case of the present switch-off signal - To reduce energy supply network output electrical power.
  • the invention makes use of the knowledge that (individually below or collectively referred to as "Network parameters") depending on the network load and power supply voltage and / or frequency of the electrical energy supply network to a nominal value and varies.
  • Network parameters a set of parameters that are used to control the make Energyerzeu ⁇ gers.
  • a particular advantage of the electrical device according to the invention is also that for controlling the power generator no communication connection with a higher-level control, such as an energy management system in the power grid is necessary because the control behavior directly from the monitored network parameters in the Energy generator is derived.
  • the invention consequently provides an electrical device which decentrally and independently recognizes when energy surplus and when energy shortage prevails in the energy supply network, and adapts the supply of electrical energy by the energy generator accordingly.
  • energy generators are, in particular, decentralized energy producers of low and medium power, eg. As photovoltaic systems, small hydropower plants, mini and micro combined heat and power plants, wind turbines, biogas plants and fuel cell plants.
  • control device is set up, in the case of an energy generator having an energy store, in the case of the present switch-off signal, the electrical energy delivered by the energy generator to the medium-voltage or low-voltage power supply network
  • Reduce power by the energy generated by the power generator or the primary energy to be used by the power generator for generating the electrical energy is completely or partially diverted into the energy storage.
  • the energy generator does not have to be shut down or throttled in an expensive manner, so that the operation of the energy generator is as even as possible and thus can be continued efficiently.
  • the constraints by the renewable energy source ⁇ provided energy can be used regardless of the state of the elec- generic power supply network in this way in the operation of regenerative energy ⁇ generators.
  • Energy ⁇ producers with inherent energy storage for primary energy are z.
  • separate energy storage for example in the form of batteries, be provided at each power generator, in which the generated electrical energy is cached.
  • control device is set up to increase the electrical power output by the energy generator to the medium-voltage or low-voltage power supply network in the present switch-on signal by virtue of the energy stored in the energy store electrical energy is completely or partially released to the medium-voltage or low-voltage power supply network or the primary energy stored in the energy store is wholly or partly used to generate electrical energy.
  • This disclosed embodiment has the advantage that the electrical energy generated during an energy oversupply in the power grid can be fed back into the power grid at a later date or the stored primary energy can be used at a later date for He ⁇ generation of electrical energy.
  • the operator of the power generator can maximize its Einspeisevergü ⁇ tion, since the power generator does not need to be turned off and in addition to the currently generated electrical energy and the previously stored energy fed ⁇ who can.
  • a further advantageous from guide looks form of the invention shown SEN electrical device requires that the control device has a delay element which is arranged such that it at present turn-on switching on of the power generator or the increase in the output from the power generator capacity by a means of a random Gene ⁇ rators delayed predetermined delay time and delays the switching off of the power generator, or reducing the power output from the power generator by a predetermined means of the random delay time at vorlie ⁇ gendem off signal.
  • the delay element has a random generator which, in response to the switch-on or switch-off signal, determines a random delay time by which the activation of the electrical energy generator is delayed.
  • the random number generator is set up for direct output of the delay time.
  • a value for the delay time is determined by the random generator by which the delay element delays the activation of the energy generator.
  • the random number generator is designed to determine the delay time such that the delay time is shorter, the further the value of the monitored voltage and / or frequency exceeds the upper threshold value or falls below the lower threshold value.
  • the random generator is set up to output a random signal having at least two states, the sequence of the delay time being ended when a selected state of the random signal is present, while in the absence of the selected state From ⁇ run the delay time is continued and the random signal - after a pause time - is generated again.
  • the random number generator can be relatively simple in design because it must produce a Zufallssig ⁇ nal with only two states in the simplest case. Specifically, it can be provided in this connection that the random number generator is set up to increase the probability with which the random signal assumes the selected state, the further the value of the monitored voltage and / or frequency exceeds the upper threshold value or the lower threshold.
  • the random number generator is arranged so that the pause time, which is between two successive outputs of the random signal, the shorter, the further the value of the monitored voltage and / or frequency the upper Threshold exceeds or falls below the lower threshold below ⁇ .
  • a control of additional electrical energy generator by their corresponding electrical devices is therefore only as long as an energy surplus or deficiency is indicated by a corresponding voltage or Frequenzab ⁇ variation.
  • a further advantageous embodiment of the electrical device according to the invention provides that a priority class is assigned to the electrical device as a function of the type of energy generator, and an indication of the priority class is stored in a memory device of the electrical device.
  • a control of the Energyerzeu ⁇ gers by the electrical device is in this case only takes place when the indication of the priority class matches a priority level that is determined by the control device depending on how far the value of the monitored voltage and / or frequency of the upper Threshold exceeds or falls below the lower threshold below ⁇ .
  • individual bands are established virtually in the range around the nominal values of voltage and / or frequency, to which different priority levels are assigned. Be ⁇ there are voltage and / or frequency within such a band are just ert angesteu- those energy producers whose priority class match in question Priorticiansstu ⁇ fe.
  • priority classes upon shutdown of power generators may be set as follows; an individual institution of priority classes or
  • Mains parameters are in the nominal value range with positive deviation (deviation greater than or equal to priority class / level 1);
  • Mains parameters are in the nominal value far range with positive deviation (deviation greater than or equal to priority class / level 3);
  • the memory property is op ⁇ timal used.
  • the operation of a plurality of different power generators can be carried preference regenerative power generator with the lowest possible C0 2 emission Runaway ⁇ leads.
  • the above-mentioned object is achieved by a method of the aforementioned type, in which by means of an electrical device, the netzseiti- ge voltage and / or frequency present at the junction between the power generator and the medium-voltage or low-voltage power supply network is monitored.
  • the power generator is switched on or the power source connected to the medium voltage or low voltage
  • Power supplied electrical power increases when the monitored voltage and / or frequency falls below a lower threshold, and the power generator is turned off or reduced by the power generator to the medium voltage or low-voltage power grid electrical power is reduced, if the monitored over ⁇ voltage and / or frequency exceeds an upper threshold.
  • Figure 2 is a schematic block diagram of a first embodiment of a elekt ⁇ cal device for controlling a power generator
  • Figure 3 is a schematic block diagram of a second embodiment of a elekt ⁇ cal device for controlling a power generator
  • Figure 4 is a diagram for explaining the operation of the control of a power generator.
  • FIG. 1 shows a highly schematic representation of a detail of an electrical energy supply network 10, which may be an electrical medium-voltage network or a low-voltage electrical network.
  • the portion of the electrical power supply system 10 has branches IIa, IIb, 11c and lld, of which the overview ⁇ friendliness only the branch IIa DAR detail is provided in FIG. 1 for simplicity.
  • branch IIa but is suitably, not shown in detail in Fig, manner -.
  • ⁇ means of a transformer and / or an inverter.
  • electrical energy consumers may be connected to the power grid 10.
  • the electrical energy generator 12 may be, for example, a decentralized small generator;
  • the energy generator may be a photovoltaic system, a small hydropower plant, a mini or micro block heating power plant, a wind power plant, a biogas plant or a fuel cell plant. Since the liberalization of the electricity markets, such decentralized power generators of small and medium-sized power have been installed to a greater extent in medium-voltage and low-voltage levels of the electrical energy supply networks and now contribute significantly to the provision of electrical energy in energy supply networks. However, while electric large producers such as large power plants ⁇ within the power supply system in complex Re ⁇ gelungsmechanismen for the control of energy supply and
  • an electrical device 13 is provided which is adapted to influence the operating state of the electric power generator 12.
  • dargestell ⁇ te electrical device 13 1 can also be an integral part of the electric power generator 12 itself.
  • the electric energy ⁇ generator 12 can be generally switched on or off, it can also be operated at full load or - if possible - at partial load.
  • the electrical energy generator 12 has a storage facility, it can also be integrated into the activation of the operating state, for example by the energy generator 12 partially or completely redirecting the electric power generated by it into an electrical energy store or the energy storage device during a preceding one Period stored electric energy is returned to the power supply network 10 ⁇ .
  • the energy generator 12 partially or completely redirecting the electric power generated by it into an electrical energy store or the energy storage device during a preceding one Period stored electric energy is returned to the power supply network 10 ⁇ .
  • Such energy generators with inherent energy storage are, for example, hydropower plants in which an upper water reservoir can be further filled, or a biogas plant in which the biogas to be burned for generating the electrical energy is temporarily stored in a gas tank.
  • the control of the electric power generator 12 by the electrical device 13 takes place as a function of the prevailing in the region of the electric power generator 12 state of the electrical power grid 10.
  • the operation in the control of the electric power generator 12 by the electrical device 13 is below with the addition of Fig. 2, which shows a firstticiansbei ⁇ game of an electrical device 13 a, are explained.
  • a measuring point 14 which is in the range of the electric power generator 12 (ie, for example, at a connection point at which the electrical energy generator 12 gekop ⁇ pelt gekop ⁇ with the branch IIa of the power supply network 10, but at least on the same Branch IIa, where the power generator 12 is arranged), recorded by means of suitable Senso ⁇ Ren measurement signals from which a voltage (for example, an effective voltage) and / or a frequency of the voltage signal in the individual phases of the power supply network 10 can be derived. Voltage and / or frequency are referred to individually or together as network parameters.
  • the recorded measurement signals are fed to the electrical device 13 and first preprocessed in a measured-value acquisition device 20 (see FIG.
  • the preprocessing in the measured value detection device 20 may comprise, for example, an analog-to-digital conversion of the measurement signals, a filtering and finally a determination of the required network parameters in a manner known per se.
  • the network parameters determined from the measurement signals are provided on the output side by the measured value detection device 20 of a control device 21 of the electrical device 13a.
  • the control device 21 has a monitoring device 22, which is set up to monitor the determined network parameters .
  • the values of voltage or frequency usually correspond to a nominal value, but may fluctuate around this nominal value in a narrow tolerance band. If the monitored voltage or frequency lies in the upper range of the tolerance band (ie above the rated value), there is an excess of electrical energy in the energy supply network. Accordingly, in the lower range of the tolerance band (ie below the nominal value) values of the monitored network parameters can be concluded that a lack of electrical energy in the power grid.
  • the monitoring device 22 can determine a local operating state of the energy supply network 10 in the vicinity of the energy generator 12. This is advantageous because by the electrical device 13 in response to the detected operation ⁇ state, a control of the electric power generator 12 can be made to the local operation state of the power supply system 10 - as far as possible and necessary - from ⁇ schreiben.
  • a switch-off signal S from a command means 23 of the Control ⁇ er couples, causing them to issue a control signal S A to the electric power generator 12 is triggered.
  • the drive signal causes in this case a turn off of the electric power generator 12 or a Reduction of the electric power supplied from the electric power generator 12 in the power grid 10 electrical power.
  • a switch-on signal S e i n is generated in a corresponding manner, which causes the command device 23 to deliver a drive signal to the energy generator 12, thereby switching on the energy generator 12 or an increase in the output of this to the power grid electrical power causes.
  • FIG. 4 shows a diagram in which the time profile of a network parameter (voltage and / or frequency) is plotted.
  • a straight line N indicates the nominal value of the corresponding network parameter.
  • Upper and lower tolerance bands are limited by corresponding threshold values SW Q and SW U.
  • the considered network parameter has a value in the vicinity of the nominal value. This means that at the measuring point 14, at which the network parameters determined underlying measurement signals have been detected, present a full- ⁇ -even ratio of injection and withdrawal electrical ⁇ shear energy.
  • the electric power generator 12 can be driven into a partial load operation if possible or, if a storage facility is available, the generated electrical energy are completely or partially diverted into an electrical energy storage or intermediate storage of the primary energy to be used for generating the electrical energy.
  • the power generator has a memory device, alternatively or in addition to the supply from the current energy and the energy stored in the energy store electrical energy can be fed into the power supply ⁇ network and the stored primary energy for - are used generation of the electric energy - possibly reinforced , As a result of this measure, the energy supply network can again be converted into a balanced state, as shown, for example, at the measuring point 45 in FIG. 4.
  • the electrical energy generation ger one hand reduces its power fed in an excess supply of electrical energy in the electrical energy supply network or completely adjusting the feed and on the other hand with a lack of electrical energy in elekt ⁇ step energy supply network Infeed accordingly increased or (again) makes.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an electrical device 13b.
  • the basic mode of operation of the electrical device 13b according to FIG. 3 agrees with the mode of operation already explained with reference to FIGS. 1 and 2, so that in the description of FIG. particular differences are highlighted.
  • the electrical device 13b also has a measured-value acquisition device 20 and a control device 30.
  • the control device 30 is basically configured to carry out a control of the connected electrical energy generator in accordance with the local load situation in the electrical energy supply network 10 on the basis of the detected network parameters voltage and / or frequency. How to FIG. 2 explained above, the control in the electric device 13b is made such that a reduction of the power fed by the electric power generator is carried out at a surplus electrical ⁇ shearing power in the power supply network, while a shortage of electrical energy in the energy supply network 10 of the power generator 12 is caused to increase the fed electrical power into the power grid 10.
  • the control device 30 according to FIG. 3 has a monitoring device 31, a command device 32 and a memory device 33.
  • an indication may be stored 34 on the priority class of the elekt ⁇ generic device 13b associated electrical power generator 12th
  • the priority class can be brought to ⁇ drawn to determine at which specific load condition of the power supply network of the respective Energyer ⁇ generator is to be driven.
  • priority classes may be set as indicated above.
  • the area of the corresponding grid network is rameters are additionally divided into different priority levels by the nominal value N (see FIG.
  • the lowest Priori ⁇ tuschsyear is limited here on the nominal value N side facing the respective threshold SW Q and SW U.
  • Fig. 4 are located above and below the nominal value, two different priority levels, namely, a priority level 1 (reference numeral 46a and 46b) as a comparison ⁇ example denomination close tolerance and a priority level 2 (reference numeral 47a and 47b) as a comparatively nominal value-far tolerance range.
  • the tolerance range immediately surrounding the nominal value is not assigned a priority level in the exemplary embodiment according to FIG. 4, since a fluctuation of the network parameters within this tolerance range is not intended to have any effects on the activation of the electrical energy generators; notwithstanding this, the Alloc ⁇ planning a priority level is possible at any time in this area.
  • the priority class indication 34 stored in the electrical device 13b in the memory device 33 classifies the energy generator connected to the electrical device 13b as a power generator of priority class 2.
  • ⁇ play in a power generator of the priority class 2, the course of the monitored network parameter in Fig. 4 the measuring point 42 lying above the upper threshold value SW Q, so does this in spite of the threshold violation to the driving of the to the electric device 13b connected to the power generator has no effect since the measuring point 42 lies within the priority level 1, while the priority level 2 is assigned to the energy generator. Consequently, the monitoring device 31 registers the one hand, the value exceeds the upper threshold and be ⁇ is true on the other hand the exact priority level of the excess and shares this information with the command device 32.
  • the command device 32 compares the priority level of the detected threshold violation with the stored in the memory device 33 34 information about the priority class of the power generator and generates only at present - the bare threshold violation indicating - off signal S from a corresponding drive signal S A , when the read priority class with the Priority level of threshold violation matches. Since the measuring point 42 is within the range of the priority level 1 and the indication 34 of the priority class of the power generator indicating the priority level 2, and consequently of the measuring point 42 is raised no An ⁇ control action for the connected power generator from the command device 32 at the time.
  • the command means 32 of the electrical appliance also a delay element 35 have that - gegebe ⁇ appropriate, taking account of the priority level or class - the passing of the input or Ausschaltsig- Nals to the power generator in the form of the respective drive signal S A delayed by a delay time.
  • the tarry ⁇ delay time can advantageously be generated by a random generator 36, so that the time period used for the control of multiple power generator by means of different electric devices takes different values. This has the purpose that even with a large number of electrical energy generators, which are controlled in a corresponding manner, no jerky load changes in the electrical energy supply network by simultaneously increasing or reducing or even simultaneous switching on and off of all electrical energy producers are caused.
  • the electric energy generators are rather gradually controlled with a certain time staggering, so that the power grid can gradually adapt to the changed feed situation in each case.
  • the random number generator 36 can be set up, for example, to determine the delay time directly and specify the delay element 35.
  • the event generator to ⁇ 36 may be configured such that the ermit ⁇ Telte delay time turns out smaller, the higher the value of the respective threshold is exceeded.
  • many electrical ⁇ cal power generators can be controlled relatively quickly at a large oversupply and lack of electricity.
  • the random generator 36 repeatedly generates a random signal which can assume at least two different states ⁇ . If this random signal assumes a selected state, then the expiration of the delay time is ended and the drive signal S A is immediately delivered to the energy generator. Taking the random signal, however, a different state, so the end of the delay time is continued, a new Determined ⁇ development of the random signal takes place until after a pause period in which no coincidence signal is generated by the random 36th
  • the probability with which the random signal assumes the selected state can be adjusted to the level of threshold overshoot. With only a slight excess of the random number generated is less likely the output random signal with the selected state, while a larger threshold crossing which requires a correspondingly faster counter ⁇ measure by driving the power generator, the probability that the random signal takes the selected state, increased becomes.
  • the probability of the different states of the random signal can also be regulated by increasing the clock frequency at which the random signal is generated. The shorter the distances between the individual production cycles of the random signal are selected, the higher the probability that the selected state is reached in a shorter time, so that the delay time used for the delay of the drive signal is shortened accordingly.
  • the expiry of the delay time is interrupted, without the control signal being delivered to the energy generator. This causes that in an existing oversupply or lack of electrical energy in the power grid only as many electrical energy generators are controlled as needed to compensate for the imbalance state in the power grid.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) zum Ansteuern eines mit einem Energieversorgungsnetz (10) in Verbindung stehenden Energieerzeugers (12), mit einer Steuereinrichtung (21, 30), über die der Energieerzeuger (12) hinsichtlich seines Betriebszustands ansteuerbar ist. Um ein solches elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) derart weiterzubilden, dass eine vergleichsweise einfache Ansteuerung eines Energieerzeugers (12) möglich ist, wird vorgeschlagen, dass es im Bereich der Verbindungsstelle zwischen dem Energieversorgungsnetz (10) und dem Energieerzeuger (12) angeordnet ist, dass die Steuereinrichtung (21, 30) dazu eingerichtet ist, die Spannung und/oder Frequenz zu überwachen und ein Einschaltsignal zu erzeugen, wenn die überwachte Spannung und/oder Frequenz einen unteren Schwellenwert unterschreitet, und ein Ausschaltsignal zu erzeugen, wenn die überwachte Spannung und/oder Frequenz einen oberen Schwellenwert überschreitet; bei vorliegendem Einschaltsignal wird der Energieerzeuger (12) eingeschaltet oder die von dem Energieerzeuger (12) abgegebene elektrische Leistung erhöht und bei vorliegendem Ausschaltsignal wird der Energieerzeuger (12) abgeschaltet oder die von dem Energieerzeuger (12) abgegebene elektrische Leistung verringert. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Energieerzeugers (12).

Description

Beschreibung
Elektrisches Gerät und Verfahren zum Ansteuern eines elektri¬ schen Energieerzeugers
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät zum Ansteuern eines mit einem elektrischen Mittelspannungs- oder Nie- derspannungs-Energieversorgungsnetz in Verbindung stehenden elektrischen Energieerzeugers, das eine Steuereinrichtung aufweist, über die der Energieerzeuger hinsichtlich seines
Betriebszustands ansteuerbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Mittelspannungs- oder Niederspannungs-Energieversorgungsnetzes mit zu¬ mindest einem mit dem Mittelspannungs- oder Niederspannungs- Energieversorgungsnetz in Verbindung stehenden Energieerzeuger, der zur Abgabe von elektrischer Leistung in das Mittelspannungs- oder Niederspannungs-Energieversorgungsnetz eingerichtet ist. Bestehende elektrische Energieversorgungsnetze sind prinzi¬ piell dazu eingerichtet, elektrische Energie von wenigen zentralen Energieerzeugern, z.B. Kohlekraftwerken, zu den Endverbrauchern zu liefern. Die Übertragungsrichtung solcher Energieverteilsysteme ist im Wesentlichen konstant; ferner wird die Energieerzeugung dem - prognostizierten und/oder tatsächlichen - Energiebedarf durch die Endverbraucher ange- passt. Jüngste Bestrebungen und politische Vorgaben haben zu einer Liberalisierung des elektrischen Energiemarktes geführt. Diese bewirkt, dass seit einigen Jahren verstärkt von dezentralen Energieerzeugern, wie z.B. Windenergieanlagen, kleinen Blockheizkraftwerke, Biogasanlagen und Photovoltaik- anlagen, bereitgestellte elektrische Energie in Mittel- oder Niederspannungsnetze eingespeist wird, was einen Umbruch der bisher üblichen Übertragungsrichtungen zur Folge hat. Dezentrale Energieerzeuger, die elektrische Energie aus regenera¬ tiven Quellen wie Wind oder Sonnenlicht bereitstellen, zeichnen sich zudem durch starke Schwankungen hinsichtlich der von ihnen bereitgestellten elektrischen Energiemengen aus, beispielsweise kann eine Windkraftanlage bei starkem Wind eine vergleichsweise große elektrische Leistung ins Energieversor¬ gungsnetz abgeben, während bei schwachem Wind oder sogar Windstille die abgegebene elektrische Leistung bis auf Null absinken kann.
Diesem Problem wurde in der Vergangenheit beispielsweise durch das Vorhalten sogenannter Spitzenlastkraftwerke begeg¬ net, die zu Zeiten geringer dezentraler Einspeisung oder ei- ner besonders hohen Energieentnahme durch elektrische
Verbraucher in Betrieb genommen werden. Das Vorhalten und der Betrieb solcher nur vergleichsweise selten benötigten Spit¬ zenlastkraftwerke sind jedoch mit hohen Kosten verbunden. Eine weitere Möglichkeit zur Nivellierung der durch volatile Energieeinspeisungen ungleichmäßig durch das Energieversorgungsnetz bereitgestellten elektrischen Energie besteht im Betreiben von Energiespeichern, wobei insbesondere sogenannte Pumpspeicherwerke zum Einsatz kommen. Bei einem Überangebot elektrischer Energie im Energieversorgungsnetz werden die Speicherkapazitäten, z.B. durch den Betrieb eines Pumpspeicherwerkes während des Pumpens, aufgeladen, während bei einem Mangel elektrischer Energie im Energieversorgungsnetz die Kapazitäten des Energiespeichers entladen werden, z.B. durch den Betrieb des Pumpspeicherwerkes als Wasserkraftwerk. Sol- che Pumpspeicherwerke können jedoch aufgrund spezieller Umge¬ bungsanforderungen (zwei benachbarte unterschiedliche Höhen¬ niveaus) nicht überall vorgesehen werden; weitere Energie¬ speicher, z.B. Batterien sind noch vergleichsweise teuer. Der verstärkte Einsatz von dezentralen Energiequellen zur E- nergieversorgung macht daher neue Steuerungskonzepte erfor¬ derlich, die die Verteilung elektrischer Energie sowohl auf Hoch- und Mittelspannungsebene als auch auf Niederspannungs- ebene bis hin zum Endverbraucher elektrischer Energie betreffen. Solche Steuerungskonzepte werden in letzter Zeit häufig unter dem Namen „Smart Grid" zusammengefasst . Ein Ziel sol¬ cher Smart Grid Konzepte ist es, eine effiziente Steuerung von Angebot und Nachfrage nach elektrischer Energie im Ener- gieversorgungsnetz vorzunehmen, so dass beispielsweise weniger Spitzenlastkraftwerke bereitgestellt werden müssen.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2008/148417 AI ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren bekannt, bei dem zur An- Steuerung elektrischer Energieerzeuger Steuersignale von einem zentralen Netzsteuergerät über Kommunikationsverbindungen an mehrere mit einem Energieversorgungsnetz verbundene Energieerzeuger übertragen werden. Dieses Verfahren benötigt Kommunikationsmittel parallel zum eigentlichen Energieversor- gungsnetz, um die Steuerungssignale zwischen dem Netzsteuergerät und den Energieerzeugern übertragen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Gerät und ein Verfahren der eingangs angegebenen Art derart weiterzubilden, dass eine vergleichsweise einfache Ansteue- rung eines elektrischen Energieerzeugers möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrisches Ge¬ rät der eingangs angegebenen Art gelöst, das im Bereich der Verbindungsstelle zwischen dem Mittelspannungs- oder Nie- derspannungs-Energieversorgungsnetz und dem Energieerzeuger angeordnet ist; die Steuereinrichtung des elektrischen Gerätes umfasst eine Überwachungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die netzseitig an dem elektrischen Gerät anliegende Spannung und/oder Frequenz zu überwachen und ein Einschaltsignal zu erzeugen, wenn die überwachte Spannung und/oder Frequenz einen unteren Schwellenwert unterschreitet, und ein Ausschaltsignal zu erzeugen, wenn die überwachte Spannung und/oder Frequenz einen oberen Schwellenwert überschreitet. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, bei vorliegendem Einschaltsignal den Energieerzeuger einzuschalten oder die von dem Energieerzeuger an das Mittelspannungs- oder Nie- derspannungs-Energieversorgungsnetz abgegebene elektrische Leistung zu erhöhen und bei vorliegendem Ausschaltsignal den Energieerzeuger abzuschalten oder die von dem Energieerzeuger an das Mittelspannungs- oder Niederspannungs- Energieversorgungsnetz abgegebene elektrische Leistung zu verringern .
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass je nach Netzbelastung und Energieangebot die Spannung und/oder die Frequenz (im Folgenden einzeln oder zusammenfassend auch als „Netzparameter" bezeichnet) des elektrischen Energieversorgungsnetzes um einen Nennwert schwankt. Bei einem Überan¬ gebot elektrischer Energie ist eine gegenüber dem Nennwert überhöhte Spannung bzw. Frequenz zu erkennen, während bei einem Mangel elektrischer Energie die Spannung bzw. Frequenz im Vergleich zum Nennwert absinkt. Auf diese Weise kann das elektrische Gerät allein aufgrund lokaler Messungen im Be¬ reich des Energieerzeugers eine Ansteuerung des Energieerzeu¬ gers vornehmen.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes besteht außerdem darin, dass zur Ansteuerung des Energieerzeugers keine Kommunikationsverbindung mit einer übergeordneten Steuerung, z.B. eines Energiemanagementsystems, im Energieversorgungsnetz notwendig ist, da das Steuerverhalten direkt aus den überwachten Netzparametern im Bereich des Energieerzeugers abgeleitet wird. Durch die Erfindung wird folglich ein elektrisches Gerät angegeben, dass dezentral und selbstständig erkennt, wann ein Energieüberangebot und wann Energiemangel im Energieversorgungsnetz herrscht, und die Einspeisung elektrischer Energie durch den Energieerzeuger entsprechend anpasst. Durch den Verzicht auf Kommunikations¬ verbindungen ist das elektrische Gerät auch weniger anfällig gegen sogenannte Cyber-Angriffe, bei denen Hacker in ein Kom¬ munikationssystem eindringen, um den Betrieb der damit ver- bundenen Energieerzeuger zu manipulieren, beispielsweise indem bei einem Energiemangel alle Energieerzeuger ausgeschal¬ tet werden, um damit eine Destabilisierung des Energieversorgungsnetzes zu bewirken. Als Energieerzeuger werden im Sinne der Erfindung insbesondere dezentral angeordnete Energieer- zeuger kleiner und mittlerer Leistung angesehen, z. B. Photo- voltaik-Anlagen, Klein-Wasserkraft-Anlagen, Mini- und Mikro- Blockheizkraftwerke, Windkraftanlagen, Biogasanlagen und BrennstoffZeilenanlagen . Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes sieht vor, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, bei einem Energieerzeuger, der einen Energiespeicher aufweist, bei vorliegendem Ausschaltsignal die von dem Energieerzeuger an das Mittelspannungs- oder Nie- derspannungs-Energieversorgungsnetz abgegebene elektrische
Leistung zu verringern, indem die von dem Energieerzeuger erzeugte elektrische Energie oder die von dem Energieerzeuger zur Erzeugung der elektrischen Energie zu verwendende Primärenergie ganz oder teilweise in den Energiespeicher umgeleitet wird.
Hierdurch kann erreicht werden, dass der Energieerzeuger nicht aufwendig abgeschaltet oder gedrosselt werden muss, so dass der Betrieb des Energieerzeugers möglichst gleichmäßig und damit effizient fortgesetzt werden kann. Insbesondere kann auf diese Weise beim Betrieb von regenerativen Energie¬ erzeugern die durch die regenerative Energiequelle bereitge¬ stellte Energie unabhängig vom jeweiligen Zustand des elekt- rischen Energieversorgungsnetzes genutzt werden. Energieer¬ zeuger mit inhärentem Energiespeicher für Primärenergie sind z. B. Wasserkraft- oder Biogasanlagen; außerdem können separate Energiespeicher, z.B. in Form von Batterien, bei jedem Energieerzeuger vorgesehen werden, in denen die erzeugte elektrische Energie zwischengespeichert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Aus führungs form kann in diesem Zusammenhang zudem vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, bei vorliegendem Einschaltsignal die von dem Energieerzeuger an das Mittelspannungs- oder Nie- derspannungs-Energieversorgungsnetz abgegebene elektrische Leistung zu erhöhen, indem die in dem Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie an das Mittelspannungs- oder Nie- derspannungs-Energieversorgungsnetz ganz oder teilweise abge- geben wird oder die in dem Energiespeicher gespeicherte Primärenergie ganz oder teilweise zur Erzeugung elektrischer Energie herangezogen wird.
Diese Aus führungs form besitzt den Vorteil, dass die während eines Energieüberangebots im Energieversorgungsnetz erzeugte elektrische Energie zu einem späteren Zeitpunkt wieder ins Energieversorgungsnetz eingespeist werden kann bzw. die gespeicherte Primärenergie zu einem späteren Zeitpunkt zur Er¬ zeugung elektrischer Energie eingesetzt werden kann. Außerdem kann der Betreiber des Energieerzeugers seine Einspeisevergü¬ tung maximieren, da der Energieerzeuger nicht abgeschaltet werden muss und zusätzlich zur aktuell erzeugten elektrischen Energie auch die zuvor gespeicherte Energie eingespeist wer¬ den kann. Eine weitere vorteilhafte Aus führungs form des erfindungsgemä¬ ßen elektrischen Gerätes sieht vor, dass die Steuereinrichtung ein Verzögerungsglied aufweist, das derart eingerichtet ist, dass es bei vorliegendem Einschaltsignal das Einschalten des Energieerzeugers oder die Erhöhung der von dem Energieerzeuger abgegeben Leistung um eine mittels eines Zufallsgene¬ rators vorgegebene Verzögerungszeit verzögert und bei vorlie¬ gendem Ausschaltsignal das Ausschalten des Energieerzeugers oder die Verringerung der von dem Energieerzeuger abgegeben Leistung um eine mittels des Zufallsgenerators vorgegebene Verzögerungszeit verzögert.
Hierdurch wird erreicht, dass es auch bei Zu- bzw. Abschal- tung vieler elektrischer Energieerzeuger bei einem Spannungsbzw. Frequenzanstieg über den oberen Schwellenwert sowie bei einem Spannungs- bzw. Frequenzabfall unter den unteren
Schwellenwert nicht zu ungewollten Leistungsspitzen bzw.
-senken kommt, die wiederum selbst zu einer Verschiebung von Spannung oder Frequenz im Energieversorgungsnetz führen könnten. Hierzu weist das Verzögerungsglied einen Zufallsgenera¬ tor auf, der als Reaktion auf das Ein- bzw. Ausschaltsignal eine zufällige Verzögerungszeit ermittelt, um die die Ansteu- erung des elektrischen Energieerzeugers verzögert wird. Hier- durch wird dafür gesorgt, dass mehrere von gleichartigen elektrischen Geräten angesteuerte Energieerzeuger nicht gleichzeitig, sondern nach und nach ihre Einspeisung verändern, so dass der Betriebszustand des Energieversorgungsnet¬ zes sich nicht sprunghaft, sondern allmählich verändert.
In diesem Zusammenhang kann konkret vorgesehen sein, dass der Zufallsgenerator zur direkten Ausgabe der Verzögerungszeit eingerichtet ist. Hierbei wird mit dem Zufallsgenerator direkt ein Wert für die Verzögerungszeit ermittelt, um den das Verzögerungsglied die Ansteuerung des Energieerzeugers verzögert. In diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass der Zufallsgenerator zur Ermittlung der Verzögerungszeit derart eingerichtet ist, dass die Verzögerungszeit umso kürzer ist, desto weiter der Wert der überwachten Spannung und/oder Frequenz den oberen Schwellenwert überschreitet bzw. den unteren Schwellenwert unterschreitet.
Durch diese Abstimmung der Funktionsweise des Zufallsgenera¬ tors auf den Wert der überwachten Netzparameter kann vorteilhaft erreicht werden, dass mit größerer Über- bzw. Unter- schreitung der Schwellenwerte eine schnellere Ansteuerung der einzelnen elektrischen Energieerzeuger erfolgt. Dies ist deshalb von Vorteil, da z. B. höhere Werte der überwachten Netzparameter auf entsprechend höhere überschüssige Energiemengen hinweisen, die im elektrischen Energieversorgungsnetz vor- gehalten werden, und eine schnellere Ansteuerung des Energie¬ erzeugers zur Kompensation des Überangebots erfolgen muss.
Alternativ zur direkten Vorgabe einer Verzögerungszeit kann auch vorgesehen sein, dass der Zufallsgenerator dazu einge- richtet ist, ein Zufallssignal mit zumindest zwei Zuständen auszugeben, wobei bei Vorliegen eines ausgewählten Zustandes des Zufallssignals der Ablauf der Verzögerungszeit beendet wird, während bei Fehlen des ausgewählten Zustandes der Ab¬ lauf der Verzögerungszeit fortgesetzt wird und das Zufalls- signal - nach Ablauf einer Pausenzeit - erneut erzeugt wird.
Hierdurch kann der Zufallsgenerator vergleichsweise einfach ausgebildet werden, da er im einfachsten Fall ein Zufallssig¬ nal mit lediglich zwei Zustanden erzeugen muss. Konkret kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass der Zufallsgenerator dazu eingerichtet ist, die Wahrscheinlichkeit, mit der das Zufallssignal den ausgewählten Zustand an¬ nimmt, zu erhöhen, je weiter der Wert der überwachten Spannung und/oder Frequenz den oberen Schwellenwert überschreitet bzw. den unteren Schwellenwert unterschreitet.
Zu diesem Zweck kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beispielsweise vorgesehen sein, dass der Zufallsgenerator dazu eingerichtet ist, dass die Pausenzeit, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausgaben des Zufallssignals liegt, umso kürzer ist, desto weiter der Wert der überwachten Spannung und/oder Frequenz den oberen Schwellenwert überschreitet bzw. den unteren Schwellenwert unter¬ schreitet .
Eine weitere vorteilhafte Aus führungs form des erfindungsgemä¬ ßen elektrischen Gerätes sieht vor, dass das Verzögerungs¬ glied dazu eingerichtet ist, den Ablauf der Verzögerungszeit abzubrechen, wenn während der Verzögerungszeit die überwachte Spannung und/oder Frequenz den oberen Schwellenwert unterschreitet bzw. den unteren Schwellenwert überschreitet.
Auf diese Weise kann die Ansteuerung weiterer elektrischer Energieerzeuger, die wegen des Andauerns der für sie vorgesehenen Verzögerungszeit noch nicht angesteuert worden sind, abgebrochen werden, wenn kein Überangebot bzw. kein Mangel elektrischer Energie mehr im Energieversorgungsnetz vorliegt. Eine Ansteuerung weiterer elektrischer Energieerzeuger durch ihre entsprechenden elektrischen Geräte erfolgt folglich nur, solange durch eine entsprechende Spannungs- bzw. Frequenzab¬ weichung ein Energieüberschuss bzw. -mangel angezeigt wird. Eine weitere vorteilhafte Aus führungs form des erfindungsgemä- ßen elektrischen Gerätes sieht vor, dass dem elektrischen Gerät in Abhängigkeit von der Art des Energieerzeugers eine Prioritätsklasse zugeordnet und eine Angabe über die Priori- tätsklasse in einer Speichereinrichtung des elektrischen Gerätes abgespeichert ist. Eine Ansteuerung des Energieerzeu¬ gers durch das elektrische Gerät findet hierbei nur dann statt, wenn die Angabe über die Prioritätsklasse mit einer Prioritätsstufe übereinstimmt, die von der Steuereinrichtung in Abhängigkeit davon bestimmt wird, wie weit der Wert der überwachten Spannung und/oder Frequenz den oberen Schwellenwert überschreitet bzw. den unteren Schwellenwert unter¬ schreitet . Auf diese Weise werden quasi im Bereich um die Nennwerte von Spannung und/oder Frequenz einzelne Bänder eingerichtet, denen unterschiedliche Prioritätsstufen zugeordnet werden. Be¬ finden sich Spannung und/oder Frequenz innerhalb eines solchen Bandes, werden nur diejenigen Energieerzeuger angesteu- ert, deren Prioritätsklasse mit der fraglichen Prioritätsstu¬ fe übereinstimmen.
Beispielsweise können Prioritätsklassen bzw. -stufen beim Abschalten von Energieerzeugern wie folgt festgelegt werden; eine individuelle Einrichtung von Prioritätsklassen bzw.
-stufen unter Verwendung ähnlicher oder anderer Kriterien ist natürlich möglich:
Prioritätsklasse / -stufe 1:
- Netzparameter befinden sich im Nennwert-nahen Bereich mit positiver Abweichung;
- Energieerzeuger, die aus fossilen Energiequellen gespeist und deren Betrieb mit C02-Ausstoß verbunden ist (z.B. Mini- und Mikro-Blockheizkraftwerke) , werden, soweit zulässig (z.B. soweit es der Wärmebedarf vor Ort zulässt) abgeschaltet.
Prioritätsklasse / -stufe 2:
- Netzparameter befinden sich im Nennwert-nahen Bereich mit positiver Abweichung (Abweichung größer als oder gleich Prioritätsklasse / -stufe 1 ) ;
- Energieerzeuger mit Energiespeicher werden in den Speicher- betrieb gefahren
Prioritätsklasse / -stufe 3:
- Netzparameter befinden sich im Nennwert-fernen Bereich mit positiver Abweichung (Abweichung größer als Prioritätsklasse / -stufe 2 ) ;
- Alle noch nicht abgeschalteten Energieerzeuger der Prioritätsklassen 1 und 2 werden sofort abgeschaltet bzw. in den Speicherbetrieb gefahren.
Prioritätsklasse / -stufe 4:
- Netzparameter befinden sich im Nennwert-fernen Bereich mit positiver Abweichung (Abweichung größer als oder gleich Prio- ritätsklasse / -stufe 3);
- Teillastfähige Energieerzeuger werden in den Teillastbetrieb gefahren.
Prioritätsklasse / -stufe 5:
- Netzparameter befinden sich im Nennwert-fernen Bereich mit positiver Abweichung;
- Alle übrigen im Netz verbliebenen Energieerzeuger werden abgeschaltet . Beim Zuschalten von Energieerzeugern im Falle eines Energie¬ mangels können die Prioritätsklassen bzw. -stufen in ähnli- eher oder entsprechender Weise vorgegeben werden.
Vor allem bei Anlagen mit begrenzten Speichereigenschaften, wie sie zum Beispiel bei Klein-Wasserkraftanlagen oder Biogasanlagen gegeben sind, wird so die Speichereigenschaft op¬ timal genutzt. Außerdem kann der Betrieb mehrerer unterschiedlicher Energieerzeuger durch Bevorzugung regenerativer Energieerzeuger bei möglichst geringem C02-Ausstoß durchge¬ führt werden.
Bezüglich des Verfahrens wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem mittels eines elektrischen Gerätes die an der Verbindungsstelle zwischen dem Energieerzeuger und dem Mittelspannungs- oder Niederspannungs-Energieversorgungsnetz vorliegende netzseiti- ge Spannung und/oder Frequenz überwacht wird. Der Energieerzeuger wird eingeschaltet oder die von dem Energieerzeuger an das Mittelspannungs- oder Niederspannungs-
Energieversorgungsnetz abgegebene elektrische Leistung erhöht, wenn die überwachte Spannung und/oder Frequenz einen unteren Schwellenwert unterschreitet, und der Energieerzeuger wird abgeschaltet oder die von dem Energieerzeuger an das Mittelspannungs- oder Niederspannungs-Energieversorgungsnetz abgegebene elektrische Leistung verringert, wenn die über¬ wachte Spannung und/oder Frequenz einen oberen Schwellenwert überschreitet .
Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die oben zu dem elektrischen Gerät gemachten Ausführungen verwiesen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbei- spielen näher erläutert. Hierzu zeigen eine schematische Blockdarstellung eines elektrischen Mittel- oder Niederspan- nungs-Energieversorgungsnetzes mit einem ansteuerbaren Energieerzeuger;
Figur 2 eine schematische Blockdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines elekt¬ rischen Gerätes zur Ansteuerung eines Energieerzeugers ;
Figur 3 eine schematische Blockdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines elekt¬ rischen Gerätes zur Ansteuerung eines Energieerzeugers; und
Figur 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Ansteuerung eines Energieerzeugers .
Figur 1 zeigt in höchst schematischer Darstellung einen Ausschnitt eines elektrischen Energieversorgungsnetzes 10, bei dem es sich um ein elektrisches Mittelspannungsnetz oder ein elektrisches Niederspannungsnetz handeln kann. Der Abschnitt des elektrischen Energieversorgungsnetzes 10 weist Abzweige IIa, IIb, 11c und lld auf, von denen in Fig. 1 der Übersicht¬ lichkeit halber lediglich der Abzweig IIa detaillierter dar- gestellt ist. Mit dem Abzweig IIa ist in geeigneter, in Fig. jedoch nicht näher dargestellter, Weise - beispielsweise mit¬ tels eines Transformators und/oder eines Umrichters - ein Energieerzeuger 12 verbunden. Mit den übrigen Abzweigen IIb bis lld können weitere elektrische Energieerzeuger verbunden sein. Weiterhin können aber auch (nicht dargestellte) elektrische Energieverbraucher an das Energieversorgungsnetz 10 angeschlossen sein. Bei dem elektrischen Energieerzeuger 12 kann es sich beispielsweise um einen dezentralen Kleinerzeuger handeln; insbesondere kann es sich bei dem Energieerzeuger um eine Photo- voltaik-Anlage, eine Klein-Wasserkraft-Anlage, ein Mini- oder Mikro-Blockheiz-Kraftwerk, eine Windkraft-Anlage, eine Bio- gas-Anlage oder eine Brennstoffzellenanlage handeln. Solche dezentralen Energieerzeuger kleiner und mittlerer Leistung werden seit der Liberalisierung der Strommärkte in verstärktem Umfang in Mittelspannungs- und Niederspannungsebenen der elektrischen Energieversorgungsnetze installiert und tragen mittlerweile einen maßgeblichen Anteil zur Bereitstellung elektrischer Energie in Energieversorgungsnetzen bei. Während jedoch elektrische Großerzeuger wie beispielsweise Großkraft¬ werke innerhalb des Energieversorgungsnetzes in komplexe Re¬ gelungsmechanismen zur Steuerung von Energieangebot und
-nachfrage eingebunden sind, sind elektrische Kleinerzeuger bisher von solchen Regelungsmechanismen üblicherweise nicht oder nur sehr eingeschränkt erfasst. Es besteht daher der Be¬ darf, auch solche elektrische Energieerzeuger in möglichst einfacher Weise in eine Steuerung des Netzbetriebs einzubin- den.
Um den elektrischen Energieerzeuger 12 daher jeweils abhängig von der jeweiligen Lastsituation des elektrischen Energieversorgungsnetzes 10 anzusteuern, ist ein elektrisches Gerät 13 vorgesehen, das zur Beeinflussung des Betriebszustandes des elektrischen Energieerzeugers 12 eingerichtet ist. Das in Fig. 1 lediglich beispielhaft als separates Gerät dargestell¬ te elektrische Gerät 13 kann auch integraler Bestandteil des elektrischen Energieerzeugers 12 selbst sein. Durch das elektrische Gerät 13 kann der elektrische Energie¬ erzeuger 12 generell ein- oder ausgeschaltet werden, er kann zudem in Volllast oder - sofern möglich - in Teillast betrie- ben werden. Wenn der elektrische Energieerzeuger 12 über eine Speichermöglichkeit verfügt, kann diese ebenso in die Ansteu- erung des Betriebszustandes eingebunden werden, indem beispielsweise der Energieerzeuger 12 die von ihm erzeugte elektrische Leistung teilweise oder vollständig in einen elektrischen Energiespeicher umleitet oder die im elektrischen Energiespeicher während eines vorgehenden Zeitraumes gespeicherte elektrische Energie wieder an das Energieversor¬ gungsnetz 10 abgegeben wird. Ebenso kann bei Energieerzeugern mit einer inhärenten Speichermöglichkeit für Primärenergie, aus der die elektrische Energie erzeugt wird, bereits die
Primärenergie gespeichert werden und zu einem späteren Zeit¬ punkt zur Erzeugung der elektrischen Energie herangezogen werden. Solche Energieerzeuger mit inhärentem Energiespeicher sind z.B. Wasserkraftanlagen, bei denen ein oberes Wasserre- servoir weiter aufgefüllt werden kann, oder eine Biogasanlage, bei der das zur Erzeugung der elektrischen Energie zu verbrennende Biogas in einem Gastank zwischengespeichert wird . Die Ansteuerung des elektrischen Energieerzeugers 12 durch das elektrische Gerät 13 erfolgt hierbei in Abhängigkeit des im Bereich des elektrischen Energieerzeugers 12 herrschenden Zustandes des elektrischen Energieversorgungsnetzes 10. Die Funktionsweise bei der Ansteuerung des elektrischen Energie- erzeugers 12 durch das elektrische Gerät 13 soll nachfolgend unter Hinzunahme der Fig. 2, die ein erstes Ausführungsbei¬ spiel eines elektrischen Gerätes 13a zeigt, erläutert werden. Bei den folgenden - auch die Figuren 3 und 4 betreffenden - Ausführungen wird oftmals von einzelnen Komponenten (z.B. Überwachungseinrichtung, Kommandoeinrichtung) gesprochen. Diese Komponenten können sowohl separate konstruktive Bautei¬ le innerhalb des elektrischen Gerätes darstellen als auch als Bestandteile, z.B. Programmmodule, einer Gerätesoftware aus- gebildet sein.
Zur Beurteilung des elektrischen Energieversorgungsnetzes 10 werden an einer Messstelle 14, die sich im Bereich des elektrischen Energieerzeugers 12 befindet (also beispielsweise an einem Anschlusspunkt, an dem der elektrische Energieerzeuger 12 mit dem Abzweig IIa des Energieversorgungsnetzes 10 gekop¬ pelt ist, zumindest aber an demselben Abzweig IIa, an dem der Energieerzeuger 12 angeordnet ist) , mittels geeigneter Senso¬ ren Messsignale aufgenommen, aus denen eine Spannung (bei- spielsweise eine Effektivspannung) und/oder eine Frequenz des Spannungssignals in den einzelnen Phasen des Energieversorgungsnetzes 10 abgeleitet werden kann. Spannung und/oder Frequenz werden im Folgenden einzeln oder zusammengenommen auch als Netzparameter bezeichnet. Die aufgenommenen Messsignale werden dem elektrischen Gerät 13 zugeführt und zunächst in einer Messwerterfassungseinrichtung 20 (vgl. Fig. 2) vorverarbeitet. Die Vorverarbeitung in der Messwerterfassungseinrichtung 20 kann beispielsweise eine Analog-Digital-Wandlung der Messsignale, eine Filterung und schließlich eine Ermitt- lung der benötigten Netzparameter in an sich bekannter Weise umfassen. Die aus den Messsignalen ermittelten Netzparameter werden ausgangsseitig von der Messwerterfassungseinrichtung 20 einer Steuereinrichtung 21 des elektrischen Gerätes 13a bereitgestellt.
Die Steuereinrichtung 21 weist eine Überwachungseinrichtung 22 auf, die dazu eingerichtet ist, die ermittelten Netzpara¬ meter zu überwachen. Anhand der überwachten Netzparameter kann nämlich auf die jeweilige Betriebssituation des elektri- sehen Energieversorgungsnetzes geschlossen werden. Die Werte von Spannung bzw. Frequenz entsprechen üblicherweise einem Nennwert, dürfen aber um diesen Nennwert in einem schmalen Toleranzband schwanken. Liegt die überwachte Spannung bzw. Frequenz im oberen Bereich des Toleranzbandes (d. h. oberhalb des Nennwertes), besteht ein Überschuss elektrischer Energie im Energieversorgungsnetz. Entsprechend kann bei im unteren Bereich des Toleranzbandes (d. h. unterhalb des Nennwertes) liegenden Werten der überwachten Netzparameter auf einen Mangel an elektrischer Energie im Energieversorgungsnetz geschlossen werden.
Da die Messwerte, aus denen die Netzparameter Spannung und/oder Frequenz abgeleitet werden, im örtlichen Bereich des Energieerzeugers 12 selbst erfasst werden, kann durch die Überwachungseinrichtung 22 ein lokaler Betriebszustand des Energieversorgungsnetzes 10 in der Nähe des Energieerzeugers 12 ermittelt werden. Dies ist von Vorteil, da durch das elektrische Gerät 13 als Reaktion auf den erkannten Betriebs¬ zustand eine Ansteuerung des elektrischen Energieerzeugers 12 vorgenommen werden kann, um den lokalen Betriebszustand des Energieversorgungsnetzes 10 - soweit möglich und nötig - aus¬ zugleichen .
Die Abhängigkeit der Netzparameter von der Lastsituation bzw. dem Betriebszustand des elektrischen Energieversorgungsnetzes 10 nützt das elektrische Gerät 13a aus, indem die Überwa¬ chungseinrichtung 22 bei oberhalb des oberen Schwellenwertes liegenden Werten der überwachten Spannung bzw. Frequenz ein Ausschaltsignal Saus an eine Kommandoeinrichtung 23 der Steu¬ ereinrichtung übergibt, wodurch diese zum Abgeben eines An- steuersignals SA an den elektrischen Energieerzeuger 12 veranlasst wird. Das Ansteuersignal bewirkt in diesem Fall ein Ausschalten des elektrischen Energieerzeugers 12 oder eine Reduzierung der von dem elektrischen Energieerzeuger 12 in das Energieversorgungsnetz 10 eingespeisten elektrischen Leistung. Bei einem an einem Absinken des betrachteten Netzparameters unter einen unteren Schwellenwert erkennbaren Energiemangel im Energieversorgungsnetz wird in entsprechender Weise durch die Überwachungseinrichtung ein Einschaltsignal Sein erzeugt, das die Kommandoeinrichtung 23 zur Abgabe eines Ansteuersignais an den Energieerzeuger 12 veranlasst, wodurch ein Einschalten des Energieerzeugers 12 oder eine Er- höhung der von diesem an das Energieversorgungsnetz abgegebenen elektrischen Leistung bewirkt.
Dies soll unter Hinzunahme von Fig. 4 illustriert werden. Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem der zeitliche Verlauf eines Netzparameters (Spannung und/oder Frequenz) aufgetragen ist. Durch eine Gerade N wird der Nennwert des entsprechenden Netzparameters angegeben. Obere und untere Toleranzbänder sind durch entsprechende Schwellenwerte SWQ und SWU begrenzt. An einem Messpunkt 41 besitzt der betrachtete Netzparameter einen Wert in der Nähe des Nennwertes. Dies bedeutet, dass an der Messstelle 14, an dem die den ermittelten Netzparametern zugrundeliegenden Messsignale erfasst worden sind, ein ausge¬ glichenes Verhältnis von Einspeisung und Entnahme elektri¬ scher Energie vorliegt.
Verschiebt sich das Verhältnis von Einspeisung und Entnahme im elektrischen Energieversorgungsnetz im Bereich der Messstelle 14 zugunsten der Energieeinspeisung, so steigt der Verlauf des Netzparameters entsprechend der Darstellung in Fig. 4 an, bis an einem Messpunkt 42 eine Überschreitung des oberen Schwellenwertes SWQ festgestellt wird. Die Überschrei¬ tung des oberen Schwellenwertes SWQ besagt, dass nunmehr ein Überschuss elektrischer Energie im Energieversorgungsnetz 10 im Bereich der Messstelle 14 vorliegt. Wie oben erläutert, gibt die Überwachungseinrichtung 22 daher ein Ausschaltsignal Saus an die Kommandoeinrichtung 23 der Steuereinrichtung 21 ab. Die Steuereinrichtung 21 beeinflusst über das Ansteuer- signal SA daraufhin den Energieerzeuger 12 dahingehend, die eingespeiste elektrische Leistung zu reduzieren oder die Ein- speisung komplett abzuschalten. Hierzu kann der elektrische Energieerzeuger 12 wenn möglich in einen Teillastbetrieb gefahren werden oder, sofern eine Speichermöglichkeit vorhanden ist, die erzeugte elektrische Energie ganz oder teilweise in einen elektrischen Energiespeicher umgeleitet werden bzw. eine Zwischenspeicherung der zur Erzeugung der elektrischen Energie zu verwendenden Primärenergie stattfinden.
Aufgrund der folgenden Reduzierung der Einspeisung elektri- scher Energie im Bereich der Messstelle 14 ist erneut eine
Veränderung des betrachteten Netzparameters zu bemerken; der Verlauf bewegt sich wieder in Richtung des Nennwertes und zeigt beispielsweise beim Messpunkt 43 einen ausgeglichenen Lastzustand des elektrischen Energieversorgungsnetzes.
Verschiebt sich zu einem späteren Zeitpunkt der Lastzustand des Energieversorgungsnetzes im Bereich der Messstelle 14 zu¬ gunsten der Energieentnahme beispielsweise durch das Ein¬ schalten weiterer Energieverbraucher, so sinkt - wie in Fig. 4 gezeigt - der Verlauf des betrachteten Netzparameters ab, bis beim Messpunkt 44 der untere Schwellenwert SWU unter¬ schritten wird. Die Unterschreitung wird durch die Überwachungseinrichtung 22 erkannt, die daraufhin ein Einschaltsignal S ein an die Kommandoeinrichtung 23 abgibt. Diese erzeugt ein entsprechendes Ansteuersignal SA, durch das der Energie¬ erzeuger zur Erhöhung der in das Energieversorgungsnetz eingespeisten elektrischen Leistung veranlasst wird. Diese kann beispielsweise durch ein vollständiges (Wieder- ) Einschalten oder durch eine Erhöhung eines Betriebszustandes innerhalb des Teillastbetriebes bis hin zum Volllastbetrieb erfolgen. Sofern der Energieerzeuger über eine Speichervorrichtung verfügt, kann alternativ oder zusätzlich zur Einspeisung aus der aktuellen Energieerzeugung auch die in dem Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie in das Energieversorgungs¬ netz eingespeist werden bzw. die gespeicherte Primärenergie zur - ggf. verstärkten - Erzeugung der elektrischen Energie herangezogen werden. Durch diese Maßnahme kann das Energieversorgungsnetz erneut in einen ausgeglichenen Zustand über- führt werden, wie er beispielsweise beim Messpunkt 45 in Fig. 4 gezeigt ist.
Durch die beschriebene Funktionsweise des elektrischen Gerä¬ tes kann erreicht werden, dass der elektrische Energieerzeu- ger einerseits bei einem Überangebot elektrischer Energie im elektrischen Energieversorgungsnetz seine eingespeiste Leistung reduziert oder die Einspeisung komplett einstellt und andererseits bei einem Mangel elektrischer Energie im elekt¬ rischen Energieversorgungsnetz die Einspeisung entsprechend erhöht oder (erneut) vornimmt.
Ein besonderer Vorteil des elektrischen Gerätes besteht darin, dass zur Ermittlung des entsprechenden Ansteuersignais für den elektrischen Energieerzeuger keine Kommunikationsver- bindung mit einer übergeordneten Einrichtung des elektrischen Energieversorgungsnetzes notwendig ist und direkt auf lokale Veränderungen der Lastsituation in dem elektrischen Energieversorgungsnetz reagiert werden kann. Figur 3 zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Gerätes 13b. Die grundsätzliche Funktions¬ weise des elektrischen Gerätes 13b gemäß Fig. 3 stimmt mit der bereits zu den Fig. 1 und 2 erläuterten Funktionsweise überein, so dass bei der Beschreibung zu Fig. 3 die vorhande- nen Unterschiede besonders hervorgehoben werden. Wie das elektrische Gerät 13a gemäß Fig. 2 weist auch das elektrische Gerät 13b eine Messwerterfassungseinrichtung 20 und eine Steuereinrichtung 30 auf. Die Steuereinrichtung 30 ist wie die Steuereinrichtung 21 des elektrischen Gerätes 13a gemäß Fig. 2 grundsätzlich dazu eingerichtet, eine Ansteuerung des angeschlossenen elektrischen Energieerzeugers entsprechend der lokalen Lastsituation in dem elektrischen Energieversorgungsnetz 10 anhand der erfassten Netzparameter Spannung und/oder Frequenz durchzuführen. Wie zu Fig. 2 bereits erläutert, wird auch die Ansteuerung bei dem elektrischen Gerät 13b derart vorgenommen, dass bei einem Überangebot elektri¬ scher Leistung im Energieversorgungsnetz eine Reduzierung der eingespeisten Leistung durch den elektrischen Energieerzeuger vorgenommen wird, während bei einem Mangel elektrischer Energie im Energieversorgungsnetz 10 der Energieerzeuger 12 zur Erhöhung der eingespeisten elektrischen Leistung in das Energieversorgungsnetz 10 veranlasst wird. Die Steuereinrichtung 30 gemäß Fig. 3 weist eine Überwachungseinrichtung 31, eine Kommandoeinrichtung 32 und eine Speichereinrichtung 33 auf. In der Speichereinrichtung 33 kann eine Angabe 34 über die Prioritätsklasse des dem elekt¬ rischen Gerät 13b zugeordneten elektrischen Energieerzeugers 12 abgespeichert sein. Die Prioritätsklasse kann dazu heran¬ gezogen werden, zu bestimmen, bei welchem spezifischen Lastzustand des Energieversorgungsnetzes der jeweilige Energieer¬ zeuger angesteuert werden soll. Prioritätsklassen können beispielsweise wie oben bereits angegeben festgelegt werden.
Um eine differenzierte Ansteuerung mehrerer Energieerzeuger unterschiedlicher Prioritätsklassen entsprechend der jeweiligen Lastsituation im elektrischen Energieversorgungsnetz vornehmen zu können, wird der Bereich des entsprechenden Netzpa- rameters um den Nennwert N (vgl. Fig. 4) zusätzlich in unterschiedliche Prioritätsstufen aufgeteilt. Die unterste Priori¬ tätsstufe wird hierbei auf der dem Nennwert N zugewandten Seite vom jeweiligen Schwellenwert SWQ bzw. SWU begrenzt. In Fig. 4 befinden sich oberhalb und unterhalb des Nennwertes je zwei unterschiedliche Prioritätsstufen, nämlich eine Prioritätsstufe 1 (Bezugszeichen 46a und 46b) als ein vergleichs¬ weise Nennwert-naher Toleranzbereich und eine Prioritätsstufe 2 (Bezugszeichen 47a und 47b) als ein vergleichsweise Nenn- wert-ferner Toleranzbereich. Dem den Nennwert unmittelbar umgebenden Toleranzbereich ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 keine Prioritätsstufe zugeordnet, da eine Schwankung der Netzparameter innerhalb dieses Toleranzbereiches noch keinerlei Auswirkungen auf die Ansteuerung der elektrischen Energieerzeuger haben soll; davon abweichend ist die Zuord¬ nung einer Prioritätsstufe in diesem Bereich natürlich jederzeit möglich. Selbstverständlich ist es darüber hinaus auch möglich, die Prioritätsstufen in unterschiedlicher Art und Anzahl gemäß den jeweiligen Bedürfnissen der Netzbetreiber bzw. Betreiber der elektrischen Energieerzeuger anzupassen und zu konfigurieren.
Die in dem elektrischen Gerät 13b in der Speichereinrichtung 33 abgelegte Angabe 34 über die Prioritätsklasse stuft den an das elektrische Gerät 13b angeschlossenen Energieerzeuger als Energieerzeuger der Prioritätsklasse 2 ein. Erreicht nun bei¬ spielsweise bei einem Energieerzeuger der Prioritätsklasse 2 der Verlauf des überwachten Netzparameters in Fig. 4 den oberhalb des oberen Schwellenwertes SWQ liegenden Messpunkt 42, so hat dies trotz der Schwellenwertverletzung auf die Ansteuerung des an das elektrische Gerät 13b angeschlossenen Energieerzeugers keine Auswirkung, da der Messpunkt 42 inner¬ halb der Prioritätsstufe 1 liegt, während dem Energieerzeuger die Prioritätsstufe 2 zugeordnet ist. Die Überwachungseinrichtung 31 registriert folglich einerseits die Überschreitung des oberen Schwellenwertes und be¬ stimmt andererseits die genaue Prioritätsstufe der Über- schreitung und teilt diese Informationen der Kommandoeinrichtung 32 mit. Die Kommandoeinrichtung 32 vergleicht die Prioritätsstufe der erkannten Schwellenwertverletzung mit der in der Speichereinrichtung 33 abgelegten Angabe 34 über die Prioritätsklasse des Energieerzeugers und generiert nur dann bei vorliegendem - die bloße Schwellenwertverletzung angebenden - Ausschaltsignal Saus ein entsprechendes Ansteuersignal SA, wenn die ausgelesene Prioritätsklasse mit der Prioritätsstufe der Schwellenwertverletzung übereinstimmt. Da der Messpunkt 42 innerhalb des Bereichs der Prioritätsstufe 1 liegt und die Angabe 34 über die Prioritätsklasse des Energieerzeugers die Prioritätsstufe 2 angibt, wird folglich von der Kommandoeinrichtung 32 zum Zeitpunkt des Messpunktes 42 noch keine An¬ steuerhandlung für den angeschlossenen Energieerzeuger ausgelöst.
Steigt der Verlauf - wie in Figur 4 gezeigt - jedoch weiter an und erreicht die Prioritätsstufe 2, wie mit einem Mess¬ punkt 48 gezeigt, so teilt die Überwachungseinrichtung 31 der Kommandoeinrichtung 31 einerseits die noch immer bestehende Schwellenwertverletzung des oberen Schwellenwertes SWQ und andererseits die geänderte Prioritätsstufe (nunmehr Priori¬ tätsstufe 2) mit. Der von der Kommandoeinrichtung 32 durchgeführte Vergleich mit der abgespeicherten Angabe 34 über die Prioritätsklasse des angeschlossenen Energieerzeugers führt nunmehr zu einer Übereinstimmung, so dass die Kommandoeinrichtung 32 entsprechend ein Ansteuersignal SA für den Ener¬ gieerzeuger abgibt, das diesen zur Reduzierung der in das elektrische Energieversorgungsnetz eingespeisten elektrischen Leistung veranlasst. Durch das Vorsehen von Prioritätsstufen und Prioritätsklassen für unterschiedliche Arten von Energieversorgern kann in vorteilhafter Weise differenziert auf die Möglichkeit des jewei- ligen Energieerzeugers Rücksicht genommen werden, seine Ein¬ speisesituation kurzfristig zu ändern. Außerdem können weitere Kriterien, z.B. C02-Ausstoß, der jeweiligen Energieerzeu¬ ger zur Bildung einer Rangliste für den Betriebseinsatz der einzelnen Energieerzeuger herangezogen werden.
Die Kommandoeinrichtung 32 des elektrischen Gerätes 13b kann zudem auch ein Verzögerungsglied 35 aufweisen, das - gegebe¬ nenfalls unter Berücksichtigung der jeweiligen Prioritätsstufe bzw. -klasse - die Weitergabe des Ein- bzw. Ausschaltsig- nals an den Energieerzeuger in Form des jeweiligen Ansteuersignais SA um eine Verzögerungszeit verzögert. Die Verzöge¬ rungszeit kann vorteilhaft durch einen Zufallsgenerator 36 erzeugt werden, so dass die für die Ansteuerung mehrerer Energieerzeuger mittels unterschiedlicher elektrischer Geräte verwendete Zeitdauer unterschiedliche Werte annimmt. Dies hat den Zweck, dass auch bei einer Vielzahl elektrischer Energieerzeuger, die in einander entsprechender Weise angesteuert werden, keine stoßartigen Laständerungen im elektrischen Energieversorgungsnetz durch ein gleichzeitiges Erhöhen bzw. Reduzieren oder sogar gleichzeitiges Ein- bzw. Ausschalten aller elektrischer Energieerzeuger hervorgerufen werden.
Durch die zufällig vorgegebene Verzögerungszeit werden die elektrischen Energieerzeuger vielmehr mit einer gewissen zeitlichen Staffelung nach und nach angesteuert, so dass sich das Energieversorgungsnetz schrittweise jeweils an die geänderte Einspeisesituation anpassen kann.
Der Zufallsgenerator 36 kann hierbei beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Verzögerungszeit direkt zu ermitteln und dem Verzögerungsglied 35 vorzugeben. Hierbei kann der Zu¬ fallsgenerator 36 derart eingerichtet sein, dass die ermit¬ telte Verzögerungszeit umso kleiner ausfällt, je höher der Wert der jeweiligen Schwellenwertüberschreitung ist. Auf die- se Weise können bei einem großen Überangebot bzw. Mangel elektrischer Energie vergleichsweise schnell viele elektri¬ sche Energieerzeuger angesteuert werden.
Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass der Zufalls- generator 36 wiederholt ein Zufallssignal erzeugt, das zumin¬ dest zwei unterschiedliche Zustände annehmen kann. Nimmt die¬ ses Zufallssignal einen ausgewählten Zustand an, so wird der Ablauf der Verzögerungszeit beendet und das Ansteuersignal SA sofort an den Energieerzeuger abgegeben. Nimmt das Zufalls- signal hingegen einen anderen Zustand an, so wird der Ablauf der Verzögerungszeit fortgesetzt, bis nach einer Pausenzeit, in der kein Zufallssignal erzeugt wird, eine erneute Ermitt¬ lung des Zufallssignals durch den Zufallsgenerator 36 stattfindet .
Bei dieser Variante kann die Wahrscheinlichkeit, mit der das Zufallssignal den ausgewählten Zustand annimmt, an die Höhe der Schwellenwertüberscheitung angepasst werden. Bei einer nur geringen Überschreitung erzeugt der Zufallsgenerator mit geringerer Wahrscheinlichkeit das Ausgangszufallssignal mit dem ausgewählten Zustand, während bei einer größeren Schwellenwertüberschreitung die eine entsprechend schnellere Gegen¬ maßnahme durch Ansteuerung des Energieerzeugers erfordert, die Wahrscheinlichkeit, dass das Zufallssignal den ausgewähl- ten Zustand annimmt, erhöht wird. Die Wahrscheinlichkeit für die unterschiedlichen Zustände des Zufallssignals kann auch durch eine Erhöhung der Taktfrequenz , mit der das Zufallssignal erzeugt wird, reguliert werden. Je kürzer die Abstände zwischen den einzelnen Erzeugungstakten des Zufallssignals gewählt werden, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass der ausgewählte Zustand in kürzerer Zeit erreicht wird, so dass die für die Verzögerung des Ansteuersignais verwendete Verzögerungszeit entsprechend verkürzt wird.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass bei einem Absinken der überwachten Netzparameter während des Ablaufs der Verzögerungszeit unter den oberen Schwellenwert (d. h. bei einem En de des Überangebots elektrischer Energie) bzw. einem Anstieg der Netzparameter über den unteren Schwellenwert (d. h. der Mangel an elektrischer Energie ist beendet) der Ablauf der Verzögerungszeit unterbrochen wird, ohne dass das Ansteuer- signal an den Energieerzeuger abgegeben wird. Dies bewirkt, dass bei einem bestehenden Überangebot bzw. Mangel elektrischer Energie im Energieversorgungsnetz jeweils nur so viele elektrische Energieerzeuger angesteuert werden wie benötigt werden, um den Ungleichgewichtszustand im Energieversorgungs netz auszugleichen.
Obwohl bezüglich Figur 3 die in Vergleich zu Figur 2 hinzuge kommenen Funktionen der Verwendung von Prioritätsstufen und Prioritätsklassen einerseits und dem Einsatz eines Verzögerungsgliedes andererseits in einem gemeinsamen Ausführungs¬ beispiel erläutert worden sind, können sie auch einzeln zur Erweiterung des elektrischen Gerätes 13a gemäß Fig. 2 vorgesehen werden.
Mit der beschriebenen Funktionsweise des elektrischen Geräte wird insbesondere auch der Vorteil erreicht, dass nicht wie bei anderen zentral gesteuerten Systemen zur Optimierung des Betriebs eines Energieversorgungsnetzes die Situation des ge samten Energieversorgungsnetzes betrachtet wird; vielmehr er folgt die Netzoptimierung anhand des konkreten lokalen Energieangebots, z. B. unter Einbeziehung der Rückwirkungen nahe liegender Großverbraucher und naheliegender weiterer Energie erzeuger. Übertragungsverluste innerhalb des Energieversor¬ gungsnetzes werden auf diese Weise minimiert. Durch den Ver¬ zicht auf Kommunikationseinrichtungen zur Vorgabe von Steuer befehlen an die elektrischen Geräte durch eine zentrale Einrichtung wird neben einer Vereinfachung des Gesamtsystems (und damit reduzierten Kosten) auch der Vorteil erreicht, dass die Netzsteuerung weniger anfällig wird gegenüber Manipulationen durch sogenannte Cyberangriffe, bei denen Hacker versuchen, sich Zugang zu Steuerungen im elektrischen Energieversorgungsnetz zu verschaffen, um eine gezielte Instabilität des Energieversorgungsnetzes hervorzurufen.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) zum Ansteuern eines mit einem elektrischen Mittelspannungs- oder Niederspannungs- Energieversorgungsnetz (10) in Verbindung stehenden elektrischen Energieerzeugers (12), mit
- einer Steuereinrichtung (21, 30), über die der Energieerzeuger (12) hinsichtlich seines Betriebszustands ansteuerbar ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- das elektrische Gerät (13, 13a, 13b) im Bereich der Verbin¬ dungsstelle zwischen dem Mittelspannungs- oder Niederspan- nungs-Energieversorgungsnetz (10) und dem Energieerzeuger (12) angeordnet ist;
- die Steuereinrichtung (21, 30) eine Überwachungseinrichtung (22, 31) umfasst, die dazu eingerichtet ist, die netzseitig an dem elektrischen Gerät (13, 13a, 13b) anliegende Spannung und/oder Frequenz zu überwachen und ein Einschaltsignal zu erzeugen, wenn die überwachte Spannung und/oder Frequenz ei- nen unteren Schwellenwert unterschreitet, und ein Ausschalt¬ signal zu erzeugen, wenn die überwachte Spannung und/oder Frequenz einen oberen Schwellenwert überschreitet; und
- die Steuereinrichtung (21, 30) dazu eingerichtet ist, bei vorliegendem Einschaltsignal den Energieerzeuger (12) einzu- schalten oder die von dem Energieerzeuger (12) an das Mittelspannungs- oder Niederspannungs-Energieversorgungsnetz (10) abgegebene elektrische Leistung zu erhöhen und bei vor¬ liegendem Ausschaltsignal den Energieerzeuger (12) abzuschalten oder die von dem Energieerzeuger (12) an das Mittelspan- nungs- oder Niederspannungs-Energieversorgungsnetz (10) abgegebene elektrische Leistung zu verringern.
2. Elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - die Steuereinrichtung (21, 30) dazu eingerichtet ist, bei einem Energieerzeuger (12), der einen Energiespeicher aufweist, bei vorliegendem Ausschaltsignal die von dem Energie¬ erzeuger (12) an das Mittelspannungs- oder Niederspannungs- Energieversorgungsnetz (10) abgegebene elektrische Leistung zu verringern, indem die von dem Energieerzeuger (12) erzeugte elektrische Energie oder die von dem Energieerzeuger zur Erzeugung der elektrischen Energie zu verwendende Primärenergie ganz oder teilweise in den Energiespeicher umgeleitet wird.
3. Elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Steuereinrichtung (21, 30) dazu eingerichtet ist, bei vorliegendem Einschaltsignal die von dem Energieerzeuger (12) an das Mittelspannungs- oder Niederspannungs- Energieversorgungsnetz (10) abgegebene elektrische Leistung zu erhöhen, indem die in dem Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie an das Mittelspannungs- oder Niederspan- nungs-Energieversorgungsnetz (10) ganz oder teilweise abgegeben wird oder die in dem Energiespeicher gespeicherte Primärenergie ganz oder teilweise zur Erzeugung elektrischer Energie herangezogen wird.
4. Elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) nach einem der vorange¬ henden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Steuereinrichtung (21, 30) ein Verzögerungsglied (35) aufweist, das derart eingerichtet ist, dass es
- bei vorliegendem Einschaltsignal das Einschalten des Energieerzeugers (12) oder die Erhöhung der von dem Energieerzeu¬ ger (12) abgegeben Leistung um eine mittels eines Zufallsge¬ nerators (36) vorgegebene Verzögerungszeit verzögert; und - bei vorliegendem Ausschaltsignal das Ausschalten des Ener¬ gieerzeugers (12) oder die Verringerung der von dem Energieerzeuger (12) abgegeben Leistung um eine mittels des Zufallsgenerators (36) vorgegebene Verzögerungszeit verzögert.
5. Elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der Zufallsgenerator (36) zur direkten Ausgabe der Verzögerungszeit eingerichtet ist.
6. Elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der Zufallsgenerator (36) zur Ermittlung der Verzögerungszeit derart eingerichtet ist, dass die Verzögerungszeit umso kürzer ist, desto weiter der Wert der überwachten Spannung und/oder Frequenz den oberen Schwellenwert überschreitet bzw. den unteren Schwellenwert unterschreitet.
7. Elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der Zufallsgenerator (36) dazu eingerichtet ist, ein Zufallssignal mit zumindest zwei Zuständen auszugeben, wobei bei Vorliegen eines ausgewählten Zustandes des Zufallssignals der Ablauf der Verzögerungszeit beendet wird, während bei Fehlen des ausgewählten Zustandes der Ablauf der Verzöge¬ rungszeit fortgesetzt wird und das Zufallssignal erneut er¬ zeugt wird.
8. Elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der Zufallsgenerator (36) dazu eingerichtet ist, die Wahrscheinlichkeit, mit der das Zufallssignal den ausgewählten Zustand annimmt, zu erhöhen, je weiter der Wert der überwach- ten Spannung und/oder Frequenz den oberen Schwellenwert überschreitet bzw. den unteren Schwellenwert unterschreitet.
9. Elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der Zufallsgenerator (36) dazu eingerichtet ist, dass die Pausenzeit, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausgaben des Zufallssignals liegt, umso kürzer ist, desto weiter der Wert der überwachten Spannung und/oder Frequenz den oberen Schwellenwert überschreitet bzw. den unteren Schwellenwert unterschreitet .
10. Elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- das Verzögerungsglied (35) dazu eingerichtet ist, den Ab¬ lauf der Verzögerungszeit abzubrechen, wenn während der Ver¬ zögerungszeit die überwachte Spannung und/oder Frequenz den oberen Schwellenwert unterschreitet bzw. den unteren Schwel¬ lenwert überschreitet.
11. Elektrisches Gerät (13, 13a, 13b) nach einem der vorange¬ henden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- dem elektrischen Gerät (13, 13a, 13b) in Abhängigkeit von der Art des Energieerzeugers (12) eine Prioritätsklasse zuge¬ ordnet und eine Angabe (34) über die Prioritätsklasse in ei¬ ner Speichereinrichtung (33) des elektrischen Gerätes (13, 13a, 13b) abgespeichert ist; und
- eine Ansteuerung des Energieerzeugers (12) durch das elekt- rische Gerät (13, 13a, 13b) nur dann stattfindet, wenn die
Angabe (34) über die Prioritätsklasse mit einer Prioritäts¬ stufe übereinstimmt, die von der Steuereinrichtung (21, 30) in Abhängigkeit davon bestimmt wird, wie weit der Wert der überwachten Spannung und/oder Frequenz den oberen Schwellen- wert überschreitet bzw. den unteren Schwellenwert unter¬ schreitet .
12. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Mittelspan- nungs- oder Niederspannungs-Energieversorgungsnetzes (10), mit zumindest einem mit dem Mittelspannungs- oder Niederspan- nungs-Energieversorgungsnetz (10) in Verbindung stehenden Energieerzeuger (12), der zur Abgabe von elektrischer Leistung in das Mittelspannungs- oder Niederspannungs- Energieversorgungsnetz (10) eingerichtet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- mittels eines elektrischen Gerätes (13, 13a, 13b) die an der Verbindungsstelle zwischen dem Energieerzeuger (12) und dem Mittelspannungs- oder Niederspannungs- Energieversorgungsnetz (10) vorliegende netzseitige Spannung und/oder Frequenz überwacht wird; und
- der Energieerzeuger (12) eingeschaltet oder die von dem Energieerzeuger (12) an das Mittelspannungs- oder Niederspan- nungs-Energieversorgungsnetz (10) abgegebene elektrische Leistung erhöht wird, wenn die überwachte Spannung und/oder Frequenz einen unteren Schwellenwert unterschreitet; und
- der Energieerzeuger (12) abgeschaltet oder die von dem Energieerzeuger (12) an das Mittelspannungs- oder Niederspan- nungs-Energieversorgungsnetz (10) abgegebene elektrische Leistung zu verringert wird, wenn die überwachte Spannung und/oder Frequenz einen oberen Schwellenwert überschreitet.
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