JP2022513951A - 複数の電気デバイスを有する電気設備を制御するための方法、制御ユニット及びそのような制御ユニットを有する電気設備 - Google Patents
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Abstract
電気デバイス(2)を有する電気設備(1)を制御するための方法であって、電気デバイス(2)は、エネルギーを生成する方式、エネルギーを貯蔵する方式及び/又はエネルギーを消費する方式で動作され得、且つエネルギー供給ネットワーク(5)に接続される、方法が記載される。この方法は、ネットワーク接続ポイント(4)において、設備(1)に割り当てられた電力潮流PAnlについての設備目標PAnl,Sollを達成することを目的とする第1の段階と、複数のデバイス(2)からの各デバイス(2)の電力潮流PGer,iについての個々のデバイス目標PGer,Soll,iを達成することを目的とする第2の段階とを含む。ネットワーク接続ポイント(4)での設備(1)の電力潮流PAnlの検出及び設備(1)の検出された電力潮流PAnlと設備目標PAnl,Sollとの比較に基づいて、設備(1)は、設備(1)の検出された電力潮流PAnlが設備目標PAnl,sollの周辺の許容範囲内である場合に第2の段階で動作されるか、又はそうでなければ、設備は、第1の段階で動作される。制御ユニット(3)及びそのような設備(1)も同様に記載される。
Description
本発明は、複数の電気デバイスを有する電気設備を制御するための方法、その方法を実行するように構成された制御ユニット及びそのような制御ユニットを有する電気設備に関する。電気設備は、複数の電気デバイスを含み、且つエネルギーを生成する方式で動作され得る少なくとも1つのデバイス、エネルギーを消費する方式で動作され得る少なくとも1つのデバイス及び/又はエネルギーを放出する方式とエネルギーを吸収する方式との両方で動作され得る少なくとも1つのデバイスを含む。後者は、特にバッテリーを有するエネルギー貯蔵システムであり得る。
大量のエネルギーの顧客、例えば営利企業に対する電気料金表には、一般的に、消費される最大有効電力と、多くの場合に更に消費される最小有効電力とがある。これは、エネルギー生成をよりよく計画できるようにするために使用される。グリッド接続ポイントを介してAC電圧グリッドから得られる最大有効電力を超過すること及び最小有効電力を下回ることにより、エネルギー顧客のエネルギーコストの増加につながる。
エネルギー顧客は、多くの場合、エネルギー貯蔵システム及び電気消費装置と組み合わせて、回生エネルギー生成設備を含む電気設備を運用する。これにより、取得される最小及び最大有効電力の所定の許容範囲内で最大限可能な範囲において電気消費装置に供給することが可能になる。具体的には、設備の内部で生成され、且つ電気消費装置が現在使用できない余剰電力は、エネルギー貯蔵システムに供給され、そこでバッファーリングされる。対照的に、エネルギー顧客の消費装置によって全体的に消費される電力が、取得される最大有効電力を超過しそうである場合、エネルギー貯蔵システムから電力が引き出される。これにより、取得される最大有効電力を下回る電力がグリッドから得られる場合、グリッド接続ポイントを介してAC電圧グリッドから得られる電力を制限し、消費装置の供給をサポートする。
エネルギーを生成する方式で動作され得る少なくとも1つのデバイス、エネルギーを貯蔵する方式で動作され得る1つのデバイス及び/又はエネルギーを消費する方式で動作され得る1つのデバイスを含む複数の電気デバイスを有するそのような電気設備を調節することは、複雑である。複雑さは、設備内部の様々な電気デバイスの数と共に増加する。これは、調節では、一方では個々のデバイスの電力潮流の個々のデバイスターゲットを、他方ではそれと同時にグリッド接続ポイントでの設備全体の電力潮流についての設備ターゲットを考慮に入れなくてはならないことに起因する。設備ターゲットが達成されたものの、あるデバイス又は個々のデバイスが設備内の他のデバイスと比較して個々のデバイスターゲットを大幅に下回る場合、適切ではない。むしろ、設備ターゲットと、設備の個々のデバイスの個々のデバイスターゲットとの両方が、できる限り設備の全てのデバイスについて達成されることが望ましい。
文献独国特許出願公開第10 2015 101738A1号明細書は、電気交換電力の双方向の交換のために、グリッド接続ポイントを介して公共のAC電圧グリッドに接続されるエネルギー生成設備を動作させるための方法を開示している。エネルギー生成設備は、エネルギー生成ユニット、エネルギー貯蔵庫及び電気消費装置を含む。グリッド接続ポイントでのエネルギー生成設備の電気交換電力は、エネルギー生成ユニット、エネルギー貯蔵庫及び/又は消費装置を制御することによって所望の値に調節され、その所望の値は、第1のターゲット変数及び第2のターゲット変数に基づいて決定される。この場合、交換電力の第1のターゲット変数は、定数値として予め定義され、交換電力の第2のターゲット値は、グリッド接続ポイントで取得される少なくとも1つの変数に基づいて予め定義される。
文献独国特許出願公開第10 2016 110716A1号明細書は、システムに割り当てられるストレージユニットの放電電力を適応的に制御するための方法を開示している。この制御の目的は、平均化間隔内でシステムのグリッド接続ポイントを介してエネルギー供給グリッドから得られる電気エネルギーをターゲット値に制限することである。この目的のために、ストレージユニットの放電電力は、平均化間隔内の現在の時点で既に得られている電気エネルギー、現在の時点及び平均化間隔に割り当てられたターゲット値に基づいて平均化間隔中に制御される。
本発明の目的は、エネルギーを生成する方式で動作され得るデバイス、エネルギーを貯蔵する方式で動作され得る電気デバイス及び/又はエネルギーを消費する方式で動作され得るデバイスを含む複数の電気デバイスを有する電気設備を制御するための方法を示すことであり、この方法を使用して、設備ターゲットと、設備内部の個々のデバイスの個々のデバイスターゲットとの両方をできる限り達成することができる。本発明の目的は、この方法を実行するように設計された制御ユニットと、異なる方式で動作され得る複数の電気デバイス及びそのような制御デバイスを有する電気設備とを示すことでもある。
本発明の目的は、独立特許請求項1に記載の特徴を有する、電気設備を制御するための方法によって達成される。従属特許請求項2~10は、この方法の好ましい実施形態に向けられる。特許請求項12は、この方法を実行するように構成された制御ユニットに関する。同等の特許請求項13は、複数の電気デバイス及び制御ユニットを有する電気設備に向けられる。従属特許請求項14は、本発明による設備の有利な実施形態の特徴を記述する。
本発明による方法は、制御ユニットによる、複数の電気デバイスを有する電気設備の制御に関する。この場合、複数のデバイス、従ってこの設備は、共通のグリッド接続ポイントを介して公共のエネルギー供給グリッドに接続される。この設備は、エネルギーを生成する方式で動作され得る少なくとも1つのデバイス、エネルギーを貯蔵する方式で動作され得る少なくとも1つのデバイス及び/又はエネルギーを消費する方式で動作され得る1つのデバイスを含む。この方法は、グリッド接続ポイントにおいて、設備に割り当てられた電力潮流PAnlについての設備ターゲットPAnl,Sollを達成することを目的とする第1の段階を有する。この方法は、複数のデバイスからの各デバイスiの電力潮流PGer,iについての個々のデバイスターゲットPGer,Soll,iを達成することを目的とする第2の段階も有する。この場合、この方法は、以下の方法ステップ:
- グリッド接続ポイントにおいて設備の電力潮流PAnlを検出する方法ステップと、
- 設備の検出された電力潮流PAnlを設備ターゲットPAnl,sollと比較する方法ステップと、
- 設備の検出された電力潮流PAnlが設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容範囲内にある場合、第2の段階でこの方法を動作させる方法ステップであって、結果として、各デバイスは、可能な限り最良の方式において、それに割り当てられた個々のデバイスターゲットPGer,Soll,iを達成する、方法ステップと、
- 設備の検出された電力潮流PAnlが設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容範囲外にある場合、第1の段階でこの方法を動作させるステップであって、設備のデバイスは、設備ターゲットPAnl,sollを達成する方向に調節され、この調節は、複数のうちの各デバイスiについて、そのデバイスの電力潮流PGer,iと、それぞれの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iとの間の差ΔPGer,i=PGer,soll,i-PGer,iがデバイス固有のデフォルト値と一致する状況を目指すものである、方法ステップと
を含む。
- グリッド接続ポイントにおいて設備の電力潮流PAnlを検出する方法ステップと、
- 設備の検出された電力潮流PAnlを設備ターゲットPAnl,sollと比較する方法ステップと、
- 設備の検出された電力潮流PAnlが設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容範囲内にある場合、第2の段階でこの方法を動作させる方法ステップであって、結果として、各デバイスは、可能な限り最良の方式において、それに割り当てられた個々のデバイスターゲットPGer,Soll,iを達成する、方法ステップと、
- 設備の検出された電力潮流PAnlが設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容範囲外にある場合、第1の段階でこの方法を動作させるステップであって、設備のデバイスは、設備ターゲットPAnl,sollを達成する方向に調節され、この調節は、複数のうちの各デバイスiについて、そのデバイスの電力潮流PGer,iと、それぞれの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iとの間の差ΔPGer,i=PGer,soll,i-PGer,iがデバイス固有のデフォルト値と一致する状況を目指すものである、方法ステップと
を含む。
本出願によれば、「設備を制御する」という用語は、特に「設備を調節する」ことを意味するものとしても理解されるべきである。エネルギーを貯蔵する方式で動作され得る電気デバイスとは、エネルギーを放出する方式とエネルギーを吸収する方式との両方で動作され得るデバイスを意味するものとして理解されるべきである。複数のn個のデバイスは、2つ以上のデバイスを含み得、即ちn≧2である。各デバイスの電力潮流PGer,iと、電力潮流の個々のデバイスターゲットPGer,soll,iとは、それぞれの場合に有効電力、無効電力及び/又は皮相電力を含み得る。同様の状況が設備の電力潮流PAnl及び電力潮流についての設備ターゲットPAnl,sollにも当てはまる。設備ターゲットPAnl,sollは、許容範囲の中心であり得るが、必ずしもそうである必要はない。本発明によれば、設備ターゲットが許容範囲の許容限界と一致することも可能である。
設備の電力潮流PAnlは、式1に従ってデバイスの電力潮流PGer,iの合計と一致する。
設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容範囲とは、設備の電力潮流PAnlがこの許容範囲内にある場合、設備電力が何らの修正も必要としないような許容された範囲を意味するものとして理解することができる。
むしろ、個々のデバイスiは、設備の許容範囲内において、互いに独立して、それぞれの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iを制御又は調節することができる。この場合、それぞれのデバイスによって調節される所望の値は、個々のデバイスターゲットPGer,soll,iと一致する。設備のそれぞれのデバイスに割り当てられた調節器、特に比例積分調節器(PI調節器)は、各デバイスiについて、電力潮流の誤差ΔPGer,iをΔPGer,i=PGer,Soll,i-PGer,iに従って0に調節することを目的として動作する。この場合、デバイスの電力潮流PGer,iの合計は、設備ターゲットPAnl,sollに等しくならないことがあり得、その結果、所望の値PAnl,sollからの設備の電力潮流PAnlの偏差が存在する。しかしながら、この偏差が許容範囲内である限り、これは、無視され、個々のデバイスターゲットPGer,soll,iを調節する際に考慮されない。
対照的に、グリッド接続ポイントでの設備の電力潮流PAnlが許容範囲外にある場合、設備の電力潮流PAnlを再び許容範囲内に変更するために、設備の電力潮流PAnlを補正する必要がある。設備の全てのデバイスiは、本発明に従う所定の方式で電力潮流の補正に関与する。
特に、設備の各デバイスiについて、設備の公称電力PAnl,nomにおけるデバイスiの公称電力PGer,nom,iの相対的割合に基づいて、修正された所望の値
を生成することができ、ここで、公称電力PAnl,nomは、設備のデバイスの公称電力PGer,nom,iの合計
と一致する。
このとき、設備電力を補正する目的で修正された所望の値
は、式(2)に従って以下のように組み立てることができる。
式(2)では、1番目の被加数PGer,Soll,iは、デバイスiの電力潮流の個々のデバイスターゲットを述べている。この値は、設備電力が許容範囲内である場合に使用される。
2番目の加数には、設備の個々のデバイスi間で設備誤差(PAnl,soll-PAnl)を分散させるために使用される第1の補正項が含まれる。この目的のために、設備の電力潮流PAnlと設備ターゲットPAnl,sollとの間の差は、公称設備電力PAnl,nomにおける公称デバイス電力PGer,nom,iの相対的割合を使用してスケール調整することができる。従って、設備誤差の分散は、設備の公称電力PAnl,nomにおけるデバイスのそれぞれの公称電力PGer,nom,iの相対的割合に基づいて有利にスケール調整することができる。
2番目の加数には、第2の補正項も含まれ、この補正項を使用して、設備の全てのデバイスi(k=1~n)全体にわたって合計される、それぞれの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iからの電力潮流PGer,iの偏差を設備の個々のデバイスi間で分散させる。2番目の加数は、調節の第1の段階で使用され、この段階では、設備ターゲットPAnl,sollの達成が個々のデバイスターゲットPGer,soll,iの達成よりも優先され、設備ターゲットPAnl,sollは、設備のデバイスiを使用して調節される。この場合、デバイスは、設備ターゲットPAnl,sollを達成することを犠牲にして個々のターゲットPGer,soll,iを調節することができない可能性があり、且つ多くの場合にできない。むしろ、設備のデバイスについて、個々のデバイスターゲットからの偏差が何れの場合にも存在し、これは、2番目の加数の第2の補正項において合計される。次いで、全体的に存在する、即ち合計される偏差は、設備の個々のデバイス間で分散される。
従って、それぞれの個々のデバイスターゲットからの個々のデバイスiの偏差は、2番目の加数を使用して制御される一方、制御ユニットは、設備の設備ターゲットPAnl,sollを一緒に設定又は調節する目的で設備のデバイスを制御する。これにより、個々のデバイスi又は複数の個々のデバイスiが、制御されない偏差、場合により他のデバイスと比較して個々のデバイスターゲットからの過剰な偏差を有することが防止される。この目的のために、修正された所望の値
が設備の各デバイスiについて計算され、それぞれのデバイスiの電力潮流PGer,iは、修正された所望の値
に調節され、即ち、
になる。従って、この方法を使用して、デバイスの電力潮流PGer,iと設備の各デバイスiのそれぞれの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iとの間の差ΔPGer,i=PGer,soll,i-PGer,iがデバイス固有のデフォルト値と一致する状況にすることができる。デバイスiの電力潮流PGer,iは、この方法の第1の段階において、
に従い、修正された所望の値
に調節され、これは、デバイスiの電力潮流PGer,iが、呼応して修正された所望の値
に調節された状態において、修正された所望の値
と個々のデバイスターゲットPGer,soll,iとの間の差がデバイス固有のデフォルト値と一致することと同じ意味である。
この方法の一実施形態では、設備の各デバイスiのデバイス固有のデフォルト値は、等しい相対差ΔPGer,i/PGer,nom,iを有し得、これは、それぞれのデバイスの公称電力PGer,Nom,iに基づいて、等しい相対差
にも一致する。これにより、高い公称電力PGer,nom,iを有する設備のデバイスでは、それらの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iからの絶対偏差も大きくなる一方、低い公称電力PGer,nom,iのみを有するデバイスでは、それらの個々のデバイスターゲットからの絶対偏差のみも小さくなる。
代替の実施形態では、デバイス固有のデフォルト値は、設備の少なくとも1つのデバイスについて、それぞれの公称電力PGer,nom,iに基づいて、電力潮流の相対差ΔPGer,i/PGer,Nom,iが設備の他のデバイスの相対差ΔPGer,k/PGer,Nom,k(k≠i)と異なるように選択され得る。この場合にも、デバイスiの電力潮流PGer,iは、修正された所望の値
と一致し、差ΔPGer,i=(PGer,soll,i-PGer,i)は、等しい差
と一致する。更に、設備内部の個々のデバイスiは、それらの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iをよりよく達成するように制御され得る一方、他のデバイスk(k≠i)は、それらの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iからのより大きい偏差を有する。従って、設備内部の個々のデバイスiは、それらの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iに近づくにつれて、他のデバイスkよりも優先され得る。
この方法の一実施形態では、個々のデバイスターゲットPGer,Soll,iからの電力潮流の相対差ΔPGer,i/PGer,Nom,iは、デバイスiに割り当てられた異なる重み付け係数Xiを使用して調節され得る。例えば、重み付け係数Xiは、電力潮流の相対差ΔPGer,i/PGer,Nom,iにそれぞれの重み付け係数Xiを掛けたものが設備の各デバイスiについて一定値をとるように選択され得る。換言すると、以下に従った方式を使用することが可能である。
従って、この場合、デバイスiが個々のデバイスターゲットをよりよく達成するほど、対応するデバイスiの重み付け係数Xiが高くなる。しかしながら、上述した方式の代替として、重み付け係数Xiは、重み付け係数が低いほど、対応するデバイスiが個々のデバイスターゲットPGer,soll,iに近づく結果となるようにも選択され得る。これは、例えば、重み付け係数Xiの逆数である重み付け係数を使用して達成することができる。
この方法の一実施形態では、個々のデバイスiの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iは、経時的に変化するか又は変更され得る。例えば、設備のデバイスの一部としての、双方向で動作するバッテリーインバータの電力潮流は、入力側でバッテリーインバータに接続されたバッテリーの充電状態に依存し得、バッテリーの充電状態は、経時的に変化する。代わりに又は加えて、設備の電気デバイスの一部としての光起電力(PV)インバータの電力潮流は、例えば、インバータの熱境界条件に起因して経時的に変化し得る。また、これは、設備に接続されたエネルギー供給グリッドへの電力潮流の供給がエネルギー供給会社によって制限される結果としても変化し得る。
デバイスの電力潮流についての個々のデバイスターゲットPGer,soll,iの時間変動は、そのデバイス自体によって提供され、且つ/又は時間的に変更され得る。これは、バッテリーインバータの場合にそうであり、例えばその制御自体がバッテリーの特定の充電状態に従うことを保証する場合がそうである。電気デバイスの一部としてのPVインバータの場合、PVインバータの制御により、例えばデバイス内部の温度測定値に起因して個々のデバイスターゲットPGer,Sollが低下し得る。
場合により、個々のデバイスiのデバイスターゲットPGer,soll,iは、デバイス自体によって提供されないことが有利であり得る。代わりに又は加えて、デバイスの個々のデバイスターゲットPGer,Soll,i又は複数のデバイス、任意に全てのデバイスの個々のデバイスターゲットPGer,Soll,iは、従って、デバイス自体によって提供されず、且つ/又は時間的に変更されないが、逆に上位のエネルギー管理システムによって提供され、且つ/又は時間的に変更され得る。これは、特にデバイスターゲットPGer,Soll,iが互いに依存する場合に有利である。言うまでもないが、個々のデバイスがデバイスターゲットPGer,soll,iを自ら決定する一方、電気設備内部の他のデバイスのデバイスターゲットPGer,soll,iが上位のエネルギー管理システムによって提供されることも可能である。
この方法の更なる実施形態では、設備ターゲットPAnl,soll及び/又は設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容バンドが時間的に変化し得る。そのような時間的な変化は、エネルギー供給グリッドの状態変化に起因して生じ得る。例えば、AC電圧の特性 - 例えば、AC電圧の周波数及び/又は電圧振幅 - は、エネルギー供給グリッドにおいて電力が過剰に供給されることを示し得る。このとき、設備は、グリッドをサポートする方式でエネルギー供給グリッドのそのような状態変化に反応することができ、設備ターゲットPAnl,soll及び/又は設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容バンドを変化させることにより、エネルギー供給グリッドとの電力の交換を制御することができる。例えば、設備ターゲットPAnl,Soll及び/又は設備ターゲットPAnl,Sollの周辺の許容バンドは、グリッド接続ポイントでの周波数、電圧、有効電力及び/又は無効電力を検出し、且つ特性曲線、特に有効電力/周波数特性曲線(P(f))、無効電力/電圧特性曲線(Q(U))、無効電力/有効電力特性曲線(Q(P))及び/又は位相シフト/有効電力特性曲線(cos_phi(P))を考慮に入れることによって決定され得る。
エネルギー供給グリッドでのAC電圧の特性に反応する代わりに又はそれに加えて、設備ターゲットPAnl,Soll及び/又は設備の設備ターゲットの周辺の許容バンドは、直接的にも通信され得る。具体的には、設備ターゲットPAnl,Soll及び/又は設備ターゲットPAnl,Sollの周辺の許容バンドは、例えば、無線によって又は有線方式でエネルギー供給グリッドのオペレーターによって予め定義され得る。
電気設備を制御するための方法の更なる実施形態では、方法ステップを繰り返し実行することができ、特に一定の時間間隔で繰り返し実行することができる。これにより、長期間にわたり、変更されたデバイスターゲットPGer,soll,i及び/又は設備ターゲットPAnl,sollを考慮に入れることができる、設備の継続的な制御又は調節がもたらされる。
本発明による制御ユニットは、本発明による電気設備を制御、特に調節するように設計及び構成される。この場合、設備は、複数の電気デバイスを含む。設備は、エネルギーを生成する方式で動作され得る少なくとも1つのデバイス、及び/又はエネルギーを貯蔵する方式、即ちエネルギーを放出する方式とエネルギーを吸収する方式との両方で動作され得る少なくとも1つのデバイス、及び/又はエネルギーを消費する方式で動作され得る少なくとも1つのデバイスを含む。制御ユニットは、本発明による方法を実行するように設計及び構成されることを特徴とする。制御ユニットは、設備の別個の制御ユニットの形態であり得る。代わりに、制御ユニットは、設備のデバイスと一体化された制御ユニットの形態でもあり得る。制御ユニットは、通信及びデータ交換の目的で、エネルギーを生成する方式、エネルギーを消費する方式又はエネルギーを生成し、且つエネルギーを消費する方式で動作され得る設備のデバイスに接続され得る。制御ユニットは、グリッド接続ポイントでのAC電圧又は電力潮流の特性、特に周波数、電圧、有効電力及び/又は無効電力を検出するために1つ又は複数の測定デバイスにも任意に接続され得る。制御ユニットは、制御ユニットにとって既知の特性曲線を考慮に入れて、検出された特性から、設備の電力潮流PAnlに対する設備ターゲットPAnl,soll及び/又は設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容バンドを決定するように構成され得る。制御ユニットは、設備に割り当てられたエネルギー管理システムにも接続され得、またこのエネルギー管理システムから設備の個々のデバイスの電力潮流に対する個々のデバイスターゲットPGer,soll,iを受け取り、設備を制御する際にそれらを考慮に入れるように設計され得る。制御ユニットは、無線によって又は有線方式でエネルギー供給グリッドのオペレーターから設備ターゲットPAnl,sollを受け取り、且つ設備を制御する際にそれを考慮に入れるために通信デバイスにも接続され得る。
エネルギーを消費し、且つ/又はエネルギーを生成する電気設備は、複数の電気デバイスを含む。それらの複数のデバイスは、エネルギーを生成する方式で動作され得る少なくとも1つのデバイス、エネルギーを貯蔵する方式、即ちエネルギーを放出する方式とエネルギーを吸収する方式との両方で動作され得る少なくとも1つのデバイス及び/又はエネルギーを消費する方式で動作され得る少なくとも1つのデバイスを含む。この設備は、本発明による制御ユニットを含むことを特徴とする。この場合、電気デバイスの少なくとも1つは、インバータを有し得る。インバータは、光起電力(PV)インバータを含み得、そのDC入力にPV発電機が接続される。代わりに、インバータは、バッテリーインバータも含み得、そのDC入力は、バッテリーに接続される。バッテリーインバータは、バッテリーを充放電するために双方向で動作することができる。設備が、電気デバイスとして、エネルギーを消費する方式で動作する消費ユニットを有する場合、消費ユニットは、接続ユニットと、接続ユニットに接続された消費装置とを含み得る。設備の制御ユニットは、接続ユニットに接続され、- 場合により接続ユニットのコントローラと連携して - 消費装置への電力潮流を制御するように設計される。電気設備は、更なる電気デバイス、特にエネルギーを消費する方式で動作する電気デバイスを更に有し得、このデバイスは、制御ユニットを介して制御することができない。本方法に関連して既に述べた利点は、本発明による制御ユニット及びまた本発明による設備についてもたらされる。
本発明について図面を用いて以下で説明される。
図1は、一実施形態における本発明による電気設備1を示す。例として、設備1は、共通のグリッド接続ポイント4を介してエネルギー供給グリッド5に接続される3つの電気デバイス2を含む。設備の第1のデバイス2は、光起電力ユニットの形態であり、光起電力インバータ10を有し、そのDC入力12にPV発電機11が接続される。PVインバータ10は、コントローラ14によって制御されるDC/ACコンバータ13を含む。コントローラ14は、測定デバイス15に接続され、測定デバイス15は、AC接続部16を介して流れる電力PGer,1の特性を検出するために使用される。特性には、有効電力、無効電力及び/又は皮相電力が含まれ得る。コントローラ14は、比例積分調節器(PI調節器)を有し、AC接続部を介して移送される、PVインバータ10の電力潮流PGer,1を所定の所望の値に調節するように設計される。設備1は、第2の電気デバイス2としてバッテリーユニットも含み、このバッテリーユニットは、双方向で動作することができるバッテリーインバータ20を有し、そのDC接続部22に充電式バッテリー21が接続される。バッテリーインバータ20は、DC/ACコンバータ23、測定デバイス25及びDC/ACコンバータ23を制御するためのコントローラ24も有する。PVインバータ10の測定デバイス15と同様に、バッテリーインバータ20の測定デバイス25も、AC接続部26を介して流れる電力PGer,2の特性、例えばバッテリーインバータ20の有効電力、無効電力及び/又は皮相電力を検出するように設計される。PVインバータ10のコントローラ14と同様に、バッテリーインバータ20のコントローラ24もPI調節器を含み、AC接続部26を介して流れるバッテリーインバータ20の電力潮流PGer,2を所望の値に調節するように設計される。第3の電気デバイス2として、設備1は、消費ユニットを含み、この消費ユニットは、接続ユニット30と、接続ユニット30の入力接続部32に接続された消費装置31とを有する。接続ユニット30の出力接続部36は、設備1のグリッド接続ポイント4に接続される。消費装置31の方向に流れる電力潮流PGer,3は、接続ユニット30によっても変更、特に低減され得る。この目的のために、接続ユニット30は、電力制限器33と、消費装置31の方向に移送される電力潮流PGer,3の特性を検出するための測定デバイス35と、電力制限器33を制御するためのコントローラ34とを有する。消費装置31は、AC電圧で動作することができる消費装置であり得る。代わりに、消費装置31は、DC電圧消費装置の形態でもあり得る。この場合、接続ユニットは、図示した構成要素に加えて、AC/DCコンバータも含み得る。具体的には、消費装置は、例えば、加熱素子又は電気自動車を充電するための充電ポストの形態であり得る。
設備1は、電気デバイス2を制御するための上位の制御ユニット3も含む。制御ユニット3は、エネルギー管理システム7に接続される。エネルギー管理システム7は、設備1の個々のデバイス2についての個々のデバイスターゲットPGer,soll,iを決定し、制御ユニット3に伝達する。制御ユニット3は、エネルギー供給グリッドのAC電圧の特性を検出するための測定デバイス6にも接続される。この目的のために、測定デバイス6は、エネルギー供給グリッドに面するグリッド接続ポイントの側でエネルギー供給グリッド5に接続される。測定デバイス6によって検出される特性は、AC電圧の振幅U0及び/又は周波数fであり得る。測定デバイス6は、エネルギー供給グリッド5と設備1との間で交換される電力潮流PAnlの特性を検出することもできる。電力潮流PAnlの特性とは、有効電力、無効電力及び/又は皮相電力であり得る。
制御ユニット3は、本発明による方法を実行するように設計及び構成される。この目的のために、制御ユニット3は、グリッド接続ポイント4を介して移送される設備1の電力潮流PAnlについての設備ターゲットPAnl,soll及び設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容範囲について認識する。設備ターゲットPAnl,sollは、エネルギー供給グリッドから得られる電力についての料金契約を考慮に入れて生じ得、制御ユニット3又はエネルギー管理システム7内に記憶され得る。代わりに、設備ターゲットPAnl,soll及び場合により設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容範囲は、エネルギー供給グリッド5のAC電圧の特性から制御ユニット3によって決定され得、このAC電圧は、グリッド接続ポイント4において測定デバイス6によって検出される。この目的のために、制御ユニット3は、特性曲線、例えば有効電力/周波数特性曲線(P(f))、無効電力/電圧特性曲線(Q(U))、無効電力/有効電力特性曲線(Q(P))及び/又は位相シフト/有効電力特性曲線(cos_phi(P))を考慮に入れ得る。
図1では、電気設備1は、例として三相設備として示されており、三相導体のそれぞれは、三相エネルギー供給グリッド5の対応する相導体にそれぞれ接続される。これは、図1では、グリッド接続ポイント4の両側の3つのフォワードスラッシュによって記号で表わされている。しかしながら、本発明の範囲内において、代替的に、設備は、異なる数の相導体を有し、例えば単相又は二相設備の形態でもあり得る。この場合、一相導体又は二相導体のそれぞれは、エネルギー供給グリッド5の対応する相導体に接続される。設備は、エネルギーを生成し、エネルギーを消費し、且つエネルギー生成とエネルギー消費との両方を行う更なるデバイス2を有し得、これは、図1では、接続ユニット30の下にドットによって記号で表わされている。これらは、制御ユニット3を介して制御することができないか又は制御されないデバイスでもあり得る。
図2は、フローチャートの形態で本方法の一実施形態を示し、このフローチャートについて、例として図1の電気設備の例を使用して以下で説明する。
この方法は、ステップS1で開始する。次に続く第2のステップS2では、例えばエネルギー管理システム7により、設備1の各デバイスiの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iが決定される。ステップS3では、設備1のグリッド接続ポイント4におけるAC電圧の特性が測定デバイス6によって検出される。この場合、設備1の振幅U0、周波数f及び電力潮流PAnlが検出される。これらの特性は、制御ユニット3に伝達される。
次に続くステップS4では、制御ユニット3は、グリッド接続ポイント4において検出されたAC電圧の特性から、特性曲線を考慮に入れて、設備1の設備ターゲットPAnl,sollと設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容範囲とを決定する。設備ターゲットPAnl,sollは、その許容範囲内にある。この場合、設備ターゲットが閾値の1つと一致することが可能である。例えば、設備1の電力潮流PAnlの有効電力成分についての設備ターゲットPAnl,soll及びその設備ターゲットに割り当てられた許容範囲は、検出された周波数fに基づいて、且つ有効電力/周波数特性曲線P(f)を考慮に入れて決定することができる。この場合、許容範囲は、電力潮流、特にその有効電力成分についての、例としてPTH1≦PAnl,sollである下限閾値PTH1と、PTH2≧PAnl,sollである上限閾値PTH2とによって定義される。
ステップS5では、ステップS3においてグリッド接続ポイント4で決定された設備1の電力潮流PAnlが、設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容範囲と比較される。グリッド接続ポイント4を介して移送される電力潮流PAnlが設備ターゲットPAnlの周辺の許容範囲内である場合、即ちPTH1≦PAnl≦PTH2が設備1の電力潮流PAnlに当てはまる場合、この方法は、ステップS6に分岐し、ステップS6では、設備1は、制御ユニット3によって第2の段階で動作する。この目的のために、個々のデバイスターゲットPGer,soll,iは、設備1のデバイス2のそれぞれの調節器に伝達される。複数の電気デバイスの調節器のそれぞれは、それに割り当てられた電気デバイス内に配置され得る。代わりに、それらの調節器は、制御ユニット内部に一緒にも配置され得る。調節器がデバイス2内に配置される場合、制御ユニット3は、設備1の電力潮流PAnlが設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容範囲内であること又はこの方法が第2の段階で動作することを設備1のデバイス2に信号で伝える。調節器が制御ユニット3内に配置される状況では、対応する信号送信は必要ない。これに応答して、設備1の各デバイス2は、その電力潮流PGer,iができる限りそれぞれのデバイスターゲットPGer,soll,iを達成するか又は一致するように調節される。この調節は、個々の電気デバイス2のコントローラ14、24、34を介して又は制御ユニット3内部に配置された調節器によって実行され得る。
この方法は、最終的にステップS3に戻り、ステップS3では、グリッド接続ポイント4を介して流れる設備1の電力潮流PAnl並びにAC電圧の振幅U0及び周波数fが測定デバイス6によって再度検出される。
グリッド接続ポイント4を介して移送される設備1の電力潮流PAnlが設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容範囲外にある場合、即ちPTH1≦PAnl≦PTH2が当てはまらない場合、この方法は、ステップS7に分岐し、ステップS7では、本発明による方法は、第1の段階で制御ユニット3によって動作する。ここでの目的は、少なくとも、電力潮流が設備ターゲットPAnlの周辺の許容範囲内に再び変化するように、エネルギー供給グリッド5と交換される設備1の電力潮流PAnlを設備ターゲットPAnl,sollの方向に修正することである。
デバイス2の調節器がそれぞれのデバイス2内に配置される場合、制御ユニット3は、この方法が第1の段階で動作することを設備1のデバイス2に信号で伝える。デバイス2の調節器が制御ユニット3内に配置される状況では、そのような信号送信は、必要ない。修正された所望の値
又は修正された所望の値
を含む変数
、例えば、
に従う、修正された所望の値とデバイスの電力潮流との間の修正された差は、次いで、電気デバイス2の調節器に伝達される。修正された所望の値
は、第1の補正項を含み、第1の補正項は、設備1の電力潮流PAnlと設備ターゲットPAnl,Sollとの間の差に依存し、第2の補正項は、それぞれの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iからの個々のデバイスの電力潮流PGer,iの偏差を考慮に入れており、これは、全体的に存在するものであり(即ち全てのデバイスにわたって合計され)、またこの第2の補正項は、全体的に存在する偏差
を設備1の個々のデバイスi間で分散させるために使用される。この場合、この分散は、重み付けされない方式又は場合により重み付け係数Xiを用いて重み付けした方式で実行され得る。第2の補正項は、設備1の各デバイスついて、電力潮流PGer,iとそれぞれの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iとの間の差ΔPGer,i=PGer,soll,i-PGer,iがデバイス固有のデフォルト値と一致することを保証する。
1 設備
2 デバイス
3 制御ユニット
4 グリッド接続ポイント
5 エネルギー供給グリッド
6 測定デバイス
7 エネルギー管理システム
10 光起電力(PV)インバータ
11 PV発電機
12 DC入力
13 DC/ACコンバータ
14 コントローラ
15 測定デバイス
16 AC接続部
20 バッテリーインバータ
21 バッテリー
22 DC接続部
23 DC/ACコンバータ
24 コントローラ
25 測定デバイス
26 AC接続部
30 接続ユニット
31 消費装置
32 AC接続部
33 電力制限器
34 コントローラ
35 測定デバイス
2 デバイス
3 制御ユニット
4 グリッド接続ポイント
5 エネルギー供給グリッド
6 測定デバイス
7 エネルギー管理システム
10 光起電力(PV)インバータ
11 PV発電機
12 DC入力
13 DC/ACコンバータ
14 コントローラ
15 測定デバイス
16 AC接続部
20 バッテリーインバータ
21 バッテリー
22 DC接続部
23 DC/ACコンバータ
24 コントローラ
25 測定デバイス
26 AC接続部
30 接続ユニット
31 消費装置
32 AC接続部
33 電力制限器
34 コントローラ
35 測定デバイス
Claims (14)
- 制御ユニット(3)により、複数の電気デバイス(2)を有する電気設備(1)を制御するための方法であって、前記設備(1)は、共通のグリッド接続ポイント(4)を介してエネルギー供給グリッド(5)に接続され、前記複数のデバイス(2)は、エネルギーを生成する方式で動作され得るデバイス(2)、エネルギーを貯蔵する方式で動作され得るデバイス(2)及びエネルギーを消費する方式で動作され得るデバイス(2)から選択され、前記方法は、
- 前記グリッド接続ポイント(4)において、前記設備(1)に割り当てられた電力潮流PAnlについての設備ターゲットPAnl,Sollを達成することを目的とする第1の段階を有し、及び
- 各デバイス(2)が前記それぞれのデバイス(2)の電力潮流PGer,iについての個々のデバイスターゲットPGer,Soll,iを達成することを目的とする第2の段階を有し、
前記方法は、以下のステップ:
- 前記グリッド接続ポイント(4)において前記設備(1)の前記電力潮流PAnlを検出するステップと、
- 前記設備(1)の前記検出された電力潮流PAnlを前記設備(1)の前記設備ターゲットPAnl,sollと比較するステップと、
- 前記設備(1)の前記電力潮流PAnlが前記設備ターゲットPAnl,sollの周辺の許容範囲内にある場合、前記第2の段階で前記方法を動作させるステップであって、結果として、各デバイス(2)は、可能な限り最良の方式において、それに割り当てられた前記個々のデバイスターゲットPGer,Soll,iを達成する、ステップと、
- 前記設備(1)の前記電力潮流PAnlが前記設備ターゲットPAnl,sollの周辺の前記許容範囲外にある場合、前記第1の段階で前記方法を動作させるステップであって、前記設備(1)の前記デバイス(2)は、各デバイス(2)について、前記デバイス(2)の前記それぞれの電力潮流PGer,iと、前記それぞれの個々のデバイスターゲットPGer,soll,iとの間の差ΔPGer,i=PGer,soll,i-PGer,iがデバイス固有のデフォルト値と一致するように、前記設備ターゲットPAnl,sollを達成する方向に調節される、ステップと
を含む、方法。 - 各デバイス(2)の前記デバイス固有のデフォルト値は、前記デバイス(2)について、前記それぞれのデバイス(2)の公称電力PGer,Nom,iに基づく等しい相対偏差ΔPGer,i/PGer,Nom,iが生じるように選択される、請求項1に記載の電気設備(1)を制御するための方法。
- 前記デバイス固有のデフォルト値は、前記設備(1)の少なくとも1つのデバイス(2)について、前記デバイス(2)の公称電力に基づく前記電力潮流の相対偏差ΔPGer,i/PGer,Nom,iが前記設備(1)の他のデバイス(2)の前記相対偏差ΔPGer,j/PGer,Nom,jと異なるように選択される、請求項1に記載の電気設備(1)を制御するための方法。
- 前記個々のデバイスターゲットからの前記電力潮流の前記相対偏差ΔPGer,i/PGer,Nom,iは、前記デバイス(2)に割り当てられた異なる重み付け係数Xiを使用して調節される、請求項3に記載の設備(1)を制御するための方法。
- 前記個々のデバイス(2)の前記個々のデバイスターゲットPGer,soll,iは、経時的に変化する、請求項1~4の何れか一項に記載の設備(1)を制御するための方法。
- デバイス(2)の前記電力潮流についての前記個々のデバイスターゲットPGer,soll,iは、前記1つのデバイス(2)自体によって提供され、且つ/又は時間的に変更される、請求項1~5の何れか一項に記載の設備(1)を制御するための方法。
- 前記個々のデバイス(2)の前記電力潮流についての前記個々のデバイスターゲットPGer,Soll,iは、上位のエネルギー管理システム(7)によって提供され、且つ/又は時間的に変更される、請求項1~6の何れか一項に記載の設備(1)を制御するための方法。
- 前記設備ターゲットPAnl,soll及び/又は前記設備ターゲットPAnl,sollの周辺の前記許容バンドは、時間的に変化する、請求項1~7の何れか一項に記載の設備(1)を制御するための方法。
- 前記設備ターゲットPAnl,Soll及び/又は前記設備ターゲットPAnl,Sollの周辺の前記許容バンドは、前記グリッド接続ポイント(4)での周波数、電圧、有効電力及び/又は無効電力を検出し、且つ特性曲線を考慮に入れることによって決定され、前記特性曲線は、特に、有効電力/周波数特性曲線(P(f))、無効電力/電圧特性曲線(Q(U))、無効電力/有効電力特性曲線(Q(P))及び/又は位相シフト/有効電力特性曲線(cos_phi(P))を含む、請求項8に記載の設備(1)を制御するための方法。
- 前記設備ターゲットPAnl,Soll及び/又は前記設備ターゲットPAnl,Sollの周辺の前記許容バンドは、無線によって又は有線方式で前記エネルギー供給グリッド(5)のオペレーターによって予め定義される、請求項1~9の何れか一項に記載の設備(1)を制御するための方法。
- 前記方法ステップは、繰り返し実行され、特に一定の時間間隔で繰り返し実行される、請求項1~10の何れか一項に記載の設備(1)を制御するための方法。
- 電気設備(1)を制御するための制御ユニット(3)であって、前記設備(1)は、複数の電気デバイス(2)を含み、且つエネルギーを生成する方式で動作され得るデバイス(2)、エネルギーを貯蔵する方式で動作され得るデバイス(2)及び/又はエネルギーを消費する方式で動作され得るデバイス(2)を含む、制御ユニット(3)において、請求項1~11の何れか一項に記載の方法を実行するように設計及び構成されることを特徴とする制御ユニット(3)。
- 複数の電気デバイス(2)を有する、エネルギーを消費し、且つ/又はエネルギーを生成する電気設備(1)であって、エネルギーを生成する方式で動作され得る少なくとも1つのデバイス(2)、エネルギーを貯蔵する方式で動作され得る少なくとも1つのデバイス(2)及び/又はエネルギーを消費する方式で動作され得る少なくとも1つのデバイス(2)を含む、エネルギーを消費し、且つ/又はエネルギーを生成する電気設備(1)において、請求項12に記載の制御ユニット(3)を含むことを特徴とする、エネルギーを消費し、且つ/又はエネルギーを生成する電気設備(1)。
- 前記電気デバイス(2)の少なくとも1つは、インバータ、特にPVインバータ(10)又はバッテリーインバータ(11)を有することを特徴とする、請求項13に記載のエネルギーを消費し、且つ/又はエネルギーを生成する設備(1)。
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