WO2014131525A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von zählersignalen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von zählersignalen Download PDF

Info

Publication number
WO2014131525A1
WO2014131525A1 PCT/EP2014/000527 EP2014000527W WO2014131525A1 WO 2014131525 A1 WO2014131525 A1 WO 2014131525A1 EP 2014000527 W EP2014000527 W EP 2014000527W WO 2014131525 A1 WO2014131525 A1 WO 2014131525A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
values
point
signals
real
memory
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/000527
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franziska FUNCK
Frank SOYCK
Original Assignee
Technische Universität Braunschweig
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 Technische Universität Braunschweig filed Critical Technische Universität Braunschweig
Publication of WO2014131525A1 publication Critical patent/WO2014131525A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/133—Arrangements for measuring electric power or power factor by using digital technique
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply

Definitions

  • the present invention relates to a method and a suitable method
  • Apparatus for generating metering point signals whose values can be displayed and / or stored by a metering point.
  • Electric metering points also called counters, electricity meters or energy meters, are usually used to measure electrical power or electrical energy consumed by a consumer, such as a household, and / or generated by an electric power generator, such as a photovoltaic system.
  • Known counters are also used in systems for supplying a household, wherein in addition to the connection to a public power grid, a photovoltaic system and also an electrical storage, such as a battery, are available. It is particularly advantageous if the electrical
  • Memory can be used not only by this household but also via the power grid by other consumers.
  • the number of inverters, which are much more expensive than electricity meters, should be reduced as much as possible. As a result, in particular costs can be saved and also the space requirement can be reduced.
  • This object is achieved by the method according to the invention according to the main claim and by the device according to the invention after the first device claim.
  • the dependent subclaims relate to advantageous embodiments.
  • the present invention is based on the following findings. It relates to an electricity meter, which should not only determine the power consumption of a consumer - such as a household, a business or the like - but also the supply of a power generator - such as a photovoltaic system, a biogas plant, a wind turbine, a generator with internal combustion engine and / or the like - capture and also the use of an electrical storage - such as a rechargeable battery, a capacitor, a pumped storage tank, a
  • Compressed air storage system a flywheel storage, an electric vehicle or its battery and / or the like - take into account.
  • this memory is intended to be able to pick up and deliver the electricity cached by the consumer, who is usually also the plant operator, for self-consumption, and on the other hand to make it available to third parties who can store and retrieve energy there.
  • a third party may be another consumer, but also a power trader, also called a contractor, who can intercept fluctuations in both positive and negative directions by accessing the memory. Such fluctuations occur in particular in the so-called "regenerative power generation" by wind, solar, etc.
  • Electricity tariff depends on provider and tariff (about 0,25 EUR).
  • real and virtual point-of-delivery signals are generated.
  • the values of the real point of delivery signals are determined from signals from sensors, the
  • this power or energy corresponds to what, (a) consumed by a consumer, (b) generated by a power generator and / or (c) taken from a memory and / or in this
  • the values of the virtual point of delivery signals are calculated from the values of the real point of delivery signals. In this case, preferably
  • the present invention also makes it possible that, depending on a control signal, only a predetermined proportion of an active power generated by the power generator - possibly via one or more inverters - is passed to the electrical storage and counted. It is also possible that only a predetermined proportion of a power output from the memory - possibly via one or more inverters - is routed to the consumer and counted.
  • the determined values of the real or the virtual metering point signals - or at least some of them - can be visually / acoustically displayed or also stored. As a result, a corresponding evaluation is possible, such as by users, by facilities for billing electricity costs or the like.
  • the sensors for measuring voltages and currents can open
  • FIG. 1 shows energy supply device with memory
  • Fig. 2 power supply device for multiple use of the memory
  • Fig. 3 power supply device with multi-direction counter
  • FIG. 1 shows a power supply device with a household connection 10 for the supply of a household or a business or the like.
  • the power supply unit are a photovoltaic system - also short PV-
  • a PV inverter 16 is provided for supplying the household connection 10 with alternating current provided, which is electrically connected between the PV system 12 and the household connection 10.
  • the electrical storage 14 is preferably designed as a rechargeable battery that stores and releases electrical energy in the form of direct current. Therefore, a storage inverter 18 is present, which is connected between the memory 14 and the household connection 10 - and thus also to the upper terminal of the PV inverter 16 -. It has proven useful to design the PV system 12 such that it can deliver between 1 and 30 kW.
  • the memory 14 is preferably dimensioned so that it has a storage capacity in the range of 1 to 30 kWh.
  • Household connection 10 via an electrical metering point Z1 connected to an electrical supply network 20 via an electrical metering point Z1 connected to an electrical supply network 20.
  • a supply network 20 for supplying households, etc. is usually designed such that 1-phase or 3-phase AC voltage of about 230 volts or about 400 volts is provided.
  • the electrical metering point Z1 is designed to be both the
  • Consumption of electrical energy from the supply network 20 can detect (positive counting direction) as well as the supply of electrical energy in the supply network 20 (negative counting direction). The flow of energy from the
  • Supply network 20 is indicated by the lower closed tip of the arrow next to the point of delivery Z1; the energy flow into the supply network 20 is indicated by the upper open tip of the arrow next to the point of delivery Z1.
  • FIG. 2 By the arrangement according to FIG. 1, however, it is not possible for electrical energy to be fed from the storage 14 into the supply network 20 and, in addition, its quantity to be detected separately.
  • a separate detection of electrical energy from the electrical memory 14 into the electrical supply network 20 in and vice versa is gem.
  • Fig. 2 allows.
  • an additional storage inverter 19 is provided, which is arranged electrically between the electric memory 14 and a further electrical metering point Z2. About this point of delivery Z2, the amount of electrical energy can be detected, which is fed from the memory 14 in the supply network 20 and this is taken to load the memory 14. As a result, a multiple use of the electrical memory 14 is possible.
  • the user of the house connection 10 which is usually also the operator of the PV system 12 and the electrical storage 14, refer to electrical energy from the memory 14 without separate detection and billing.
  • the two counting points Z1, Z2 are preferably in one
  • Multi-direction counter 50 integrated. This has a first power connection 52 which is suitable for connecting it to the electrical supply network 20.
  • a second power connection 54 serves to connect the household connection 10 and the PV inverter 16.
  • the additional storage inverter 19 can be electrically connected via a third power connection 56.
  • Power terminals 52, 54, 56 are preferably designed so that in each case a 3-phase AC voltage with the lines L1, L2, L3 and a neutral conductor N can be connected (see Fig. 4).
  • FIGS. 3 and 4 show a further embodiment, which among other things makes it possible to detect the amount of electrical energy which is emitted from the electric storage 14 into the supply network 20. However, it is possible to dispense with the additional storage inverter 19.
  • a multi-direction counter 100 is provided, in which two counting points Z1 and Z2 are included, which are also referred to below as real counting points. These two points of delivery Z1, Z2 are designed so that they consumption (Positive counting direction) or the feed (negative counting direction) of electrical energy by detecting current and voltage by means suitable means, which will be discussed in more detail in connection with FIG. 4, measure and display corresponding signals, submit and / or store.
  • the multi-direction counter 100 has, in addition to the actual metering points Z1, Z2, further metering points z3, z12, z13, z23. These latter are so-called virtual points of delivery and therefore also indicated by dashed lines.
  • the multi-direction counter 100 has a first power connection 102, which is suitable for connecting it to the electrical supply network 20.
  • a second power connection 104 serves to connect the household connection 10 and the PV inverter 16. Via a third power connection 106, the
  • Memory inverter 18 are electrically connected. These power connections 102, 104, 106 are preferably designed so that in each case a 3-phase AC voltage with the lines L1, L2, L3 and a neutral conductor N
  • the real points of delivery Z1, Z2 are on the one hand connected to the power connections 104 and 106, respectively. They are further connected to their respective other terminal with an electrical line 101, which is also electrically connected to a power connector 102nd
  • a first control input 108 is present, which is connected within the multi-direction counter by means of a control line x to a computing unit 112. From the arithmetic unit 112 also leads a data line d to a data output 110. The control input 108 and the data output 110 are also connected by signal lines to an electronic control unit 22. This is additionally connected via a further signal line y for transmitting the desired power value to the storage inverter 18 and also has a setpoint input s.
  • the electronic control unit 22 operates as an energy management system (EMS).
  • EMS energy management system
  • Various values can be preset via the setpoint input s, such as, in particular, schedule values of a contractor and parameterizations for the storage inverter 18.
  • a control signal with a value X is communicated to the arithmetic unit 112 via the control line x, which then determines the energy flow between the virtual points of delivery z12 and divides z13. Measured values are transmitted from the arithmetic unit 12 to the control unit 22 via the data line d.
  • the line y is used to pass signals with values to the storage inverter 18, which are a measure of its nominal power.
  • FIG. 4 shows details of the multi-directional counter 100 whose power connections 102, 104 and 106 are connected here to 3-phase AC voltage L1, L2, L3 and to a neutral conductor N.
  • V1, V2, V3 voltages
  • currents A11, A 2, A13, A21, A22, A23.
  • Connection lines between the sensors and the arithmetic unit 112 in FIG. 4 are not shown, but merely indicated by the connections A1X for the sensors A11, A12 or A13 and the connections A2X (for A21, A22, A23) being left next to the arithmetic unit 112. and VX (for V1, V2, V3) are drawn. If instead of 3-phase alternating current (L1, L2, L3, N) only 1-phase alternating current (L1, N) applied to the power terminals 102, 104, 106, it is sufficient to provide only the sensors A11, A21 and V1.
  • the arithmetic unit 112 determines from the sensor signals real metering point signals SZ1, SZ2 and virtual metering point signals sz3, sz12, sz 3, sz23, their values WZ1, WZ2 or wz3, wz12, wz13, wz23 optically and / or acoustically by a display unit 114 by suitable means can be represented.
  • storage means (not shown here) are also present, which store the values of the
  • Sensor signals and / or the counting point values can store. These Storage means may be part of the arithmetic unit 112, the controller 22 or other stage.
  • the computing unit 112 calculates, according to known methods, values for the active powers P1 and P2 as well as for the reactive powers Q1 and Q2 from the measured currents and voltages. Such methods are given, for example, in "Kahmann, Martin; Zayer, Peter (2003): Handbook
  • the calculation unit 112 also determines values for the powers P3, P12, P13 and P23 as follows (see FIG.
  • Counting points z3, z12, z13 and z23 are assigned.
  • P3 is the sum of P1 and P2.
  • P12 results from multiplication of P1 by a factor X.
  • This factor X is a measure of what proportion of the active power P1 is to be registered in the counting point z12.
  • the remaining part of the active power, ie P1 - P12 P1 * (1-X), is registered in the metering point z13.
  • X 0
  • the active power P1 is completely removed from the supply network 20 and registered in the metering point z13.
  • the procedure is the same for the virtual point of delivery z23. This ensures that the load flows are assigned to the correct metering points.
  • the value X will be in this
  • Embodiment of the multi-direction counter 100 supplied from the controller 22 via the control input 108 Embodiment of the multi-direction counter 100 supplied from the controller 22 via the control input 108.
  • the value X is usually variable and can for example, be specified by the charge management of the electrical memory 14 via the setpoint input s.
  • the value P2 of the real counting point Z2 is determined by the voltage sensors V1, V2, V3, the current sensors A21, A22, A23 and corresponding evaluation by the arithmetic unit 112.
  • the meter readings are calculated according to the following formulas (1) - (12).
  • a + stands for the calculated active electrical work in the positive counting direction;
  • a " stands in each case for the calculated electrical active work in the negative direction The integration takes place in each case over the time between two fictitious times
  • a restriction of X to the range 0 X.s 1 causes (a) no energy from the utility grid 20 to be fed into the memory 14 by the plant operator via z 3, and (b) that also no power from the plant operator can be fed from the memory 14 into the supply network 20 via z13.
  • the virtual metering point z12 it can be checked whether the plant operator extracts only the amount of energy which was previously fed from the PV installation 12 into the storage 14. This means that the counter reading for A 12 ⁇ must be greater than the counter reading A 2 + .
  • Counter readings of the metering point Z2 are determined. It can be a
  • Power supply device is shown in which an integrated inverter 30 is provided, which includes the PV inverter and the storage inverter, which are marked here with 16 'and 18'.
  • the embodiment 200 of the multi-direction counter shown here differs from the previous embodiment 100 in some respects.
  • the integrated inverter 30 may be part of the multi-direction counter 200, but is preferably a separate one
  • the multi-direction counter 200 contains the real counting points Z10 and Z20, both of which are designed as DC meters.
  • the metering point Z10 detects the electrical power from the PV system 12 and the metering point Z20, the electrical power from and to the electrical memory 14.
  • the metering point Z10 detects the electrical power from the PV system 12 and the metering point Z20, the electrical power from and to the electrical memory 14.
  • Multi-direction counter 200 are two more real counting points Z4, Z5 available. These correspond in structure to the counting points Z1 and Z2 shown in FIG.
  • the metering point Z4 detects the electric power supplied by the
  • Household connection 10 is removed from the supply network 20.
  • the metering point Z5 detects the AC side of the integrated inverter 30 and is used to determine its losses. The ones shown here in Fig. 6
  • Counting points z1 'and z2' are executed as virtual points of delivery and otherwise have the same functions as the points of delivery shown in FIG. 3, where z1 'and z2' are the tasks of Take over Z1 or Z2.
  • the upper terminals of the real metering points Z4, Z5 and the power terminal 202 are connected to each other via an electrical line 201.
  • the virtual metering points are only interconnected virtually.
  • the detected by the points of delivery Z10 and Z20 active power P10 and P20 are by suitable current and voltage sensors and corresponding sensor signal evaluation of the arithmetic unit 112 according to one of the known
  • the power loss P v is the difference between the power P5 measured by the metering point Z5 and the powers P10 and P20 measured in the meter points Z10 and Z20.
  • the power P2 (virtual point of delivery z2 ') results from the sum of the power P20 (from Z20) and the proportionate losses caused by P20. Because the losses are essentially independent of the
  • P1 is analogous to P2, but here the power P4 must be added, which corresponds to the consumption via the household connection 10.
  • the calculations of the powers and counter readings of the virtual points of delivery z3, z12, z13 and z23 are carried out as in the embodiment according to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 7 illustrates another variant of the multi-direction counter, here identified by reference 300, which is simplified from the multi-direction counter 200 (FIG. 6).
  • the losses of the integrated inverter 30 are usually very low. Thus, it is justifiable not to record these losses separately, but to add them to the consumption of the household connection 10.
  • the counting points Z4, Z5 and Z10 can be omitted here.
  • the metering point Z3 is designed here as a real metering point and is therefore designated Z3 '. In this embodiment, therefore, only a real AC current meter ( ⁇ 3 ') and a real DC metering point (Z20) are present.
  • the counting points ⁇ 1 ', z2', z12, z13 and z23 have the same functions as in the previous ones
  • Here is an electrical line 301 to the
  • the powers P1 and P2 of the virtual points of delivery z1 'and z2' are determined according to the following equations:
  • Generation of electrical energy can be provided, such as wind turbines, biogas plants, electricity generators with
  • the electric storage 14 may be configured instead of or in addition to a rechargeable battery as a capacitor, pumped storage system, compressed air storage system, flywheel storage system, electric vehicle or its rechargeable battery and / or the like, each suitable means for converting and into electrical energy are provided.
  • the data / signal lines mentioned or shown in the exemplary embodiments can be designed in different ways. So it is possible in particular that a separate line is provided for each signal; However, it is also conceivable such an embodiment in which a plurality of signals can be transmitted via a common line, for example by appropriate signal modulation, time division multiplex or the like. It is also possible that at least some of the data / signal lines are replaced by a wireless signal transmission.
  • the sensors A1X, A2X, VX for measuring currents or voltages can be implemented individually or at least partially integrated with one another. It is additionally or alternatively also possible that at least some of these sensors are installed in one or more of the inverters.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, wie einen Mehrrichtungszähler (100), zur Erzeugung von Zählpunktsignalen. Dabei werden aufgrund von Signalen von Strom- und Spannungssensoren nach an sich bekannten Verfahren reale Zählpunktwerte ermittelt. Zusätzlich werden aufgrund dieser realen Zählpunktwerte virtuelle Zählpunktwerte berechnet. Die realen und die virtuellen Zählpunktwerte können angezeigt und/oder gespeichert werden. Die Erfindung eignet sich besonders für Stromversorgungsanlagen mit einem elektrischen Stromerzeuger, wie einer Photovoltaikanlage (12, 16), und einem elektrischen Speicher (14, 18), der von mehr als einem Verbraucher (10, 20) genutzt wird.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG VON ZÄHLERSIGNALEN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine dafür geeignete
Vorrichtung, wie insbesondere einen Mehrrichtungszähler, zur Erzeugung von Zählpunktsignalen, deren Werte von einem Zählpunkt angezeigt und/oder abgespeichert werden können.
Elektrische Zählpunkte, auch Zähler, Stromzähler oder Energiezähler genannt, dienen üblicherweise zur Messung von elektrischen Leistungen bzw. von elektrischer Energie, die von einem Verbraucher, wie einem Haushalt, verbraucht und/oder von einem elektrischen Stromerzeuger, wie einer Photovoltaikanlage, erzeugt wird.
Es sind bereits Module bekannt, die mehrere solcher Stromzähler enthalten. Ein besonderes Mehrfachstromzählermodul wird beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 024 301 A1 vorgestellt. Dieses erlaubt zwar die getrennte Erfassung von unterschiedlichen Verbrauchern, es ist jedoch nicht vorgesehen, Stromerzeugung oder Stromspeicherung zu messen.
Bekannte Zähler werden auch verwendet bei Anlagen zur Versorgung eines Haushalts, wobei neben dem Anschluss an ein öffentliches Stromversorgungsnetz eine Photovoltaikanlage und auch ein elektrischer Speicher, wie eine Batterie, vorhanden sind. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der elektrische
Speicher nicht nur durch diesen Haushalt sondern über das Stromversorgungsnetz auch von anderen Verbrauchern genutzt werden kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stromzähler zur Verfügung zu stellen für eine Anlage, die einen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt, und außerdem einen Stromerzeuger und einen elektrischen Speicher aufweist, der von dem eigenen Verbraucher und auch von Dritten benutzt werden kann. Dabei soll die Anzahl von Wechselrichtern, die wesentlich teurer sind als Stromzähler, so weit wie möglich reduziert werden. Dadurch können insbesondere Kosten gespart und auch der Platzbedarf reduziert werden. Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Hauptanspruch sowie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem ersten Vorrichtungsanspruch. Die abhängigen Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen.
Der vorliegenden Erfindung liegenden folgende Erkenntnisse zugrunde. Sie betrifft einen Stromzähler, der nicht nur den Stromverbrauch eines Verbrauchers - wie beispielsweise eines Haushalts, eines Gewerbebetriebs oder dergleichen - ermitteln soll, sondern auch die Einspeisung von einem Stromerzeuger - wie beispielsweise einer Photovoltaikanlage, einer Biogasanlage, einer Windkraftanlage, eines Stromerzeugers mit Verbrennungsmotor und/oder dergleichen - erfassen und zudem die Nutzung eines elektrischen Speichers - wie beispielsweise einer aufladbaren Batterie, eines Kondensators, einer Pumpspeicheranlage, einer
Druckluftspeicheranlage, einem Schwungradspeicher, eines Elektrofahrzeuges bzw. dessen Batterie und/oder dergleichen - berücksichtigen. Dieser Speicher soll zum einen den vom Verbraucher, der üblicherweise auch der Anlagenbetreiber ist, für den Eigenverbrauch zwischengespeicherten Strom aufnehmen und abgeben können, andererseits aber auch Dritten zur Verfügung stehen, die dort Energie speichern und abrufen können. Ein solcher Dritter kann ein anderer Verbraucher sein, aber auch ein Stromhändler, auch Contractor genannt, der durch den Zugriff auf den Speicher Schwankungen sowohl in positive als auch in negative Richtung abfangen kann. Derartige Schwankungen treten insbesondere bei der sogenannten „regenerativen Energieerzeugung" durch Wind, Solar, usw. auf. Durch die Erfindung ist es außerdem möglich, die unterschiedlichen Verrechnungspreise zu
berücksichtigen, wie insbesondere
Einspeisung vom Speicher ins Versorgungsnetz:
gemäß Viertelstundenpreisen gemäß European Energy Exchange (EEX; ca. 0,05 EUR)
- Bezug vom Versorgungsnetz in den Speicher:
gemäß Viertelstundenpreisen gemäß European Energy Exchange (EEX; ca. 0,05 EUR) - Einspeisung von Fotovoltaikanlage (auch über Speicher) ins
Versorgungsnetz:
Vergütung gemäß Erneuerbare-Energien-Gesetz
(EEG; ca. 0,16 EUR)
- Bezug vom Versorgungsnetz zum Verbraucher:
Stromtarif abhängig von Anbieter und Tarif (ca. 0,25 EUR).
Die angegebenen Preise sind lediglich heutige Richtwerte pro kWh, wie sie in der Bundesrepublik Deutschland üblich sind. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es außerdem, dass die Werte der
verschiedenen Zählpunktsignale nahezu gleichzeitig und damit in Echtzeit bestimmt werden können.
Erfindungsgemäß werden reale und virtuelle Zählpunktsignale erzeugt. Die Werte der realen Zählpunktsignale werden ermittelt aus Signalen von Sensoren, die
Spannungen und Ströme messen, aus denen sich die elektrische Leistung bzw. die elektrische Energie ergibt. Bevorzugterweise entspricht diese Leistung bzw. Energie dem was, (a) von einem Verbraucher verbraucht, (b) von einem Stromerzeuger erzeugt und/oder (c) von einem Speicher entnommen und/oder in diesen
eingespeist wird. Die Werte der virtuellen Zählpunktsignale werden errechnet aus den Werten der realen Zählpunktsignale. Dabei werden bevorzugterweise
Algorithmen verwendet, die den Knotenregeln entsprechen, die aus der
Elektrotechnik an sich bekannt sind. Durch eine besondere Ausgestaltung ermöglicht es die vorliegende Erfindung auch, dass in Abhängigkeit von einem Steuersignal nur ein vorgegebener Anteil einer von dem Stromerzeuger erzeugten Wirkleistung - eventuell über einen oder mehrere Wechselrichter - an den elektrischen Speicher geleitet und gezählt wird. Es ist ebenfalls möglich, dass nur ein vorgegebener Anteil einer aus dem Speicher abgegebenen Leistung - eventuell über einen oder mehrere Wechselrichter - zu dem Verbraucher geleitet und gezählt wird. Die ermittelten Werte der realen bzw. der virtuellen Zählpunktsignale - oder zumindest einzelne davon - können optisch/akustisch angezeigt oder auch abgespeichert werden. Dadurch ist eine entsprechende Auswertung möglich, wie beispielsweise durch Benutzer, durch Anlagen zur Verrechnung von Stromkosten oder dergleichen.
Die Sensoren zur Messung von Spannungen und Strömen können auf
verschiedenste Weise gestaltet sein. Sie können insbesondere auch integriert sein in einem oder mehreren Wechselrichtern. Dadurch kann die Komplexität einer zugehörigen Anlage reduziert und es können auch Kosten gespart werden.
Im Folgenden werden weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei zeigen Fig. 1 Energieversorgungseinrichtung mit Speicher
Fig. 2 Energieversorgungseinrichtung zur Mehrfachnutzung des Speichers
Fig. 3 Energieversorgungseinrichtung mit Mehrrichtungszähler
Fig. 4 Technische Realisierung des Mehrrichtungszählers
Fig. 5 Symbolische Darstellung zur Bestimmung von Leistungsflüssen Fig. 6 Energieversorgungseinrichtung mit integriertem Wechselrichter
Fig. 7 Vereinfachte Einrichtung mit integriertem Wechselrichter
Fig. 8 Übersicht über verschiedene Betriebszustände
Gleiche bzw. gleichartige Mittel sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Eine wiederholte Beschreibung erfolgt nur insofern, wie es für das Verständnis der Erfindung bzw. der Ausführungsbeispiele erforderlich erscheint.
Fig. 1 zeigt eine Energieversorgungseinrichtung mit einem Haushaltsanschluss 10 zur Versorgung eines Haushalts - bzw. eines Betriebes oder dergleichen. In der Energieversorgungseinrichtung sind eine Photovoltaik-Anlage - auch kurz PV-
Anlage genannt - 12 und ein elektrischer Speicher 14 enthalten. Da die PV-Anlage 12 wie üblich derart ausgelegt ist, dass sie Gleichstrom erzeugt, ist zur Versorgung des Haushaltsanschlusses 10 mit Wechselstrom ein PV-Wechselrichter 16 vorgesehen, der zwischen der PV-Anlage 12 und dem Haushaltsanschluss 10 elektrisch verbunden ist.
Der elektrische Speicher 14 ist bevorzugterweise als aufladbare Batterie ausgelegt, die elektrische Energie in Form von Gleichstrom speichert und wieder abgibt. Daher ist ein Speicher-Wechselrichter 18 vorhanden, der zwischen dem Speicher 14 und dem Haushaltsanschluss 10 - und somit ebenfalls an den oberen Anschluss des PV-Wechselrichters 16 - geschaltet ist. Es hat sich bewährt, die PV-Anlage 12 derart auszulegen, dass sie zwischen 1 bis 30 kW abgeben kann. Dabei wird der Speicher 14 bevorzugterweise so dimensioniert, dass er eine Speicherkapazität im Bereich von 1 bis 30 kWh hat.
Üblicherweise reicht die elektrische Versorgung für den Haushaltsanschluss 10 alleine durch den elektrischen Speicher 14 nicht aus. Daher ist der
Haushaltsanschluss 10 über einen elektrischen Zählpunkt Z1 mit einem elektrischen Versorgungsnetz 20 verbunden. Ein solches Versorgungsnetz 20 zur Versorgung von Haushalten, usw. ist üblicherweise derart ausgelegt, dass 1 -phasige oder 3- phasige Wechselspannung von ca. 230 Volt bzw. ca. 400 Volt bereitgestellt wird. In ein solches Versorgungsnetz 20 kann auch elektrische Energie eingespeist werden. Daher ist der elektrische Zählpunkt Z1 derart ausgelegt, dass er sowohl den
Verbrauch von elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 20 erfassen kann (positive Zählrichtung) als auch die Einspeisung von elektrischer Energie in das Versorgungsnetz 20 (negative Zählrichtung). Der Energiefluss aus dem
Versorgungsnetz 20 ist durch die untere geschlossene Spitze des Pfeils neben dem Zählpunkt Z1 angedeutet; der Energiefluss in das Versorgungsnetz 20 hinein ist durch die obere offene Spitze des Pfeils neben dem Zählpunkt Z1 angedeutet.
Durch die Anordnung nach Fig. 1 ist es allerdings nicht möglich, dass elektrische Energie von dem Speicher 14 in das Versorgungsnetz 20 eingespeist und außerdem deren Menge getrennt erfasst wird. Eine getrennte Erfassung von elektrischer Energie aus dem elektrischen Speicher 14 in das elektrische Versorgungsnetz 20 hinein und umgekehrt wird durch die Anordnung gem. Fig. 2 ermöglicht. In Fig. 2 ist ein zusätzlicher Speicher-Wechselrichter 19 vorhanden, der zwischen dem elektrischen Speicher 14 und einem weiteren elektrischen Zählpunkt Z2 elektrisch angeordnet ist. Über diesen Zählpunkt Z2 kann die Menge an elektrischer Energie erfasst werden, die von dem Speicher 14 in das Versorgungsnetz 20 eingespeist und diesem zum Laden des Speichers 14 entnommen wird. Dadurch ist eine Mehrfachnutzung des elektrischen Speichers 14 möglich. Denn einerseits kann der Nutzer des Hausanschlusses 10, der üblicherweise auch der Betreiber der PV- Anlage 12 sowie des elektrischen Speichers 14 ist, ohne gesonderte Erfassung und Verrechnung elektrische Energie aus dem Speicher 14 beziehen. Es ist andererseits auch möglich, dass andere Verbraucher über das Versorgungsnetz 20 gegen Verrechnung elektrische Energie aus dem Speicher 14 erhalten und in diesen einspeisen. Die beiden Zählpunkte Z1 , Z2 sind bevorzugterweise in einem
Mehrrichtungszähler 50 integriert. Dieser weist einen ersten Stromanschluss 52 auf, der geeignet ist, ihn mit dem elektrischen Versorgungsnetz 20 zu verbinden. Ein zweiter Stromanschluss 54 dient zur Verbindung des Haushaltsanschlusses 10 sowie des PV-Wechselrichters 16. Über einen dritten Stromanschluss 56 kann der zusätzliche Speicher-Wechselrichter 19 elektrisch verbunden werden. Diese
Stromanschlüsse 52, 54, 56 sind bevorzugterweise so ausgelegt, dass jeweils eine 3-phasige Wechselspannung mit den Leitungen L1 , L2, L3 sowie einem Nullleiter N angeschlossen werden kann (s.a. Fig. 4).
Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführung, die es unter anderem ermöglicht, die Menge an elektrischer Energie zu erfassen, die von dem elektrischen Speicher 14 in das Versorgungsnetz 20 abgegeben wird. Es ist dabei jedoch möglich, auf den zusätzlichen Speicher-Wechselrichter 19 zu verzichten.
In Fig. 3 ist ein Mehrrichtungszähler 100 vorgesehen, in dem zwei Zählpunkte Z1 und Z2 enthalten sind, die im Folgenden auch reale Zählpunkte genannt werden. Diese beiden Zählpunkte Z1 , Z2 sind derart gestaltet, dass sie den Verbrauch (positive Zählrichtung) bzw. die Einspeisung (negative Zählrichtung) von elektrischer Energie durch Erfassung von Strom und Spannung mittels geeigneter Mittel, auf die im Zusammenhang mit Fig. 4 näher eingegangen wird, messen und entsprechende Signale anzeigen, abgeben und/oder speichern können. Der Mehrrichtungszähler 100 hat neben den realen Zählpunkten Z1 , Z2 weitere Zählpunkte z3, z12, z13, z23. Diese letztgenannten sind sogenannte virtuelle Zählpunkte und daher auch gestrichelt eingezeichnet. Diese virtuellen Zählpunkte bzw. die Werte, die ihnen zugeordnet werden, ergeben sich anhand von Berechnungen aus den Werten der realen Zählpunkte Z1 , Z2. Damit dient die Darstellung der virtuellen Zählpunkte z lediglich als Gedankenmodell. Dementsprechend sind sie auch nur virtuell miteinander verschaltet, was durch die gestrichelt gezeichneten Linien angedeutet ist. Auf die Zählpunkte wird weiter unten mit Hilfe von Fig. 4 näher eingegangen.
Der Mehrrichtungszähler 100 weist einen ersten Stromanschluss 102 auf, der geeignet ist, ihn mit dem elektrischen Versorgungsnetz 20 zu verbinden. Ein zweiter Stromanschluss 104 dient zur Verbindung des Haushaltsanschlusses 10 sowie des PV-Wechselrichters 16. Über einen dritten Stromanschluss 106 kann der
Speicherwechselrichter 18 elektrisch verbunden werden. Diese Stromanschlüsse 102, 104, 106 sind bevorzugterweise so ausgelegt, dass jeweils eine 3-phasige Wechselspannung mit den Leitungen L1 , L2, L3 sowie einem Nullleiter N
angeschlossen werden kann (s.a. Fig. 4). Die realen Zählpunkte Z1 , Z2 sind einerseits mit den Stromanschlüssen 104 bzw. 106 verbunden. Sie sind weiterhin mit ihrem jeweils anderen Anschluss verbunden mit einer elektrischen Leitung 101 , die außerdem elektrisch verbunden ist mit einem Stromanschluss 102.
Bei dem hier gezeigten Mehrrichtungszähler 100 ist auch ein erster Steuereingang 108 vorhanden, der innerhalb des Mehrrichtungszählers mittels einer Steuerleitung x mit einer Recheneinheit 112 verbunden ist. Von der Recheneinheit 112 führt außerdem eine Datenleitung d zu einem Datenausgang 110. Der Steuereingang 108 und der Datenausgang 110 sind außerdem durch Signalleitungen mit einem elektronischen Steuergerät 22 verbunden. Dieses ist zusätzlich über eine weitere Signalleitung y zur Übertragung des Sollleistungswertes mit dem Speicher- Wechselrichter 18 verbunden und hat auch einen Sollwerteingang s. Das elektronische Steuergerät 22 arbeitet als Energie-Management-System (EMS). Über den Sollwerteingang s können verschiedene Werte vorgegeben werden, wie insbesondere Fahrplanwerte eines Contractors und Parametrierungen für den Speicher-Wechselrichter 18. Über die Steuerleitung x wird ein Steuersignal mit einem Wert X an die Recheneinheit 112 vermittelt, die daraufhin den Energiefluss zwischen den virtuellen Zählpunkten z12 und z13 aufteilt. Über die Datenleitung d werden Messwerte von der Recheneinheit 12 an das Steuergerät 22 übermittelt. Die Leitung y dient dazu, Signale mit Werten an den Speicher-Wechselrichter 18 zu leiten, die ein Maß sind für dessen Sollleistung.
Fig. 4 zeigt Einzelheiten des Mehrrichtungszählers 100, dessen Stromanschlüsse 102, 104 und 106 hier mit 3-phasiger Wechselspannung L1 , L2, L3 sowie einem Nullleiter N verbunden sind. In dessen Inneren befinden sich Sensoren zur Messung von Spannungen (V1 , V2, V3) und Strömen (A11 , A 2, A13; A21 , A22, A23). Diese Sensoren enthalten nicht nur geeignete Mittel zur Messung sondern auch Mittel zur Aufbereitung von Sensorsignalen, die an die Recheneinheit 112 abgegeben und dort verarbeitet werden können. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die
Verbindungsleitungen zwischen den Sensoren und der Recheneinheit 112 in Fig. 4 nicht eingezeichnet, sondern lediglich dadurch angedeutet, dass links neben der Recheneinheit 112 die Anschlüsse A1X für die Sensoren A11 , A12 bzw. A13 sowie die Anschlüsse A2X (für A21 , A22, A23) und VX (für V1 , V2, V3) eingezeichnet sind. Sollte anstelle von 3-phasigem Wechselstrom (L1 , L2, L3, N) lediglich 1-phasiger Wechselstrom (L1 , N) an den Stromanschlüssen 102, 104, 106 anliegen, ist es ausreichend, lediglich die Sensoren A11 , A21 und V1 vorzusehen.
Die Recheneinheit 112 bestimmt aus den Sensorsignalen reale Zählpunktsignale SZ1 , SZ2 und virtuelle Zählpunktsignale sz3, sz12, sz 3, sz23, deren Werte WZ1 , WZ2 bzw. wz3, wz12, wz13, wz23 von einer Anzeigeeinheit 114 durch geeignete Mittel optisch und/oder akustisch dargestellt werden können. Bevorzugterweise sind auch - hier nicht dargestellte - Speichermittel vorhanden, die die Werte der
Sensorsignale und/oder die Zählpunktwerte abspeichern können. Diese Speichermittel können Teil der Recheneinheit 112, des Steuergeräts 22 oder einer sonstigen Stufe sein.
Die Recheneinheit 112 berechnet nach an sich bekannten Verfahren Werte für die Wirkleistungen P1 und P2 sowie für die Blindleistungen Q1 und Q2 aus den gemessenen Strömen und Spannungen. Derartige Verfahren sind beispielsweise angegeben in„Kahmann, Martin; Zayer, Peter (2003): Handbuch
Elektrizitätsmesstechnik. [Vorschriften, Gerätetechnik, Prüftechnik,
Energiedatenmanagement]. Berlin, Frankfurt am Main: VDE-Verl; VWEW
Energieverl., Kapitel 2 Konstruktiver Aufbau elektronischer Elektrizitätszähler".
Daraus ergeben sich zunächst die Werte der Zählpunkte Z1 , Z2. Weiterhin werden durch die Recheneinheit 112 auch Werte für die Leistungen P3, P12, P13 und P23 folgendermaßen bestimmt (s.a. Fig. 5), die den entsprechenden virtuellen
Zählpunkten z3, z12, z13 bzw. z23 zugeordnet werden.
(a) P 3 P1 + P2
(b) P12 = X * P1
(c) P13 = P1 - P12
(d) P23 = P2 + P12.
P3 ist die Summe aus P1 und P2. P12 ergibt sich aus Multiplikation von P1 mit einem Faktor X. Dieser Faktor X ist ein Maß dafür, welcher Anteil der Wirkleistung P1 im Zählpunkt z12 registriert werden soll. Der restliche Anteil der Wirkleistung, also P1 - P12 = P1 * (1-X), wird im Zählpunkt z13 registriert. Bei X=0 wird die Wirkleistung P1 vollständig aus dem Versorgungsnetz 20 entnommen und im Zählpunkt z13 registriert. Bei X=1 wird die Wirkleistung P1 vollständig aus dem Speicher 14 entnommen und im Zählpunkt z12 registriert. Für den virtuellen Zählpunkt z23 wird entsprechend verfahren. Damit wird erreicht, dass die Lastflüsse den richtigen Zählpunkten zugeordnet werden. Der Wert X wird in diesem
Ausführungsbeispiel dem Mehrrichtungszähler 100 von dem Steuergerät 22 über den Steuereingang 108 zugeführt. Der Wert X ist üblicherweise variabel und kann beispielsweise vom Lademanagement des elektrischen Speichers 14 über den Sollwerteingang s vorgegeben werden.
Der zugehörige Algorithmus ist in Fig. 5 symbolisch gezeigt. Dort sind die
Stromanschlüsse 102, 104, 106 sowie die Wirkleistungen P1 , P2 der realen Zählpunkte Z1 , Z2 durch durchgängige Pfeile angedeutet. Weiterhin sind die Wirkleistungen P3, P13, P23, P12 der virtuellen Zählpunkte z3, z13, z23, z12 durch gestrichelte Pfeile angedeutet; außerdem sind diese Referenzzeichen in Klammern gesetzt. Die Pfeilspitzen deuten jeweils die positive Zählrichtung (Verbrauch) an. Der Wert P1 des realen Zählpunkts Z1 wird bestimmt durch Messungen der
Spannungssensoren V1 , V2, V3 und der Stromsensoren A11 , A12, A13 (s. Fig. 4) sowie durch die Auswertung der entsprechenden Sensorsignale durch die
Recheneinheit 112. In ähnlicher Weise wird der Wert P2 des realen Zählpunkts Z2 bestimmt durch die Spannungssensoren V1 , V2, V3, der Stromsensoren A21 , A22, A23 und entsprechender Auswertung durch die Recheneinheit 112.
Die Berechnung der Zählerstände erfolgt gemäß der folgenden Formeln (1 ) - (12). A+ steht jeweils für die berechnete elektrische Wirkarbeit in positiver Zählrichtung; A" steht jeweils für die berechnete elektrische Wirkarbeit in negativer Richtung. Die Integration erfolgt jeweils über die Zeit und zwar zwischen zwei fiktiven Zeitpunkten
Formel Erläuterung von PV-Anlage
(1) Α = J max (-P1 ,0) dt
» Versorgungsnetz + Speicher
von Versorgungsnetz + Speicher
(2) A/ s J max iPI .OJ dt
» Haushalt
von Speicher
(3) A2 " = J max (-P2.0) dt
» Versorgungsnetz + Haushalt
von Versorgungsnetz + PV-Anlage
(4) A2 + = J max (P2.0) dt
» Speicher von PV-Anlage + Speicher
(5) A3 " = i max (-P1-P2,0) dt
» Versorgungsnetz
von Versorgungsnetz
(6) A3 + = J max (P1 +P2,0) dt
» Haushalt + Speicher
von PV-Anlage
(7) A12- = J max (-P1*X,0) dt
» Speicher
von Speicher
(8) A12 + = J max (P1*X,0) dt
» Haushalt
von Speicher
(9) A23- = J max (-P1 *X-P2,0) dt
» Versorgungsnetz
von Versorgungsnetz
(10) A23 + = J max (P1 *X+P2,0) dt
» Speicher
von PV-Anlage
(11 ) A13 " = J max (-P1*(1-x),0) dt
» Versorgungsnetz
von Versorgungsnetz
(12) A13 + = i max (P1*(1-x),0) dt
» Haushalt
Die Berechnung der Blindarbeit R+ und R" kann entsprechend erfolgen.
Durch die Wahl des Wertes von X können unterschiedliche Modi bewirkt werden. So bewirkt eine Beschränkung von X auf den Bereich 0 X .s 1 , dass (a) von dem Anlagenbetreiber über z 3 keine Energie aus dem Versorgungsnetz 20 in den Speicher 14 eingespeist werden kann, und (b) dass auch keine Energie von dem Anlagenbetreiber über z13 aus dem Speicher 14 in das Versorgungsnetz 20 eingespeist werden kann.
Um dem Anlagenbetreiber über z13 eine Einspeisung aus dem Speicher 14 in das Versorgungsnetz 20 zu ermöglichen, muss der Wertebereich von X in Abhängigkeit vom Vorzeichen von P1 erweitert werden. Dabei sind verschiedene Modi bzw. Betriebszustände möglich, die im Folgenden zusammen mit Fig. 8 erläutert werden. P1 > 0; X > 0
(a) 0 < X < 1 Energiefluss vom Speicher 14 und Versorgungsnetz 20 zum Haushaltsanschluss 10 (siehe Fig. 8, Feld 801 ) (b) X > 1 Energiefluss vom Speicher 14 zum Haushaltsanschluss
10 und zum Versorgungsnetz 20 (siehe Feld 802)
P1 < 0; X < 1
(a) 0 < X < 1 Energiefluss von PV-Anlage 12 zum Speicher 14 und
Versorgungsnetz 20 (siehe Feld 803)
(b) X < 0 Energiefluss von PV-Anlage 12 und Speicher 14 zum
Versorgungsnetz 20 (siehe Feld 804)
Die Betriebszustände gemäß der Felder 805 und 806 sind unzulässig. Bei P=0 findet kein Energiefluss statt.
Auch bei dieser Werteerweiterung für X in Abhängigkeit von P1 bleibt die Restriktion erhalten, dass der Speicher 14 vom Anlagenbetreiber über z13 nicht mit elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 20 gefüllt werden kann. Die Be- und Entladung des Speichers 14 über den Zählpunkt z23 durch einen Dritten, wie insbesondere einen Contractor, ist und bleibt davon unberührt.
Durch den virtuellen Zählpunkt z12 kann überprüft werden, ob der Anlagenbetreiber nur die Energiemenge entnimmt, die zuvor aus der PV-Anlage 12 in den Speicher 14 eingespeist wurde. Das heißt, der Zählerstand für A12 ~ muss größer sein, als der Zählerstand A 2 +.
Speicherverluste, die in der Praxis auftreten, können aus dem Saldo der
Zählerstände des Zählpunktes Z2 ermittelt werden. Dabei kann ein
Speicherfüllstand vernachlässigt werden, wenn eine genügend hohe Zyklenanzahl erreicht wurde. Das Handeln eines Dritten (Contractors), der Energie über das Versorgungsnetz aus dem Speicher 14 entnehmen kann, hat keinen Einfluss auf P1 , P12 und P13 (siehe Gleichungen (7), (8); (11), (12)) und muss daher nicht getrennt betrachtet werden. ln Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Energieversorgungseinrichtung dargestellt, in der ein integrierter Wechselrichter 30 vorgesehen ist, der den PV-Wechselrichter sowie den Speicher-Wechselrichter enthält, die hier mit 16' bzw. 18' markiert sind. Die hier gezeigte Ausführungsform 200 des Mehrrichtungszählers unterscheidet sich in einigen Punkten von der vorherigen Ausführungsform 100. Der integrierte Wechselrichter 30 kann Teil des Mehrrichtungszählers 200 sein, ist jedoch bevorzugterweise ein separates
Bauelement.
Der Mehrrichtungszähler 200 enthält die realen Zählpunkte Z10 und Z20, die beide als Gleichstromzähler (DC-Zähler) ausgebildet sind. Dabei erfasst der Zählpunkt Z10 die elektrischen Leistungen von der PV-Anlage 12 und der Zählpunkt Z20 die elektrischen Leistungen von und zu dem elektrischen Speicher 14. In dem
Mehrrichtungszähler 200 sind zwei weitere reale Zählpunkte Z4, Z5 vorhanden. Diese entsprechen von ihrem Aufbau her den in Fig. 3 gezeigten Zählpunkten Z1 und Z2. Der Zählpunkt Z4 erfasst die elektrische Leistung, die von dem
Haushaltsanschluss 10 aus dem Versorgungsnetz 20 entnommen wird. Der Zählpunkt Z5 erfasst die Wechselstromseite des integrierten Wechselrichters 30 und wird genutzt um dessen Verluste zu ermitteln. Die hier in Fig. 6 gezeigten
Zählpunkte z1 ' und z2' hingegen sind, wie auch die sonstigen Zählpunkte z3, z13, z23 und z12, als virtuelle Zählpunkte ausgeführt und haben ansonsten die gleichen Funktionen wie die in Fig. 3 gezeigten Zählpunkte, wobei z1 ' und z2' die Aufgaben von Z1 bzw. Z2 übernehmen. Die oberen Anschlüsse der realen Zählpunkten Z4, Z5 sowie der Stromanschluss 202 sind über eine elektrische Leitung 201 miteinander verbunden. Die virtuellen Zählpunkte hingegen sind nur virtuell miteinander verschaltet.
Die von den Zählpunkten Z10 und Z20 erfassten Wirkleistungen P10 und P20 werden durch geeignete Strom- und Spannungssensoren und entsprechende Sensorsignalauswertung der Recheneinheit 112 nach einem der bekannten
Verfahren bestimmt, wie beispielsweise angegeben in„Kahmann, Martin; Zayer, Peter (2003): Handbuch Elektrizitätsmesstechnik. [Vorschriften, Gerätetechnik, Prüftechnik, Energiedatenmanagement]. Berlin, Frankfurt am Main: VDE-Verl; VWEW Energieverl., Kapitel 2 Konstruktiver Aufbau elektronischer
Elektrizitätszähler". Die Leistungen P1 und P2 der virtuellen Zählpunkte z1 ' und z2' sowie die Verluste Pv des integrierten Wechselrichters 30 werden durch einen Algorithmus bestimmt, der folgenden Gleichungen entspricht:
(13) P1 = P10 + P4 + Pv * ( | P101 / ( | P101 + | P201 ))
(14) P2 = P20 + PV * ( | P20 | / ( | P10 [ + | P20 | ))
(15) PV = P5 - P10 - P20
Das heißt, die Verlustleistung Pv ist die Differenz zwischen der von dem Zählpunkt Z5 gemessenen Leistung P5 und den in den Zählpunkten Z10 und Z20 gemessenen Leistungen P10 und P20. Die Leistung P2 (virtueller Zählpunkt z2') ergibt sich aus der Summe der Leistung P20 (von Z20) und den anteiligen Verlusten, die durch P20 verursacht werden. Da die Verluste im Wesentlichen unabhängig von der
Energieflussrichtung sind, ist es ausreichend, nur die Beträge der Leistungen P10 und P20 zu berücksichtigen. P1 ergibt sich analog zu P2, jedoch muss hier die Leistung P4 addiert werden, die dem Verbrauch über den Haushaltsanschluss 10 entspricht. Die Berechnungen der Leistungen und Zählerstände der virtuellen Zählpunkte z3, z12, z13 und z23 erfolgt wie bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4.
Fig. 7 stellt eine weitere Variante des Mehrrichtungszählers vor, der hier mit der Referenz 300 gekennzeichnet ist und der gegenüber dem Mehrrichtungszähler 200 (Fig. 6) vereinfacht ist. Hier wird davon ausgegangen, dass die Verluste des integrierten Wechselrichters 30 üblicherweise sehr gering sind. Damit ist es vertretbar, diese Verluste nicht getrennt zu erfassen, sondern sie dem Verbrauch des Haushaltsanschlusses 10 zuzuschlagen. Damit können hier die Zählpunkte Z4, Z5 und Z10 entfallen. Der Zählpunkt Z3 wird hier als realer Zählpunkt gestaltet und wird daher mit Z3' bezeichnet. In dieser Ausführungsform sind somit nur ein realer Wechselstromzählpunkt (Ζ3') sowie ein realer Gleichstrom-Zählpunkt (Z20) vorhanden. Die Zählpunkte ζ1 ', z2', z12, z13 und z23 haben die gleichen Funktionen wie in den vorherigen
Ausführungsbeispielen. Hier dient eine elektrische Leitung 301 dazu, den
Stromanschluss 304a - und damit den gegebenenfalls dort angeschlossenen Haushaltsanschluss 10 - mit dem oberen Anschluss 306b des integrierten
Wechselrichters 30 und dem unteren Anschluss des realen Zählpunkts Z3' miteinander zu verbinden. Die virtuellen Zählpunkte hingegen sind auch hier nur virtuell miteinander verschaltet.
Die Leistungen P1 und P2 der virtuellen Zählpunkte z1 ' bzw. z2' werden gemäß der folgenden Gleichungen bestimmt:
(16) P2 = P20
(17) P1 = P3 - P2
Da in dieser Ausführung sämtliche Verluste des integrierten Wechselrichters 30 dem Nutzer des Haushaltsanschlusses 10 zugerechnet werden, sind die Leistungen P2 und P20 identisch. P1 ergibt sich nach der Knotenregel aus der Differenz aus P3 und P2.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind bevorzugte Realisierungen. Dennoch sind verschiedene Abwandlungen möglich, wie beispielsweise:
- Anstatt oder zusätzlich zu der PV-Anlage 12 können andere Mittel zur
Erzeugung von elektrischer Energie vorgesehen werden, wie beispielsweise Windkraftanlagen, Biogasanlagen, Stromgeneratoren mit
Verbrennungsmotor und/oder dergleichen. Der elektrische Speicher 14 kann anstatt oder zusätzlich zu einer aufladbaren Batterie gestaltet sein als Kondensator, Pumpspeicheranlage, Druckluftspeicheranlage, Schwungradspeicheranlage, Elektrofahrzeug bzw. dessen aufladbare Batterie und/oder dergleichen, wobei jeweils geeignete Mittel zur Umwandlung von und in elektrische Energie vorgesehen sind. Die in den Ausführungsbeispielen genannten bzw. gezeigten Daten-/ Signalleitungen können auf unterschiedliche Weise gestaltet sein. So ist es insbesondere möglich, dass für jedes Signal eine separate Leitung vorgesehen ist; denkbar ist jedoch auch eine solche Ausführung, bei der mehrere Signale über eine gemeinsame Leitung übermittelt werden können, beispielsweise durch entsprechende Signalmodulation, Zeitmultiplex oder dergleichen. Es ist weiterhin möglich, dass zumindest einzelne der Daten- /Signalleitungen ersetzt werden durch eine drahtlose Signalübermittlung. Die Sensoren A1X, A2X, VX zur Messung von Strömen bzw. Spannungen können einzeln realisiert sein oder zumindest teilweise miteinander integriert sein. Es ist zusätzlich oder stattdessen ebenfalls möglich, dass zumindest einzelne dieser Sensoren in einem oder mehreren der Wechselrichter verbaut sind.
Referenzzeichenliste
10 Haushaltsanschluss
12 PV-Anlage (Photovoltaik-Anlage)
14 elektrischer Speicher
16, 16' PV-Wechselrichter
18, 18' Speicher-Wechselrichter
19 zusätzlicher Speicher-Wechselrichter
20 elektrisches Versorgungsnetz
22 elektron. Steuergerät (Energie-Management-System; EMS) 30 integrierter Wechselrichter
50 Mehrrichtungszähler (Fig. 2)
100 Mehrrichtungszähler (Fig. 3, 4)
101 , 201 , 301 elektrische Leitungen
52, 102, 202, 302 erster Stromanschluss
54, 104, 204, 304 zweiter Stromanschluss
56, 106, 206, 306 dritter Stromanschluss
108, 208, 308 erster Steuereingang
110, 210, 310 Datenausgang
112, 212, 312 Recheneinheit
114 Anzeigeeinheit
200, 300 Mehrrichtungszähler (Fig. 6 bzw. Fig. 7)
801...806 Felder in Fig. 8
s Sollwerteingang
x Signalleitung für Wert X
d Datenleitung
y weitere Signalleitung (für Sollleistung von 18)
Z reale Zählpunkte
z virtuelle Zählpunkte
SZ, sz Zählpunktsignale von realen bzw. virtuellen Zählpunkten WZ, wz Werte der realen bzw. virtuellen Zählpunktsignale
P Leistungswerte
A\ A" berechnete elektrische Wirkarbeit
R+, R" berechnete elektrische Blindarbeit

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Erzeugung von Zählpunktsignalen (SZ) durch Erfassung und Auswertung von Signalen von Stromsensoren (A1X, A2X) und
Spannungssensoren (VX), dadurch gekennzeichnet, dass reale (SZ) und virtuelle (sz) Zählpunktsignale erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der virtuellen Zählpunktsignale (sz) aus den Werten der realen Zählpunktsignale (SZ) errechnet werden durch Algorithmen, die den Knotenregeln
entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes reales Zählpunktsignal (SZ1 ) ein Maß ist für den Verbrauch an elektrischer Energie durch einen Verbraucher (10) und/oder die Einspeisung von elektrischer Energie durch einen Stromerzeuger (12).
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites reales Zählpunktsignal (SZ2) ein Maß ist für elektrische Energie, die in einen elektrischen Speicher (14) eingespeist und/oder von diesem abgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Wert eines Steuersignals (X) ein vorgegebener Anteil von Wirkleistung (P) von dem Stromerzeuger (12) zu dem elektrischen Speicher (14) geleitet und bevorzugterweise als Zählpunktsignal (sz12) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Wert eines Steuersignals (X) ein vorgegebener Anteil von Wirkleistung (P) aus dem Speicher (14) zu dem Verbraucher (10) geleitet und bevorzugterweise als Zählpunktsignal (sz12) erfasst wird. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne der Werte der Zählpunktsignale (SZ, sz) optisch und/oder akustisch angezeigt werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne der Werte der Zählpunktsignale (SZ, sz) abgespeichert werden.
9. Vorrichtung mit einer Auswerteeinheit (112), die Signale von Stromsensoren (A1X, A2X) und von Spannungssensoren (VX) erfasst und aufgrund der Werte dieser Sensorsignale reale Zählpunktsignale (SZ) und virtuelle Zählpunktsignale (sz) erzeugt.
10. Vorrichtung nach dem ersten Vorrichtungsanspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (112) die Werte der virtuellen Zählpunktsignale (sz) aus den Werten der realen Zählpunktwerte (SZ) errechnet durch Algorithmen, die den Knotenregeln entsprechen.
1 1. Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Signalwerte von ersten Sensoren (A1X, VX) ein Maß sind für den Verbrauch an elektrischer Energie durch einen
Verbraucher (10) und/oder die Einspeisung von elektrischer Energie durch einen Stromerzeuger (12).
12. Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Signalwerte von zweiten Sensoren (A2X, VX) ein Maß sind für elektrische Energie, die in einen elektrischen Speicher (14) eingespeist und/oder von diesem abgegeben wird.
13. Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (112) Mittel aufweist, die in Abhängigkeit vom Wert eines empfangenen Steuersignals (X) bewirken, dass ein vorgegebener Anteil von Wirkleistung (P) von dem Stromerzeuger (12) zu dem Speicher (14) fließt und bevorzugterweise als Zählpunktsignal (sz12) erfasst wird.
14. Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (112) Mittel aufweist, die in Abhängigkeit vom Wert eines empfangenen Steuersignals (X) bewirken, dass ein vorgegebener Anteil von Wirkleistung (P) aus dem Speicher (14) zu dem Verbraucher (10) fließt und bevorzugterweise als Zählpunktsignal (sz12) erfasst wird.
15. Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Signalvorrichtung (114) vorgesehen ist, die zumindest einzelne der Werte der Zählpunktsignale (SZ, sz) optisch und/oder akustisch anzeigen kann.
16. Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass Speichermittel vorgesehen sind, die zumindest einzelne der Werte der Zählpunktsignale (SZ, sz) abspeichern können.
17. Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest einzelne der Sensoren (A1X, A2X, VX) Teil eines Wechselrichters (16, 18; 30) sind.
PCT/EP2014/000527 2013-03-01 2014-02-28 Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von zählersignalen WO2014131525A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013003367.5A DE102013003367B4 (de) 2013-03-01 2013-03-01 Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Zählpunktsignalen
DE102013003367.5 2013-03-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014131525A1 true WO2014131525A1 (de) 2014-09-04

Family

ID=50349567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/000527 WO2014131525A1 (de) 2013-03-01 2014-02-28 Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von zählersignalen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013003367B4 (de)
WO (1) WO2014131525A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020110453A1 (de) * 2020-04-16 2021-10-21 Innogy Se Energiemengenerfassungssystem, Energiemengenberechnungsvorrichtung, Energiemengenverarbeitungssystem, Energiemengenerfassungsverfahren und Energiemengenberechnungsverfahren
CN115441587B (zh) * 2022-09-20 2023-11-17 北京双登慧峰聚能科技有限公司 一种应用于功率不稳定负载的储能系统能量管理装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010019476A2 (en) * 2008-08-12 2010-02-18 Square D Company Improvements in virtual metering
WO2011133666A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 Sentilla Corporation, Inc. Determining electrical consumption in a facility
WO2012137516A1 (ja) * 2011-04-08 2012-10-11 パナソニック株式会社 分散型発電装置及びその運転方法
EP2528033A1 (de) * 2011-05-24 2012-11-28 Honeywell International Inc. Virtuelle Unterzählung unter Verwendung kombinierter Klassifikatoren

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3881625B2 (ja) * 2000-09-29 2007-02-14 松下電器産業株式会社 電力需給管理システム
DE502008002830D1 (de) * 2008-11-27 2011-04-21 Ubitricity Ges Fuer Verteilte Energiesysteme Mbh Zähl- und Messpunkt-System zur Messung und Zählung von elektrischer Energie und Verfahren
DE102009024301B4 (de) 2009-06-05 2012-12-06 Jürgen Mangelberger Mehrfachstromzählermodul
US8892264B2 (en) * 2009-10-23 2014-11-18 Viridity Energy, Inc. Methods, apparatus and systems for managing energy assets
JPWO2011105070A1 (ja) * 2010-02-25 2013-06-20 パナソニック株式会社 需給制御装置、需給制御方法、およびプログラム
DE102010023810B4 (de) * 2010-06-15 2013-12-05 Hans Lackner Verfahren, System, Computerprogramm und Computerlesbares Speichermedium zum Messen und Steuern von Energie in lokalen Verteilnetzen
WO2012048746A1 (de) * 2010-10-14 2012-04-19 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und einrichtung zum erzeugen eines zustandssignals

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010019476A2 (en) * 2008-08-12 2010-02-18 Square D Company Improvements in virtual metering
WO2011133666A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 Sentilla Corporation, Inc. Determining electrical consumption in a facility
WO2012137516A1 (ja) * 2011-04-08 2012-10-11 パナソニック株式会社 分散型発電装置及びその運転方法
EP2528033A1 (de) * 2011-05-24 2012-11-28 Honeywell International Inc. Virtuelle Unterzählung unter Verwendung kombinierter Klassifikatoren

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013003367A1 (de) 2014-09-04
DE102013003367B4 (de) 2023-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3259820B1 (de) Vorrichtung zur isolationswiderstandsbestimmung an einem pv-generator und photovoltaikanlage
DE102012212878A1 (de) Energieversorgungssystem
DE102012105029A1 (de) Elektrisches Leistungsversorgungssystem
DE102011107425A1 (de) Ladezustand-Anzeigeeinrichtung
EP2528183B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Stromversorgung
DE102016224295A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Ladeeinrichtung, Ladeeinrichtung und Kraftfahrzeug
DE102010048187A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen der maximal verfügbaren Kapazität einer Batterie
WO2019158375A1 (de) Ladestation zum laden von elektrofahrzeugen mit verteilter energiemessung sowie verfahren
DE102016110716A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Entladeleistung für eine Speichereinheit
DE102017121457A9 (de) System und Verfahren zum Erfassen von Energiemengen
DE102010002914A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen Verbrauchs- und Erzeugungserfassung
DE102012105721A1 (de) Steuern einer Mehrzahl von an einen gemeinsamen Netzübergabepunkt angeschlossenen Wechselrichtern
EP2253059B2 (de) Elektrische lade- und/oder entladevorrichtung
WO2014131525A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von zählersignalen
DE102010048469A1 (de) Energiemanagement-System, Verfahren zum Verteilen von Energie in einem Energiemanagement-System, Endgerät für ein Energiemanagement-System und Zentralgerät für ein Energiemanagement-System
WO2018206114A1 (de) Verfahren zum bestimmen einer energiemenge bei einer prosumer-anlage
DE102007041793B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Verluste eines Energiewandlers, insbesondere eines Stromrichters oder Synchrongenerators, sowie dazugehöriger Energiewandler
AT514766B1 (de) Verfahren zur Stabilisierung eines Energieverteilnetzes
DE102010023810B4 (de) Verfahren, System, Computerprogramm und Computerlesbares Speichermedium zum Messen und Steuern von Energie in lokalen Verteilnetzen
DE102020000174A1 (de) Steuerungseinheit für eine Energieeinspeiseeinheit, Energieeinspeiseeinheit, Energieeinspeisesystem und Netzinfrastruktur
EP3700042B1 (de) System zum betreiben eines energiespeichers
DE19827345B4 (de) Verfahren zur Ableitung der Wirkleistung elektrischer Verbraucher
DE102013207715A1 (de) Verfahren und Energiehändlerauswahlanordnung für ein Auswählen eines Energiehändlers für mindestens einen Energieanschluss
Noske et al. GIS and AMI Systems as Sources of Data to Improve Grid Operation Efficiency, the Results of a Pilot Study
DE202012013242U1 (de) Batteriewechselrichter und Vorrichtung zur Versorgung eines Hauses mit elektrischer Energie

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14712203

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14712203

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1