WO2015082005A1 - Verfahren zur stabilisierung eines elektrischen energieversorgungssystems - Google Patents

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WO2015082005A1
WO2015082005A1 PCT/EP2013/075652 EP2013075652W WO2015082005A1 WO 2015082005 A1 WO2015082005 A1 WO 2015082005A1 EP 2013075652 W EP2013075652 W EP 2013075652W WO 2015082005 A1 WO2015082005 A1 WO 2015082005A1
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power
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PCT/EP2013/075652
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Andreas ABART
Richard PITZ
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Definitions

  • the invention generally relates to the field of power supply or power supply systems.
  • the present invention relates to a method for
  • Stabilization of an electrical energy supply system which has at least three supply levels.
  • network subscribers in particular consumers, are connected in a lowest supply level, the so-called low-voltage or fine-distribution level.
  • Each network subscriber is assigned an intelligent measuring device, a so-called smart meter.
  • Power are usually the three supply levels pre ⁇ see, which have different, fixed voltage ranges and after these voltage ranges in which the electrical energy is transmitted, divided. There are usually a high voltage level, a middle ⁇ voltage level and for a fine distribution of the electrical energy to the grid operators or consumers a low- Voltage level, to which the network subscribers are connected for a Lei ⁇ tion reference.
  • the low-voltage level or the lowest level of supply of the power system is operated for example in Central Europe ⁇ in a voltage range between about 230/400 volts to 1000 volts and is usually fed regionally transformer stations from a parent medium-voltage network. This means that the electrical energy is transformed by transformer stations from the medium-voltage level to the voltage range of the low-voltage level and thus supplied via the low voltage level of the Energyversor ⁇ supply system, the network subscribers such as private households, smaller industrial companies, etc.
  • a connection of the network subscribers is usually via lines in which measuring devices - such as electricity meters for consumption measurement - are mounted. These measuring devices are then assigned to the respective consumers of the respective network subscribers (eg industrial companies, households, residential units, etc.).
  • smart meters or so-called smart meters or smart meters are frequently used as measuring devices in the energy supply sector.
  • These intelligent measuring devices which are assigned to the network subscribers, in addition to a measurement of energy or power consumption or a power reference usually fulfill other functions such as displaying a aktuel ⁇ len power consumption and a course of power consumption, remote readout options, automatic data transfer to a Energy supply company, storage and evaluation of energy consumed and fed by a network subscriber, which has a decentralized energy production eg by means of photovoltaics, wind power, etc., etc.
  • the power supply system In an electrical energy supply system, it is important today to strike a balance between generated energy or electricity and consumed energy or electricity. to get right. For a stability of the energy supply system, usually an amount of energy or electricity generated by the power plants and a quantity of energy or load (electrical energy) consumed by the network users, in particular consumers, must always be in equilibrium. In this state, the power supply system has a so-called nominal or standard frequency. This is eg 50Hz in the European grid, 60Hz in the North American grid.
  • the frequency increases in the energy supply system.
  • power generation in the power plants is reduced until a balance between generation and load is restored. Is e.g. the consumption is higher than the energy produced, the frequency in the energy supply system decreases. The power plants must therefore increase their production.
  • Energy supply system for example, as a primary ⁇ regulation in the existing power plants and as a secondary control in network regulators of network partners.
  • primary control for example, a so-called primary control power is provided locally in the power plants to stabilize the grid frequency.
  • Secondary control also has the task of restoring a balance between generation and consumption of electrical energy after the occurrence of a difference.
  • primary control only one situation in a respective control area, including one from is ⁇ exchange of electrical energy observed with other control areas here.
  • time-dependent Tari ⁇ fe for large consumers eg industrial, electronicsi ⁇ ons sunnye, etc.
  • large consumers eg industrial, electronicsi ⁇ ons sunnye, etc.
  • set line bottlenecks eg by a so-called n-1 safe construction of transmission networks and by load flow calculations in the operation of switching operations avoided.
  • a load shedding or the coordinated switching off of individual subnetwork sections in a power supply system for stabilization has the disadvantage that in the switched off subnet sections no supply for a minimum functionality eg for lighting, controls of elevators, heating and / or water pumps, facilities for fuel supply, etc. is available.
  • no supply for a minimum functionality eg for lighting, controls of elevators, heating and / or water pumps, facilities for fuel supply, etc. is available.
  • individual areas such as medical devices or Be ⁇ ventilation equipment with a standby power supply (eg diesel generator, etc.) are provided.
  • Net guard devices are used e.g. usually entire subnetwork sections such as e.g. Mains lines of the low voltage network with a variety of consumers monitored.
  • Photovoltaic plants, biomass plants, storage facilities for increasing the self-supply coverage can e.g. at a shutdown of a
  • Subnet section still be energized in the sub-network section or operated in the so-called island operation.
  • the network protection devices for example in isolated operation, stability monitoring of the subnetwork section is currently not possible. Therefore, the decentralized generation plants are equipped with corresponding protective devices for automatic network separation and can not, for example, for maintaining minimum functions at e.g. a load shedding in a switched-off subnetwork section are used.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method by which a decentralized monitoring of a network situation characterized by characteristic values is made possible in a simple and efficient manner Subnetwork sections of a power system maintained and blackouts can be avoided.
  • the solution of the task with a procedural of the type initially mentioned wherein by means of the smart metering devices, by observing characteristics of a characterized by predetermined characteristics of network situation in at least one subnet portion of the Ener ⁇ gieppssystems is monitored.
  • decentralized changes of the intelligent measuring devices are made
  • Characteristics and the network situation registered and evaluated ⁇ tet Corresponding to the respective registered network situation, a power or energy consumption of the respective network subscriber is then controlled by means of the respectively associated smart metering device according to a predetermined priority of each ⁇ ava network subscriber.
  • the main aspect of the proposed solution according to the invention is that a monitoring of the power supply system is performed decentralized and above all the lowest supply level or at the low voltage level directly to the network subscribers.
  • intelligent measuring devices or smart meter units with corresponding measuring devices it is possible to detect critical network situations and to control the respective network subscribers in a manner that supports stability so that a severely limited operation can be maintained instead of switching off a subnetwork section.
  • Characterized at least minimum functions such as light, Telecommun ⁇ nikations wornen, etc., can continue to be supplied for example in critical grid situations.
  • less-performance-intensive ⁇ and / or important consumer units of power subscribers such as refrigerators, facilities for water supply, heating pumps, etc.
  • a performance limit depending on the level or priority.
  • this power limit of the respective network ⁇ subscriber is no longer powered on or off, the respective network subscriber, for example, powered by its own downstream connection (eg, reduction in consumed power / energy by the network participants, etc.) when following the specified power limit again to become.
  • individual network subscribers with important functions for eg security, supply, etc. such as telecommunication devices, public lighting, facilities for medical supply, traffic guidance devices, facilities for fuel supply, etc. can selectively with separate - eg higher - Performance limits or be fully exempted from a limitation.
  • the method according to the invention ensures that a risk of blackouts is prevented or reduced even in critical network situations, and that basic functions or minimum functions are available despite a power reduction.
  • a power reference is selectively restricted and / or stopped by individual network subscribers, and not one or more subnetwork sections are switched off.
  • network subscribers which central energy supply (eg small hydropower plants, biomass plants, decentralized storage units, etc.) via the intelligent measuring devices to increase the supply of energy in the respective sub-network section of the energy supply system are stimulated.
  • central energy supply eg small hydropower plants, biomass plants, decentralized storage units, etc.
  • a network restoration Stability support for example when switching ⁇ the network subscribers.
  • feed-through distributed generation eg small, local hydroelectric power plants, biomass plants, photovoltaics, etc.
  • Leis ⁇ processing restriction in so called island operation afforded by the inventive method to a übergeord ⁇ nete supply levels is available again.
  • a control of the network situation in island operation of the respective subnetwork section of the energy supply system is taken over by the respective intelligent measuring devices.
  • a network situation characterizing parameters of the respective smart metering device specified by the respective priority of the respective network subscriber are compared from ⁇ -dependent limit values for a power limiting. So that the different network nodes can be restricted in the energy supply system in their power reference or off easily according ih ⁇ rer respective priority eg in a bottleneck in the energy supply.
  • the network subscriber or the associated consumer eg by means of parameterization in the intelligent measuring device, which is assigned to the respective network subscriber defined. Consumer units with important functions such as medical facilities, lighting, telecommunication facilities, etc. are given a higher priority than eg other network subscribers.
  • these network subscribers are supplied with power for a longer time, for example because of the priority and the limit values that depend thereon, or later, or a power reference is restricted to a lesser extent than with network subscribers with a lower priority. This can selectively ensure that in a critical network situation basic functions such as lighting, telecommunications, drives for elevators, etc. remain longer available.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention provides that upon detection of a change in the characteristic values in the energy supply network or in a subnetwork section by the intelligent measuring devices, a power or energy reference of the respective network subscribers - in accordance with the respective priority of the network subscriber ⁇ Tels the respective associated intelligent measuring devices is reduced or limited. Particularly in a fully automate the network subscriber and the associated consumer units so that a power reference for example by means of a signal of the respective intelli ⁇ divergent measurement device can be reduced easily. Ie individual consumer units of the network subscriber can be switched off by the associated intelligent measuring device or in the
  • a network subscriber can advantageously be identified when a change in the characteristic values is detected. be switched off according to its predetermined priority by means of the zugeord ⁇ Neten intelligent measuring device or disconnected from the power grid.
  • a power limit can be defined. If a change in the network situation or the corresponding characteristic values is detected by the intelligent measuring device and the defined power limit is exceeded by the respective network subscriber, then the network subscriber is switched off, for example by means of a signal from the corresponding intelligent measuring device.
  • a supply of decentralized energy generation devices present in the observed subnetwork section such as smaller hydropower plants, biomass or biogas plant, etc.
  • the decentralized monitoring of the network situation by means of intelligent measurement devices for example can be used zabitess decentralized power generation facilities for at least a limited spare supply in the isolated operation of a sectionnet and the situation of the subnet section are monitored in isolated operation over ⁇ .
  • the supply by decentralized energy generating devices can be increased very simply and in this way a supply bottleneck avoided.
  • a grid frequency, a grid voltage and / or a course of a grid voltage are used or monitored by the intelligent measuring devices as characteristic values for characterizing a grid situation.
  • the easiest way to determine a network situation is by assessing the network frequency.
  • an energy supply system usually has a so-called nominal or standard frequency. This is eg 50Hz in the European grid, 60Hz in the North American grid. For example, if the frequency drops, too little energy is available in the energy supply system - ie the consumption or the load by the network subscribers is greater than the energy available through the generation in the energy supply system.
  • the falling frequency or a deviation from the normal frequency is detected and thereby fourth then through a power limit of the respective network subscriber through the respective smart metering device acti ⁇ .
  • a smart grid voltage and / or a course of the grid voltage can be used to assess the grid situation decentralized by the intelligent measuring devices.
  • grid frequency, grid voltage and / or course of the grid voltage as characteristic values for assessing a current grid situation, repercussions of short circuits in adjacent grid locations can also be used, for example
  • Subnet sections are detected on the voltage and thus triggering a power limitation can be avoided by this situation.
  • a release of power-reduced and / or disconnected network subscribers for unrestricted normal operation staggered Runaway ⁇ leads. Staggering the release of power-reduced and / or disconnected network subscribers for unrestricted normal operation ensures in a simple manner that the network situation remains stable. There are ide ⁇ aler way always released so many network users to keep the power system in a stable state. Thus, a network reconstruction after eg shutdowns or a blackout can be carried out quickly and avoiding mains fluctuations.
  • Figure 1 shows schematically ⁇ schematically and by way of example a flow of the process of the invention for stabilizing a medical supply system energy.
  • FIG. 1 shows, in a schematic and exemplary manner, a sequence of the method according to the invention for stabilizing an electrical energy supply system.
  • the electrical energy supply system has at least three supply levels , by means of which an electrical energy generated, for example, mainly on an uppermost supply level, is transported to the network subscribers, in particular consumers.
  • the network subscribers are connected in a lowest supply level - the so-called low-voltage or fine-distribution level.
  • each network subscriber is an intelligent measuring device insbesonde re ⁇ a so-called smart meters, assigned from which above all, a consumption of electric energy is measured by the network participants.
  • the intelligent measuring device also other functionalities can be carried out, such as display of a current power consumption and / or a course of electricity consumption, possibilities for remote readout, automatic data transmission to an energy supply company, storage and evaluation of consumed and fed energy by a network subscriber, if this over a decentralized power generation facility (eg photovoltaic, wind power, biomass plant, etc.) has, etc.
  • a decentralized power generation facility eg photovoltaic, wind power, biomass plant, etc.
  • the inventive method begins with a start step 1.
  • a second process step 2 is monitored by means of the setting information in ⁇ divergent measuring devices a predetermined te by Kennwer- characterized network situation in at least a portion zabêt ⁇ net of the power system.
  • these characteristic values are observed by the intelligent measuring devices and optionally compared with limit values, wherein these limit values can depend on parameterized priorities of the respective network participants to which the respective intelligent measuring devices are assigned.
  • limit values can depend on parameterized priorities of the respective network participants to which the respective intelligent measuring devices are assigned.
  • parameters for example, a power frequency, a power ⁇ voltage and / or a course of a mains voltage of the in- Intelligent measuring devices observed locally and decentrally - ie from each measuring device, the current values of one or more of a network situations characterizing ⁇ ing characteristics is observed.
  • a change in the characteristic values is decentrally registered by the intelligent measuring devices.
  • the intelligent measuring devices means a sin- kende mains frequency, that power consumption in the power supply system or in a monitored subnet section increases an available or generated electric power amount on ⁇ . This can lead to a critical, unstable network situation, leading to a so-called blackout.
  • the mains frequency in a power supply system or in a subnet portion eg isolated operation
  • a nominal ⁇ or normal frequency eg 50Hz European power grid, 60Hz in North American power grid
  • the more electric power is present, current consumed by the network nodes as well.
  • Such a situation can occur, for example, in the case of decentralized energy generation by network subscribers, for example by photovoltaic systems, wind power plants, biomass plants, etc., from which decentrally generated energy is fed into the energy supply system.
  • a power reference and an energy consumption of a respective associated network subscriber is entspre ⁇ accordingly a predetermined priority of the respective network subscriber controlled accordingly.
  • a power supply of this network subscriber by the associated intelligent measuring device for example by means of a signal in dependence the respective priority.
  • telecommunications equipment and lighting means of the network subscriber can continue to be supplied with electrical energy.
  • More energy-intensive and / or not absolutely necessary consumers (eg television, electric cooker, etc.) of the Netzsch toyss are ⁇ excluded from the supply or switched off, in order to reduce consumption in the energy supply system or in the sub-network section.
  • the respective priorities of the network subscribers can be used to specify which network subscribers in a critical situation are to be supplied with electrical energy or are to be provided with limited power. So that the respective restriction in performance terms, depending on the Prio ⁇ rity of the network subscriber network subscriber-specific vorgege- ben can be and important basic or minimum functions are provided in the event of a power shortage in power supply system such as medical facilities, public lighting, water supply, Heating, etc.
  • a power limit can be defined. Exceeding the power limit then leads to shutdown of the Netzsch proceedings, the network subscriber has the opportunity to be supplied by a so-called own downstream in compliance with the specified power limit again.
  • Individual network subscribers in critical service areas eg medical facilities, public lighting, telecommunication facilities, traffic guidance facilities, etc.
  • the control of the network subscribers - ie a return of the consumption or a dependent of the priority shutdown of the network subscriber - is performed staggered in the fourth step. This staggering takes place under consideration of a momentary load and in one for the
  • the possibility ⁇ exists in the energy supply system decentralized energy generating devices when detecting changes in the
  • a decentralized power generation can be throttled, for example by means of intel ⁇ ligenten measuring devices in the fourth step 4 or eg an additional consumption - eg charging of storage capacities (eg batteries of electric cars, etc.) are stimulated. If an unrestricted normal operation of the energy supply system or of the subnetwork section is then possible again, a release of power reduced and / or deactivated switched network participants also staggered, thus avoiding again unstable network situations.

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Abstract

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Energieversorgung. Im Speziellen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Stabilisierung eines elektrischen Energieversorgungssystems mit zumindest drei Versorgungsebenen. In einer untersten Versorgungsebene, der so genannten Niederspannungsebene, sind Netzteilnehmer, insbesondere Verbraucher, angebunden, dabei ist jedem Netzteilnehmer eine intelligente Messvorrichtung, ein so genannter Smart Meter, zugeordnet. Mittels der intelligenten Messvorrichtungen wird durch Beobachtung von Kennwerten wie z.B. einer Netzfrequenz, einer Netzspannung, etc. eine durch vorgegebene Kennwerte charakterisierte Netzsituation in zumindest einem Teilnetzabschnitt des Energieversorgungssystems überwacht (2). Von den intelligenten Messvorrichtungen werden dabei dezentral Änderungen der Kennwerte sowie der Netzsituation registriert (3) und dann entsprechend einer vorgegebenen Priorität des jeweiligen Netzteilnehmers ein Leistungs- bzw. Energiebezug des jeweiligen Netzteilnehmers durch die jeweils zugeordnete intelligente Messvorrichtung entsprechend der festgestellten Netzsituation gesteuert (4). D.h. der Netzteilnehmer wird mittels der zugeordneten intelligenten Messvorrichtung abgeschaltet oder sein Leistungs- bzw. Energiebezug prioritätsabhängig reduziert (4). Durch diese Möglichkeit eines vorzeitigen, gezielten Abschaltens und/oder Reduzierens eines Leistungsbezugs von Netzteilnehmern können sehr einfach Netzinstabilitäten und in weiterer Folge so genannte Blackouts vermieden werden.

Description

Besehreibung
Verfahren zur Stabilisierung eines elektrischen Energieversorgungssystems
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Energieversorgung bzw. der Energieversorgungssysteme. Im Speziellen be- zieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur
Stabilisierung eines elektrischen Energieversorgungssystems, welches zumindest drei Versorgungsebenen aufweist. Dabei sind in einer untersten Versorgungsebene, der so genannten Nieder- spannungs- oder Feinverteilungsebene, Netzteilnehmer, insbe- sondere Verbraucher, angeschlossen. Jedem Netzteilnehmer ist dabei eine intelligente Messvorrichtung, ein so genannter Smart Meter, zugeordnet.
Stand der Technik
Die Versorgung von dezentral angeordneten Netzteilnehmern, insbesondere Verbrauchern wie z.B. in Industrieanlagen, Wohngebäuden, Haushalten, etc., mit elektrischer Energie erfolgt in der Regel über ein Energieversorgungssystem, welches übli- cherweise aus mehreren - meist drei Versorgungsebenen - besteht. Über das Energieversorgungssystem wird die elektrische Energie von Energieerzeugern wie z.B. Kraftwerksbetreiber, etc. zu den Netzteilnehmern bzw. Verbrauchern z.B. Geräten in Industrieunternehmen, Haushalte, etc.) transportiert und ver- teilt. Für diesen Transport von elektrischer Energie bzw.
Leistung sind üblicherweise die drei Versorgungsebenen vorge¬ sehen, welche verschiedene, festgelegte Spannungsbereichen aufweisen und nach diesen Spannungsbereichen, bei welchen die elektrische Energie übertragen wird, eingeteilt werden. Dabei gibt es üblicherweise eine Hochspannungsebene, eine Mittel¬ spannungsebene und für eine Feinverteilung der elektrischen Energie an die Netzteilnehmer bzw. Verbraucher eine Nieder- spannungsebene, an welche die Netzteilnehmer für einen Leis¬ tungsbezug angebunden sind.
Die Niederspannungsebene bzw. die unterste Versorgungsebene des Energieversorgungssystems wird beispielsweise in Mittel¬ europa in einem Spannungsbereich zwischen ca. 230/400 Volt bis zu 1000 Volt betrieben und wird üblicherweise regional über Transformatorstationen aus einem übergeordneten Mittelspannungsnetz gespeist. D.h. die elektrische Energie wird durch Transformatorstationen von der Mittelspannungsebene auf den Spannungsbereich der Niederspannungsebene transformiert und damit über die Niederspannungsebene des Energieversor¬ gungssystems die Netzteilnehmer wie z.B. private Haushalte, kleinere Industriebetriebe, etc. versorgt. Ein Anschluss der Netzteilnehmer erfolgt üblicherweise über Leitungen, in welchen Messvorrichtungen - z.B. Stromzähler zur Verbrauchsmessung - angebracht sind. Diesen Messvorrichtungen sind dann die jeweiligen Verbraucher der jeweiligen Netzteilnehmer (z.B. Industrieunternehmen, Haushalten, Wohneinheiten, etc.) zugeordnet.
Mittlerweile werden als Messvorrichtungen im Energieversorgungsbereich häufig intelligente Messvorrichtungen oder so genannte Smart Meter oder intelligente Zähler eingesetzt. Diese intelligenten Messvorrichtungen, welche den Netzteilnehmern zugeordnet sind, erfüllen neben einer Messung eines Energie- bzw. Stromverbrauchs bzw. eines Leistungsbezugs meist noch weitere Funktionen wie z.B. Anzeige eines aktuel¬ len Stromverbrauchs und eines Verlauf des Stromverbrauchs, Möglichkeiten zur Fernauslese, automatische Datenübertragung an ein Energieversorgungsunternehmen, Speicherung und Auswertung von verbrauchter und eingespeister Energie durch einen Netzteilnehmer, welche über eine dezentrale Energieerzeugung z.B. mittel Photovoltaik, Windkraft, etc. verfügt, etc.
In einem elektrischen Energieversorgungssystem ist es heutzutage wichtig, eine Balance zwischen erzeugter Energie bzw. Elektrizität und verbrauchter Energie bzw. Elektrizität auf- recht zu erhalten. Für eine Stabilität des Energieversorgungssystems müssen üblicherweise eine durch die Kraftwerke erzeugte Energiemenge bzw. Elektrizität und einen von den Netzteilnehmern, insbesondere Verbrauchern, bezogene Energie- menge bzw. elektrische Energie (Last) immer im Gleichgewicht sein. In diesem Zustand weist das Energieversorgungssystem eine so genannte Nenn- oder Normalfrequenz auf. Diese beträgt z.B. im europäischen Verbundnetz 50Hz, im nordamerikanischen Stromnetz 60Hz.
Ist beispielsweise der Verbrauch von Energie geringer als die aktuell erzeugte Energiemenge, so steigt die Frequenz im Energieversorgungssystem an. In diesem Fall wird die Energieerzeugung in den Kraftwerken gesenkt, bis ein Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Last wieder hergestellt ist. Ist z.B. der Verbrauch höher als die produzierte Energie, so sinkt die Frequenz im Energieversorgungssystem ab. Die Kraftwerke müssen daher ihre Produktion steigern. Ein Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch in einem elektrischen Energieversor- gungssystem bzw. eine Leistungsregelung des elektrischen
Energieversorgungssystems erfolgt beispielsweise als Primär¬ regelung in den vorhandenen Kraftwerken und als Sekundärregelung in Netzreglern von Verbundpartnern. Bei der Primärregelung wird z.B. dezentral in den Kraftwerken eine so genannte Primärregelleistung zur Stabilisierung der Netzfrequenz bereitgestellt. Auch die Sekundärregelung hat die Aufgabe, ein Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch von elektrischer Energie nach dem Auftreten einer Differenz wieder herzustellen. Im Gegensatz zur Primärregelung wird hier nur eine Situation in einer jeweiligen Regelzone inklusive eines Aus¬ tausche von elektrischer Energie mit anderen Regelzonen betrachtet. Weiterhin werden beispielsweise zeitabhängige Tari¬ fe für große Verbraucher (z.B. Industriebetriebe, Produkti¬ onsbetriebe, etc.) zur optimalen Nutzung der Kraftwerke ein- gesetzt sowie Leitungsengpässe z.B. durch einen so genannten n-1 sicheren Aufbau von Übertragungsnetzen und durch Lastflussberechnungen im Betrieb von Schalthandlungen vermieden. Kommt es allerdings in Folge eines außergewöhnlichen Ereig¬ nisses (z.B. Ausfall eines Kraftwerks, etc.) zu einem stärke¬ ren Abfall der Frequenz oder übersteigt der Verbrauch von Energie beispielsweise auch die Möglichkeiten einer gestei- gerten Produktion (z.B. zu viele leistungsintensive Verbrau¬ cher sind gleichzeitig im Betrieb - wie z.B. im Sommer Klima¬ anlagen, etc.) und kann damit eine Balance zwischen Erzeugung und Balance nicht mehr hergestellt werden, so kann ein so ge¬ nannter Blackout auftreten. D.h. es kann zu einer manchmal auch Stunden dauernden, unbeabsichtigten Unterbrechung der
Versorgung mit Energie/Leistung kommen. Ein derartiger Blackout hat meist einen langwierigen Wiederaufbau der Versorgung im Energieversorgungssystem zur Folge, bei welchem einzelne Netzabschnitte und Kraftwerksanlagen beispielsweise wieder schrittweise in Betrieb gesetzt werden. Weiterhin kann ein länger dauernder Blackout z.B. zum Aufbrauchen von anderen Energiereserven wie z.B. Treibstoff, etc. oder Speicherkapa¬ zitäten bei dezentraler Einspeisung mittels Speicheranlagen, etc. für eine Notversorgung (z.B. Ersatzstromversorgung für medizinische Einrichtungen, etc.) führen.
Im Fall von Leistungsengpässen und einer darauffolgenden Unterfrequenz bzw. Frequenzabfall im Energieversorgungssystem bzw. bei einem starken Frequenzabfall im Energieversorgungs- System werden derzeit beispielsweise nach koordinierten Verfahren, wie dies z.B. in der Schrift US 2012/0041612 AI beschrieben ist, einzelne Netzabschnitte des Energieversor¬ gungssystems abgeschaltet. Diese Vorgehensweise wird auch als Lastabwurf bezeichnet. Ein Lastabwurf wird beispielsweise von automatischen Einrichtungen wie z.B. Netzschutzeinrichtungen, etc. bei Erreichen bestimmter voreingestellter Messwerte (z.B. Frequenz, Spannung, etc.) ausgelöst und z.B. in automatischen Abläufen durch ein Öffnen von Leistungsschaltern in Umspannwerken durchgeführt. Für die vom Lastabwurf betroffe- nen Teilnetzabschnitte des Energieversorgungssystems führt diese Maßnahme zu einem Stromausfall bzw. eine Unterbrechung in der elektrischen Energieversorgung. Ein Lastabwurf bzw. das koordinierte Abschalten von einzelnen Teilnetzabschnitten in einem Energieversorgungssystem zur Stabilisierung weist allerdings den Nachteil auf, dass in den abgeschalteten Teilnetzabschnitten keine Versorgung für eine Mindestfunktionalität z.B. für Beleuchtung, Steuerungen von Aufzügen, Heizungs- und/oder Wasserpumpen, Einrichtungen zur TreibstoffVersorgung, etc. zur Verfügung steht. Meist sind nur einzelne Bereiche wie medizinische Einrichtungen oder Be¬ lüftungseinrichtungen mit einer Ersatzstromversorgung (z.B. Dieselaggregat, etc.) ausgestattet.
Weiterhin ist bei einem Einsatz von Lastabwurf-Verfahren im Energieversorgungssystem beispielsweise keine dezentrale Überwachung einer Netzfrequenz vorgesehen. Von Net zschut zein- richtungen werden z.B. meist ganze Teilnetzabschnitte wie z.B. Netzstränge des Niederspannungsnetzes mit einer Vielzahl von Verbrauchern überwacht. Insbesondere durch eine zunehmende Installation von Erzeugungsanlagen wie z.B. Photovoltaik- Anlagen, Biomasse-Anlagen, Speicheranlagen zur Steigerung der Eigenbedarfsdeckung kann z.B. bei einer Abschaltung eines
Teilnetzabschnitts trotzdem Energie in den Teilnetzabschnitt gespeist werden bzw. dieser im so genannten Inselbetrieb betrieben werden. Allerdings ist derzeit durch die Netzschutzeinrichtungen beispielsweise im Inselbetrieb keine Stabili- tät süberwachung des Teilnetzabschnitts möglich. Deshalb sind die dezentralen Erzeugungsanlagen mit entsprechenden Schutzeinrichtungen zur automatischen Netztrennung ausgestattet und können beispielsweise nicht für eine Aufrechterhaltung von Mindestfunktionen bei z.B. einem Lastabwurf in einem abge- schalteten Teilnetzabschnitt herangezogen werden.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch welches auf einfache und effiziente Weise eine dezentrale Überwachung einer durch Kennwerte charakterisierten Netzsituation ermöglicht wird, Mindestfunktionen in Teilnetzabschnitten eines Energieversorgungssystems aufrecht gehalten und Blackouts vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs angeführ- ten Art mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe mit einem Ver- fahren der eingangs erwähnten Art, bei welchem mittels der intelligenten Messvorrichtungen durch Beobachtung von Kennwerten eine durch vorgegebene Kennwerte charakterisierte Netzsituation in zumindest einem Teilnetzabschnitt des Ener¬ gieversorgungssystems überwacht wird. Dabei werden von den intelligenten Messvorrichtungen dezentral Änderungen der
Kennwerte sowie der Netzsituation registriert und ausgewer¬ tet. Entsprechend der jeweils registrierten Netzsituation wird dann entsprechend einer vorgegebenen Priorität des je¬ weiligen Netzteilnehmers ein Leistungs- bzw. Energiebezug des jeweiligen Netzteilnehmers mittels der jeweils zugeordneten intelligenten Messvorrichtung gesteuert.
Der Hauptaspekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass eine Überwachung des Energieversorgungs- System dezentral und vor allem auch der untersten Versorgungsebene bzw. auf der Niederspannungsebene direkt bei den Netzteilnehmern durchgeführt wird. Durch eine Verwendung von intelligenten Messvorrichtungen bzw. von Smart Meter- Einheiten mit entsprechenden Messeinrichtungen können kriti- sehe Netzsituationen erkannt werden und die jeweiligen Netzteilnehmer Stabilitätsunterstützend gesteuert werden, sodass anstatt einer Abschaltung eines Teilnetzabschnitts ein stark leistungseingeschränkter Betrieb aufrecht erhalten werden kann. Dadurch können beispielsweise bei kritischen Netzsitua- tionen zumindest Mindestfunktionen wie z.B. Licht, Telekommu¬ nikationseinrichtungen, etc. weiterhin versorgt werden. In einer weiteren Stufe können beispielsweise weniger leistungs¬ intensive und/oder wichtige Verbrauchereinheiten von Netz- teilnehmern wie z.B. Kühlschränke, Einrichtungen für Wasserversorgung, Heizungspumpen, etc. betrieben werden, während sämtliche leistungsintensiven Betriebsmittel bzw. Netzteil¬ nehmer oder Verbrauchereinheiten von Netzteilnehmern in kri- tischen Netzsituationen oder bei Energieengpasssituationen von der Versorgung ausgeschlossen werden können. Dies setzt allerdings eine vollständige Automatisierung in den Verbrau¬ chereinheiten der Netzteilnehmer voraus, sodass diese getrennt von der jeweiligen intelligenten Messvorrichtung ange- steuert werden können.
Bei einer noch nicht vollständigen Automatisierung in den Verbraucheranlagen ist es z.B. auch möglich, eine Leistungsgrenze je nach Stufe bzw. Priorität zu implementieren. Bei Überschreiten dieser Leistungsgrenze wird der jeweilige Netz¬ teilnehmer nicht mehr versorgt bzw. abgeschaltet, wobei der jeweilige Netzteilnehmer z.B. durch eigene Nachschaltung (z.B. Reduktion der verbrauchten Leistung/Energie durch den Netzteilnehmer, etc.) bei Einhaltung der vorgegebenen Leis- tungsgrenze wieder versorgt zu werden. Weiterhin können durch eine entsprechende Priorisierung der Netzteilnehmer einzelne Netzteilnehmer mit wichtigen Funktionen für z.B. Sicherheit, Versorgung, etc. wie z.B. Telekommunikationseinrichtungen, öffentliche Beleuchtung, Einrichtungen für medizinische Ver- sorgung, Verkehrsleiteinrichtungen, Einrichtungen zur TreibstoffVersorgung, etc. selektiv mit gesonderten - z.B. höheren - Leistungsbegrenzungen versehen werden oder vollständig von einer Begrenzung ausgenommen werden. Auf diese Weise wird durch das erfindungsgemäße Verfahren da¬ für gesorgt, dass auch in kritischen Netzsituationen eine Gefahr eines Blackouts verhindert bzw. reduziert wird und trotz einer Leistungsreduktion Basisfunktionen bzw. Mindestfunktionen verfügbar sind. Zur Leistungsreduktion und damit zur Netzstabilisierung wird gezielt ein Leistungsbezug von einzelnen Netzteilnehmern eingeschränkt und/oder gestoppt, und nicht einer oder mehrere Teilnetzabschnitte abgeschaltet. Weiterhin können Netzteilnehmer, welche Einrichtungen zur de- zentralen Energieeinspeisung (z.B. kleine Wasserkraftwerke, Biomasse-Anlagen, dezentrale Speichereinheiten, etc.) über die intelligenten Messvorrichtungen zur Steigerung der Ein- speisung von Energie in den jeweiligen Teilnetzabschnitt des Energieversorgungssystems angeregt werden. Durch die dezent¬ rale Überwachung kann damit auch lokal eine Überwachung der Netzstabilität und der Netzsituation durchgeführt werden.
Durch die Möglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens vor- zeitig und gezielt Lasten bzw. eine Leistungsbezug von Netz¬ teilnehmern zu reduzieren bzw. abzuschalten, können Instabilitäten des Energieversorgungssystems und in weiterer Folge ein Blackout vermieden werden. Sollte es dennoch zu einem Blackout kommen, so kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Netzwiederaufbau Stabilitätsunterstützend - z.B. beim Zu¬ schalten der Netzteilnehmer - unterstützt und beschleunigt werden. Bei einer ausreichenden Erzeugung von Energie z.B. mittels Einspeisung durch dezentrale Erzeuger (z.B. kleine, lokale Wasserkraftwerke, Biomasse-Anlagen, Photovoltaik, etc.) kann eine vorübergehende Ersatzversorgung mit Leis¬ tungsbeschränkung im so genannten Inselbetrieb durch das erfindungsgemäße Verfahren geboten werden, bis eine übergeord¬ nete Versorgungsebenen wieder zur Verfügung steht. Eine Kontrolle der Netzsituation im Inselbetrieb des jeweiligen Teil- net zabschnitts des Energieversorgungssystems wird dabei von den jeweiligen intelligenten Messvorrichtungen übernommen.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn für eine Leistungsbegrenzung die eine Netzsituation charakterisierenden Kennwerte von der jeweiligen intelligenten Messvorrichtung mit von der jeweiligen vorgegebenen Priorität des jeweiligen Netzteilnehmers ab¬ hängigen Grenzwerten verglichen werden. Damit können die verschiedenen Netzteilnehmer auf einfache Weise entsprechend ih¬ rer jeweiligen Priorität z.B. bei einem Engpass in der Ener- gieversorgung im Energieversorgungssystem in ihrem Leistungsbezug eingeschränkt bzw. abgeschaltet werden. Die Prioritäten für die jeweiligen Netzteilnehmer werden je nach der Wichtigkeit des Netzteilnehmers bzw. der zugehörigen Verbraucherein- heiten z.B. mittels Parametrierung in der intelligenten Messvorrichtung, welche dem jeweiligen Netzteilnehmer zugeordnet ist, definiert. Verbrauchereinheiten mit wichtigen Funktionen wie z.B. medizinische Einrichtungen, Beleuchtung, Telekommu- nikationseinrichtungen, etc. werden mit einer höheren Priorität versehen als z.B. andere Netzteilnehmer. D.h., dass diese Netzteilnehmer beispielsweise aufgrund der Priorität und der davon abhängigen Grenzwerte auch einer Änderung der Netzsituation länger mit Leistung versorgt werden, später abgeschal- tet werden oder ein Leistungsbezug geringfügiger eingeschränkt wird als bei Netzteilnehmern mit niedriger Priorität. Damit kann selektiv dafür gesorgt werden, dass bei einer kritischen Netzsituation Basisfunktionen wie z.B. Beleuchtung, Telekommunikation, Antriebe für Aufzüge, etc. länger verfügbar bleiben.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht dabei vor, dass bei Erkennen einer Änderung der Kennwerte im Energieversorgungsnetz bzw. in einem Teilnetzab- schnitt durch die intelligenten Messvorrichtungen ein Leis- tungs- bzw. Energiebezug der jeweiligen Netzteilnehmer - entsprechend der jeweiligen Priorität des Netzteilnehmers - mit¬ tels der jeweils zugeordneten intelligenten Messvorrichtungen reduziert bzw. beschränkt wird. Insbesondere bei einer voll- ständigen Automatisierung der Netzteilnehmer bzw. der zugehörigen Verbrauchereinheiten kann damit sehr einfach ein Leistungsbezug z.B. mittels eines Signals der jeweiligen intelli¬ genten Messvorrichtung reduziert werden. D.h. einzelnen Verbrauchereinheiten des Netzteilnehmers können von der zugeord- neten intelligenten Messvorrichtung abgeschaltet oder im
Leistungsbezug reduziert werden oder auf eine Mindestfunktion zurückgefahren werden. Durch diese Reduktion des Leistungsbezugs kann eine instabile Netzsituation vermieden werden. Alternativ - insbesondere bei einer nicht vorliegenden vollständigen Automatisierung der Netzteilnehmer bzw. der zugehörigen Verbrauchereinheiten kann vorteilhafter Weise beim Erkennen einer Änderung der Kennwerte ein Netzteilnehmer ent- sprechend seiner vorgegebenen Priorität mittels der zugeord¬ neten intelligenten Messvorrichtung abgeschaltet bzw. vom Energieversorgungsnetz getrennt werden. Je nach Priorität des Netzteilnehmers kann eine Leistungsgrenze definiert werden. Wird von der intelligenten Messvorrichtung eine Änderung der Netzsituation bzw. der entsprechenden Kennwerte festgestellt und wird vom jeweiligen Netzteilnehmer die definierte Leistungsgrenze überschritten, so wird der Netzteilnehmer z.B. mittels eines Signals von der entsprechenden intelligenten Messvorrichtung abgeschaltet. Dabei können auch für Netzteil¬ nehmer aus kritischen Versorgungsbereichen (z.B. medizinische Einrichtungen, öffentliche Beleuchtung, Telekommunikations¬ einrichtungen, Verkehrsleiteinrichtungen, Geldausgabeeinrichtungen, etc.), welche beispielsweise mit höheren Prioritäten versehen werden können, entsprechende Leistungsgrenzen vorgesehen werden bzw. diese Einrichtungen gänzlich von einer Abschaltung ausgenommen werden. Damit kann im Falle einer kritischen Netzsituation dafür gesorgt werden, dass z.B. ein Blackout vermieden, eine stabile Netzsituation erreicht wird und wichtige Funktionen für z.B. Sicherheit, öffentliche Ver¬ sorgung, etc. weiterhin zumindest eingeschränkt verfügbar bleiben .
Es ist auch günstig, wenn eine Steuerung der Netzteilnehmer - insbesondere eine Reduktion des Leistungs- bzw. Energiebezugs und/oder ein Abschalten von Netzteilnehmern - gestaffelt durchgeführt wird. Durch eine Staffelung bei der Leistungsbe¬ grenzung bzw. Abschaltung der Netzteilnehmer wird auf einfache Weise eine momentane, aktuelle Last der Netzteilnehmer mitberücksichtigt. Weiterhin wird dadurch verhindert, dass das Energieversorgungssystem ins Schwanken gerät bzw. durch ein Abschalten von Netzteilnehmern weitere Instabilitäten und/oder kritische Netzsituationen ausgelöst werden. Durch die Staffelung kann auch genau beobachtet werden, wann wieder eine stabile Netzsituation erreicht worden ist. Das bedeutet, es werden nur so viele Netzteilnehmer in ihrem Leistungsbezug beschränkt bzw. abgeschaltet wie notwendig. Eine Unterbre¬ chung des Leistungsbezugs bzw. der Versorgung mit elektri- scher Energie für die Verbraucher wird damit so gering wie möglich gehalten.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei Feststellen einer Ver- änderung der Kennwerte, insbesondere bei Feststellen eines erhöhten Energiebedarfs eine Einspeisung von im beobachteten Teilnetzabschnitt vorhandenen, dezentralen Energieerzeugungs¬ einrichtungen wie z.B. kleineren Wasserkraftwerken, Biomasseoder Biogas-Anlage, etc. mittels der intelligenten Messvor- richtungen entsprechend gesteuert wird. Durch die dezentrale Überwachung der Netzsituation mittels der intelligenten Messvorrichtungen können z.B. auch im Inselbetrieb eines Teilnet zabschnitts dezentrale Energieerzeugungseinrichtungen für zumindest eine eingeschränkte Ersatzversorgung genutzt und die Situation des Teilnetzabschnitts im Inselbetrieb über¬ wacht werden. Weiterhin kann z.B. bei erhöhtem Energiebedarf über die intelligenten Messvorrichtungen die Einspeisung durch dezentrale Energieerzeugungseinrichtungen sehr einfach gesteigert werden und auf diese Weise ein Versorgungsengpass vermieden werden.
Idealer Weise werden als Kennwerte für ein Charakterisieren einer Netzsituation eine Netzfrequenz, eine Netzspannung und/oder ein Verlauf einer Netzspannung verwendet bzw. von den intelligenten Messvorrichtungen beobachtet. Am einfachsten wird eine Netzsituation durch eine Beurteilung der Netzfrequenz bestimmt. In einer stabilen Netzsituation weist ein Energieversorgungssystem üblicherweise eine so genannte Nennoder Normalfrequenz auf. Diese beträgt z.B. im europäischen Verbundnetz 50Hz, im nordamerikanischen Stromnetz 60Hz. Bei sinkender Frequenz ist beispielsweise zu wenig Energie im Energieversorgungssystem verfügbar - d.h. der Verbrauch bzw. die Last durch die Netzteilnehmer ist größer als die durch die Erzeugung im Energieversorgungssystem verfügbare Energie. Von den intelligenten Messvorrichtungen, welche üblicherweise dezentral auf der untersten Versorgungsebene des Energiever¬ sorgungssystems angebracht sind, wird die sinkenden Frequenz bzw. eine Abweichung von der Normalfrequenz erkannt und da- durch dann eine Leistungsbegrenzung der jeweiligen Netzteilnehmer durch die jeweilige intelligente Messvorrichtung akti¬ viert. Weiterhin ist es auch möglich, dass von den intelligenten Messvorrichtungen dezentral alternativ oder zusätzlich zur Netzfrequenz auch eine Netzspannung und/oder ein Verlauf der Netzspannung zur Beurteilung der Netzsituation herangezogen werden. Durch die Verwendung von z.B. Netzfrequenz, Netzspannung und/oder Verlauf der Netzspannung als Kennwerte zur Beurteilung einer aktuellen Netzsituation können beispiels- weise auch Rückwirkungen von Kurzschlüssen in benachbarten
Teilnetzabschnitten auf die Spannung erkannt werden und damit eine Auslösen einer Leistungsbegrenzung durch diese Situation vermieden werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass eine Freigabe von leistungsreduzierten und/oder abgeschalteten Netzteilnehmern für einen uneingeschränkten Normalbetrieb gestaffelt durchge¬ führt wird. Durch eine Staffelung der Freigabe von leistungs- reduzierten und/oder abgeschalteten Netzteilnehmern für einen uneingeschränkten Normalbetrieb wird auf einfache Weise dafür gesorgt, dass die Netzsituation stabil bleibt. Es werden ide¬ aler Weise immer nur so viele Netzteilnehmer freigegeben, um das Energieversorgungssystem in einem stabilen Zustand zu halten. Damit kann ein Netzwiederaufbau nach z.B. Abschaltungen oder einem Blackout zügig und unter Vermeidung von Netzschwankungen durchgeführt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figur erläutert. Figur 1 zeigt dabei schema¬ tisch und in beispielhafter Weise einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Stabilisierung eines Energiever- sorgungssystems . Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt in schemat ischer und beispielhafter Weise einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Stabilisierung eines elektrischen Energieversorgungssystems. Das elektrische Energieversorgungssystem weist dabei zumindest drei Versorgungsebenen auf, durch welche eine beispielsweise hauptsäch¬ lich auf einer obersten Versorgungsebene erzeugte elektrische Energie zu den Netzteilnehmern, insbesondere Verbrauchern, transportiert wird. Die Netzteilnehmer sind dabei in einer untersten Versorgungsebene - der so genannten Niederspan- nungs- oder Feinverteilungsebene - angebunden. Jedem Netz¬ teilnehmer ist eine intelligente Messvorrichtung, insbesonde¬ re ein so genannter Smart Meter, zugeordnet, von welcher vor allem ein Verbrauch an elektrischer Energie durch den Netzteilnehmer gemessen wird. Durch die intelligente Messvorrichtung können auch weitere Funktionalitäten durchgeführt werden, wie z.B. Anzeige eines aktuellen Stromverbrauchs und/oder eines Verlauf des Stromverbrauchs, Möglichkeiten zur Fernauslese, automatische Datenübertragung an ein Energieversorgungsunternehmen, Speicherung und Auswertung von verbrauchter und eingespeister Energie durch einen Netzteilnehmer, sofern dieser über eine dezentrale Energieerzeugungseinrichtung (z.B. Photovoltaik, Windkraft, Biomasse-Anlage, etc.) verfügt, etc.
Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit einem Startschritt 1. In einem zweiten Verfahrensschritt 2 wird mittels der in¬ telligenten Messvorrichtungen eine durch vorgegebene Kennwer- te charakterisierte Netzsituation in zumindest einem Teil¬ net zabschnitt des Energieversorgungssystems überwacht. Dabei werden von den intelligenten Messvorrichtungen diese Kennwerte beobachtet und gegebenenfalls mit Grenzwerten verglichen, wobei diese Grenzwerte von parametrierten Prioritäten der je- weiligen Netzteilnehmer abhängen können, welchen die jeweiligen intelligenten Messvorrichtungen zugeordnet sind. Als Kennwerte werden beispielsweise eine Netzfrequenz, eine Netz¬ spannung und/oder ein Verlauf einer Netzspannung von den in- telligenten Messvorrichtungen lokal und dezentral beobachtet - d.h. von jeder Messvorrichtung wird der jeweils aktuelle Werte eines oder mehrerer eine Netzsituationen charakterisie¬ rende Kennwerte beobachtet .
In einem dritten Verfahrensschritt 3 wird von den intelligenten Messvorrichtungen dezentral eine Änderung der Kennwerte wie z.B. Netzfrequenz, Netzspannung, etc. und damit der Netzsituation registriert. So bedeutet beispielsweise eine sin- kende Netzfrequenz, dass ein Energieverbrauch im Energieversorgungssystem bzw. in einem überwachten Teilnetzabschnitt eine verfügbare bzw. erzeugte elektrische Energiemenge über¬ steigt. Dies kann zu einer kritischen, instabilen Netzsituation bis hin zu einem so genannten Blackout führen. Liegt die Netzfrequenz in einem Energieversorgungssystem bzw. in einem Teilnetzabschnitt (z.B. bei Inselbetrieb) über einer Nenn¬ oder Normalfrequenz (z.B. 50Hz im europäischen Verbundnetz, 60Hz im nordamerikanischen Stromnetz), so ist mehr elektrische Energie vorhanden, als aktuell von den Netzteilnehmern verbraucht wird. Eine derartige Situation kann beispielsweise bei dezentraler Energieerzeugung durch Netzteilnehmer z.B. durch Photovoltaik-Anlagen, Windkraftanlagen, Biomasse- Anlagen, etc. auftreten, von welchen dezentral erzeugte Energie in das Energieversorgungssystem eingespeist wird.
Wird nun im dritten Verfahrensschritt 3 von den intelligenten Messvorrichtungen eine derartige Änderung der dezentral und lokal beobachteten Kennwerte festgestellt, so wird in einem vierten Verfahrensschritt 4 von jeder der jeweiligen intelli- genten Messvorrichtungen ein Leistungsbezug bzw. ein Energieverbrauch eines jeweils zugehörigen Netzteilnehmers entspre¬ chend einer vorgegebenen Priorität des jeweiligen Netzteilnehmers entsprechend gesteuert. Das bedeutet beispielsweise bei einem Energieengpass im Energieversorgungssystem, dass bei einer vollständigen Automatisierung eines Netzteilnehmers bzw. der zugehörigen Verbrauchereinheiten ein Leistungsbezug dieses Netzteilnehmers durch die zugehörige intelligente Messvorrichtung z.B. mittels eines Signals in Abhängigkeit der jeweiligen Priorität zurückgefahren wird. Dadurch können beispielsweise Telekommunikationseinrichtungen und Beleuchtungsmittel des Netzteilnehmers weiterhin mit elektrischer Energie versorgt werden. Leistungsintensivere und/oder nicht unbedingt notwendige Verbraucher (z.B. Fernseher, E-Herd, etc.) des Netzteilnehmers werden von der Versorgung ausge¬ schlossen bzw. abgeschaltet, um auf diese Weise den Verbrauch im Energieversorgungssystem bzw. im Teilnetzabschnitt zu reduzieren. Durch die jeweiligen Prioritäten der Netzteilnehmer kann vorgegeben werden, welche Netzteilnehmer in einer kritischen Situation mit elektrischer Energie zu versorgen oder eingeschränkt zu versorgen sind. Damit kann die jeweilige Einschränkung im Leistungsbezug in Abhängigkeit von der Prio¬ rität des Netzteilnehmers Netzteilnehmer-spezifisch vorgege- ben werden und wichtige Basis- bzw. Mindestfunktionen im Fall eines Energieengpasses im Energieversorgungssystem zur Verfügung gestellt werden wie z.B. medizinische Einrichtungen, öffentliche Beleuchtung, Wasserversorgung, Heizung, etc. Alternativ - insbesondere bei einer nicht vorliegenden vollständigen Automatisierung der Netzteilnehmer bzw. der zugehörigen Verbrauchereinheiten kann im vierten Verfahrensschritt 4 beim Erkennen einer Änderung der Kennwerte ein Netzteilnehmer entsprechend seiner vorgegebenen Priorität mittels der zugeordneten intelligenten Messvorrichtung abgeschaltet bzw. vom Energieversorgungsnetz getrennt werden. Je nach Priorität des Netzteilnehmers kann dabei eine Leistungsgrenze definiert werden. Ein Überschreiten der Leistungsgrenze führt dann zum Abschalten des Netzteilnehmers, wobei der Netzteilnehmer die Möglichkeit hat, durch eine so genannte eigene Nachschaltung bei Einhaltung der vorgegebenen Leistungsgrenze wieder versorgt zu werden. Einzelne Netzteilnehmer in kritischen Versorgungsbereichen (z.B. medizinische Einrichtungen, öffentliche Beleuchtung, Telekommunikationseinrichtungen, Verkehrs- leiteinrichtungen, etc.) können dabei entsprechend ihrer Priorität selektiv mit gesonderten Leistungsgrenzen (z.B. höheren Leistungsgrenzen) versehen oder gänzlich von einer Begrenzung ausgenommen werden. Die Steuerung der Netzteilnehmer - d.h. ein Zurückfahren des Verbrauchs bzw. ein von der Priorität abhängiges Abschalten des Netzteilnehmers - wird dabei im vierten Verfahrensschritt gestaffelt durchgeführt. Diese Staffelung erfolgt unter Be- rücksichtigung einer momentanen Last und in einer für das
Energieversorgungssystem bzw. den Teilnetzabschnitt verträglichen Weise, damit einerseits nur so vielen Netzteilnehmer im Leistungsbezug beschränkt werden, wie für eine Stabilisie¬ rung notwendig ist, und damit andererseits durch die Lastre- duktion keine Schwankungen im Energieversorgungssystem bzw. Teilnetzabschnitt verursacht werden.
Weiterhin besteht im vierten Verfahrensschritt 4 die Möglich¬ keit im Energieversorgungssystem vorhandene dezentrale Ener- gieerzeugungseinrichtungen bei Erkennen von Änderungen der
Kennwerte entsprechend anzusteuern. D.h., dass beispielsweise bei einem Energieengpass dezentrale Energieerzeugungseinrichtungen (z.B. kleine Wasserkraft-Anlagen, Biomasse-Anlage, Rückspeisung von Speichereinrichtungen, etc.) mittels der in- telligenten Messvorrichtungen zur Steigerung einer Energieproduktion angeregt werden. Damit kann beispielsweise ein Energieengpass zumindest teilweise ausgeglichen bzw. bei In¬ selbetrieb eines Teilnetzabschnitts eine vorübergehende Er¬ satzversorgung mit zumindest eingeschränktem Leistungsbezug ermöglicht werden.
Bei einem Energieüberschuss in einem Energieversorgungssystem bzw. Teilnetzabschnitt kann beispielsweise mittels der intel¬ ligenten Messvorrichtungen im vierten Verfahrensschritt 4 ei- ne dezentrale Energieerzeugung gedrosselt werden oder z.B. ein zusätzlicher Verbrauch - z.B. Aufladen von Speicherkapazitäten (z.B. Batterien von Elektroautos, etc.) angeregt werden . Ist dann wieder ein uneingeschränkter Normalbetrieb des Energieversorgungssystems bzw. des Teilnetzabschnitt möglich, so wird eine Freigabe von leistungsreduzierten und/oder abge- schalteten Netzteilnehmer ebenfalls gestaffelt durchgeführt, damit neuerliche instabile Netzsituationen zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Stabilisierung eines elektrischen Energieversorgungssystems mit zumindest drei Versorgungsebenen, wobei in einer untersten Versorgungsebene Netzteilnehmer, insbesondere Verbraucher, angebunden sind, und jedem Netzteilnehmer eine intelligente Messvorrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der intelligenten Messvorrichtungen durch Beobachtung von Kennwerten eine durch vorgegebene Kennwerte charakterisierte Netzsituation in zumindest einem Teilnetzabschnitt des Energieversorgungssystems überwacht wird
(2), dass von den intelligenten Messvorrichtungen dezentral Änderungen der Kennwerte sowie der Netzsituation registriert werden (3), und dass dann entsprechend einer vorgegebenen Priorität des jeweiligen Netzteilnehmers ein Leistungsbe¬ zug des jeweiligen Netzteilnehmers durch die jeweils zu¬ geordnete intelligente Messvorrichtung entsprechend ge¬ steuert wird ( 4 ) .
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Netzsituation charakterisierenden Kennwerte von der jeweiligen intelligenten Messvorrichtung mit von der jeweiligen vorgegebenen Priorität des jeweiligen Netzteilnehmers abhängigen Grenzwerten verglichen werden (2,
3) .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen einer Änderung der Kennwerte ein Leistungsbezug des jeweiligen Netzteilneh¬ mers in Abhängigkeit von der jeweils vorgegebenen Priorität mittels der zugeordneten intelligenten Messvorrichtung zurückgefahren wird (4) .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, dass bei Erkennen einer Änderung der Kennwerte ein Netzteilnehmer in Abhängigkeit von der je- weils vorgegebenen Priorität mittels der zugeordneten intelligenten Messvorrichtung abgeschaltet wird (4).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Steuerung der Netzteilneh mer durch die intelligenten Messvorrichtungen, insbesondere ein Reduktion des Leistungsbezugs und/oder ein Ab¬ schalten von Netzteilnehmern, gestaffelt durchgeführt wird ( 4 ) .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass bei Feststellen einer Verände¬ rung der Kennwerte eine Einspeisung von im beobachteten Teilnetzabschnitt vorhandenen, dezentralen Energieerzeu¬ gungseinrichtungen mittels der intelligenten Messvorrichtungen entsprechend gesteuert wird (4) .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass als Kennwerte für ein Charakte risieren einer Netzsituation eine Netzfrequenz, eine Netzspannung und/oder ein Verlauf einer Netzspannung verwendet werden (2, 3) .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Freigabe von leistungsre¬ duzierten und/oder abgeschalteten Netzteilnehmern für einen uneingeschränkten Normalbetrieb gestaffelt durchge¬ führt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3407453A1 (de) * 2017-05-22 2018-11-28 Siemens Aktiengesellschaft Stabilisierung eines elektrischen stromnetzes

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