WO2021037673A1 - Verfahren zur regelung von elektrischen leistungsflüssen - Google Patents

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WO2021037673A1
WO2021037673A1 PCT/EP2020/073357 EP2020073357W WO2021037673A1 WO 2021037673 A1 WO2021037673 A1 WO 2021037673A1 EP 2020073357 W EP2020073357 W EP 2020073357W WO 2021037673 A1 WO2021037673 A1 WO 2021037673A1
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sub
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PCT/EP2020/073357
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Mathias Buenemann
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Sma Solar Technology Ag
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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 relates to a method for regulating electrical power flows in a multi-phase electrical sub-network that is connected to a higher-level supply network via a connection point.
  • a multi-phase electrical sub-network for example a house network, a network section of a distribution network for supplying an extensive property or a distribution network for supplying a locality, is regularly connected via a node to a higher-level distribution network or transmission network.
  • An active electrical power that flows via this node depends essentially on the behavior of the electrical devices in the sub-network. Different electrical devices can be connected to the sub-network, in particular energy generation systems, energy consumers and energy stores.
  • the heat output at the network connection point can be controlled within certain limits by influencing the electrical equipment.
  • Electrical devices whose power consumption or output can be adjusted (hereinafter referred to as "actuators") and which are electrically connected to the subnetwork, can be used as manipulated variables in the context of a control or regulation structure in order to increase the output at the network connection point adjust or regulate.
  • the subnetwork can in particular include actuators such as a photovoltaic system (PV system), a battery storage system, an electric car and / or an electric heat generator, that is to say a heat pump and / or a heating element.
  • the exact capabilities of the individual actuators may not be known in advance, but can only be recorded indirectly via the effect of a switching action of an actuator on the heat output at the network connection point. For example, if the heat output at the network connection point is to be reduced because it exceeds a specified target value (so-called peak load shaving), the individual actuators in the sub-network can be switched on or off gradually until the heat output is below the target value.
  • a setpoint value for a change in the active power is transferred to a cascade of actuators.
  • the setpoint can include, for example, a reduction in the active power at the grid connection point.
  • This setpoint can first be transferred to a PV inverter or its control unit, which can increase the fed-in power and thus lower the load at the grid connection point. If the available power reserve of the PV inverter (or the connected PV generator) is less than the setpoint, i.e. not sufficient to achieve the required change in active power at the grid connection point, the remaining change in power can be transferred to a first e-car as the remaining setpoint be specified, which reduces its charging power within the scope of its possibilities; If this is still not enough to achieve the required change in active power at the grid connection point, the updated residual setpoint can be transferred to a second electric car, a heating element and / or a battery, all of which try to do their part to contribute to achieving the desired change in active power. At the end of this cascade, the sum of the changes in power of the actuators should at least correspond to the desired change AP in the active power at the grid connection point.
  • Such a cascaded control can be refined by different weighting of the individual actuators, provided that these actuators can not only be switched on and off, but can also make a specifiable change in their active power. It can make sense to integrate several (similar) actuators into the control system at the same time, but to different degrees, i.e. with different weighting. For example, the memory of a first electric car can be charged with the maximum possible active power, while the memory of a second electric car is not charged at all; alternatively, both e-cars could be charged at “half power”.
  • Such a weighting of the actuators that can be influenced can be specified, for example, by a higher-level energy management system.
  • User specifications can be taken into account, for example the urgency of charging a storage device in an electric car or supplying a consumer.
  • Any further electrical storage devices can also participate in the regulation, with different boundary conditions being relevant for different storage types, which depend on the intended use of the stored electrical power.
  • a battery can participate in the above-mentioned peak load shaving by emitting electrical power and thus reducing the active electrical power flowing into the sub-network via the network connection point, although it should be noted that energy required for other purposes should remain in the battery, for example for later extraction to avoid active power consumption via the grid connection point, ie in particular to increase self-consumption.
  • several battery storage systems can be prioritized against one another, especially if they are assigned to different actuators within the subnetwork independently of one another. For example, if the sub-network has several PV systems that are spatially oriented differently and each coupled with its own battery storage system, it can make sense in the mornings to involve the battery of a PV system facing west more strongly in peak load shaving than the battery of a PV system. Facility with east orientation, as the former can be charged with higher power in the afternoon due to the relatively stronger solar radiation.
  • the actuators are required for another purpose that deviates from or even contradicts the control goal, for example the battery of the electric car for driving, a stationary battery to (later) increase self-consumption, a heat generator and / or a heat storage device to provide heat, etc.
  • actuators called up first contribute with their full capacity to achieving the setpoint, which in the case of consumers regularly means a complete shutdown, while all other actuators can continue their operation unaffected. This procedure does not result in optimal behavior with regard to the actual, primary purpose of the actuators used.
  • the invention is based on the object of providing a method for regulating power flows of electrical power in a multiphase electrical sub-network, with which the real power exchanged with the sub-network can be reliably regulated, the actuators connected in the sub-network within the scope of their technical possibilities, taking into account their primary Operational purpose and further user specifications are optimally operated and at the same time optimally contribute to the regulation of the total power exchanged with the subnetwork.
  • the sub-network is connected to a higher-level network via a network connection point.
  • a plurality of actuators is connected to the sub-network in one or more phases and exchanges electrical power with the sub-network.
  • a specification linked to a higher-level control target for electrical power flowing via the network connection point is met.
  • a target power to meet the specification and a current difference in power between the target power and a current actual power at the network connection point are determined.
  • a momentary weighting of the differential power per actuator and a momentary weighting per phase of the multiphase sub-network are specified.
  • the actuators are then controlled on the basis of phase-resolved exchange performance specifications, the exchange performance specifications being determined as a function of the weightings and the values, and the sum of the exchange performance specifications corresponding to the differential performance.
  • an actuator that is connected in multiple phases and can be operated asymmetrically can thus be controlled in such a way that power is actually exchanged with the sub-network in a targeted manner. This can be used to avoid overloading individual phases and to minimize unbalanced loads.
  • a higher-level control goal can be the maximization of self-consumption of electrical energy.
  • the calculation of this self-consumption relates to the sum of the electrical power flowing over the individual phases of the network connection point.
  • the superordinate regulation target can include a target value for a heat output at the network connection point, so that the target output correlates with the target value.
  • the regulation objective can include a limitation of the active power and / or a limitation of the unbalanced load at the grid connection point.
  • the actuators can independently set their performance based on the phase-resolved exchange performance specifications or can be allocated a performance preset using the phase-resolved exchange performance specifications from an additional device connected upstream of the respective actuator.
  • the method can be used flexibly for a wide variety of actuators, the subnetwork being able to include, in particular, single-phase connected actuators and multi-phase connected actuators.
  • the actuators can comprise a renewable energy source, in particular a PV system, and an energy store, in particular a battery, and alternatively or additionally an electric car and / or an electric heat generator, in particular a heater.
  • the sub-network itself can be a house network, a network section of a distribution network for supplying an extensive property or a distribution network for supplying a locality or a municipality.
  • the actuators have a respective primary benefit which is taken into account when specifying the weighting of the target power per actuator.
  • the primary benefit is the actual operational purpose of the actuator; For example, a heat generator is primarily set up to generate heat and pursues the primary goal of making a requested amount of heat available at the right time, while an electric car is primarily set up for driving and pursues the primary goal of ensuring a sufficient range.
  • the primary benefit can in particular include a minimum reference power of an actuator, for example in that charging an electric car requires a minimum charging power, or in that a compressor of a cooling device requires a minimum start-up power.
  • the values per phase can represent the relative resilience of the individual phases. Taking into account the power currently exchanged over the individual phases at the grid connection point, it can be identified within the framework of the procedure which power reserves exist in which phases, and this knowledge can be used to redistribute the power over the individual phases.
  • FIG. 1 shows a multi-phase sub-network with a connection to a higher-level network
  • FIG. 2 shows a method according to the invention for regulating electrical power flows in a multi-phase electrical sub-network.
  • the 1 shows a multiphase electrical sub-network 10 which is connected to a higher-level network 20 via a network connection point 11.
  • the network 20 is an electrical alternating voltage network and can in particular comprise a distribution network or a transmission network.
  • the sub-network 10 can in particular a house network, a network section of a Distribution network to supply an extensive property or a distribution network to supply a locality or a municipality.
  • various actuators 12-16 are arranged, which draw electrical power from the network 20 or feed it into the network 20 via the network connection point 11 and corresponding power lines.
  • a load 12 for example a commercially available consumer such as a refrigerator or a washing machine
  • an energy generation system here in particular a photovoltaic system (PV) 13
  • an electrical energy storage device here in particular a battery 14
  • an electrically operated heater are in the subnetwork 10 15, for example a heat pump or a heating rod, and an electric car 16 are connected.
  • the sub-network 10 is designed to be multi-phase, so that the network connection point 11 and the connections to the actuators 12-16 basically also comprise several phase conductors.
  • the individual actuators 12-16 can be connected to sub-network 10 in single-phase or multiple-phase fashion, as required.
  • the subnetwork 10 comprises an energy management system 30, for example a computer or a controller.
  • the energy management system 30 records the electrical power at the network connection point 11 by means of suitable measuring devices (not shown) and generates control commands which are transmitted to the actuators 12-16 via appropriate communication connections (dashed lines).
  • the control commands include, in particular, power setpoints which are each to be set individually by the actuators 12-16.
  • the actuators 12-16 themselves can be equipped with receivers for the control commands and suitable control devices for setting the respective power setpoints.
  • additional devices can be provided which are connected upstream of the actuators 12-16, receive control commands and set an electrical power allocated to or removed from the actuators 12-16 as a function of the control commands;
  • additional devices can be designed as simple (remotely) switchable sockets for smaller loads or as powerful electrical converters, in particular as (bidirectional and / or multi-phase) inverters, for larger storage units.
  • Some of the actuators 12-16 in particular the PV system 12 and the battery 14, can function as an energy source and feed single-phase or multi-phase electrical power into the sub-network 10. Due to the multi-phase design of sub-network 10 and network connection point 11, situations can arise in which the sum of the electrical power in the individual phases at network connection point 11 is equal to or close to zero, so that effectively no active power is exchanged between sub-network 10 and network 20. At the same time, however, there can be a significant unbalanced load by significantly different Power with opposite power flow direction flow over the individual phases at the grid connection point 11.
  • the PV system 12 can be connected as a single-phase energy source to a first phase of the sub-network 10 and feed in electrical power which, however, due to the lack of an energy sink, is not taken from this first phase within the sub-network 10 and via the network connection point 11 to the higher-level network 20 flows away, while an energy sink, for example the load 12, is connected to a second phase of the sub-network and, in the absence of an energy source, has to draw electrical power from the higher-level network 20 via the network connection point 11 in this second phase.
  • an energy sink for example the load 12
  • individual actuators 12-16 can be connected to sub-network 10 in multiple phases and can themselves act as an unbalanced load, i.e. exchange asymmetrical electrical power with the individual phases of sub-network 10.
  • Such actuators can act as energy sources, in particular the PV system 13 or the battery 14, or represent energy sinks, in particular the load 12, the heater 15 or the electric car 16.
  • individual actuators can also be operated bidirectionally, ie after Take electrical power from the sub-network in one or more phases or feed it into the sub-network.
  • the energy management system 30 can know both the specific unbalanced load capabilities of the multi-phase connected actuators and the phase actually used by the single-phase connected loads, for example by including or using a method for identifying the phase assignment of an electrical device.
  • Fig. 2 shows an embodiment of a method for regulating power flows of electrical power in a polyphase electrical sub-network 10, which is via a Network connection point 11 is connected to a higher-level network 20.
  • a nominal electrical power PNAP.S O II is intended to flow from or into the higher-level network 20 via the network connection point 11.
  • the setpoint power PNAP.S O II represents a specification of a higher-level control target, which includes, for example, a minimization of the electrical energy drawn from the higher-level network 20.
  • the specification of the regulation goal can be a minimization of the electrical power PNAP currently drawn via the network connection point 11, so that the overriding regulation goal in this example can be represented by a setpoint power PNAP.S O II equal to zero.
  • the setpoint power PNAP.S O II is compared with an actual electrical power PNAP, is compared at the network connection point 11, and a difference power DRNAR is formed between the setpoint and actual power.
  • This desired differential power DRNAR is transferred to a control section 32 of the method.
  • the control section 32 By means of an energy management system 30, the control section 32 generates phase-resolved exchange power specifications for the actuators 12-16, which the actuators 12-16 receive and, if possible, implement in an action section 33 of the method.
  • the exchange powers P, of several of the actuators 12-16 in the sub-network 10 are influenced on the basis of the control section 32 as a function of a higher-level control objective, in particular by adding individual exchange power specifications DR to these actuators 12-16 or whose controls or ballasts are transmitted.
  • An exchange power specification DR can specify an absolute value for the exchange power P, one of the actuators 12-16 or also a change in the exchange power P, one of the actuators 12-16.
  • the actuators 12-16 are each assigned individual weightings Gi with values between 0 and 1.
  • the weightings Gi can be normalized in such a way that their sum is equal to one.
  • the weightings can be calculated specifically by the energy management system 30 and applied to the differential power DRNAR by means of a distributor 34. From this, weighted output specifications 12a-16a for the actuators 12-16 are calculated by multiplying the differential power DRNAR necessary for setting the setpoint output PNAP.SOII by the weighting G assigned to the respective actuators 12-16.
  • Phase factors 35 are applied to the performance specifications 12a-16a.
  • values W for the individual phases of the sub-network 30 are specified by the energy management system 30.
  • the weights W j include values between 0 and 1, it being possible for the sum of the weights W j to be equal to one. Specifically, for example, a phase j in which predominantly non-controllable electrical loads are connected, a lower value W j than the other phases are assigned.
  • the performance specifications 12a-16a are multiplied by a set of phase factors 35 applicable to the respective actuator 12-16. This results in phase-resolved exchange performance specifications for the actuators 12-16, which are designated redundantly with L1, L2, L3 in FIG. 2 for the sake of clarity.
  • the actuators 12-16 in the action section 33 are controlled with these phase-resolved exchange performance specifications L1, L2, L3.
  • a differential power DR NA R at the network connection point 11, which is to be minimized by the exchange power specifications DR, for example, is divided between the actuators 12-16 by multiplying the differential power DR NA R with the weightings G and based on the weightings W j on the individual phases j is distributed.
  • the replacement power specification consists of three values L1, L2, L3, in that the corresponding power specification 14a or 16a is multiplied by the values W j;
  • the sum of the values L1, L2, L3 for the respective actuators 14 or 16 can essentially correspond to the respective output specification 14a or 16a.
  • the resulting phase-resolved exchange power specifications are transmitted to the actuators 14, 16, so that they exchange electrical power with the sub-network correspondingly asymmetrically.
  • a phase j with a low value W j is less loaded by the asymmetrically operated electric car 16 than a phase j with a high value W j , which is still relatively lightly loaded.
  • W j represents the relative load capacity of the individual phases, ie their possible contribution to an increase in active power.
  • many other definitions or derivations for the values W j and the use of the phase factors 35 are conceivable, with the specific values also being able to depend in particular on the overriding control objective.
  • the phase-resolved exchange power specifications each consist of only one value. This value can also result from the multiplication of the corresponding Power specification 12a or 13a with the value W j of the respective phase j to which the load 12 or the PV system 13 is connected.
  • the exchange power specification is all the smaller, the lower the value W, of that phase j to which the actuator is connected.
  • a phase j with a low value W j from which, for example, a lot of electrical power is already drawn by the uncontrollable loads, is only used to a small extent to compensate for the differential power DRNAR.
  • those single-phase actuators can preferably contribute to the differential power DRNAR which are connected to phases j with the highest valency W j ; In the above example, these are precisely the phases j from which the least amount of electrical power is drawn by the uncontrollable loads.
  • the actuators are now instructed to implement the phase-resolved exchange performance specifications L1, L2, L3 by in particular changing the exchange performance P 1 of the actuators 12-16 accordingly.
  • the measured values at the network connection point 11 are then used to evaluate the extent to which the actual power P NAP .i st now corresponds to the setpoint power PNAP.SOII. If the differential power DRNAR continues to have a value not equal to zero, the described method can be iteratively run through again in order to regulate the remaining difference between the actual power and the target power by means of further optimized exchange power specifications.
  • the actuators 12-16 can be determined to what extent the actuators 12-16 have actually implemented the exchange performance specification instructed to them. This determination can take place by measuring the exchange powers P 1 of the actuators 12-16, this measurement being carried out by the actuators 12-16 themselves and being made available to a control unit, for example the energy management system 30, in a communicative manner.
  • the weightings G of these actuators that do not or could not provide the required exchange performance P can be set to 0 in one iteration of the method.
  • the remaining weights are re-normalized and the remaining differential power DRNAR is distributed to the remaining actuators. This iteration is continued until the actual output PNAP ISI corresponds to the setpoint output PNAP.SOII at the connection point and thus the specification that is linked to the higher-level control objective is met.
  • the weighting can take into account already known boundary conditions of individual actuators, such as, for example, predetermined minimum powers of certain actuators. This ensures that the corresponding actuators are not placed in an invalid operating state, for example in that an actuator receives a power specification that is lower than the respective predetermined minimum power.
  • other variables can also be regulated, such as the active power at critical points in the sub-network or phase-resolved active and / or apparent powers.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Regelung von elektrischen Leistungsflüssen in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz (10) beschrieben, wobei das Teilnetz (10) über einen Netzanschlusspunkt (11) mit einem übergeordneten Netz (20) verbunden ist und wobei eine Mehrzahl von Aktoren (12-16) einphasig oder mehrphasig an das Teilnetz (10) angeschlossen sind und mit dem Teilnetz (10) elektrische Leistung (Pi) austauschen, wobei durch Ansteuern der Aktoren (12-16) eine mit einem übergeordneten Regelungsziel verknüpfte Vorgabe für eine über den Netzanschlusspunkt (11) fließende elektrische Leistung (PNAP) erfüllt wird. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: - Ermitteln einer Sollleistung (PNAP,soll) zur Erfüllung der Vorgabe, - Ermitteln einer momentanen Differenzleistung (ΔΡΝΑΡ) zwischen der Sollleistung (PNAP,soll) und einer momentanen Istleistung (PNAP,ist) am Netzanschlusspunkt (11), - Vorgeben einer Gewichtung (Gi) der Differenzleistung (ΔΡΝΑΡ) pro Aktor (12-16), - Vorgeben einer Wertigkeit (Wj) pro Phase (j) des Teilnetzes (10), - Ansteuern der Aktoren (12-16) anhand von phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben (L1,L2,L3), die in Abhängigkeit von den Gewichtungen (Gi) und den Wertigkeiten (Wj) ermittelt werden. Die Summe aller Austauschleistungsvorgaben (L1, L2, L3) entspricht hierbei der Differenzleistung (ΔΡΝΑΡ).

Description

VERFAHREN ZUR REGELUNG VON ELEKTRISCHEN LEISTUNGSFLÜSSEN
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von elektrischen Leistungsflüssen in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz, das über einen Anschlusspunkt an ein übergeordnetes Versorgungsnetz angeschlossen ist.
STAND DER TECHNIK
Ein mehrphasiges elektrisches Teilnetz, beispielsweise ein Hausnetz, ein Netzabschnitt eines Verteilnetzes zur Versorgung einer ausgedehnten Liegenschaft oder ein Verteilnetz zur Versorgung einer Ortschaft, ist regelmäßig übereinen Knotenpunkt mit einem übergeordneten Verteilnetz bzw. Übertragungsnetz verbunden. Eine elektrische Wirkleistung, die über diesen Knotenpunkt fließt, beispielsweise über einen Netzanschlusspunkt, hängt wesentlich vom Verhalten der elektrischen Einrichtungen im Teilnetz ab. An das Teilnetz können dabei unterschiedliche elektrische Einrichtungen angeschlossen sein, insbesondere Energieerzeugungsanlagen, Energieverbraucher und Energiespeicher.
Die Wrkleistung am Netzanschlusspunkt kann durch Beeinflussung der elektrischen Einrichtungen in gewissen Grenzen gesteuert werden. Dabei können elektrische Einrichtungen, deren Leistungsaufnahme bzw. -abgabe eingestellt werden kann (im Folgenden als „Aktoren“ bezeichnet), und die elektrisch mit dem Teilnetz verbunden sind, im Rahmen einer Steuerungs- oder Regelungsstruktur als Stellgrößen verwendet werden, um die Wrkleistung am Netzanschlusspunkt einzustellen oder zu regeln. Das Teilnetz kann dabei insbesondere Aktoren wie eine Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage), ein Batteriespeichersystem, ein Elektro-Auto und/oder einen elektrischer Wärmeerzeuger, also eine Wärmepumpe und/oder einen Heizstab, umfassen.
Dabei sind die genauen Fähigkeiten der einzelnen Aktoren, d.h. der Wertebereich der aktuell einstellbaren Wrkleistung, unter Umständen nicht von vornherein bekannt, sondern können nur indirekt über die Auswirkung einer Schalthandlung eines Aktors auf die Wrkleistung am Netzanschlusspunkt erfasst werden. Wenn beispielsweise die Wrkleistung am Netzanschlusspunkt reduziert werden soll, weil sie einen vorgegebenen Zielwert überschreitet (sogenanntes Peak Load Shaving), können die einzelnen Aktoren in dem Teilnetz nach und nach an- bzw. abgeschaltet werden, bis die Wrkleistung unterhalb des Zielwertes liegt. In bekannten Verfahren wird beispielsweise ein Sollwert für eine Änderung der Wirkleistung an eine Kaskade von Aktoren übergeben. Der Sollwert kann beispielsweise eine Reduktion der Wirkleistung am Netzanschlusspunkt umfassen. Dieser Sollwert kann zunächst an einen PV-Wechselrichter bzw. dessen Steuereinheit übergeben werden, welcher die eingespeiste Leistung ggf. erhöhen und damit die Last am Netzanschlusspunkt senken kann. Sofern die verfügbare Leistungsreserve des PV-Wechselrichter (bzw. des daran angeschlossenen PV- Generators) kleiner als der Sollwert ist, d.h. zum Erreichen der geforderten Änderung der Wirkleistung am Netzanschlusspunkt nicht ausreicht, kann die verbleibende Leistungsänderung als Rest-Sollwert einem ersten E-Auto vorgegeben werden, welches seine Ladeleistung im Rahmen seiner Möglichkeiten reduziert; falls dies immer noch nicht ausreicht, um die geforderte Änderung der Wirkleistung am Netzanschlusspunkt zu erzielen, kann der wiederum aktualisierte Rest-Sollwert an ein zweites E-Auto, an einen Heizstab und/oder an eine Batterie übergeben werden, die alle versuchen, ihren Teil zum Erreichen der gewünschten Änderung der Wirkleistung beizutragen. Am Ende dieser Kaskade sollte die Summe der Leistungsänderungen der Aktoren mindestens der gewünschten Änderung AP der Wirkleistung am Netzanschlusspunkt entsprechen.
Eine solche kaskadierte Regelung kann durch unterschiedliche Gewichtung der einzelnen Aktoren verfeinert werden, sofern diese Aktoren nicht nur ein- und ausgeschaltet werden können, sondern eine vorgebbare Änderung ihrer Wirkleistung vornehmen können. Dabei kann es sinnvoll sein, mehrere (gleichartige) Aktoren simultan aber in unterschiedlichem Maße, d.h. mit unterschiedlicher Gewichtung, in die Regelung einzubinden. So kann beispielsweise der Speicher eines ersten Elektro-Autos mit maximal möglicher Wirkleistung geladen werden, während der Speicher eines zweiten Elektro-Autos gar nicht geladen wird; alternativ könnten auch beide E-Autos mit „halber Kraft“ geladen werden.
Eine solche Gewichtung der beeinflussbaren Aktoren kann z.B. durch ein übergeordnetes Energiemanagement vorgegeben werden. Dabei können Benutzervorgaben berücksichtigt werden, beispielsweise eine Dringlichkeit der Ladung eines Speichers eines Elektro-Autos oder der Versorgung eines Verbrauchers. Auch etwaige weitere elektrische Speicher können sich an der Regelung beteiligen, wobei für verschiedene Speichertypen verschiedene Randbedingungen relevant sein können, die vom Einsatzzweck der gespeicherten elektrischen Leistung abhängen. So kann sich eine Batterie am oben erwähnten Peak Load Shaving beteiligen, indem sie elektrische Leistung abgibt und damit die über den Netzanschlusspunkt in das Teilnetz fließende elektrische Wirkleistung reduziert, wobei jedoch beachtet werden sollte, dass für andere Zwecke benötigte Energie in der Batterie verbleiben sollte, beispielsweise zur späteren Entnahme zur Vermeidung von Wirkleistungsbezug über den Netzanschlusspunkt, d.h. insbesondere zur Eigenverbrauchssteigerung. Darüber hinaus können mehrere Batteriespeicher gegeneinander priorisiert werden, insbesondere wenn sie unabhängig voneinander unterschiedlichen Aktoren innerhalb des Teilnetzes zugeordnet sind. Wenn das Teilnetz beispielsweise mehrere PV-Anlagen aufweist, die unterschiedlich räumlich ausgerichtet und jeweils mit einem eigenen Batteriespeicher gekoppelt sind, kann es vormittags sinnvoll sein, die Batterie einer PV-Anlage mit Westausrichtung stärker am Peak Load Shaving zu beteiligen als die Batterie einer PV-Anlage mit Ostausrichtung, da erstere am Nachmittag aufgrund der dann relativ stärkeren Sonneneinstrahlung mit höherer Leistung aufgeladen werden kann.
Eine simultane Verwendung und eine Gewichtung der Aktoren zur Erreichung eines Regelungsziels ist somit insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Aktoren für einen weiteren, vom Regelungsziel abweichenden oder diesem sogar entgegenstehenden Verwendungs zweck benötigt werden, beispielsweise die Batterie des E-Auto zum Fahren, eine stationäre Batterie zur (späteren) Eigenverbrauchssteigerung, ein Wärmeerzeuger und/oder ein Wärmespeicher zur Bereitstellung von Wärme usw.
Ein Nachteil solcher Verfahren ist, dass keine weiteren Aktoren mehr angesprochen werden, sobald der Sollwert erreicht ist. Daher tragen zuerst aufgerufene Aktoren mit ihrer vollen Kapazität zur Erreichung des Sollwertes bei, was im Falle von Verbrauchern regelmäßig ein komplettes Abschalten bedeutet, während alle weiteren Aktoren unbeeinflusst ihren Betrieb fortsetzen können. Dieses Vorgehen bewirkt kein optimales Verhalten im Hinblick auf den eigentlichen, primären Zweck der eingesetzten Aktoren.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung von Leistungsflüssen elektrischer Leistung in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz aufzuzeigen, mit dem die mit dem Teilnetz ausgetauschte Wirkleistung zuverlässig geregelt werden kann, wobei die im Teilnetz angeschlossenen Aktoren im Rahmen ihrer technischen Möglichkeiten unter Berücksichtigung ihres primären Betriebszwecks und weiterer Benutzervorgaben optimal betrieben werden und zugleich optimal zur Regelung der mit dem Teilnetz insgesamt ausgetauschten Leistung beitragen.
LÖSUNG
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert. BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einem Verfahren zur Regelung von Leistungsflüssen elektrischer Leistung in einem mehr phasigen elektrischen Teilnetz ist das Teilnetz übereinen Netzanschlusspunkt mit einem über geordneten Netz verbunden. Eine Mehrzahl von Aktoren ist einphasig oder mehrphasig an das Teilnetz angeschlossen und tauscht mit dem Teilnetz elektrische Leistung aus. Durch Ansteuern der Aktoren wird eine mit einem übergeordneten Regelungsziel verknüpfte Vorgabe für eine über den Netzanschlusspunkt fließende elektrische Leistung erfüllt. Dabei wird eine Sollleistung zur Erfüllung der Vorgabe und eine momentane Differenzleistung zwischen der Sollleistung und einer momentanen Istleistung am Netzanschlusspunkt ermittelt. Weiterhin werden eine momentane Gewichtung der Differenzleistung pro Aktor und eine momentane Wertigkeit pro Phase des mehrphasigen Teilnetzes vorgegeben. Sodann werden die Aktoren anhand von phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben angesteuert, wobei die Austauschleistungsvorgaben in Abhängigkeit von den Gewichtungen und den Wertigkeiten ermittelt werden und wobei die Summe der Austauschleistungsvorgaben der Differenzleistung entspricht.
Mittels dieses Verfahrens kann insbesondere ein mehrphasig angeschlossener und asymmetrisch betreibbarer Aktor somit derart angesteuert werden, dass tatsächlich gezielt asymmetrisch Leistung mit dem Teilnetz ausgetauscht wird. Dies kann genutzt werden, um Überlastungen einzelner Phasen zu vermeiden und Schieflasten zu minimieren.
Ein übergeordnetes Regelungsziel kann die Maximierung des Eigenverbrauchs von elektrischer Energie sein. Bei einem mehrphasigen Teilnetzes bezieht sich die Berechnung dieses Eigenverbrauchs auf die Summe der über die einzelnen Phasen des Netzanschlusspunktes fließenden elektrischen Leistungen. Dabei kann das übergeordnete Regelungsziel einen Sollwert für eine Wrkleistung am Netzanschlusspunkt umfasst, so dass die Sollleistung mit dem Sollwert korreliert. Alternativ oder zusätzlich kann das Regelungsziel eine Begrenzung der Wirkleistung und/oder eine Begrenzung der Schieflast am Netzanschlusspunkt umfassen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens können die Aktoren ihre Leistung anhand der phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben selbstständig einstellen oder eine anhand der phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben vorgegebene Leistung von einer dem jeweiligen Aktor vorgeschalteten Zusatzeinrichtung zugeteilt bekommen. Dadurch ist das Verfahren flexibel für verschiedenste Aktoren anwendbar, wobei das Teilnetz insbesondere einphasig angeschlossene Aktoren und mehrphasig angeschlossene Aktoren umfassen kann. In Ausführungsformen des Verfahrens können die Aktoren eine erneuerbare Energiequelle, insbesondere eine PV-Anlage, und einen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie, sowie alternativ oder zusätzlich ein Elektro-Auto und/oder einen elektrischen Wärmeerzeuger, insbesondere eine Heizung umfassen. Das Teilnetz selbst kann dabei ein Hausnetz, ein Netzabschnitt eines Verteilnetzes zur Versorgung einer ausgedehnten Liegenschaft oder ein Verteilnetz zur Versorgung einer Ortschaft oder einer Kommune sein.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die Aktoren einen jeweiligen Primärnutzen auf, der beim Vorgeben der Gewichtung der Sollleistung pro Aktor berücksichtigt wird. Der Primärnutzen ist dabei der eigentliche Betriebszwecke des Aktors; beispielsweise ist ein Wärmeerzeuger primär zum Erzeugen von Wärme eingerichtet und verfolgt das Primärziel, eine angeforderte Wärmemenge zur richtigen Zeit zur Verfügung zu stellen, während ein Elektro-Auto primär zum Fahren eingerichtet ist und das Primärziel verfolgt, eine ausreichende Reichweite zu gewährleisten. Der Primärnutzen kann dabei insbesondere eine minimale Bezugsleistung eines Aktors umfassen, beispielsweise indem das Laden eines Elektro-Autos eine minimale Ladeleistung erfordert, oder indem ein Kompressor eines Kühlgeräts eine minimale Anlaufleistung benötigt.
In dem Verfahren können die Wertigkeiten pro Phase die relativen Belastbarkeiten der einzelnen Phasen repräsentieren. Unter Berücksichtigung der aktuell über die einzelnen Phasen am Netzanschlusspunkt ausgetauschten Leistung kann im Rahmen des Verfahrens kenntlich gemacht werden, welche Leistungsreserven auf welchen Phasen bestehen, und diese Kenntnis zur Umverteilung der Leistungen über die einzelnen Phasen genutzt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein mehrphasiges Teilnetz mit Anschluss an ein übergeordnetes Netz, und Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Regelung von elektrischen Leistungsflüssen in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz.
FIGURENBESCHREIBUNG
Fig. 1 zeigt ein mehrphasiges elektrisches Teilnetz 10, das über einen Netzanschlusspunkt 11 an ein übergeordnetes Netz 20 angeschlossen ist. Das Netz 20 ist ein elektrisches Wechselspannungsnetz und kann insbesondere ein Verteilnetz oder ein Übertragungsnetz umfassen. Das Teilnetz 10 kann insbesondere ein Hausnetz, ein Netzabschnitt eines Verteilnetzes zur Versorgung einer ausgedehnten Liegenschaft oder ein Verteilnetz zur Versorgung einer Ortschaft oder einer Kommune sein.
Innerhalb des Teilnetzes 10 sind verschiedene Aktoren 12-16 angeordnet, die über den Netz anschlusspunkt 11 und entsprechende Stromleitungen elektrische Leistung aus dem Netz 20 beziehen oder in das Netz 20 einspeisen. Insbesondere sind in dem Teilnetz 10 eine Last 12, beispielsweise ein handelsüblicher Verbraucher wie ein Kühlschrank oder eine Wasch maschine, eine Energieerzeugungsanlage, hier insbesondere eine Photovoltaik-Anlage (PV) 13, ein elektrischer Energiespeicher, hier insbesondere eine Batterie 14, eine elektrisch betriebene Heizung 15, beispielsweise eine Wärmepumpe oder ein Heizstab, sowie ein Elektro-Auto 16 angeschlossen.
Das Teilnetz 10 ist mehrphasig ausgelegt, so dass der Netzanschlusspunkt 11 und die Verbindungen zu den Aktoren 12-16 grundsätzlich ebenfalls mehrere Phasenleiter umfassen. Die einzelnen Aktoren 12-16 können je nach Bedarf einphasig oder mehrphasig an das Teilnetz 10 angeschlossen sein.
Das Teilnetz 10 umfasst ein Energiemanagementsystem 30, beispielsweise einen Computer oder einen Controller. Das Energiemanagementsystem 30 erfasst die elektrische Leistung am Netzanschlusspunkt 11 mittels geeigneter Messeinrichtungen (nicht dargestellt) und erzeugt Steuerbefehle, die über entsprechende Kommunikationsverbindungen (gestrichelte Linien) an die Aktoren 12-16 übermittelt werden. Die Steuerbefehle umfassen insbesondere Leistungssollwerte, die von den Aktoren 12-16 jeweils individuell einzustellen sind. Dabei können die Aktoren 12-16 selbst mit Empfängern für die Steuerbefehle und geeigneten Steuereinrichtungen zur Einstellung der jeweiligen Leistungssollwerte ausgestattet sein. Alternativ können nicht dargestellte Zusatzeinrichtungen vorgesehen sein, die den Aktoren 12- 16 vorgeschaltet sind, die Steuerbefehle empfangen und eine den Aktoren 12-16 zugeteilte bzw. entnommene elektrische Leistung in Abhängigkeit von den Steuerbefehlen einstellen; solche Zusatzeinrichtungen können für kleinere Lasten als einfache (fern-)schaltbare Steckdosen oder für größere Speicher als leistungsfähige elektrische Umrichter, insbesondere als (bidirektionale und/oder mehrphasige) Wechselrichter ausgeführt sein.
Einige der Aktoren 12-16, insbesondere die PV-Anlage 12 und die Batterie 14, können als Energiequelle fungieren und einphasig oder mehrphasig elektrische Leistung in das Teilnetz 10 einspeisen. Aufgrund der mehrphasigen Ausführung des Teilnetzes 10 und des Netzanschlusspunktes 11 können Situationen auftreten, in denen die Summe der elektrischen Leistungen in den einzelnen Phasen am Netzanschlusspunkt 11 gleich oder nahe null ist, so dass effektiv keine Wirkleistung zwischen Teilnetz 10 und Netz 20 ausgetauscht wird. Gleichzeitig kann jedoch eine erhebliche Schieflast vorliegen, indem deutlich unterschiedliche Leistungen mit gegenläufiger Leistungsflussrichtung über die einzelnen Phasen am Netzanschlusspunkt 11 fließen. Beispielsweise kann die PV-Anlage 12 als Energiequelle einphasig an einer ersten Phase des Teilnetzes 10 angeschlossen sein und eine elektrische Leistung einspeisen, die jedoch mangels Energiesenke an dieser ersten Phase innerhalb des Teilnetzes 10 nicht abgenommen wird und über den Netzanschlusspunkt 11 in das übergeordnete Netz 20 abfließt, während eine Energiesenke, beispielsweise die Last 12 an einer zweiten Phase des Teilnetzes angeschlossen ist und mangels Energiequelle an dieser zweiten Phase elektrische Leistung überden Netzanschlusspunkt 11 aus dem übergeordneten Netz 20 beziehen muss.
Einerseits können solche Schieflasten in herkömmlichen Teilnetzen 10 als unkritisch betrachtet werden, wenn am Netzanschlusspunkt 11 ein saldierender Stromzähler angeordnet sein sollte, der lediglich die Summenleistung über alle Phasen ermittelt und ggf. einem Betreiber des Teilnetzes 10 in Rechnung stellt. Andererseits erweist es sich als wenig zweckmäßig, bei Vorliegen einer solchen Schieflast die Summe der elektrischen Leistungen in den einzelnen Phasen am Netzanschlusspunkt 11 derart zu minimieren, dass die absolute Differenz zwischen den Leistungen auf den einzelnen Phasen und damit die Schieflast noch weiter erhöht wird. Wenn beispielsweise die in eine erste Phase eingespeiste Leistung der PV- Anlage 13 als Energiequelle höher als die durch die Last 12 als Energiesenke aus einer zweiten Phase bezogene Leistung ist, in Summe also eine Leistung aus dem Teilnetz 10 in das übergeordnete Netz 20 fließt, könnte die bezogene Leistung der Last 12 auf der zweiten Phase erhöht werden. Dadurch ließe sich zwar die Summenleistung minimieren, zugleich würde jedoch auch die Schieflast erhöht, ggf. sogar über ein normativ erlaubtes Maß hinaus.
Weiterhin können einzelne der Aktoren 12-16 mehrphasig an das Teilnetz 10 angeschlossen sein und selbst als Schieflast wirken, d.h. eine asymmetrische elektrische Leistung mit den einzelnen Phasen des Teilnetzes 10 austauschen. Derartige Aktoren können als Energie quellen wirken, insbesondere die PV-Anlage 13 oderauch die Batterie 14, oder Energiesenken darstellen, insbesondere die Last 12, die Heizung 15 oder das E-Auto 16. Darüber hinaus können einzelne Aktoren auch bidirektional betrieben werden, d.h. nach Bedarf elektrische Leistung ein- oder mehrphasig aus dem Teilnetz entnehmen oder in das Teilnetz einspeisen.
Das Energiemanagementsystem 30 kann sowohl die konkreten Schieflast-Fähigkeiten der mehrphasig angeschlossenen Aktoren als auch die tatsächlich verwendete Phase der einphasig angeschlossenen Verbraucher kennen, beispielsweise indem es ein Verfahren zur Identifikation der Phasenzuordnung eines elektrischen Gerätes umfasst oder anwendet.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Regelung von Leistungsflüssen elektrischer Leistung in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz 10, das über einen Netzanschlusspunkt 11 mit einem übergeordneten Netz 20 verbunden ist. Über den Netzanschlusspunkt 11 soll eine elektrische Sollleistung PNAP.SOII aus dem oder in das übergeordnete Netz 20 fließen. Die Sollleistung PNAP.SOII repräsentiert eine Vorgabe eines übergeordneten Regelungsziels, das beispielsweise eine Minimierung der aus dem übergeordneten Netz 20 bezogenen elektrischen Energie umfasst. Insofern kann die Vorgabe des Regelungsziels eine Minimierung der momentan über den Netzanschlusspunkt 11 bezogenen elektrischen Leistung PNAP sein, so dass das übergeordnete Regelungsziel in diesem Beispiel durch eine Sollleistung PNAP.SOII gleich null repräsentiert werden kann.
In einem Erfassungsabschnitt 31 des Verfahrens wird die Sollleistung PNAP.SOII mit einer elektrischen Istleistung PNAP, ist am Netzanschlusspunkt 11 verglichen und eine Differenzleistung DRNAR zwischen Soll- und Istleistung gebildet. Diese gewünschte Differenzleistung DRNAR wird an einen Regelungsabschnitt 32 des Verfahrens übergeben. Der Regelungsabschnitt 32 erzeugt mittels eines Energiemanagements 30 phasenaufgelöste Austauschleistungsvorgabe für die Aktoren 12-16, die die Aktoren 12-16 in einem Aktionsabschnitt 33 des Verfahrens empfangen und nach Möglichkeit umsetzen.
Zum Einstellen der Sollleistung PNAP, SOM werden somit die Austauschleistungen P, mehrerer der Aktoren 12-16 im Teilnetz 10 anhand des Regelungsabschnitts 32 in Abhängigkeit von einem übergeordneten Regelungsziel beeinflusst, insbesondere indem individuelle Austauschleistungsvorgaben DR, an diese Aktoren 12-16 bzw. deren Steuerungen oder Vorschaltgeräte übermittelt werden. Eine Austauschleistungsvorgabe DR, kann dabei einen Absolutwert für die Austauschleistung P, eines der Aktoren 12-16 oder auch eine Änderung der Austauschleistung P, eines der Aktoren 12-16 vorgeben.
Zur Ermittlung geeigneter Austauschleistungsvorgaben DR, werden den Aktoren 12-16 jeweils individuelle Gewichtungen Gi mit Werten zwischen 0 und 1 zugeordnet. Dabei können die Gewichtungen Gi so normiert werden, dass ihre Summe gleich eins ist. Die Gewichtungen können konkret von dem Energiemanagementsystem 30 berechnet und mittels eines Verteilers 34 auf die Differenzleistung DRNAR angewendet werden. Daraus werden gewichtete Leistungsvorgaben 12a-16a für die Aktoren 12-16 berechnet, indem die zur Einstellung der Sollleistung PNAP.SOII notwendige Differenzleistung DRNAR mit der dem jeweiligen der Aktoren 12-16 zugeordneten Gewichtung G, multipliziert wird.
Auf die Leistungsvorgaben 12a-16a werden Phasen-Faktoren 35 angewendet. Dazu werden vom Energiemanagementsystem 30 Wertigkeiten W, für die einzelnen Phasen des Teilnetzes 30 vorgegeben. Die Wertigkeiten Wj umfassen Werte zwischen 0 und 1, wobei die Summe der Wertigkeiten Wj gleich eins sein kann. Konkret kann beispielsweise einer Phase j, an der überwiegend nicht steuerbare elektrische Lasten angeschlossen sind, eine geringere Wertigkeit Wj als den anderen Phasen zugeordnet werden.
Die Leistungsvorgaben 12a-16a werden mit einem auf den jeweiligen Aktor 12-16 anwend barem Satz an Phasen-Faktoren 35 multipliziert. Daraus resultieren phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben für die Aktoren 12-16, die in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber redundant mit L1 , L2, L3 benannt sind. Mit diesen phasenaufgelösten Austausch leistungsvorgaben L1 , L2, L3 werden die Aktoren 12-16 im Aktionsabschnitt 33 angesteuert.
Bei der Ermittlung der Austauschleistungsvorgaben DR, für die Aktoren 12-16 wird somit berücksichtigt, welche Phase j welche Wertigkeit Wj besitzt. Dazu wird eine Differenzleistung DRNAR am Netzanschlusspunkt 11 , die durch die Austauschleistungsvorgaben DR, beispielsweise minimiert werden soll, auf die Aktoren 12-16 aufgeteilt, indem die Differenzleistung DRNAR mit den Gewichtungen G, multipliziert und anhand der Wertigkeiten Wj auf die einzelnen Phasen j verteilt wird.
Für einen mehrphasig angeschlossenen und asymmetrisch betreibbaren Aktor, beispielsweise für die Batterie 14 oder das Elektro-Auto 16, besteht die Austauschleistungsvorgabe aus drei Werten L1, L2, L3, indem die entsprechende Leistungsvorgabe 14a bzw. 16a mit den Wertigkeiten Wj multipliziert wird; dabei kann die Summe der Werte L1 , L2, L3 für den jeweiligen der Aktoren 14 bzw. 16 im Wesentlichen der jeweiligen Leistungsvorgabe 14a bzw. 16a entsprechen. Die resultierenden phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben werden an die Aktoren 14, 16 übermittelt, so dass diese entsprechend asymmetrisch elektrische Leistung mit dem Teilnetz austauschen.
Konkret kann beispielsweise eine Phase j mit geringer Wertigkeit Wj, aus der bereits eine relativ hohe Leistung entnommen wird, weniger durch das asymmetrisch betreibbaren Elektro- Auto 16 belastet werden als eine Phase j mit hoher Wertigkeit Wj, die noch relativ wenig belastet ist. Dadurch wird eine Überlast auf der Phase j mit geringer Wertigkeit Wj vermieden und gleichzeitig eine Schieflast am Netzanschlusspunkt NAP minimiert. In diesem Beispiel repräsentiert die Wertigkeit die relative Belastbarkeit der einzelnen Phasen, d.h. ihren möglichen Beitrag zu einer Erhöhung der Wirkleistung. Grundsätzlich sind viele weitere Definitionen bzw. Herleitungen für die Wertigkeiten Wj und die Anwendung der Phasen- Faktoren 35 denkbar, wobei die konkreten Wertigkeiten insbesondere auch von dem übergeordneten Regelungsziel abhängen können.
Für die einphasig angeschlossenen Aktoren, beispielsweise die Last 12 oder die PV-Anlage 13, bestehen die phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben jeweils nur aus einem Wert. Dieser Wert kann sich ebenfalls ergeben aus der Multiplikation der entsprechenden Leistungsvorgabe 12a bzw. 13a mit der Wertigkeit Wj der jeweiligen Phase j, an die die Last 12 bzw. die PV-Anlage 13 angeschlossen ist. Dabei fällt die Austauschleistungsvorgabe umso kleiner aus, je geringer die Wertigkeit W, derjenigen Phase j ist, an der der Aktor angeschlossen ist. Dadurch wird eine Phase j mit geringer Wertigkeit Wj, aus der beispielsweise bereits durch die nicht steuerbaren Lasten viel elektrische Leistung entnommen wird, nur wenig zum Ausgleich der Differenzleistung DRNAR herangezogen. Im Umkehrschluss können bevorzugt diejenigen einphasigen Aktoren zur Differenzleistung DRNAR beitragen, die an Phasen j mit der höchsten Wertigkeit Wj angeschlossen sind; im oben genannten Beispiel sind dies genau die Phasen j, aus denen am wenigsten elektrische Leistung durch die nicht steuerbaren Lasten entnommen wird.
Die Aktoren werden nun angewiesen, die phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben L1 , L2, L3 umzusetzen, indem insbesondere die Austauschleistung P, der Aktoren 12-16 entsprechend geändert wird. Im Anschluss wird anhand der Messwerte am Netzanschlusspunkt 11 ausgewertet, inwieweit die Istleistung PNAP.ist nun der Sollleistung PNAP.SOII entspricht. Sofern die Differenzleistung DRNAR weiterhin einen Wert ungleich null aufweist, kann das beschriebene Verfahren iterativ nochmals durchlaufen werden, um die verbleibende Differenz zwischen Istleistung und Sollleistung mittels weiter optimierter Austauschleistungsvorgaben auszuregeln.
In einer Ausführungsform kann ermittelt werden, in welchem Maße die Aktoren 12-16 die ihnen angewiesenen Austauschleistungsvorgabe jeweils tatsächlich umgesetzt haben. Diese Ermittlung kann durch Messung der Austauschleistungen P, der Aktoren 12-16 erfolgen, wobei diese Messung durch die Aktoren 12-16 selbst vorgenommen und kommunikativ einer Steuer einheit, beispielsweise dem Energiemanagementsystem 30 bereitgestellt werden kann. Insbesondere wenn einer oder mehrere der Aktoren 12-16 die jeweils geforderte (phasenaufgelöste) Austauschleistungsvorgabe nicht erbringt, können in einer Iteration des Verfahrens die Gewichtungen G, dieser Aktoren, die nicht die geforderte Austauschleistung P, erbringen oder erbringen konnten, auf 0 gesetzt werden. Die übrigen Gewichte werden neu normiert, und die verbleibende Differenzleistung DRNAR wird an die verbleibenden Aktoren verteilt. Diese Iteration wird fortgesetzt, bis die Istleistung PNAP ISI der Sollleistung PNAP.SOII am Anschlusspunkt entspricht und somit die Vorgabe erfüllt ist, die mit dem übergeordneten Regelungsziel verknüpft ist.
In weiteren Ausführungsformen kann die Gewichtung bereits bekannte Randbedingungen einzelner Aktoren berücksichtigen, wie zum Beispiel vorgegebene Minimalleistungen bestimmter Aktoren. Dadurch wird gewährleistet, dass die entsprechenden Aktoren nicht in einen ungültigen Betriebszustand gesetzt werden, beispielsweise indem einem Aktor eine Leistungsvorgabe erhält, die geringer als die jeweilige vorgegebene Minimalleistung ist. In weiteren Ausführungsformen können anstelle der (saldierten) Wirkleistung am Netzanschlusspunkt auch andere Größen geregelt werden, wie z.B. die Wirkleistung an kritischen Punkten im Teilnetz oder phasenaufgelöste Wirk- und/oder Scheinleistungen.
BEZUGSZEICHENLISTE Teilnetz Netzanschlusspunkt -16 Aktoren a-16a Leistungsvorgabe Netz Energiemanagementsystem Erfassungsabschnitt Regelungsabschnitt Aktionsabschnitt Verteiler Phasen-Faktoren

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Regelung von elektrischen Leistungsflüssen in einem mehrphasigen elektrischen Teilnetz (10), wobei das Teilnetz (10) über einen Netzanschlusspunkt (11) mit einem übergeordneten Netz (20) verbunden ist und wobei eine Mehrzahl von Aktoren (12-16) einphasig oder mehrphasig an das Teilnetz (10) angeschlossen sind und mit dem Teilnetz (10) elektrische Leistung (P,) austauschen, wobei durch Ansteuern der Aktoren (12-16) eine mit einem übergeordneten Regelungsziel verknüpfte Vorgabe für eine über den Netzanschlusspunkt (11) fließende elektrische Leistung (PNAP) erfüllt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Ermitteln einer Sollleistung (PNAP.SOII) zur Erfüllung der Vorgabe,
- Ermitteln einer momentanen Differenzleistung (DRNAR) zwischen der Sollleistung (PNAP.SOII) und einer momentanen Istleistung (PNAP, ist) am Netzanschlusspunkt (1 1 ),
- Vorgeben einer Gewichtung (Gi) der Differenzleistung (DRNAR) pro Aktor (12-16),
- Vorgeben einer Wertigkeit (Wj) pro Phase (j) des Teilnetzes (10),
- Ansteuern der Aktoren (12-16) anhand von phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben (L1,L2,L3), die in Abhängigkeit von den Gewichtungen (Gi) und den Wertigkeiten (Wj) ermittelt werden, wobei die Summe aller Austauschleistungsvorgaben (L1,L2,L3) der Differenzleistung (DRNAR) entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das übergeordnete Regelungsziel einen Sollwert für eine Wirkleistung am Netzanschlusspunkt (11) umfasst, so dass die Sollleistung (PNAP.SOII) mit dem Sollwert korreliert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Regelungsziel eine Begrenzung der Wirkleistung am Netzanschlusspunkt (11) umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Regelungsziel alternativ oder zusätzlich eine Begrenzung der Schieflast am Netzanschlusspunkt (11) umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aktoren (12-16) ihre Leistung anhand der phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben (L1,L2,L3) selbst ständig einstellen oder eine anhand der phasenaufgelösten Austauschleistungsvorgaben (L1,L2,L3) vorgegebene Leistung von einer dem jeweiligen Aktor (12-16) vorgeschalteten Zusatzeinrichtung zugeteilt bekommen.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Teilnetz einphasig angeschlossene Aktoren (12,13,15) und mehrphasig angeschlossene Aktoren (14,16) umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aktoren (12-16) eine erneuerbare Energiequelle, insbesondere eine PV-Anlage (13), und einen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie (14) umfassen.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aktoren (12-16) ein Elektro-Auto (16) und/oder einen elektrischen Wärmeerzeuger, insbesondere eine Heizung (15) umfassen.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Teilnetz (10) ein Hausnetz, ein Netzabschnitt eines Verteilnetzes zur Versorgung einer ausgedehnten Liegenschaft oder ein Verteilnetz zur Versorgung einer Ortschaft oder einer Kommune ist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aktoren (12-16) einen jeweiligen Primärnutzen aufweisen, der beim Vorgeben der Gewichtung (G,) der Sollleistung (PNAP.SOII) pro Aktor (12-16) berücksichtigt wird, wobei der Primärnutzen insbesondere eine minimale Bezugsleistung eines Aktors (12-16) umfasst.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wertigkeiten (Wj) die relativen Belastbarkeiten der einzelnen Phasen (j) repräsentieren.
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