DE102012101928B4

DE102012101928B4 - Leistungsmanagement zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes

Info

Publication number: DE102012101928B4
Application number: DE102012101928.2A
Authority: DE
Inventors: Frank Papenfuß
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2032-03-08
Also published as: DE102012101928A1

Abstract

Verfahren zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes (5), wobei eine Einspeiseleistung (7) einer mindestens einen Wind- oder Photovoltaikgenerator (2) und mehrere Verbraucher (12,13) aufweisenden Anlage (1) in das Stromnetz (5) gegenüber einer derzeit maximal möglichen Generatorleistung (3) nach Vorgaben für die Einspeiseleistung (7) reduziert wird, dadurch gekennzeichnet,- dass zur Reduzierung der Einspeiseleistung (7) eine Leistungsaufnahme mindestens eines der Verbraucher (12,13) erhöht wird,- dass die gemeinsame Leistungsaufnahme aller Verbraucher (12,13) dynamisch variiert wird, um Variationen der maximal möglichen Generatorleistung (3) und/oder Variationen der Vorgaben für die Einspeiseleistung (7) zu kompensieren, und- dass eine Liste der aktuell verfügbaren Verbraucher und ihrer aktuell möglichen Leistungsaufnahmen geführt und beim Variieren der gemeinsame Leistungsaufnahme aller Verbraucher (12,13) berücksichtigt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes, wobei eine Einspeiseleistung einer mindestens einen Wind- oder Photovoltaikgenerator und mehrere Verbraucher aufweisenden Anlage in das Stromnetz gegenüber einer derzeit maximal möglichen Generatorleistung nach Vorgaben für die Einspeiseleistung reduziert wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und auf eine Anlage zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes mit mindestens einem Wind- oder Photovoltaikgenerator, mit mindestens einem Verbraucher und mindestens einer solchen Vorrichtung.
Die unstetige elektrische Leistung von Wind- oder Photovoltaikgeneratoren und die nur begrenzte Regelbarkeit der elektrischen Leistung von Großkraftwerken führen dazu, dass in einem Stromnetz zeitweise ein Überangebot an elektrischer Energie vorhanden ist. In solchen Situationen kann das Stromnetz nur noch sehr begrenzt dezentral erzeugte elektrische Energie aus regenerativen Energiequellen, wie von Wind- und Photovoltaikgeneratoren, aufnehmen. Richtlinien wie zum Beispiel die in Deutschland gültigen Mittel- und Niederspannungsrichtlinien schreiben daher vor, dass die Abregelung auch solcher Generatoren möglich sein muss. Die Abregelung kann durch den Betreiber des jeweiligen Stromnetzes als maximal einzuspeisende Leistung des jeweiligen Generators in Prozent seiner Nennleistung zum Beispiel mittels eines Rundsteuersignals direkt vorgegeben werden, oder derartige Vorgaben werden dezentral anhand von Kennlinien in Abhängigkeit der Netzfrequenz und/oder Netzspannung ermittelt. Dies ist zum Beispiel anhand sogenannter P(f)- bzw. P(U)-Kennlinien möglich.
Selbst wenn ein Anspruch auf Vergütung auch von elektrischer Energie aus erneuerbaren Energiequellen besteht, die in das Stromnetz hätte eingespeist werden können, aber wegen einer vorgegebenen Begrenzung der Einspeiseleistung nicht in das Stromnetz eingespeist wurde, ist es nicht trivial, die Menge dieser „virtuellen“ elektrischen Energie nachprüfbar zu bestimmen. Zumindest erfordert dies einen erheblichen apparativen Aufwand. Zudem besteht dann, wenn die maximale Einspeiseleistung dezentral ermittelt wird, die Gefahr, dass derjenige, den die Vergütungsverpflichtung trifft, die korrekte Festlegung der maximale Einspeiseleistung in Frage stellt. Die Erträge eines in ein Stromnetz einspeisenden Wind- oder Photovoltaikgenerators lassen sich daher zunehmend schwerer kalkulieren, da zum Beispiel unter den besten Einstrahlungsbedingungen in der Mittagszeit mit einer zunehmenden Begrenzung der Einspeiseleistung von Photovoltaikgeneratoren gerechnet werden muss.
STAND DER TECHNIK
Es sind übergeordnete Steuerungen für mehrere Generatoren, insbesondere Photovoltaikgeneratoren bekannt, die die Mehrzahl der Generatoren nach außen wie eine Einheit betreiben. Dabei kann von einzelnen Generatoren im Vergleich zu ihrer Nennleistung nicht erbrachte Einspeiseleistung durch andere Generatoren kompensiert werden, so dass selbst bei einer nominellen Abregelung eine Einspeiseleistung nahe der tatsächlich maximal möglichen Summe der Generatorleistungen in das Stromnetz eingespeist werden kann.
Weiterhin ist es grundsätzlich bekannt, Verbraucher gezielt bei einem potenziellen Überangebot von elektrischer Energie im Stromnetz, zum Beispiel nachts, einzuschalten.
Aus der WO 2010 / 115 224 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energieeinspeisung in ein Stromnetz bekannt, bei denen Energie in Form von elektrischem Strom durch einen Generator mit permanenter Erregung erzeugt und einem Stromnetz zugeführt wird. Der Generator ist entweder direkt oder über einen Transformator mit einem Netzübergabepunkt des Stromnetzes verbunden. Bei einem Spannungseinbruch im Stromnetz wird eine Last, die im Normalbetrieb durch einen Schalter überbrückt wird, durch Öffnen des Schalters zwischengeschaltet, wodurch zumindest ein Teil der elektrischen Leistung, die durch die reduzierte Spannung nicht mehr an das Stromnetz abgegeben wird, durch die Last aufgenommen wird. Nach dem Spannungsabfall, d. h. nachdem das Stromnetz wieder einen Spannungswert erreicht hat, der einem Normalbetrieb entspricht, wird der Schalter wieder geschlossen, so dass er die Last wieder überbrückt. Der Generator ist insbesondere als Synchronmaschine ausgebildet. Die Last ist ein ohmscher Widerstand oder ein Energiespeicher. Währen ein Teil der elektrischen Leistung, die durch die reduzierte Spannung nicht mehr an das Stromnetz abgegeben wird, durch eine zuschaltbare Last aufgenommen wird, kann ein weiterer Teil der elektrischen Leistung, die durch die reduzierte Spannung nicht mehr an das Stromnetz abgegeben wird, durch eine zusätzliche geregelte Last aufgenommen werden. Als Regelgröße für eine Regelung der zusätzlichen geregelten Last kann dabei ein Phasenwinkel der Generatorspannung verwendet werden. Mit diesen Maßnahmen löst die WO 2010/ 115 224 A2 das bei einem massiven Spannungseinbruch im Stromnetz auftretende Problem, dass durch die reduzierte Spannung die von der primären Generator bereitgestellte Energie nicht im erforderlichen Masse in das Stromnetz transferiert werden kann. Damit kommt es zu einer Beschleunigung des Rotors des Generators und es besteht die Gefahr, dass bei einer zu langen Dauer der Netzstörung die Abweichung der relativen Rotorposition von seiner Ausgangslage so groß wird, dass nach dem Ende der Störung die Rückkehr in einen stabilen Betrieb nicht mehr möglich ist.
Aus der GB 2 246 602 A ist ein Elektrizitätserzeugungssystem bekannt, das einen Wassertank mit elektrischen Heizelementen umfasst. Der Wassertank ist an ein Wasserkühlungssystem eines Motors angeschlossen, und die Heizelemente werden mit sonst nicht verwertbarer Leistung eines Generators betrieben. Überschüssige Leistung, die von dem Generator erzeugt wird, welcher von einem Windrad angetrieben wird, und die den Bedarf einer Last überschreitet, beschleunigt zunächst ein Schwungrad. Darüber hinaus gehender Überschuss an Leistung wird in dem Tank absorbiert. Ein Ventilator, der einem Radiator zugeordnet ist, welcher mit dem Tank verbunden ist, kann betrieben werden, um diesen weiteren Überschuss an Leistung zu dissipieren. Wenn die Lastanforderungen die Ausgabe des Generators überschreiten, betreibt der Motor den Generator. Auf diese Weise wird eine unterbrechungsfreie Stromversorgung bereitgestellt, bei der das Schwungrad als Energiespeicher im Wesentlichen durch das Windrad angetrieben wird.
Ein Verfahren zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes, wobei eine Einspeiseleistung einer mindestens einen Windgenerator aufweisenden Anlage in das Stromnetz gegenüber einer derzeit maximal möglichen Generatorleistung nach Vorgaben für die Einspeiseleistung reduziert wird, ist aus der WO 2010 / 000 648 A2 bekannt.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Anlage zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes aufzuzeigen, die zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes bis zur Bereitstellung sowohl negativer als auch positiver Regelleistung geeignet sind und die dennoch Probleme bei der Ermittlung von Energiemengen, die wegen einer Abregelung der Einspeiseleistung nicht eingespeist wurden, grundsätzlich vermeiden.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 15 und eine Anlage mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 20 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes, wobei eine Einspeiseleistung einer mindestens einen Wind- oder Photovoltaikgenerator und mehrere Verbraucher aufweisenden Anlage in das Stromnetz nach Vorgaben für die Einspeiseleistung reduziert wird, wird zur Reduzierung der Einspeiseleistung eine Leistungsaufnahme mindestens eines der Verbraucher erhöht.
An dieser Stelle sei klargestellt, dass unter Vorgaben für die Einspeiseleistung nicht nur diejenigen eines Betreibers des Stromnetzes in Form eines Maximalwerts in Prozent der Nennleistung des bzw. der Generatoren zu verstehen ist, sondern beispielsweise auch solche, die dezentral in Abhängigkeit der Netzfrequenz und/oder Netzspannung anhand von P(f)- bzw. P(U)-Kennlinien ermittelt werden.
Bei dem neuen Verfahren wird, soweit dies eben möglich ist, die Generatorleistung aller Wind- und Photovoltaikgeneratoren der Anlage nicht reduziert. Wenn die aktuelle Generatorleistung aller Generatoren die aktuellen Vorgaben für die Einspeiseleistung überschreitet, wird zur Reduzierung der Einspeiseleistung vielmehr eine Leistungsaufnahme des mindestens einen der Verbraucher der Anlage erhöht, d. h. zum Beispiel der mindestens eine der Verbraucher eingeschaltet. Anders gesagt erfolgt ein Eigenverbrauch der die vorgegebene Einspeiseleistung überschreitenden Generatorleistung, bzw. der Eigenverbrauch bewirkt (mindestens) die vorgegebene Reduzierung der Einspeiseleistung. Dieser Eigenverbrauch wird in aller Regel bei der Einspeisung von elektrischer Energie mit einem Wind- oder Photovoltaikgenerator in ein Stromnetz sowieso vor Ort erfasst. Damit steht für die zu beanspruchende Vergütung eine definierte Grundlage zur Verfügung, und zwar sowohl im Hinblick auf eine etwaige Eigenverbrauchsprämie als auch - mit der Argumentation, dass der Verbraucher ausschließlich zur Dissipation der überschüssigen Generatorleistung eingesetzt wurde, der Betreiber der Anlage also keinen Nutzen daraus gezogen hat - im Hinblick auf eine Vergütung der nur wegen der Vorgaben nicht eingespeisten elektrischen Energie. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese nur wegen der Vorgaben nicht eingespeiste elektrische Energie tatsächlich erzeugt, wodurch sich aber jede Diskussion über ihre Menge erübrigt.
Um den Eigenverbrauch und die in das Stromnetz eingespeiste Energie zu ermitteln, werden bei dem neuen Verfahren zumindest zwei der folgenden Energiemengen gleichzeitig erfasst: die von den Generatoren der Anlage erzeugte elektrische Energie; die in das Stromnetz tatsächlich eingespeiste elektrische Energie und die von den Verbrauchern der Anlage vor Ort verbrauchte elektrische Energie, wobei sich aus zwei dieser elektrischen Energien die jeweils dritte elektrische Energie aufs einfachste berechnen lässt, da die Generatorleistung die Summe aus der Einspeiseleistung und der Leistungsaufnahme der Verbraucher ist.
Vorzugsweise wird die gegenüber der aktuell zulässigen Einspeiseleistung überschüssige Generatorleistung nicht einfach vernichtet, sondern in möglichst großen Anteilen sinnvoll vor Ort genutzt. Bei unterschiedlichen Verbrauchern der Anlage, von denen einige die überschüssige Generatorleistung sinnvoll verbrauchen, während sie andere nur vernichten, ist es bevorzugt, wenn die von den unterschiedlichen Verbrauchern der Anlage verbrauchte elektrische Energie getrennt erfasst wird, um zum Beispiel einmal eine Eigenverbrauchsprämie und einmal eine Vergütung für einspeisbare aber wegen Abregelung nicht eingespeiste elektrische Energie verlangen zu können.
Das neue Verfahren kann auch dann zur Stabilisierung des Stromnetzes in Fällen eines Überangebots elektrischer Energie genutzt werden, wenn die Generatoren der Anlage nur eine kleine Generatorleistung oder gar eine Generatorleistung von null liefern, wie beispielsweise Photovoltaikgeneratoren bei Nacht. In diesen Fällen kann mit den Verbrauchern der Anlage gezielt elektrische Energie aus dem Stromnetz entnommen werden. Angesichts der übergeordneten Ziels der Netzstabilität des Stromnetzes ist auch für einen solchen Verbrauch elektrischer Energie eine Vergütung des Verbrauchers angemessen. Zumindest ist der angemessene Preis derart vornehmlich zur Netzstabilisierung verbrauchter elektrischer Energie sehr niedrig.
Es versteht sich, dass auch bei dem neuen Verfahren die Generatorleistung reduziert werden kann, wenn es sonst nicht möglich ist, die Vorgaben für die Einspeiseleistung einzuhalten bzw. die gewünschte Leistung aus dem Stromnetz zu beziehen, weil beispielsweise bereits alle Verbraucher der Anlage aktiviert sind. Eine solche Reduktion der Generatorleistung stellt bei dem neuen Verfahren jedoch eine ungewollte Ausnahme dar; dann wegen der Vorgaben gar nicht erzeugte elektrische Energie kann dennoch recht genau ermittelt werden, indem nur bestimmte Generatoren oder Teile von Generatoren in ihrer Generatorleistung reduziert oder ganz deaktiviert werden, während andere Generatoren oder Teile von Generatoren mit maximal möglicher Leistung betrieben werden. Bei Kenntnis der relativen Nominalleistungen der Generatoren bzw. der Teile der Generatoren kann dann die momentan maximal erzeugbare Generatorleistung leicht extrapoliert und damit die nicht erzeugte elektrische Energie als Differenz aus maximal erzeugbarer und tatsächlich erzeugter Energie bestimmt werden.
Das neue Verfahren kann auch zur Einstellung eines Phasenwinkels zwischen Strom und Spannung eines in das Stromnetz eingespeisten Stroms genutzt werden, um damit auf einen Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung in dem Stromnetz einzuwirken, indem die Leistungsaufnahmen verschiedener Verbraucher der Anlage, die unterschiedlichen Einfluss auf den Phasenwinkel haben, variiert werden. So können bei unterschiedlichen Vorzeichen des Phasenwinkels gezielt induktive oder kapazitive Verbraucher eingeschaltet werden. Das neue Verfahren kann auch einen Selbstlernalgorithmus in Verbindung mit einem Blindleistungszähler umfassen, der durch das Zuschalten der Verbraucher die Blindleistungsaufnahme der Verbraucher erlernt und die wahlweise Zuschaltung der kapazitiven/induktiven Verbraucher optimiert.
Wenn ein sinnvoller Verbrauch der elektrischen Energie durch einen Verbraucher vor Ort bei hoher Generatorleistung im Vergleich zur derzeit zulässigen Einspeiseleistung in das Stromnetz nicht möglich ist, kann eine einfache Vernichtung der elektrischen Energie dennoch vermieden werden, wenn hiermit von einem Verbraucher ein Speicher aufgeladen wird. Hierbei kann es sich um einen Energiespeicher handeln, der zur Erhöhung der Einspeiseleistung bei reduzierter Generatorleistung wieder entladen werden kann. Entsprechend kann der Speicher konkret ein Ladungsspeicher, wie beispielsweise eine Kapazität, oder ein Stromspeicher, worunter hier insbesondere ein Akkumulator verstanden wird, sein. Der Speicher kann aber auch ein Wärme- oder Kältespeicher sein, um Wärme oder Kälte vorzuhalten, die zwar aktuell vor Ort nicht benötigt wird, aber doch in nächster Zeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet, die gemeinsame Leistungsaufnahme aller Verbraucher nicht nur statisch oder quasi statisch, d. h. vergleichsweise langsam, sondern auch dynamisch zu variieren, um auf diese Weise Variationen der maximal möglichen Generatorleistung und/oder Variationen der Vorgaben für die Einspeiseleistung zu kompensieren. Zum Beispiel kann die Generatorleistung eines Photovoltaikgenerators durch einzelne schnell ziehende, Schatten werfende Wolken starken Variationen unterworfen sein. Dann ist eine dynamische Variation der gemeinsamen Leistungsaufnahme aller Verbraucher schon deshalb nötig, um die Einspeiseleistung in das Stromnetz konstant zu halten. Diese dynamische Variation der Leistungsaufnahme aller Verbraucher kann aber genauso gut genutzt werden, um Variationen der Vorgaben für die Einspeiseleistung zu kompensieren. Dies ist gleichbedeutend damit, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren Regelleistung für das Stromnetz bereitgestellt wird, und zwar sowohl negative Regelleistung als auch positive Regelleistung. Letztere wird zum Beispiel durch Abschalten von Verbrauchern erreicht.
Neben den bereits angesprochenen Verbrauchern, deren Leistungsaufnahme einen sinnvollen Eigenverbrauch darstellt, weil sie elektrische Energie in andere in der Anlage benötigte Energieformen umwandeln, und den weiteren Verbrauchern, die unter Leistungsaufnahme einen Speicher aufladen, kann in der Anlage auch mindestens ein weiterer Verbraucher vorgesehen werden, der elektrische Energie ausschließlich dissipiert, d. h. vernichtet, indem er sie beispielsweise in Wärme umwandelt, die mit einem Radiator an die Umgebungsluft abgegeben wird. Derartige Verbraucher können für große Leistungsaufnahmen kostengünstig bereitgestellt werden und die Regelungsbandbreite des erfindungsgemäßen Verfahrens erweitern.
Da Verbraucher in der Anlage, deren Leistungsaufnahme echten Eigenverbrauch darstellt, vielfach bezüglich ihrer Leistungsaufnahme nicht dynamisch variabel sind, wenn ihr Betriebsergebnis nicht gefährdet werden soll, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Leistungsaufnahme mindestens eines weiteren Verbrauchers und/oder nötigenfalls auch die Generatorleistung einzelner Generatoren oder von Teilen von Generatoren dynamisch variiert wird, um Variationen der Leistungsaufnahme des mindestens einen Verbrauchers, der elektrische Energie in andere in der Anlage benötigte Energieformen umwandelt, dynamisch zu kompensieren.
Zwischen den verschiedenen Arten von Verbrauchern, deren Leistungsaufnahmen variiert werden können, und auch der Variation der Generatorleistung der Generatoren kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jeweils eine Hierarchie für den Fall aufgestellt werden, dass zum Erfüllen einer Vorgabe eine Absenkung der Einspeiseleistung oder eine Anhebung der Einspeiseleistung erforderlich ist. So werden zur Absenkung der Einspeiseleistung sinnvoller Weise zunächst alle Verbraucher, die elektrische Energie in andere in der Anlage benötigte Energieformen umwandeln, sukzessive zugeschaltet, um den sinnvollen Eigenverbrauch in der Anlage zu erhöhen. Wenn dies zum Erfüllen der Vorgabe nicht ausreichend ist, werden alle weiteren Verbraucher, die unter der Leistungsaufnahme einen Speicher aufladen, sukzessive zugeschaltet. Sollte auch dies nicht ausreichend sein, werden alle weiteren Verbraucher, die elektrische Energie dissipieren, sukzessive zugeschaltet. Erst danach wird die Generatorleistung von zunächst einzelnen Generatoren oder Teilen von Generatoren reduziert.
Umgekehrt wird zum Erfüllen einer Vorgabe, die eine Anhebung der Einspeiseleistung erfordert, zunächst die Generatorleistung aller Generatoren maximiert. Dann werden alle weiteren Verbraucher, die elektrische Energie ausschließlich dissipieren, sukzessive abgeschaltet. Anschließend werden alle weiteren Verbraucher, die unter der Leistungsaufnahme einen Speicher aufladen, sukzessive abgeschaltet. Wenn auch dies zum Erfüllen der Vorgabe nicht ausreicht, werden alle Speicher, bei deren Entladung elektrische Energie freigesetzt wird, sukzessive entladen. Erst danach werden alle Verbraucher, die elektrische Energie in andere in der Anlage benötigte Energieformen umwandeln, sukzessive abgeschaltet, um auch den echten Eigenverbrauch in der Anlage zu reduzieren.
Anhand dieser Hierarchien kann das erfindungsgemäße Verfahren auch nach einer Try-and-Error-Methode durchgeführt werden. Vorzugsweise erfolgt das Zu- und Abschalten von Verbrauchern und Generatoren aber gezielt mit absehbarem Ergebnis. Zu diesem Zweck wird eine Liste der aktuell verfügbaren Verbraucher und ihrer aktuell möglichen Leistungsaufnahmen geführt und beim Variieren der gemeinsamen Leistungsaufnahme aller Verbraucher berücksichtigt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine dynamische Variation der gemeinsamen Leistungsaufnahme aller Verbraucher erfolgt, die es nicht erlaubt, zunächst abzuwarten, ob eine möglicherweise erfolgreiche Variation der Leistungsaufnahme tatsächlich eintritt. Diese Liste kann automatisch geführt werden, indem die Zustände aller vorhandenen Verbraucher fortlaufend erfasst werden. Die potentiellen Leistungsaufnahmen dieser Verbraucher können dabei aus den maximalen Leistungsaufnahmen in der Vergangenheit erlernt werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass diese Werte manuell in die Liste eingegeben oder durch Datenübertragung eingepflegt werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren weist einen Eingang für eine Einspeiseleistung in das Stromnetz, einen Eingang für Vorgaben für die Einspeiseleistung und Steuerausgänge, um die Einspeiseleistung einer mindestens einen Wind- oder Photovoltaikgenerator und mehrere Verbraucher aufweisenden Anlage in das Stromnetz nach den Vorgaben einzustellen, auf, wobei die Steuerausgänge zum Anschluss an die Steuerungen der Verbraucher vorgesehen sind, um eine Leistungsaufnahme der Verbraucher zu variieren.
Der Eingang für die Einspeiseleistung der Vorrichtung wird auch durch einen Eingang für die Generatorleistung aller Generatoren und einen Eingang für die Leistungsaufnahme aller Verbraucher realisiert. Der Eingang für die Vorgaben für die Einspeiseleistung ist so allgemein zu verstehen, dass er alle oben geschilderten Möglichkeiten für diese Vorgaben abdeckt. Die Steuerungen der Verbraucher können im einfachsten Fall ein Schalter zum Ein- und Ausschalten der Verbraucher sein.
Die neue Vorrichtung weist in aller Regel mindestens zwei der folgenden drei Zähler auf, um alle für die Vergütung der tatsächlich in das Stromnetz eingespeisten elektrischen Energie und von lokal verbrauchter oder auch nur vernichteter elektrischer Energie zu erfassen:

- ein Zähler für eine von allen Wind- und Photovoltaikgeneratoren der Anlage generierte und maximal in das Stromnetz einspeisbare elektrische Energie;
- ein Zähler für die tatsächlich in das Stromnetz eingespeiste elektrische Energie; und
- ein Zähler für eine von allen Verbrauchern der Anlage verbrauchte elektrische Energie.

Der Zähler für die von allen Wind- und Photovoltaikgeneratoren der Anlage generierte und maximal in das Stromnetz einspeisbare elektrische Energie kann auch durch eine Einrichtung realisiert sein, die die von allen Wind- und Photovoltaikgeneratoren der Anlage generierte und maximal in das Stromnetz einspeisbare elektrische Energie aus Informationen von den einzelnen Teilen der Anlage, insbesondere von den Generatoren berechnet. Der Zähler für die tatsächlich in das Stromnetz eingespeiste elektrische Energie kann auch ein Zweiwegezähler zur Erfassung der aus dem Stromnetz bezogenen Energie sein.
Bei unterschiedlichen Verbrauchern ist es bevorzugt, wenn zumindest für Gruppen von Verbrauchern, für die Unterschiede gegeben sind, separate Zähler für die verbrauchte elektrische Energie vorhanden sind.
Derart unterschiedliche Verbraucher werden auch vorzugsweise über getrennte Steuerausgänge der Vorrichtung angesteuert. Solche unterschiedliche Steuerausgänge können auch zum Anschluss an die Steuerung verschiedener Verbraucher mit unterschiedlichem Einfluss auf den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung eines in das Stromnetz eingespeisten Stroms vorgesehen sein, um auf diese Weise Einfluss auf einen Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung in dem Stromnetz Einfluss zu nehmen.
Mindestens ein Steuerausgang kann speziell zum Anschluss eines Verbrauchers vorgesehen sein, der unter der Leistungsaufnahme einen Speicher auflädt und der über den Steuerausgang ansteuerbar ist, um den Speicher unter Leistungsabgabe zur Erhöhung der Einspeiseleistung zu entladen, nachdem das Überangebot an elektrischer Energie in dem Stromnetz zurückgegangen ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Anlage zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes, die mindestens einen Wind- oder Photovoltaikgenerator, mindestens einen Verbraucher und eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist, empfängt die Vorrichtung an ihrem Eingang für die Einspeiseleistung die Einspeiseleistung der Anlage in das Stromnetz und an ihrem Eingang für Vorgaben für die Einspeiseleistung, und die Steuerausgänge der Vorrichtung sind an die Steuerungen der Verbraucher angeschlossen, um eine Leistungsaufnahme der Verbraucher zu variieren. Dabei weist der mindestens eine Verbraucher vorzugsweise einen Speicher auf, den er wechselweise unter Leistungsaufnahme auflädt und unter Leistungsabgabe entlädt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert und beschrieben.

1 skizziert eine Anlage zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes.

FIGURENBESCHREIBUNG
Die in 1 gezeigte Anlage 1 weist einen Photovoltaikgenerator 2 auf, dessen Generatorleistung 3 über einen Zähler 4 in ein Stromnetz 5 eingespeist wird. Das Stromnetz 5 kann ein öffentliches Wechselstromnetz sein. In dem Stromnetz 5 kann sich ein die Stabilität des Stromnetzes 5 in Frage stellendes Überangebot an elektrischer Energie einstellen. Dies kann dazu führen, dass der Betreiber des Stromnetzes 5 Vorgaben macht, nach denen z. B. eine Einspeiseleistung 7 in das Stromnetz 5 nur einem bestimmten Prozentsatz der Nennleistung des Photovoltaikgenerators 2 entsprechen darf. Um diese Vorgaben umzusetzen ist eine Vorrichtung 8 vorgesehen. Die Vorrichtung 8 gleicht die von ihr über einen Eingang 6 empfangenen Vorgaben mit der ihr über einen Eingang 9 von dem Zähler 4 übermittelten Generatorleistung 3 ab. Wenn die Generatorleistung 3 die aufgrund der Vorgaben zulässige Einspeiseleistung überschreitet, aktiviert die Vorrichtung 8 über einen Steuerausgang 10 und/oder 11 einen Verbraucher 12 und/oder 13, der über einen Zähler 14 einen Teil der Generatorleistung 3 verbraucht. Dabei ist der Verbraucher 12 hier ein reiner Verbraucher, während der Verbraucher 13 unter Leistungsaufnahme einen Speicher 15 auflädt, den er unter Leistungsabgabe wieder entladen kann. Wenn also die Beschränkung der Einspeiseleistung aufgrund der Vorgaben wegfällt, kann die von dem Verbraucher 13 aufgenommene und in dem Speicher 15 gespeicherte elektrische Energie zu einem späteren Zeitpunkt in das Stromnetz 5 eingespeist werden und dabei die Einspeiseleistung 7 gegenüber der Generatorleistung 3 erhöhen. Die Vorrichtung 8 empfängt an weiteren Eingängen 16 und 17 die über den Zähler 14 verbrauchte bzw. eingespeiste Leistung und den Ladungszustand des Speichers 15. Sie kann so über ihren Steuerausgang 11 den Verbraucher 13 gezielt zum Aufladen bzw. Entladen des Speichers 15 ansteuern. Die Vorrichtung 8 kann zusätzlich an einem Eingang 18 empfangene Prognosen z. B. zu dem Angebot elektrischer Energie in dem Stromnetz 5 und zu der Generatorleistung 3 (Wetterbericht) berücksichtigen. Nur wenn der Eigenverbrauch elektrischer Energie vor Ort durch die Verbraucher 12 und 13 nicht ausreicht, um die Vorgaben für die Einspeiseleistung 7 einzuhalten, steuert die Vorrichtung 8 über einen Steuerausgang 19 auch den Photovoltaikgenerator 2 zur Reduktion seiner Generatorleistung 3 an. Über einen Eingang 20 empfängt die Vorrichtung 8 von dem Photovoltaikgenerator 2 zum Beispiel Informationen über den Betriebszustand des Photovoltaikgenerators 2. Über den Eingang 20 kann die Vorrichtung 8 von dem Photovoltaikgenerator 2 auch Vorgaben für die Einspeiseleistung empfangen, die ein Wechselrichter des Photovoltaikgenerators 2 aus der Netzfrequenz und/oder Netzspannung des Stromnetzes 5 anhand von P(f)- bzw. P(U)-Kennlinien ermittelt hat.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Anlage
2: Photovoltaikgenerator
3: Generatorleistung
4: Zähler
5: Stromnetz
6: Eingang
7: Einspeiseleistung
8: Vorrichtung
9: Eingang
10: Steuerausgang
11: Steuerausgang
12: Verbraucher
13: Verbraucher
14: Zähler
15: Speicher
16: Eingang
17: Eingang
18: Eingang
19: Steuerausgang
20: Eingang

Claims

Verfahren zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes (5), wobei eine Einspeiseleistung (7) einer mindestens einen Wind- oder Photovoltaikgenerator (2) und mehrere Verbraucher (12,13) aufweisenden Anlage (1) in das Stromnetz (5) gegenüber einer derzeit maximal möglichen Generatorleistung (3) nach Vorgaben für die Einspeiseleistung (7) reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, - dass zur Reduzierung der Einspeiseleistung (7) eine Leistungsaufnahme mindestens eines der Verbraucher (12,13) erhöht wird, - dass die gemeinsame Leistungsaufnahme aller Verbraucher (12,13) dynamisch variiert wird, um Variationen der maximal möglichen Generatorleistung (3) und/oder Variationen der Vorgaben für die Einspeiseleistung (7) zu kompensieren, und - dass eine Liste der aktuell verfügbaren Verbraucher und ihrer aktuell möglichen Leistungsaufnahmen geführt und beim Variieren der gemeinsame Leistungsaufnahme aller Verbraucher (12,13) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, solange dies zur Erfüllung der Vorgaben ausreichend ist, die gemeinsame Leistungsaufnahme aller Verbraucher (12,13) der Anlage (1) variiert wird, ohne die Generatorleistung (3) aller Wind- und Photovoltaikgeneratoren (2) der Anlage (1) unter die derzeit maximal mögliche Generatorleistung (3) abzusenken.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Generatorleistung (3) aller Wind- und Photovoltaikgeneratoren (2) der Anlage (1) unter die derzeit maximal mögliche Generatorleistung (3) abgesenkt wird, eine wegen der Vorgaben nicht erzeugte elektrische Energie ermittelt wird, indem nur einzelne Generatoren oder Teile von Generatoren in ihrer Generatorleistung reduziert oder ganz deaktiviert werden, während andere Generatoren oder Teile von Generatoren mit ihrer maximal möglichen Generatorleistung betrieben werden, aus der die derzeit maximal mögliche Generatorleistung (3) der Anlage (1) extrapoliert wird und die nicht erzeugte elektrische Energie als Differenz aus maximal erzeugbarer und tatsächlich erzeugter Energie bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der folgenden elektrischen Energien getrennt erfasst werden: - eine von allen Wind- und Photovoltaikgeneratoren (2) der Anlage (1) generierte und maximal in das Stromnetz (5) einspeisbare elektrische Energie; - eine tatsächlich in das Stromnetz (5) eingespeiste elektrische Energie - und eine von allen Verbrauchern (12,13) der Anlage (1) verbrauchte elektrische Energie.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von verschiedenen Verbrauchern (12,13) der Anlage (1) verbrauchte elektrische Energie getrennt erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines Phasenwinkels zwischen Strom und Spannung eines in das Stromnetz (5) eingespeisten Stroms, die Leistungsaufnahmen verschiedener Verbraucher (12,13) mit unterschiedlichem Einfluss auf den Phasenwinkel variiert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Selbstlernalgorithmus, der unter Verwendung eines Blindleistungszählers beim Zuschalten jedes Verbrauchers (12, 13) dessen Blindleistungsaufnahme erlernt und die Leistungsaufnahmen der verschiedenen Verbraucher (12,13) mit unterschiedlichem Einfluss auf den Phasenwinkel optimiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine der Verbraucher (13) unter der Leistungsaufnahme einen Speicher (15) auflädt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (15) ein Energie-, Ladungs-, Strom-, Wärme- oder Kältespeicher ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (15) zur Erhöhung der Einspeiseleistung (7) entladen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben mindestens einem Verbraucher (12), der elektrische Energie in andere in der Anlage (1) benötigte Energieformen umwandelt, mindestens ein weiterer Verbraucher (13), der unter der Leistungsaufnahme einen Speicher (15) auflädt, und/oder mindestens ein weiterer Verbraucher vorgesehen wird, der elektrische Energie dissipiert.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufnahme mindestens eines weiteren Verbrauchers (13) und/oder die Generatorleistung einzelner Generatoren oder Teile von Generatoren dynamisch variiert wird, um Variationen der Leistungsaufnahme des mindestens einen Verbrauchers (12), der elektrische Energie in andere in der Anlage (1) benötigte Energieformen umwandelt, dynamisch zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfüllen einer Vorgabe, die eine Absenkung der Einspeiseleistung (7) erfordert - zunächst alle Verbraucher (12), die elektrische Energie in andere in der Anlage (1) benötigte Energieformen umwandeln, sukzessive zugeschaltet werden, - hilfsweise alle weiteren Verbrauchers (13), die unter der Leistungsaufnahme einen Speicher (15) aufladen, sukzessive zugeschaltet werden, - weiter hilfsweise alle weiteren Verbrauchers, die elektrische Energie dissipieren, sukzessive zugeschaltet werden und - höchsthilfsweise die Generatorleistung von zunächst einzelnen Generatoren oder Teilen von Generatoren reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfüllen einer Vorgabe, die eine Anhebung der Einspeiseleistung (7) erfordert - zunächst die Generatorleistung aller Generatoren maximiert wird, - hilfsweise alle weiteren Verbrauchers, die elektrische Energie dissipieren, sukzessive abgeschaltet werden, - weiter hilfsweise alle weiteren Verbrauchers (13), die unter der Leistungsaufnahme einen Speicher (15) aufladen, sukzessive abgeschaltet werden, - noch weiter hilfsweise alle Speicher (15), bei deren Entladung elektrische Energie freigesetzt wird, sukzessive entladen werden, - höchsthilfsweise alle Verbraucher (12), die elektrische Energie in andere in der Anlage (1) benötigte Energieformen umwandeln, sukzessive abgeschaltet werden.
Vorrichtung (8) zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes (5) gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Eingang (9, 16) für eine Einspeiseleistung (7) in das Stromnetz (5), mit einem Eingang (6) für Vorgaben für die Einspeiseleistung (7) und mit Steuerausgängen (10,11), um die Einspeiseleistung (7) einer mindestens einen Wind- oder Photovoltaikgenerator (2) und mehrere Verbraucher (12,13) aufweisenden Anlage (1) in das Stromnetz (5) nach den Vorgaben für die Einspeiseleistung (7) zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerausgänge (10,11) zum Anschluss an die Steuerungen der Verbraucher (12,13) vorgesehen ist, um eine gemeinsame Leistungsaufnahme aller Verbraucher (12,13) zu variieren.
Vorrichtung (8) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der folgenden drei Zähler vorgesehen sind: - ein Zähler (4) für eine von allen Wind- und Photovoltaikgeneratoren (2) der Anlage (1) generierte und maximal in das Stromnetz (5) einspeisbare elektrische Energie; - ein Zähler für die tatsächlich in das Stromnetz (5) eingespeiste elektrische Energie; und - ein Zähler (14) für eine von allen Verbrauchern (12,13) der Anlage (1) verbrauchte elektrische Energie.
Vorrichtung (8) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass Zähler zum getrennten Erfassen der von verschiedenen Verbrauchern (12,13) der Anlage (1) verbrauchten elektrischen Energie vorgesehen sind.
Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Steuerausgänge (10,11) zum Anschluss an die Steuerungen verschiedener Verbraucher (12,13) mit unterschiedlichem Einfluss auf den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung eines in das Stromnetz (5) eingespeisten Stroms vorgesehen sind.
Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Steuerausgang (11) zum Anschluss eines Verbrauchers (13) vorgesehen ist, der unter der Leistungsaufnahme einen Speicher (15) auflädt und der über den Steuerausgang (11) ansteuerbar ist, um den Speicher (15) unter Leistungsabgabe zur Erhöhung der Einspeiseleistung (7) zu entladen.
Anlage (1) zur dezentralen Stabilisierung eines Stromnetzes (5), mit mindestens einem Wind- oder Photovoltaikgenerator (2), mit mehreren Verbrauchern (12,13) und mit einer Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Vorrichtung (8) an ihrem Eingang (9, 16) für die Einspeiseleistung (7) die Einspeiseleistung (7) der Anlage (1) in das Stromnetz (5) und an ihrem Eingang (6) für Vorgaben Vorgaben für die Einspeiseleistung (7) empfängt und wobei die Steuerausgänge (10,11) der Vorrichtung (8) an die Steuerungen der Verbraucher (12,13) angeschlossen sind, um eine Leistungsaufnahme der Verbraucher (12,13) zu variieren.
Anlage (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Verbraucher (13) einen Speicher (15) wechselweise unter Leistungsaufnahme auflädt und unter Leistungsabgabe entlädt.