DE2419663B2 - Einrichtung zur koordination und schaltung des energiebedarfs mehrerer unabhaengig voneinander arbeitender elektrischer verbraucher - Google Patents
Einrichtung zur koordination und schaltung des energiebedarfs mehrerer unabhaengig voneinander arbeitender elektrischer verbraucherInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Koordination
und Schaltung des Energiebedarfs mehrerer unabhängig voneinander arbeitender elektrischer Verbraucher,
insbesondere zur Begrenzung der pro Zeiteinheit maximal zulässigen Gesamtbedarfsänderung
oder der Maximalbelastung mit einem Rechner und einer Eingangseinheit für eine jeweilige Netzbelastung
und den zeitlichen Energiebedarf der Einzelverbraucher.
Bei elektrischen Großverbrauchern, insbesondere bei Großheizanlagen mit kontinuierlicher Impulspaketsteuerung
wie z. B. Brücken-, Fahrbahn-, Pisten- oder Rollbahnheizungen, die aus mehreren voneinander
unabhängigen Heizgruppen oder sonstigen Energieverbrauchern bestehen, ergeben sich folgende drei
Probleme:
1. Der Gesamtanschlußwert der Anlage muß aus wirtschaftlichen und energiepolitischen Gründen
so klein wie möglich gehalten werden. Aufgrund der Verschiedenheit der örtlichen Gegebenheiten
zwischen den einzelnen Heizgruppen und der Art der Energieverbraucher (Heizung, Lüftung, Beleuchtung
etc.) zeigt die Praxis, daß nicht sämtliche Verbraucher den maximalen Anschlußwert zur
.s selben Zeit benötigen.
2. Die Änderung pro Zeiteinheit der Belastung der
Stromquelle bzw. des speisenden Netzes durch die Gesamtanlage, d. h. durch sämtliche angeschlossenen
Verbraucher, darf einen durch die Eigenschaf-' ten der Stromquelle bedingten bzw. einen vom
Energielieferanten vorgeschriebenen Wert nicht überschreiten, da sonst Schwierigkeiten in der
Reguliereinrichtung der Stromquelle bzw. des Netzes entstehen können.
3. Bei mehreren voneinander unabhängigen Heizungs-Reguliergruppen
und sonstigen Energieverbrauchern innerhalb einer Gesamtanlage ergeben sich große Schwankungen in der Energiebelastung
für die Stromquelle bzw. das speisende Netz, da jede Gruppe unabhängig für sich arbeitet.
Die Aufgabe besteht somit primär darin, durch
entsprechende Koordination unter den «!nzeinen
Energieverbrauchern den Gesamtanschlußwert der
Anlage kleiner zu halten als die Summe der Anschluß werte der einzelnen Heizgruppen und sonstigen
Energieverbraucher, wobei dieser Gesamtanschlußwert veränderbar sein soll; dabei soll die Möglichkeit
bestehen, daß diese Veränderung durch den Energielieferanteii
vorgenommen werden kann, beispielsweise über eine Fernsteuereinrichtung oder eine Schaltuhr.
Ferner soll die Änderungsschnelligkeit (Änderung des Leistungsbedarfs pro Zeiteinheit, üblicherweise gemessen
in kW/h) einen vorgeschriebenen Wert nicht übersteigen.
Lösungen für diese Aufgabe wurden schon vorbeschrieben. So ist beispielsweise ein Verfahren bekannt,
bei welchem den einzelnen Verbrauchern Energiesperrvorrichtungen zugeordnet waren, welche von einer oder
mehreren Steuerstellen des Netzes oder durch Zeitwerke rhythmisch in kurz aufeinanderfolgenden Zeitabständen
betätigt wurden, wobei der Betätigungsrhythmus derart gewählt und bei den einzelnen Stromverbrauchern
zeitlich derart versetzt war, daß während der Einschaltzeiten der Verbraucher eine jeweils annähernd
gleichmäßige Dauerbelastung des Kraftwerkes bzw. des Speisenetzes hervorgerufen wurde. Abgesehen davon,
daß ein rhythmisches Ein- und Ausschalten praktisch nur bei Elektroheizungen in Frage kommt (bei
Beleuchtung und bei motorischen Antrieben wäre dies 50.unmöglich), dürften auch die ständigen Ein- und
Ausschaltstromstöße die Netzbelastung störend beeinflussen. Der hauptsächliche Nachteil liegt jedoch darin,
daß bei einer rhythmischen Verteilung der Energie eine Reihenfolge der Verbraucher festgelegt werden muß,
die nicht immer den tatsächlichen Bedürfnissen dieser Verbraucher gerecht wird.
Eine andere Einrichtung zur Aufteilung der vorhandenen Leistung (oder auch Zusatzleistung) auf die
Verbraucher besteht darin, mittels eines Auswahlschaltwerkes mit einer Grenzwerteinheit, die mehrere
Schwellwertverstärker enthält, einzelne Leistungsklassen zu bilden, und die Verbraucher gruppenweise
aufzuteilen. In verschiedenen Zeitabschnitten wird die zu schaltende Leistung mit einer verschiedenen Anzahl
dieser Leistungsklassen verglichen, und je nach der Anzahl der Leistungsklassen erfolgt die Zu- bzw.
Abschaltung der Verbraucher, wobei jedoch die Reihenfolge stets dieselbe ist. So wird z. B. im
Zeitabschnitt die zuzuschaltende Leistung nur mit der
ersten Leistungsklasse, im zweiten Zeitabschnitt mit zwei Leistungsklassen und im dritten Zeitabschnitt mit
allen drei Leistungsklassen verglichen. Wenn aber z. B. im zweiten Zeitabschnitt wegen der Begrenzung der s
Leistung keine Energie frei wird, erhalten die prioritätsungünstigen Verbraucher trotz des Vergleiches keine
Energie, denn nicht nur die Prioritäten sind starr festgelegt, sondern auch die Gruppierung der Verbraucher
ist unveränderlich. Es kann also unter Umständen κ.
Energie verfügbar sein, die aber trotz Bedarfs einzelner Verbraucher diesen nicht zugeteilt werden kann.
Es ist auch eine zentrale Steuerung für eine Vielzahl von Verbrauchern bekanntgeworden. Den letzteren
wird die Energie aufgrund der Belastung der Speiseleitung des Netzes und aufgrund eines Zeitplanes zugeteilt.
Ferner werden mehrere Daten aus Meßsonden verarbeitet. Der Zeitplan kann sogar durch einen
Rechner aufgestellt werden. Nachteilig daran ist, daß der größte Teil dieser Daten, aufgrund derer die
Energieverteilung vorgenommen wird, gewissermaßen Fremddaten sind, d. h. Daten, die nicht oder allenfalls
nur indirekt von den Verbrauchern mitbestimmt werden, so z. B. die Belastung der gemeinsamen
Speiseleitung. Ferner ist der Rechner lediglich so eingesetzt, daß er aufgrund irgendeines angegebenen
Programms den Zeitplan berechnet, der von den Verbrauchern überhaupt nicht beeinflußt wird. Damit ist
auch hier keine optimale Leistungszuteilung möglich.
Demgegenüber stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, welche in der Lage ist,
trotz Einteilung der Verbraucher nach Prioritäten die zur Verfügung stehende Leistung in jedem Zeitpunkt so
zu verteilen, daß beispielsweise auch prioritätsungünstige Verbraucher kurzfristig Energie erhalten können,
wenn diese von den prioritätsersten Verbrauchern in diesem Zeitpunkt nicht benötigt wird, und welche ferner
in der Lage ist, die dabei gelegentlich auftretende zeitliche Änderung des Gesamtleistungsbedarfs innerhalb
von Grenzen zu halten, welche durch die Gegebenheiten des Speisenetzes bzw. vom Energieversorgungsunternehmen
vorgegeben sind.
Die Einrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Programmier-
und Fernsteuereinheit, die die pro Zeiteinheit maximal zulässige Gesamtbedarfsänderung, sowie die
Maximalbelastung des Speisenetzes festlegt und in die Eingangseinheit eingibt, die diese Werte zusammen mit
dem zeitlichen Energiebedarf und der Priorität der Verbraucher über Spannungsanpassung und/oder Codewandlung
zu Signalen verarbeitet und dem Rechner weiterleitet, der die zu einem Zeitpunkt verfügbare
Gesamtenergie prioritätsentsprerhend aui die Verbraucher
aufteilt und über eine Koordiniereinheit, eine Ausgangseinheit und Halbleiter-Nullpunkt-Leistungsschalter
auf das Speisenetz schaltet.
Ausgestaltungen dieser Einrichtung bestehen darin, daß die Eingangseinheit durch ein in sie eingegebenes
Programm, welches die Energieaufteilung auf die einzelnen Verbraucher festgelegt, steuerbar ist, bzw.
daß der Rechner und die Koordiniereinheit zusätzlich an einen Mikro-, Mini- oder Großcomputer anschließbar
sind, um in ihren Funktionen mindestens zum Teil von dessen Programm gesteuert zu werden.
Es kann außerdem die Eingangseinheit an eine Gruppe von Regel- und Kommandoeinheiten, welche
den einzelnen Verbrauchern zugeteilt sind, angeschlossen sein, um von dieser Gruppe die Werte für den
Leistungsbedarf jedes einzelnen Verbrauchers sowie die Priorität der Leistungszuteilung an die Verbraucher
entgegenzunehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der tirfindungsgemäßen Einrichtung wird anhand der schematischen Zeichnungen
und Diagramme erläutert. Es zeigt
l· ι g. 1 ein Schema der Einrichtung,
F i g. 2 ein Beispiel einer Schwankung des Energiebedarfs während einer bestimmten Zeitspanne und
F i g. 3 den Leistungsbedarf der einzelnen Verbraucher und die durch die Einrichtung ausgeglichene
Gesamtbelastung.
Die Einrichtung weist eine Eingangseinheit 1 auf, welche die Werte der angeforderten Heizleistungen
sowie deren Prioritäten von Reglern und Kommando- und Steuereinheiten 9 entgegennimmt und so aufbereitet,
daß ein nachfolgender Rechner 2 diese Werte übernehmen kann. Aufgrund dieser Werte und jeder für
die Änderungsschnelligkeit und der momentanen, maximal zulässigen Netzbelastung aus einer Programmier-
und Fernsteuereinheit 3 bestimmt der Rechner 2 die Werte der abzugebenden Leistungen für die
einzelnen Verbraucher.
Eine Koordiniereinheit 4 koordiniert die zeitliche Zuteilung der vom Rechner 2 ermittelten Leistungswerte
für die einzelnen Verbraucher. Über eine Ausgangseinheit 5 wird eine Gruppe von Halbleiter-Nullpunkt-Leistungsschaltern
6 betätigt. Diese Schalter speisen die einzelnen Verbraucher 7a—7/7, aus der Stromquelle,
hier aus dem Speisenetz 8 mit den Phasen R, 5und T.
Die Wirkungsweise des Rechners 2 ist aus F i g. 2 ersichtlich. Dabei bedeutet
Pm = max. Leistung, die abgegeben werden darf,
pv = Summe der von der Kommando- und Regeleinheit
9 verlangten Leistungen,
Pa — Summe der an die Verbraucher 7, hier an die
Pa — Summe der an die Verbraucher 7, hier an die
Heizgruppen 7a— 7/7, abgegebenen Leistungen,
ί =Zeit.
ί =Zeit.
Im Zeitbereich A verlangen die einzelnen Energieverbraucher
7a—7η eine Zunahme der Leistung, welche die
maxima! zulässige Änderungsschnelligkeit —r~ max
überschreitet.
Der Rechner
Der Rechner
2 begrenzt die Leistungszunahme
auf den zulässigen Wert und bewirkt dadurch, daß
die effektive Leistungsänderung mit verminderter Schnelligkeit erfolgt. In den Bereichen B (F i g. 2) sind
die geforderten Änderungsgeschwindigkeiten statthaft. Im Bereich C wird eine Leistung verlangt, welche die zur
Zeit maximal zulässige Anschlußleistung der Anlage übersteigt. Der Rechner vermindert nun aufgrund der
Prioritäten der einzelnen Verbraucher die Leistungen derselben, so daß der maximal zulässige Wert Pm nicht
überschritten wird.
Im Bereich D ist die verlangte Leistungsabnahme zu
groß. Auch hier sorgt der Rechner durch langsamere Verringerung der effektiven Leistungssumme, errechnet
aus den Leistungen der einzelnen Verbraucher, dafür, daß diese Verringerung
-jJ- den Wen - ■"-'---m«x
d/ df
d/ df
nicht übersteigt.
Die Koordiniereinheit 4 koordiniert aufgrund der vom Rechner 2 bestimmten Leistungen für die einzelnen
Verbraucher das Ein- bzw. Ausschalten der einzelnen Leistungsschalter 6, so daß ein möglichst kontinuierlicher
Energiebezug aus dem Speisenetz 8 erfolgt und dieser Energiebezug somit nur die zulässigen Änderungen
gemäß der maximalen Änderungsschnelligkeit aufweist (F ig. 3).
Fig.3 zeigt, wie im oberen Figurenteil mehrere
Heizgruppen als Verbraucher Ta-Tn derselben Anschlußleistung
P mit verschiedenen prozentualen Bedarfsleistungen über der Zeit f untereinander
koordiniert werden, damit entsprechend dem unteren Figurenteil die Summenleistung über der Zeit t,
bezeichnet mit Gesamtbelastung, keine unzulässigen Schwankungen aufweist, sondern nur die minimal
zulässige Gesamtbelastungsänderung.
Die vorgesehene Einrichtung eignet sich besonders als Zusatzeinheit zu einer bereits bestehenden Regelanlage
für Großheizanlagen. Sie ermöglicht es dem Energieversorgungsunternehmen, die Parameter der
Belastungsänderung sowie der Gesamtbelastung einei elektrischen Heizanlage zu verändern, und zwar
entweder durch Änderung mittels einer Fernsteuerung oder durch eine bei der Konzessionserteilung abgegebene
Vorschrift, wobei die Einrichtung aufgrund vor Prioritätssignalen bei unzulässigen Änderungen dei
Belastung oder Überbelastung entsprechend korrigie rend einwirkt, indem die Koordiniereinheit 4 die
errechneten Leistungswerte für die einzelnen Verbrau eher 7 über die Halbleiter-Nullpunkt-Leistungsschaltei
6 so zuschaltet, daß für das Speisenetz 8 keine unzulässige Belastungsänderungen entstehen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Einrichtung zur Koordination und Schaltung des
Energiebedarfs mehrerer unabhängig voneinander arbeitender elektrischer Verbraucher, insbesondere
zur Begrenzung der pro Zeiteinheit maximal zulässigen Gesamtbedarfsänderung oder der Maximalbelastung
mit einem Rechner und einer Eingangseinheit für eine jeweilige Netzbelastung und
den zeitlichen Energiebedarf der Einzelverbraucher, gekennzeichnet durch eine Programmier-
und Fernsteuereinheit (3), die die pro Zeiteinheit maximal zulässige Gesamtbedarfsänderung, sowie
die Maximalbelastung des Speisenetzes (8) festlegt und in die Eingangseinheit (1) eingibt, die diese
Werte zusammen mit dem zeitlichen Energiebedarf und der Priorität der Verbraucher über Spannungsanpassung
und/oder Codewandlung zu Signalen verarbeitet und dem Rechner (2) weiterleitet, der die
zu einem Zeitpunkt verfügbare Gesamtenergie prioritätsentsprechend auf die Verbraucher (7)
aufteilt und über eine Koordiniereinheit (4), eine Ausgangseinheit (5) und Halbieiter-Nullpunkt-Leistungsschalter
(6) auf das Speisenetz (8) schaltet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangseinheit (1) durch ein in sie
eingegebenes Programm, welches die Energieaufteilung auf die einzelnen Verbraucher festlegt, steuerbar
ist.
3. Einrichtung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß der Rechner (2) und die Koordiniereinheit (4) zusätzlich an einen Mikro-, Mini- oder
Großcomputer anschließbar sind, um in ihren Funktionen mindestens zum Teil von dessen
Programm gesteuert zu werden.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangseinheit (1) an eine Gruppe
(9) von Regel- und Kommandoeinheiten, welche den einzelnen Verbrauchern (7a—7ri) zugeteilt sind,
angeschlossen ist, um von dieser Gruppe die Werte für den Leistungsbedarf jedes einzelnen Verbrauchers
sowie die Priorität der Leistungszuteilung an die Verbraucher entgegenzunehmen.
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