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能量分布系统的控制装置和用于控制能量分布系统的方法

阅读:844发布:2021-04-13

专利汇可以提供能量分布系统的控制装置和用于控制能量分布系统的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 题为“ 能量 分布系统的控制装置和用于控制能量分布系统的方法”。本发明涉及用于能量分布系统的控制装置,该能量分布系统采用它包括到交流供电系统的连接并且还包括多个预定负载这样的方式体现,该多个预定负载具有能量存储容量并且可以在每个情况下根据需要依靠相应 开关 设备采用电方式持续半波或整数倍的所述半波的持续时间地电连接到交流供电系统并且所述负载在连接时在它们的额定输出处操作。控制装置此外为了在对于至少一个负载的优化范围内建立并且考虑具有相等总持续时间的至少两个非连续 块 时期来代替连续控制时期的目的而提供。,下面是能量分布系统的控制装置和用于控制能量分布系统的方法专利的具体信息内容。

1.用于能量分布系统(14)的控制装置(12)
-所述能量分布系统(14)采用其包括到交流供电系统(18)的连接(16)并且还包括多个预定负载(26,28,30)这样的方式体现,所述多个预定负载(26,28,30)具有能量存储容量并且可以在每个情况下根据需要依靠相应开关设备(20,22,24)采用电方式在半波或整数倍的所述半波的持续时间内连接到所述交流供电系统(18)并且所述负载在连接时以它们的额定输出操作,
-其中提供所述控制装置(12)以为了采用相应负载(26,28,30)由所述交流供电系统(18)在1s至几个100s的预定共同循环时期(64,92,112)内的相应控制时期(48)内以在时期内平均的相应预定电能大小供电这样的方式控制所述相应开关设备(20,22,24)的目的,-其中提供所述控制装置(12)以为了在所述共同循环时期开始之前采用在循环时期(64,92,112)期间所述交流供电系统(18)上的电加载(74,78,102,120)依靠所述负载(26,
28,30)而优化以创建尽可能恒定的加载曲线图这样的方式在所述共同循环时期(64,92,
112)内建立所述相应控制时期(48)的开始(46)和结束的目的,
其特征在于,
此外提供所述控制装置(12)以为了在对于至少一个负载(26,28,30)的优化范围内建立并且考虑具有相等总持续时间的至少两个非连续时期(54,60)来代替连续控制时期(48)的目的。
2.如权利要求1所述的控制装置,其特征在于提供所述控制装置以为了在确定块时期(54,60)时考虑来自关联负载(26,28,30)的额外数据的目的,并且所述数据包含关于所述共同循环时期(64,92,112)内的块时期(54,60)是否是相应负载(26,28,30)最大限度可容许以及有多少块时期(54,60)对于相应负载(26,28,30)是最大限度可容许的信息。
3.如权利要求2所述的控制装置,其特征在于来自所述相应负载(26,28,30)的额外数据包含关于块时期(54,60)的哪个最小持续时间对于所述相应负载(26,28,30)是可容许的信息。
4.如上述权利要求中任一项所述的控制装置,其特征在于所述控制装置为了对多个连续循环时期(64,92,112)确定并且应用控制时期(48)或者更确切地说块时期(54,60)的目的而提供。
5.如权利要求4所述的控制装置,其特征在于所述控制装置为了在连续循环时期(64,
92,112)期间考虑对于相应负载(26,28,30)的不同预定电能大小的目的而提供。
6.如权利要求1-3中任一项所述的控制装置,其特征在于所述控制装置为了控制基于半导体的开关设备的目的而提供。
7.如权利要求1-3中任一项所述的控制装置,其特征在于所述控制装置为了控制基于晶闸管的开关设备的目的而提供。
8.用于控制能量分布系统(14)的方法,所述能量分布系统(14)采用其包括到交流供电系统(18)的连接(16)并且还包括多个预定负载(26,28,30)这样的方式体现,所述多个预定负载(26,28,30)具有能量存储容量并且可以在每个情况下根据需要依靠相应开关设备(20,22,24)采用电方式在半波或整数倍的所述半波的持续时间内连接到所述交流供电系统(18)并且所述负载在连接时以它们的额定输出操作,所述方法包括下列步骤:
-提供1s至几个100s的相应循环时期(64,92,112)的持续时间,
-确定在所述循环时期(64,92,112)内平均的相应预定电能大小,从交流供电系统(18)以所述相应预定电能大小对负载(26,28,30)中的每个供电,
-弄清对于负载(26,28,30)中的每个的相应控制时期(48)的合成持续时间(50),-在所述循环时期(64,92,112)内关于所述交流供电系统(18)上的电加载(74,78,102,
120)的尽可能恒定的曲线图、依靠负载(26,28,30)对相应控制时期(48)的开始(52)的迭代优化,其中考虑依靠多个累加相等长度的块时期(54,60)代替控制时期(48)的可能性并且其中在该情况下,确定相应块时期(54,60)的开始(52,58)和持续时间(56,62),-根据所述控制时期(48)或者更确切地说自所述循环时期(64,92,112)的起始时间的所述块时期(54,60)的优化开始(46,52,58)和持续时间(50,56,62)来控制所述开关设备(20,22,24)。

说明书全文

能量分布系统的控制装置和用于控制能量分布系统的方法

[0001] 本发明涉及能量分布系统的控制装置,该能量分布系统采用它包括到交流供电系统的连接并且还包括多个预定负载这样的方式体现,该多个预定负载具有能量存储能并且可以在每个情况下根据需要依靠相应开关设备在半波或整数倍的所述半波的持续时间上电连接到交流供电系统并且所述负载在连接时在它们的额定输出处操作,其中控制装置为了采用相应负载由交流供电系统在预定共同循环时期内在相应控制时期上以在时期上平均的相应预定电能大小供电这样的方式控制相应开关设备的目的而提供,并且其中控制装置为了在所述共同循环时期开始之前采用在循环时期期间交流供电系统上的电加载依靠负载而优化以创建尽可能恒定的加载曲线图这样的方式在共同循环时期内建立相应控制时期的开始和结束的目的而提供。

背景技术

[0002] 不可能在没有过多支出的情况下存储电能并且因此电能必须精确地在其被消费者消耗的时刻产生,这大体上是已知的。越可能提前准确确定消耗,电能产生的调度越高效并且需要的备用容量越小。用于产生电能的调度越长,实现起来越容易。然而易于提前调度例如燃电站一天的操作,这在例如几个100s的短时期内实际上不可能。负载精确地在该短时期内具有尽可能少的不可估量波动,这因此是可取的,也就是说,加载曲线图在短时期内优化成尽可能恒定值。
[0003] 具有能量存储能力的负载(例如电热炉)频繁地在工业能量分布网络中使用,这也是已知的。能量采用热能的形式存储,这使得可能在供应电能时在特定极限内(例如在几个100s的循环时期内)实现关于时间的灵活性。负载根据要持续控制时期供应的平均能量在循环时期内在它的额定输出处操作并且持续循环时期的剩余时间地被切断。当在循环时期内适当建立控制时期时,可能相应地采用均一方式配置多个负载的累加消耗。对于该类型的规程的对应示例例如在专利文件EP 0563790 A2中描述。
[0004] 尽管使负载分布优化,累加加载曲线图在循环时期内经常是不可取地不规则的并且可能需要更长时期用于计算优化规程,这已证实为不利的。
[0005] 基于该现有技术,本发明的目标是提供这样的控制装置,其使得可能进一步改进负载分布。提供对应方法,这也是本发明的目标。
[0006] 该目标凭借背景技术中提到的那类控制装置而实现。这凭借控制装置此外为了在对于至少一个负载的优化规程的范围内建立并且考虑具有相等总持续时间的至少两个非连续时期来代替连续控制时期的目的而提供这一事实来表现。

发明内容

[0007] 本发明的基本思想在于偏离现有技术在循环时期内提供具有相等累加长度的多个块时期来代替具有预定持续时间的单个控制时期这一事实,该单个控制时期从要供应的平均电输出得到。这依靠负载的能量存储能力而呈现出可能,由于此而可能在循环时期内既划分又替换所述负载的控制时期。循环时期典型地持续不超过几个100s。可能存储例如机械、热或电能。这在优化规程的范围内在不同负载的细分期间产生额外灵活性。相当普遍地,具有可以在循环时期中自由选择的控制时期的那些负载被视为具有能量存储能力的负载。能量分布网络的负载的数量例如是20至100个,其中它们的相应输出例如在几kW至超过1MW的范围内。
[0008] 优化规程的目的要视为实现在循环时期内所有负载的尽可能恒定的累加加载曲线图。这也理解成意指使最大消耗最小化,也就是说,消除负载峰值。
[0009] 该灵活性参考可以对于例如1s至几个100s的循环时期执行的优化规程的示范性示例来解释。在循环时期内要供应给每个负载的平均能量大小是已知的并且例如对生产规程的技术方面提出要求。这起初用于确定要在循环时期内接通相应负载所针对的相应所需控制时期,其中控制时期的位置起初尚未确定。
[0010] 在后续步骤中,负载按优先级顺序设置,在优化规程期间要按该优先级顺序考虑它们。这使得可能例如对具有高能量要求的负载定优先级。最大优化负载在控制时期期间接通所处的时间点在循环时期开始时出现。随后,负载在循环控制时期(其相对于剩余循环时期中的时间是仍然可接受的)接通所处的时间点紧跟该控制时期的结束。
[0011] 在确定负载在控制时期期间接通所处的时间点之后形成所有之前建立的负载的累加加载曲线图并且它在循环时期中出现“加载倾斜”的时期中建立,这是优选的。在下一个步骤中,确定负载在控制时期期间接通所处的哪个时间点适合于填充“加载倾斜”。在该情况下出现这样的困难:在每个情况下,适合的控制时期理想地还包括优选持续时间,其使得可能完全填充“加载倾斜”。
[0012] 凭借将具有预定长度的控制时期细分成具有相等累加持续时间的多个块时期,一方面,供应给负载的平均电能保持恒定并且另一方面,可以自由选择块时期的持续时间使得“加载倾斜”可以用相应地关于时间调整的块时期来准确填充。有利地可能采用该方式来实现循环时期内进一步改进的加载曲线图。此外,因为具有足够恒定加载曲线图的可能不同的技术方案的数量较大,可以更快获得结果。
[0013] 然而,依靠引入块时期而同样改进的多个另外的优化方法是可行的。为此要注意在该申请的范围内,术语“优化”并不在严格数学意义上理解,即要找到所有可能技术方案中最好的。相反,包括要限定为足够恒定的加载曲线图的每个技术方案要视为最佳的。
[0014] 负载接通所处的相应时间点在循环时期的起始时间之前依靠控制装置确定。控制装置是计算设备,其具有工作存储器,该工作存储器具有用于控制例如开关设备的对应接口选项。还提供通信设备(依靠其例如能够使控制装置参数化),这是优选的。在控制装置的存储器中提供对应程序产品并且所述对应程序产品执行优化规程。一旦完成优化规程,控制装置根据自循环时期开始的确定时期来控制开关设备。
[0015] 开关设备使得可能使负载持续至少半波或者说半个时期长度的持续时间地与交流供电网络完全分离。在50Hz网络频率的情况下,该持续时间是10ms的半波。
[0016] 根据本发明的控制装置的特别优选变化形式,所述控制装置为了在确定块时期时考虑来自关联负载的额外数据的目的而提供,并且所述数据包含关于在共同循环时期内块时期是否是相应负载最大限度可容许的以及有多少块时期是相应负载是最大限度可容许的信息。
[0017] 根据负载类型和它在生产过程中的重要性,将控制时期细分成多个块时期,对此可以被证实为不利的。因此根据本发明提供它是为了向控制装置供应额外信息数据并且从而排除在优化规程期间例如来自块形成的负载。额外数据可以例如通过在控制装置的存储器中输入对应参数而供应给控制装置,然而,该类型的数据也通过通信信道直接从相应负载的控制设备供应。如果负载的边界条件在生产过程中改变(例如由于电炉加热),与它的平稳操作相比后者特别有利。
[0018] 采用相似方式,根据本发明还规定来自相应负载的额外数据包含关于块时期的哪个最小持续时间是相应负载可容许的信息。根据负载类型和它在生产过程中的重要性,如果未实现块时期的最小持续时间,例如如果它在100ms的值以下,则这可以被证实为不利的。这样的未能实现最小持续时间在优化规程期间采用该方式被有利地阻止。
[0019] 根据本发明的控制装置的特别优选的变化形式,所述控制装置为了对于多个连续循环时期确定并且应用控制时期或块时期的目的而提供。因此,确保控制装置或者说由所述控制装置控制的能量分布网络的连续操作。
[0020] 根据本发明的控制装置的另外的变化形式,所述控制装置为了在连续循环时期期间考虑对于相应负载的不同预定电能大小的目的而提供。在动态变化的生产过程期间采用该方式动态更改默认参数,这特别有利。
[0021] 同样可能规定两个连续循环时期的长度关于彼此动态调整,例如来提供具有50s长度的第一循环时期并且提供具有75s长度的后续循环时期。
[0022] 根据本发明的控制装置的特别优选的设计变化形式,所述控制装置为了控制基于半导体的开关设备特别是基于晶闸管的开关设备的目的而提供。晶闸管由于它们在完成交流供电网络的电压的半波的每个情况下接通或阻断的开关行为而极其适合。
[0023] 本发明的目标还凭借用于控制能量分布系统的方法而实现,该能量分布系统采用它包括到交流供电系统的连接并且还包括多个预定负载这样的方式设计,该多个预定负载具有能量存储容量并且可以根据需要在每个情况下依靠相应开关设备采用电方式在半波或整数倍的所述半波的持续时间上连接到交流供电系统,并且所述负载在连接时在它们的额定输出处操作,所述方法包括下列步骤:
[0024] -提供相应循环时期的持续时间,
[0025] -确定在循环时期内平均相应预定电能大小,交流供电系统以该电能大小对负载中的每个供电,
[0026] -弄清对于负载中的每个的相应控制时期的合成(resultant)持续时间,[0027] -在循环时期内关于交流供电系统上的电加载的尽可能恒定的曲线图、依靠负载对相应控制时期的开始的迭代优化,其中考虑依靠多个累加相等长度的块时期代替控制时期的可能性并且其中在该情况下,确定相应块时期的开始和持续时间,
[0028] -根据控制时期或者说自循环时期的起始时间的块时期的优化开始和持续时间来控制开关设备。
[0029] 改进且加速的负载划分的合成优势已经在根据本发明的控制装置的范围内描述,所述控制装置为了执行至少该方法的基本步骤的目的而提供。
[0030] 另外的有利可能实施例在另外的从属权利要求中是明显的。附图说明
[0031] 本发明、另外的实施例和另外的优势参考在图中图示的示范性实施例详细描述。
[0032] 在图中:
[0033] 图1图示具有控制装置的示范性能量分布系统,
[0034] 图2图示对于出现时期的综览,
[0035] 图3图示交流供电系统的示范性加载曲线图,
[0036] 图4图示根据本发明具有优化的示范性加载曲线图以及
[0037] 图5图示根据现有技术具有优化的示范性加载曲线图。

具体实施方式

[0038] 图1在截面图10中示出图示具有控制装置12的示范性能量分布系统14。能量分布系统包括多个负载26、28、30,例如电热负载,或还包括具有电能存储设备的负载,其通过相应开关设备20、22、24(例如晶闸管控制器)依靠电连接16连接到供电网络18。
[0039] 控制装置12在该情况下包括计算设备(其具有存储在它的存储器中的优化程序产品),并且还包括通信接口以便使得能够采用使加载优化的方式通过控制连接32来控制开关设备20、22、24。此外,控制装置12经由通信接口从数据存储设备34接收与负载26、28、30有关的额外数据并且该额外数据采用动态方式经由数据连接36直接从相应负载26、28、30的相应控制装置供应给所述数据存储设备。
[0040] 图2图示根据本发明限定的时期的综览图像40。交流供电网络的电压的正弦电压曲线图42在图的上部图示,其中在50Hz频率的情况下,半波长度是10ms。
[0041] 在图的下部中绘制时间轴t并且所述时间轴的标度对应于具有两个半波的网络期44的持续时间。具有标号64的箭头指示15个时期的示范性循环时期,在50Hz因此是300ms。
[0042] 控制时期48在第一网络期后在46处开始并且在10个网络期的持续时间上持续,如由具有标号50的箭头指示的。在根据本发明的优化规程的范围内,该控制时期48可以例如被两个累加相等长度块时期替代。第一块时期54例如在第二网络期后在52处开始并且持续八个网络期的持续时间56并且第二块时期60例如在第十三个网络期后在58处开始并且持续两个网络期的持续时间62。累加起来,对两个变化形式中的每个产生十个网络期的持续时间。
[0043] 图3图示在图示70中的交流供电系统的示范性加载曲线图。没有任何优化的示范性加载曲线图在左边区域中图示,其具有标号72。根据由牵涉的操作确定并且在该情况下总计为在循环时期的长度T0的20%与90%之间的控制时期,不同的负载L1、L2、L3、L4、L5图示为在彼此之上的条,其中每个条起初在循环时期开始时开始,也就是说,没有任何优化。相应条的厚度对应于相关负载的额定输出使得条的面积最终是循环时期内负载的电能要求的尺度。
[0044] 条的面积在图形上累加为没有任何优化的加载曲线图74,其中为了清楚起见,垂直线图示循环时期的10%量化。如果加载未被优化,加载曲线图74明显不可取地围绕平均值80波动,这显然是明显的。
[0045] 具有优化的示范性加载曲线图在右边区域中用标号76图示。负载L1、L2、L3、L4和L5或者说代表所述负载的条的控制时期的起始时间点在优化规程的范围内调整并且这特别导致负载L4的起始时期被半个循环时间替换。负载L2的控制时期分成两个块时期并且每个块时期的起始时间相应地延迟。
[0046] 具有优化的累加加载曲线图78图示几乎没有围绕平均值80的波动。然而应参考本发明范围内的优化规程在严格数学意义上不视为优化这一事实。
[0047] 图4图示根据本发明在图示90中具有优化的示范性加载曲线图。在循环时期92内图示对于三个负载L1、L2、L3的两个连续控制时期98、100并且还图示两个块时期94、96,并且所述时期采用作为图形增加而产生的加载曲线图102在循环时期92内尽可能恒定这样的方式确定,其中在该示例中,它是完全恒定的。在没有将块时期94、96细分的情况下,该类型的恒定曲线图将不可能,如在后续图中图示的。
[0048] 图5图示根据本发明在图示110中没有优化的示范性加载曲线图。在循环加载期112内图示对于三个负载L1、L2、L3的三个连续控制时期114、116、118,其中负载L1的控制时期未精确地细分成两个累加相等长度块时期。在优化规程的范围内实现加载曲线图120的恒定累进(progression),这是不可能的;相反,由于控制块不可避免地彼此重叠这一事实,在加载曲线图中不可能避免不可取的波动。
[0049] 附图标记列表
[0050] 10           具有控制装置的示范性能量分布系统
[0051] 12           控制装置
[0052] 14           能量分布系统
[0053] 16           连接
[0054] 18           交流供电系统
[0055] 20           第一开关设备
[0056] 22           第二开关设备
[0057] 24           第三开关设备
[0058] 26           第一负载
[0059] 28           第二负载
[0060] 30           第三负载
[0061] 32           控制连接
[0062] 34           数据存储设备
[0063] 36           数据连接
[0064] 40           综览图像-时期
[0065] 42           电压曲线图-交流供电网络
[0066] 44           具有两个半波的网络期
[0067] 46           控制时期的开始
[0068] 48           控制时期
[0069] 50           控制时期的持续时间
[0070] 52           第一块时期的开始
[0071] 54           第一块时期
[0072] 56           第一块时期的持续时间
[0073] 58           第二块时期的开始
[0074] 60           第二块时期
[0075] 62           第二块时期的持续时间
[0076] 64           循环时期
[0077] 70           交流供电系统的示范性加载曲线图
[0078] 72           没有优化的负载曲线图和加载曲线图
[0079] 74           没有优化的加载曲线图
[0080] 76           具有优化的负载曲线图和加载曲线图
[0081] 78           具有优化的加载曲线图
[0082] 80           时间上平均的加载
[0083] 90           根据本发明具有优化的示范性负载曲线图
[0084] 92           循环时期
[0085] 94           负载L1的第一块时期
[0086] 96           负载L1的第二块时期
[0087] 98           L2的控制时期
[0088] 100     L3的控制时期
[0089] 102      循环时期内的加载曲线图
[0090] 110      根据现有技术具有优化的示范性负载曲线图
[0091] 112      循环时期
[0092] 114      L1的控制时期
[0093] 116      L2的控制时期
[0094] 118      L3的控制时期
[0095] 120      循环时期内的加载曲线图
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