网络用户设备

摘要

本发明涉及一种用于供电网络的网络用户设备(10)，所述网络用户设备具有控制单元(14)，其用于控制所述网络用户设备(10)与所述供电网络的功率交换；用于确定所述网络用户设备(10)与所述供电网络的连接点(11)处的电压过零点的装置(13)；和接收单元(12)，其用于接收参考时刻的信号。在此，所述控制单元(14)设置用于确定通过所述装置(13)确定的电压过零点的时刻与所述接收到的参考时刻之间的时间偏移并且根据所述时间偏移控制所述功率交换。

权利要求

1.一种网络用户设备(10)，其用于供电网络，所述网络用户设备具有：控制单元(14)，其用于控制所述网络用户设备(10)与所述供电网络的功率交换；

用于确定所述网络用户设备(10)与所述供电网络的连接点(11)处的电压过零点的装置(13)；

接收单元(12)，其用于接收参考时刻的信号；

其中，所述控制单元(14)设置用于确定通过所述装置(13)确定的电压过零点的时刻与所述参考时刻之间的时间偏移，其特征在于，

所述控制单元(14)设置用于根据所述时间偏移控制所述功率交换，使得争取实现在馈送到供电网络中的功率和从供电网络提取的功率之间的区域平衡。

2.根据权利要求1所述的网络用户设备(10)，其中，所述接收单元(12)实施为无线电接收器。

3.根据权利要求2所述的网络用户设备(10)，其中，所述接收单元(12)设置用于在确定所述参考时刻的情况下考虑信号在所述参考时刻信号的发送器(21)与所述接收单元(12)之间的传播时间。

4.根据以上权利要求中任一项所述的网络用户设备(10)，其实施为馈电器。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的网络用户设备(10)，其实施为用电器。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的网络用户设备(10)，其中，所述网络用户设备(10)设置用于，在预给定的时间段以价格因子加权地累加所交换的功率，其中，所述价格因子确定为所述时间偏移的函数。

7.根据权利要求6所述的网络用户设备(10)，其中，所述控制单元(14)设置用于确定所述时间偏移的带宽并且根据所述带宽定标所述价格因子。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的网络用户设备(10)，其中，所述控制单元(14)设置用于，当所述时间偏移朝着电压过零点滞后于所述参考时刻的方向发生变化时，提高到所述供电网络中的馈送，或降低从所述供电网络的提取。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的网络用户设备(10)，其中，所述控制单元(14)设置用于，通过在预给定的时间段对所确定的时间偏移求平均来求取用于所述时间偏移的基础值，并且根据当前确定的时间偏移与基础值之间的差来控制所述功率交换。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的网络用户设备(10)，其还具有储能器(16')，其中，所述控制单元设置用于借助所述储能器(16')的充电或放电来控制与所述供电网络的功率交换。

说明书

网络用户设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于供电网络的网络用户设备。

背景技术

[0002] 已知供电网络的稳定性要求所馈送(einspeisen)的功率的总和相应于所提取(entnehmen)的功率的总和。因此，供电网络的运营商控制所馈送的能量或所提取的功率，以便维持这种平衡。如果发生不平衡，那么网络频率发生变化。如果所提取的能量例如超过所馈送的能量，那么网络频率下降；如果所馈送的能量超过所提取的能量，那么网络频率上升。

[0003] 因为德国分布式地生产的能源的比例连续地增加，所以电网运营商可以直接访问以控制其馈送功率的馈电器的数量减少。因此，对于许多分布式的能量生产者的规范要求是所述能量生产者根据网络参数、尤其网络频率自主地控制所馈送的功率。

[0004] 此外，文献EP 2875560 A1提出：用电器也确定在该用电器的网络连接点处的网络频率并且将该网络频率与基础值进行比较。作为比较的结果，用电器控制从供电网络提取的电能并且因此有助于自主地实现平衡。

[0005] 因为网络频率在整个相关联的供电网络内必须相等，所以这种控制方法仅仅有助于维持整个电网内的平衡。因此，区域地可能发生电功率的馈送与消耗之间的显著的不平衡，该不平衡需要通过在区域之间传输电功率进行平衡。因为供电网络的距离远的区段之间的传输线路的容量是有限的，所以这些传输线路可能发生过载，尽管在整个网络内存在馈送与消耗之间的平衡。这例如是如下情况：在德国北部馈送很多能量到电网中，而在那里没有实现相当的消耗，并且在德国南部从网络中提取很多能量，而在那里没有实现相当的馈送。

[0006] 因此，值得期望的是提供用于在供电网络中馈送功率或从供电网络提取功率的控制机理，所述控制机理适用于在区域层面确保馈送与提取之间的平衡，从而不需要扩建距离远的网络区域之间的传输线路的容量。

[0007] 在此，电压是一种不足够的或不太合适的指标，因为中压和高压变压器通常配备有调节装置，所述调节装置在运行中改变变压比，以便使局部电压稳定。由于这种电压调节干预，不能够可靠地实现由瞬时电压推导能量潮流方向。

发明内容

[0008] 因此，本发明的任务在于提供一种网络用户设备，该网络用户设备可以以如下方式调节与供电网络的能量交换：争取实现在馈送到供电网络中的功率和从供电网络提取的功率之间的区域平衡。

[0009] 该任务通过根据独立权利要求1所述的网络用户设备实现。在从属权利要求中描述优选的实施方式。

[0010] 根据本发明的用于供电网络的网络用户设备具有控制单元、装置以及接收单元，该控制单元用于控制网络用户设备与供电网络之间的功率交换，该装置用于确定网络用户设备与供电网络的连接点处的电压过零点(Spannungsnulldurchgang)，该接收单元用于接收参考时刻的信号。控制单元设置用于确定通过装置所确定的电压过零点的时刻与参考时刻之间的时间偏移并且根据时间偏移控制功率交换。

[0011] 优选地，根据供电网络在连接区域内或在连接点处的电压过零点的时刻确定参考时刻，在该连接点处，网络区域连接到网络区域之间的传输线路、尤其最高电压等级的线路处。然后，在网络用户设备的网络连接点处的电压过零点的时刻与参考时刻之间的时间偏移可以用作网络区域内馈送与消耗之间的平衡程度的度量。

[0012] 如果在网络区域内生产的能量多于消耗的能量，那么网络用户设备的网络连接点处的电压过零点的时刻在趋势上超前于网络区域的连接点处的电压过零点。直观地说，连接在网络区域中的设备尝试共同地借助所述设备的馈送或消耗特性来提高网络频率，即使网络加速。如果在网络区域内消耗高于生产，那么网络用户设备的网络连接点处的电压过零点的时刻在趋势上滞后于网络区域的连接点处的电压过零点。直观地说，网络区域中的网络用户尝试降低网络频率，即使网络减速。

[0013] 在此，总之应注意，在供电网络内可能产生电压的相位跳变。在用于转化电网电压的变压器站处例如可能发生这种电压的相位跳变并且因此可能发生电压过零点的时间偏移(例如在使用具有DY5开关组的变压器的情况下)。因此有利的是，根据本发明的网络用户设备的控制单元参照时间偏移的基础值调节与供电网络的功率交换。该基础值考虑到参考时刻与电压过零点之间这样的相位移位，该相位移位不归因于区域馈送与区域消耗之间的不平衡。

[0014] 如果在网络用户设备的连接点处确定的时间偏移小于基础值，那么控制单元推断出在网络区域中存在比消耗更多的馈送或比期望更多的馈送，并且降低网络用户设备的馈送或提高该网络用户设备的消耗。反之，如果时间偏移高于基础值，即如果时间偏移朝着电压过零点滞后于参考时刻的方向发生变化，那么控制单元通过降低消耗或提高馈送做出反应。

[0015] 但是，原则上不需要根据供电网络在连接区域中或在连接点处的电压过零点的时刻来确定参考时刻。因此，也可以通过对多个局部 彼此分离的连接点(例如网络区域与不同的传输线路的连接点)处的电压过零点求平均来求取参考时刻。也可以设想，根据其他的网络参数(例如根据在测量位置处确定的传输功率)确定该参考时刻，以便以期望的方式共同地影响在所涉及的网络区域内的所有根据本发明的网络用户设备的功率交换。

[0016] 优选地，网络用户设备中的接收单元实施为无线电接收器。以这种方式避免附加的布线开销，并且使得用于传递正确的参考时刻的基础设施的构建保持得较低。但是不排除有线连接地传输参考时刻。

[0017] 在本发明的一种有利的实施中，接收单元设置用于在确定参考时刻的情况下考虑信号在参考时刻信号的发送器与接收单元之间的传播时间。这在如下情况下是特别重要的：参考时刻的发送器与网络用户设备之间的空间间距如此大，使得用于参考时刻的信号的传播时间对于时间偏移的正确地确定而言是相关的。参考时刻信号的发送器与接收单元之间的间距可以存储在网络用户设备中或者通过网络用户设备自主地确定，例如其方式是：网络用户设备(例如通过GPS信号)绝对地确定或相对于一个或多个具有预知的位置的发送器(例如通过三角测量)确定该网络用户设备的位置。

[0018] 代替电压过零点，也可以将顶点或将任何其他的相位位置考虑为用于确定时间偏移的基础。因此，在本申请的范畴内，概念“电压过零点”不仅包括交流电压变换极性的具体时刻，而且包括交流电压的相位变化过程的每个与此存在固定关系的时刻，该时刻考虑作为参考时刻用于确定时间偏移。例如可以借助PLL(锁相环)算法确定相应的时刻。

[0019] 在本发明的一个实施中，网络用户设备实施为馈电器，例如风力发电厂、光伏设备或热电联产电厂。在这种情况下，控制单元控制到供电网络中的电能馈送。

[0020] 在本发明的另一实施中，网络用户设备实施为用电器。在这种情况下，控制单元控制网络用户设备的消耗。

[0021] 在本发明的另一实施中，网络用户设备具有储能器，其中，控制单元设置用于借助储能器的充电或放电控制与供电网络的功率交换。有利地，网络用户设备的控制单元在这种情况下如此设置，使得该网络用户设备将所生产的能量(该能量由于确定的时间偏移将不会馈送到供电网络中)部分地或完全地转向引导(umleiten)到储能器中，以便对该储能器进行充电。同样地，控制单元可以如此设置，使得该网络用户设备从储能器提取在给定的时刻无法产生、但是应当馈送到供电网络中的电能，从而对该储能器进行放电。类似地，控制单元可以确保：当由于确定的时间偏移而不应从供电网络提取电能时，网络用户设备的用电器从储能器获得电能。明显地，控制单元也可以确保：当确定的时间偏移有利于从供电网络提取功率时，由供电网络对储能器进行充电。

[0022] 除了控制与供电网络的功率交换以外，网络用户设备也可以设置用于在预给定的时间段以价格因子加权地累加所交换的功率，其中，价格因子确定为时间偏移的函数。以这种方式也可以通过网络用户设备同时实现能量计的功能，并且为了能量供应商的结算目的，给所馈送的能量或所提取的能量分配变化的价格，该价格取决于网络区域内的相应的供应情况。以这种方式，可以通过财务激励奖励有助于网络区域的稳定性(即区域消耗与区域馈送之间的平衡)的网络用户设备行为并且相应地在财务上制裁使网络区域不稳定的行为。

[0023] 有利地，控制单元可以设置用于，通过在预给定的时间段对确定的时间偏移求平均来求取时间偏移的基础值，并且根据当前确定的时间偏移与基础值之间的差来控制功率交换。也可以以规则或不规则的时间间距重复确定基础值，以便例如考虑经改变的边界条件，例如考虑网络区域的基础设施通过添加或移除其他的网络用户、变压器站或网络区段而发生的变化。在这种情况下，自适应地实现求取基础值。

[0024] 在网络终端区域 中，最大提取(Bezug)和最大局部生产之间的相位差的带宽可能比在中心处的网络节点的情况下更大。因此，将会相对于所出现的相位差的总带宽实现以价格因子的形式的货币评估。由于这个原因，在网络终端区域中，较大的相位差将会导致与在中心处的网络节点处相同的货币评估、即价格因子的相同的波动宽度。因此，评估参数是在网络节点处合理地存在的基础相位和相位带宽。

[0025] 在本发明的一种有利的设计方案中，控制单元设置用于确定出时间偏移的带宽并且根据带宽定标价格因子。为此，在此不作为时间偏移的函数尤其主动地控制功率交换的情况下，控制单元可以在预给定的时间段观察时间偏移的值。接下来，可以给时间偏移的平均值分配第一价格因子并且给极限值或在统计学上与带宽相关联的、与平均值存在偏差(例如标准偏差σ)的值分配第二价格因子。然后，这两个价格因子例如可以通过线性内插法形成用于为时间偏移的其他值分配价格因子的参考点。尤其可以如此选择对于价格因子的参考点，使得在网络用户设备的网络连接点处的电压过零点滞后的情况下(即在时间偏移值与平均值相比提高的情况下)使用更高的价格因子，并且在电压过零点超前的情况下(即在时间偏移值与平均值相比更小的情况下)更低的价格因子被作为确定的功率交换的依据。因此，在滞后的网络状态下提高馈送在经济上是有利的，而在这种情况下提高消耗相应地是不利的。在超前的网络状态的情况下，在经济上恰好对立地评估馈送和消耗。通过控制功率交换，网络用户设备可以通过经济上有利的运行有助于网络稳定。

[0026] 作为根据时间偏移来控制与供电网络的功率交换的方案的补充，网络用户设备可以根据其他的网络参数、尤其网络频率和/或电压幅度以已知的方式控制功率交换。

[0027] 本发明的另一方面基于以下任务：借助一个网络用户设备或多个网络用户设备确定并且监测网络以内的功率潮流。相应于本发明的这方面，用于供电网络的网络用户设备具有用于确定网络用户设备与供电网络的连接点处的电压过零点的装置以及具有用于接收参考时刻的信号的接收单元。网络用户设备设置用于确定电压过零点相对于参考时刻的时刻并且存储该时刻并且提供用于立刻的或稍后的传递。优选地，网络用户设备检测多个电压过零点并且由此确定、存储和传递网络频率以及电压过零点的相位的时间变化过程。

[0028] 分析处理单元接收关于电压过零点的时刻的数据或关于网络频率和/或多个网络用户设备的相位的时间变化过程的数据，该分析处理单元可以是网络用户设备的部分或者是远离网络用户设备地布置的自主单元。分析处理单元由这些数据根据参考时间确定关于这些网络用户设备中的各两个的电压过零点之间的相位偏移的信息并且由此生成关于相位偏移的时间变化过程的信息。此外，分析处理单元设置用于由相位偏移的时间变化过程确定在相应的网络用户设备之间运行的网络区段的功率潮流变化的时间变化过程。通过校准关于网络用户设备中的各两个之间的相位偏移的信息(例如通过在已知所涉及的网络区段中的功率潮流的情况下确定参考相位偏移)可以推断出该网络区段中的当前的功率潮流。优选地，通过分析处理单元执行这种校准，使得分析处理单元在校准后能够求取关于相应的网络用户设备之间的所涉及的网络区段中的功率潮流的信息。

[0029] 可以通过如下方式改善校准的质量：在多个功率潮流已知的情况下确定相位偏移(尤其当这些功率潮流是允许的功率潮流的极限值时)。替代地，可以使用关于所涉及的网络区段的阻抗的认识或合理的假设，以便执行或改善校准。

[0030] 也可以通过如下方式提高确定电压过零点的时刻的精度：确定多个电压过零点的时刻并且在假设在确定多个电压过零点的时刻期间网络频率恒定的情况下求平均。

[0031] 在本发明的这个方面的第一实施方式中，第一网络用户设备布置在变压器的第一侧并且第二网络用户设备布置在变压器的第二侧。在这种配置中可以通过分析处理单元监测通过变压器的功率潮流。

[0032] 有利地，分析处理单元设置用于，当由相位偏移所确定的、网络区段中的功率潮流超出对于该网络区段所允许的值范围时，产生警告信号并且优选地传输给通信伙伴。由此，例如可以显示网络区段的过载或布置在网络区段中的网络部件的过载并且通过合适的反作用理想地避免该过载。

[0033] 在另一有利的实施方式中，分析处理单元向上级单元或向网络用户设备本身传递确定的功率潮流信息。在后者的情况下，网络用户设备可以根据所传递的功率潮流信息改变其馈送特性，尤其反作用于(entgegenwirken)不期望的功率潮流。上级单元也可以采取合适的措施，以便反作用于不期望的功率潮流。

[0034] 配属于本发明的另一方面的本方法包括以下步骤。在第一网络用户设备中，相对于第一网络用户设备中接收到的参考时间信号确定与第一网络用户设备连接的供电网络的电压过零点的第一时刻。在第二网络用户设备中，相对于第二网络用户设备中接收到的参考时间信号确定与第二网络用户设备连接的供电网络的电压过零点的第二时刻。由这些时刻的差来求取在将第一网络用户设备和第二网络用户设备连接的网络区段中的功率潮流。为此，在已知功率潮流的情况下和/或在认识到或假设了关于所连接的网络区段的功率阻抗的情况下，可以使用通过确定时刻差进行校准。如果所求取的功率潮流超出允许的值范围，那么可以产生并且传输警告信号。

附图说明

[0035] 以下借助附图阐述本发明，其中：

[0036] 图1示出根据本发明的网络用户设备；

[0037] 图2示出供电网络的网络区域的示意图；并且

[0038] 图3示出供电网络的不同点处的电压变化过程。

具体实施方式

[0039] 图1示出根据本发明的网络用户设备10的内部结构。网络用户设备10具有用于与供电网络连接的连接点11。这种连接可以在一相或三相处实现。装置13与连接点11连接，以便确定与连接端11连接的供电网络的电压过零点的时刻。此外，网络用户设备10具有接收单元12，该接收单元尤其能够接收作为无线电信号的外部的时间信号。将时间信号传递到装置13，在该装置中将该时间信号与电压过零点的时刻进行比较，以便确定这两个时刻之间的时间偏移。将比较的结果传递到网络用户设备10的控制单元14，该控制单元就其而言通过连接端15、16、17与用电器17'、发电机15'和/或储能器16'连接。控制单元14根据这个时间偏移来控制在供电网络与用电器17'、发电机15'和/或储能器16'之间通过连接点11的功率交换。为此，控制单元14可以单独地或共同地改变通过连接端15、16、17的功率潮流，以便控制与供电网络的功率交换。在此，用电器17'、发电机15'和/或储能器16'可以是网络用户设备10的部分，由此该网络用户设备用作馈电器、用电器或存储器，或者网络用户设备10可以是如下的自主设备：这些部件连接在该设备处或该设备控制这些部件。

[0040] 根据本发明的网络用户设备10可以在网络区域23以内使用在不同位置处，如图2中示意性地示出的那样。根据本发明的网络用户设备10可以与根据本发明的其他网络用户设备任意组合地使用，也可以与非根据本发明的网络用户设备任意组合地使用。这种网络用户设备可以具有用电器、发电机和/或电功率的存储器。因此，在图2所示的实施例中，连接到用电器17'处的网络用户设备10实施为自主设备，而其他的根据本发明的网络用户设备10具有存储器16'和/或发电机15'。

[0041] 网络区域23在连接点处连接到传输线路22，在该连接点处同时布置有发送器21。在此，发送器21发送包含参考时刻作为信号信息的无线电信号。优选地，根据传输线路22的电压过零点确定参考时刻。

[0042] 不同的根据本发明的网络用户设备10接收该无线电信号并且对该无线电信号关于参考时刻方面进行分析处理。在此，基于发送器与接收器之间的空间间距分别考虑无线电信号的传播时间。

[0043] 在网络区域23以内，以离散的网络阻抗25的形式表示供电网络的阻抗。这些离散的网络阻抗引起供电网络中的相位移位，该相位移位与网络阻抗25的位置处流过的功率相关。通过变压器24可能引起其他的相位移位，这些其他的相位移位可具有与功率无关的组成部分，这些变压器匹配供电网络以内的电压水平。网络阻抗25和变压器24的这些相位移位沿着网络区域内的线路累加，从而供电网络的不同点之间的相位移位是对于这些点之间的网络功率潮流的方向和大小的度量(Maβ)并且因此是在这些点中的至少一个点的区域内的馈送与消耗之间的局部不平衡的度量。

[0044] 在图3中，在下图中示出发送器21的位置处的在时间上的电压变化过程30并且在上图中示出在网络用户设备10的接收单元12的位置处的在时间上的电压变化过程30。相比于在发送器21的位置处在时间T的电压过零点，在接收单元12或网络用户设备10的位置处的电压过零点发生在晚了时间偏移 的时间t0。在此，ω相应于网络频率并且相应于相位偏移。相位偏移或时间偏移可以划分成与网络区域中的馈送与消耗之间的平衡状态相关的部分和与该平衡状态无关的部分。这个无关的部分能够以上文描述的方式确定并且考虑作为基础值。优选地，根据本发明的网络用户设备10与网络的功率交换仅通过上述相关的部分确定，从而反作用于网络区域中的馈送与消耗之间的不平衡。根据网络区域23内的负载分布如何变化的情况，相位偏移可以作为时间的函数在波动宽度内变化。

[0045] 图3也可用于阐述根据本发明的另一方面确定功率潮流。在此，所示的电压变化过程30可以理解为两个网络用户设备10的位置处的电压变化过程，所述两个网络用户设备具有如图1中那样的接收单元12。在这种情况下，参考时间信号不需要参照在供电网络的其他位置处的电压过零点，而是例如可以是通过GPS无线电信号传输的原子钟的时间信号。分配给上图的网络用户设备在时间t0确定电压过零点，而分配给下图的网络用户设备在时间T确定电压过零点。在此，时间偏移 与网络区段中的功率潮流和该网络区段的线路阻抗、尤其该网络区段的电感相关，该网络区段连接上述两个网络用户设备。如果对于两个功率潮流值例如已知所属的时间偏移Δt，那么也可以通过内插法或外插法给每个其他的时间偏移分配所属的功率潮流。在此，需要注意的是：当网络用户之间尤其布置有可能引起网络相位的跳变的变压器时，不一定需要给零的功率潮流分配零的时间偏移。在这种情况下，也可以给零的功率潮流分配与零不同的时间偏移或相位偏移。

[0046] 附图标记列表

[0047] 10  网络用户设备

[0048] 11  连接点

[0049] 12  接收单元

[0050] 13  装置

[0051] 14  控制单元

[0052] 15  连接端

[0053] 15' 发电机

[0054] 16  连接端

[0055] 16' 储能器

[0056] 17  连接端

[0057] 17' 用电器

[0058] 21  发送器

[0059] 22  传输线路

[0060] 23  网络区域

[0061] 24  变压器

[0062] 25  网络阻抗

[0063] 30  电压变化过程