DE4445559A1 - Leistungssteuerung für getaktete elektrische Verbraucher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungssteuerung für elektrische Verbraucher am öffentlichen Stromversorgungs­ netz, die vorwiegend im Taktbetrieb arbeiten, beispielsweise Leistungssteuerungen für ohm′sche Großverbraucher, Heizungen von Haushaltgeräten und größere Schaltleistungen anderer Art im modernen Haushalt.

Elektrische Verbraucher dürfen zur Vermeidung von schädigen­ den Netzrückwirkungen in das Stromversorgungsnetz nicht be­ liebig häufig ein- und ausgeschaltet werden. Unter Netzrück­ wirkungen ist in diesem Zusammenhang eine als Flicker be­ zeichnete Rückwirkung zu verstehen, die zur Auswirkung Netz­ spannungschwankungen hat, die durch das Schalten von Ver­ brauchern entstehen. Die Stromversorger definieren daher zu­ lässige Schalthäufigkeiten in Abhängigkeit von geschalteten Leistungen. Die zulässige Schalthäufigkeit nimmt mit der Hö­ he der zu schaltenden Leistung ab. Elektronische Leistungs­ steuerungen, die Leistung durch Ein- und Ausschalten eines Verbrauchers steuern, tun dies in aller Regel durch variable Einschaltzeit bei konstanter Periodendauer. Um die Leistung von Verbrauchern möglichst gleichmäßig abzugeben, sollte diese Periodendauer relativ kurz sein. Dies wird mit zuneh­ mender Schaltleistung durch die oben bezeichnete Flickerrate begrenzt. Speziell bei großen Schaltleistungen ist die Peri­ odendauer, die noch zulässig ist, sehr lang.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Leistungssteuerung von ohm′schen Verbrauchern im Taktbetrieb den Flickerwertbe­ dingungen anzupassen.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung die Leistungszu­ führung für überwiegend ohm′sche Starkverbraucher gemäß der Betriebsbedingungen für öffentliche Stromversorgungsnetze kontrolliert steuert, wobei Grenzbedingungen, beispielsweise Netzrückwirkungseffekte, regelnd vermieden werden, indem die Steuerung den Verbraucher leistungsbegrenzend und/oder Peri­ odendauer variierend ansteuert. Eine weitere vorteilhafte Lösung der Aufgabenstellung besteht darin, daß die Verbrau­ cher Heizungen sind, die mit mindestens zwei Vorzugs-Taktpe­ rioden leistungsgesteuert werden.

Es gibt Verbraucher, deren Leistungsaufnahme stark tempera­ turabhängig ist. Solche Verbraucher bedingen bei geringer eingesteuerter Leistung wegen der hohen Einschaltströme eine gegenüber Betrieb mit Nennleistung sehr viel größere Peri­ odendauer. Beispielsweise sind solche Verbraucher Halogen­ kochstellen-Heizungen, ohm′sche Widerstandsheizungen oder leistungsstarke Glühlampen. Handelt es sich um einen Heiz­ körper, beispielsweise eine Halogenkochstellen-Strahlungs­ heizung, dann kühlt diese durch die kurze Ein- und lange Auszeit stark ab und bleibt somit niederohmig, was beim Wie­ dereinschalten eine hohe Leistungsaufnahme zur Folge hat, verbunden mit großen Flickerwerten. Bei konventioneller, bisher üblicher Steuerung muß dadurch die Periodendauer ins­ gesamt sehr lang werden, was die Leistungseinsteuerung mit einer ungleichmäßigen Wirkung versieht.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Die Figur zeigt eine prinzipielle Anordnung einer taktge­ steuerten Verbraucherschaltung. In der Figur sind symbolisch eine Steuerung 1, Eingabeelemente 2, von der Steuerung be­ diente Anzeigen 3, ein Leistungssteller 4 und der von der Steuerung über den Leistungssteller 4 angesteuerte Verbrau­ cher 5 dargestellt. Dabei kann die Steuerung 1 durch die Eingabeelemente eingangsseitig so angewählt werden, daß sie ein Zeit-Leistungsprofil entschlüsselt und entsprechend über den Leistungssteller 4, der in aller Regel ein Leistungsre­ lais ist, die gesteuerte und auf den Verbraucher abgestimmte Leistung abgibt. Es ist allgemein üblich, daß die Steuerung auch Anzeigen bedient, über die das angewählte Programm nochmals entnehmbar, der Zustand des Fortschrittprogrammes angezeigt, und das Ende einer Operation signalisiert wird. Unterstellt man, daß es sich bei dem Verbraucher um Koch­ stellenheizungen bei Haushaltsgeräten, beispielsweise Koch­ flächen, handelt, dann sind diese Heizungen mit mindestens zwei Vorzugstaktperioden von der Steuerung leistungsgesteu­ ert steuerbar. Dabei führt die Steuerung die elektrischen Leistungen in Abhängigkeit von den physikalischen Eigen­ schaften der angewählten Heizkörper zu, wobei die Steuerung für Kochfelder in Abhängigkeit von vorgewählten Leistungstu­ fen energieoptimiert steuert und die Leistungstaktung bei variabler Leistungszuschaltungs-Periodendauer bis zur zuläs­ sigen Netzrückwirkungsgrenze optimiert. Die Heizungen, vor­ genannte Kochfelder betreffend, können dabei konventionelle Strahlungsheizquellen oder Halogen-Strahlungsheizquellen sein. Bei einem Leistungssteller gemäß der Erfindung vari­ iert die Periodendauer der Leistungssteuerung. Mit zunehmen­ der Leistung wir die Periodendauer kürzer. Dies kann bei je­ der einstellbaren Leistungsstufe notwendig werden. In der Regel ist es ausreichend, zwei unterschiedliche Periodendau­ ern zu verwenden, längere Periodendauern bei kleinen Lei­ stungen und kürzere Periodendauer bei mittleren und größeren Leistungen. Für Kochzwecke hat die Erfahrung ergeben, daß feinere Abstufungen keine großen Vorteile mehr erbringen. Die Erfindung ist durch eine Leistungssteuerung gemäß An­ spruch 1 realisiert, es kann aber auch in Abhängigkeit von der Leistungseinstellung eine Anzahl umschaltbarer Zeitmodu­ le angeordnet werden, die eine digitale Zeitsteuerung reali­ sieren. In vorteilhafter Weise kann die Zeitsteuerung hard­ waremäßig ausgeführt sein, beispielsweise durch einen spe­ ziellen ASIC, es kann aber auch über hadwarebedingte Pro­ grammierungsschritte die Zeitsteuerung realisiert sein.

Die Erfindung berücksichtigt in vorteilhafter Weise, daß bei eingesteuerten Leistungen von wenigen Prozent der Gesamtlei­ stung, trotz größerer Periodendauern, beispielsweise etwa 2 Minuten, die Einschaltzeit nur wenige Sekunden beträgt. Die­ se kurzen Leistungsstöße werden durch die thermische Träg­ heit der Kochstellen so weit vergleichmäßigt, daß sich dies nicht auf das zu erwärmende Gargut negativ auswirkt. Ampli­ tuden von einigen Temperaturgraden sind für den Wärmebereich unschädlich und beeinflussen das Garergebnis nicht negativ. Für größere Leistungen im Kochbetrieb wären diese zunehmen­ den Leistungsstöße aber schädlich, da größere Amplituden im Kochbetrieb gleichmäßiges Kochen ausschließen. Es ist daher steuerungsmäßig berücksichtigt, daß sich beispielsweise Ha­ logen-Strahlungsheizungen in den Heizpausen geringer abküh­ len, womit die Einschaltströmen vergleichmäßigt werden, also keine Maximalwerte von Einschaltströmen auftreten können. Damit ist mit zunehmender Leistungseinsteuerung auch eine Verkürzung der Periodendauer möglich, ohne daß die zulässige Flickerrate überschritten wird.

Claims (6)

1. Leistungssteuerung für elektrische Verbraucher am öf­ fentlichen Stromversorgungsnetz, die vorwiegend im Taktbetrieb arbeiten, beispielsweise Leistungssteuerun­ gen für ohm′sche Großverbraucher, Heizungen von Haus­ haltsgeräten und größere Schaltleistung anderer Art im modernen Haushalt, dadurch gekennzei­ chnet, daß eine Steuerung (1) die Leistungszufüh­ rung für überwiegend ohm′sche Starkverbraucher (5) ge­ mäß der Betriebsbedingungen für öffentliche Stromver­ sorgungsnetze kontrollierend steuert, wobei Grenzbedin­ gungen, beispielsweise Netzrückwirkungseffekte, regelnd vermieden werden, indem die Steuerung den Verbraucher leistungsbegrenzend und/oder periodendauer-variierend ansteuert.

2. Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbraucher (5) Kochstellenheizungen sind, die mit mindestens zwei Vorzugstaktperioden lei­ stungsgesteuert werden.

3. Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerung (1) die elektrische Lei­ stung für Kochstellenheizungen in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften der angewählten Heizkörper zuführt.

4. Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Steuerung (1) elektrische Heizungen für Kochfelder in Abhängigkeit von vorgewählten Leistungs­ stufen energieoptimiert steuert, wobei die Leistungs­ taktung bei variabler Leistungszuschaltungs-Perioden­ dauer bis zur zulässigen Netzrückwirkungsgrenze opti­ miert wird.

5. Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerung (1) die Heizleistungstak­ tung für Kochfelder, die konventionelle Strahlungsheiz­ quellen sind, optimiert.

6. Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Steuerung (1) die Heizleistungstaktung für Kochfelder, die Halogen-Strahlungsheizquellen be­ sitzen, optimiert.