EP0718742A2

EP0718742A2 - Leistungssteuerung für getaktete elektrische Verbraucher

Info

Publication number: EP0718742A2
Application number: EP95117858A
Authority: EP
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Plankl; Ralf Dipl.-Ing. Schneider (Fh); Günther Dipl.-Ing. Wittauer (FH)
Original assignee: Bosch Siemens Hausgerate GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1995-11-13
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: DE59509682D1; DE4445559A1; EP0718742B1; ES2167398T3; EP0718742A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungssteuerung für elektrische Verbraucher am öffentlichen Stromversorgungsnetz, die vorwiegend im Taktbetrieb arbeiten, beispielsweise Leistungssteuerungen für ohm'sche Großverbraucher, Heizungen von Haushaltgeräten und größere Schaltleistung anderer Art im modernen Haushalt, wobei eine Steuerung (1) die Leistungszuführung für überwiegend ohm'sche Starkverbraucher (5) gemäß der Betriebsbedingungen für öffentliche Stromversorgungsnetze kontrollierend steuert, wobei Grenzbedingungen, beispielsweise Netzrückwirkungseffekte, regelnd vermieden werden, indem die Steuerung den Verbraucher leistungsbegrenzend und/oder periodendauer-variierend ansteuert. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungssteuerung für elektrische Verbraucher am öffentlichen Stromversorgungsnetz, 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 schädigenden Netzrückwirkungen in das Stromversorgungsnetz nicht beliebig häufig ein- und ausgeschaltet werden. Unter Netzrückwirkungen ist in diesem Zusammenhang eine als Flicker bezeichnete Rückwirkung zu verstehen, die zur Auswirkung Netzspannungschwankungen hat, die durch das Schalten von Verbrauchern entstehen. Die Stromversorger definieren daher zulässige Schalthäufigkeiten in Abhängigkeit von geschalteten Leistungen. Die zulässige Schalthäufigkeit nimmt mit der Höhe der zu schaltenden Leistung ab. Elektronische Leistungssteuerungen, 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 zunehmender Schaltleistung durch die oben bezeichnete Flickerrate begrenzt. Speziell bei großen Schaltleistungen ist die Periodendauer, die noch zulässig ist, sehr lang.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Leistungssteuerung von ohm'schen Verbrauchern in Taktbetrieb den Flickerwertbedingungen anzupassen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung die Leistungszuführung 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 Periodendauer variierend ansteuert. Eine weitere vorteilhafte Lösung der Aufgabenstellung besteht darin, daß die Verbraucher Heizungen sind, die mit mindestens zwei Vorzugs-Taktperioden leistungsgesteuert werden.
Es gibt Verbraucher, deren Leistungsaufnahme stark temperaturabhängig ist. Solche Verbraucher bedingen bei geringer eingesteuerter Leistung wegen der hohen Einschaltströme eine gegenüber Betrieb mit Nennleistung sehr viel größere Periodendauer. Beispielsweise sind solche Verbraucher Halogenkochstellen-Heizungen, ohm'sche Widerstandsheizungen oder leistungsstarke Glühlampen. Handelt es sich um einen Heizkörper, beispielsweise eine Halogenkochstellen-Strahlungsheizung, dann kühlt diese durch die kurze Ein- und lange Auszeit stark ab und bleibt somit niederohmig, was beim Wiedereinschalten eine hohe Leistungsaufnahme zur Folge hat, verbunden mit großen Flickerwerten. Bei konventioneller, bisher üblicher Steuerung muß dadurch die Periodendauer insgesamt 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 taktgesteuerten Verbraucherschaltung. In der Figur sind symbolisch eine Steuerung 1, Eingabeelemente 2, von der Steuerung bediente Anzeigen 3, ein Leistungssteller 4 und der von der Steuerung über den Leistungssteller 4 angesteuerte Verbraucher 5 dargestellt. Dabei kann die Steuerung 1 durch die Eingabeelemente eingangsseitig so angewählt werden, daß sie ein Zeit-Leistungsprofil entschlüsselt und entsprechend über den Leistungsssteller 4, der in aller Regel ein Leistungsrelais 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 Kochstellenheizungen bei Haushaltgeräten, beispielsweise Kochflächen, handelt, dann sind diese Heizungen mit mindestens zwei Vorzugstaktperioden von der Steuerung leistungsgesteuert steuerbar. Dabei führt die Steuerung die elektrischen Leistungen in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften der angewählten Heizkörper zu, wobei die Steuerung für Kochfelder in Abhängigkeit von vorgewählten Leistungstufen energieoptimiert steuert und die Leistungstaktung bei variabler Leistungszuschaltungs-Periodendauer bis zur zulässigen Netzrückwirkungsgrenze optimiert. Die Heizungen, vorgenannte Kochfelder betreffend, können dabei konventionelle Strahlungsheizquellen oder Halogen-Strahlungsheizquellen sein. Bei einem Leistungssteller gemäß der Erfindung variiert die Periodendauer der Leistungssteuerung. Mit zunehmender Leistung wir die Periodendauer kürzer. Dies kann bei jeder einstellbaren Leistungsstufe notwendig werden. In der Regel ist es ausreichend, zwei unterschiedliche Periodendauern zu verwenden, längere Periodendauern bei kleinen Leistungen 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 Anspruch 1 realisiert, es kann aber auch in Abhängigkeit von der Leistungseinstellung eine Anzahl umschaltbarer Zeitmodule angeordnet werden, die eine digitale Zeitsteuerung realisieren. In vorteilhafter Weise kann die Zeitsteuerung hardwaremäßig ausgeführt sein, beispielsweise durch einen speziellen ASIC, es kann aber auch über hadwarebedingte Programmierungsschritte die Zeitsteuerung realisiert sein.
Die Erfindung berücksichtigt in vorteilhafter Weise, daß bei eingesteuerten Leistungen von wenigen Prozent der Gesamtleistung, trotz größerer Periodendauern, beispielsweise etwa 2 Minuten, die Einschaltzeit nur wenige Sekunden beträgt. Diese kurzen Leistungsstöße werden durch die thermische Trägheit der Kochstellen so weit vergleichmäßigt, daß sich dies nicht auf das zu erwärmende Gargut negativ auswirkt. Amplituden von einigen Temperaturgraden sind für den Wärmebereich unschädlich und beeinflussen das Garergebnis nicht negativ. Für größere Leistungen im Kochbetrieb wären diese zunehmenden Leistungsstöße aber schädlich, da größere Amplituden im Kochbetrieb gleichmäßiges Kochen ausschließen. Es ist daher steuerungsmäßig berücksichtigt, daß sich beispielsweise Halogen-Strahlungsheizungen in den Heizpausen geringer abkühlen, 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

Leistungssteuerung für elektrische Verbraucher am öffentlichen Stromversorgungsnetz, die vorwiegend im Taktbetrieb arbeiten, beispielsweise Leistungssteuerungen für ohm'sche Großverbraucher, Heizungen von Haushaltgeräten und größere Schaltleistung anderer Art im modernen Haushalt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung (1) die Leistungszuführung für überwiegend ohm'sche Starkverbraucher (5) gemäß der Betriebsbedingungen für öffentliche Stromversorgungsnetze kontrollierend steuert, wobei Grenzbedingungen, beispielsweise Netzrückwirkungseffekte, regelnd vermieden werden, indem die Steuerung den Verbraucher leistungsbegrenzend und/oder periodendauer-variierend ansteuert.
Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher (5) Kochstellenheizungen sind, die mit mindestens zwei Vorzugstaktperioden leistungsgesteuert werden.
Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (1) die elektrische Leistung für Kochstellenheizungen in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften der angewählten Heizkörper zuführt.
Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerung (1) elektrische Heizungen für Kochfelder in Abhängigkeit von vorgewählten Leistungsstufen energieoptimiert steuert, wobei die Leistungstaktung bei variabler Leistungszuschaltungs-Periodendauer bis zur zulässigen Netzrückwirkungsgrenze optimiert wird.
Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (1) die Heizleistungstaktung für Kochfelder, die konventionelle Strahlungsheizquellen sind, optimiert.
Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerung (1) die Heizleistungstaktung für Kochfelder, die Halogen-Strahlungsheizquellen besitzen, optimiert.