AT510356A1 - EMERGENCY POWER SUPPLY SYSTEM FOR REMOTELY RESTORING THE OWN REQUIREMENTS VOLTAGE IN TERMINALS AFTER A POWER FAILURE - Google Patents

EMERGENCY POWER SUPPLY SYSTEM FOR REMOTELY RESTORING THE OWN REQUIREMENTS VOLTAGE IN TERMINALS AFTER A POWER FAILURE Download PDF

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AT510356A1
AT510356A1 AT0145610A AT14562010A AT510356A1 AT 510356 A1 AT510356 A1 AT 510356A1 AT 0145610 A AT0145610 A AT 0145610A AT 14562010 A AT14562010 A AT 14562010A AT 510356 A1 AT510356 A1 AT 510356A1
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voltage
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substation
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Thomas Weiss
Horst Veitl
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Wien En Stromnetz Gmbh
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
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    • Y02B10/70Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Description

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Wienstrom GmbHWienstrom GmbH

Die Erfindung betrifft ein Notstromvcrsorgungssystem zur ferngesteuerten Wiederherstellung der Eigenbedarfsspannung in Umspannwerken nach einem Stromausfall, bei dem die Eigenbedarfsreserve des Umspannwerks erschöpft wurde.The invention relates to a Notstromvcrsorgungssystem for remotely controlled restoration of intrinsic voltage in substations after a power failure, in which the internal reserve of the substation was exhausted.

Moderne Versorgungs-Stromnetzverbunde lassen sich üblicherweise in die vier Spannungsebenen, Höchstspannung, Hochspannung, Mittelspannung und Niederspannung, einteilen. Als Höchstspannung wird die Spannungsebene von Großkraftwerken und Uberland-Femleitungen bezeichnet. Die Höchstspannung kann beispielsweise 380 kV betragen. Als Hochspannung wird üblicherweise die Spannungsebene mittelgroßer Kraftwerke, industrieller Kraftwerke und von industriellen Abnehmern bezeichnet; je nach Netzverbund kann sie beispielsweise bei 110 kV liegen. Als Mittelspannung wird die Spannungsebene bezeichnet, mit der beispielsweise Stadtversorgungsnetze betrieben werden, beispielsweise mit 10 oder 20 kV. Auf dieser Ebene liegt üblicherweise auch die Einspeisung kleiner Kraftwerke, von Windparks und Solarkraftwerken. Als Niederspannung wir die unterste Spannungsebene eines Versorgungsnetzes bezeichnet, wie etwa der Dreiphasen-Wechselstrom, der zur Versorgung von Endverbrauchern mit einer Spannung von 230 und 400 Volt eingesetzt wird.Modern utility power grids can usually be divided into the four voltage levels, maximum voltage, high voltage, medium voltage and low voltage. The maximum voltage is the voltage level of large power plants and Uberland Femleitungen referred. The maximum voltage may be 380 kV, for example. As high voltage, the voltage level of medium-sized power plants, industrial power plants and industrial customers is usually referred to; Depending on the network, for example, it may be 110 kV. As medium voltage, the voltage level is referred to, operated with the example of city utilities, for example, 10 or 20 kV. At this level is usually also the feeding of small power plants, wind farms and solar power plants. As low voltage we mean the lowest voltage level of a supply network, such as the three-phase alternating current, which is used to supply end consumers with a voltage of 230 and 400 volts.

Als Umspannwerke zwischen der Höchst- und der Hochspannungsebene dienen sehr große Anlagen, über die oftmals ganze Großstädte oder erhebliche Teile davon angespeist werden. An den Umspannwerken werden beispielsweise über Kuppelumspanner mehrere 110-kV-Netzgruppen (im folgenden der Einfachheit halber als „Netzgruppe“ bezeichnet) mit Spannung beaufschlagt. Diese Umspannwerke zwischen den beiden oberen Spannungsebenen werden im Folgenden als „Kuppelumspanner“ bezeichnet, wobei diese Bezeichnung rein der sprachlichen Abgrenzung gegenüber den anderen Umspannwerken dient und keinerlei Einschränkung auf bestimmte Umspanntechniken implizieren soll.As substations between the high and the high voltage level very large plants are used, over which often whole cities or substantial parts of it are fed. At the substations, for example, via dome repeaters several 110 kV grid groups (hereinafter referred to simply as "network group") are charged with voltage. These substations between the two upper voltage levels are referred to below as "delta repeaters", this designation is purely the linguistic delimitation compared to the other substations and should not imply any restriction to certain Umspanntechniken.

Eine Netzgruppe kann beispielsweise ein Stadtgebiet oder einen Industriekomplex mit Storm versorgen. Jede Netzgruppe enthält meist mehrere „kleinere“ Umspannwerke, welche die Mittelspannungsnetze mit Spannung beaufschlagen. Diese Umspannwerke sind, im Falle eines Stadtnetzes, über das ganze Stadtgebiet verteilt, wobei viele davon unbesetzt sind, da sie ferngesteuert arbeiten und nur für Wartungsarbeiten ein Eingriff vor Ort erforderlich ist.For example, a network group can provide a metropolitan area or industrial complex with Storm. Each network group usually contains several "smaller" substations, which apply voltage to the medium-voltage networks. These substations are, in the case of a city network, distributed throughout the city, many of which are unoccupied, as they operate remotely and require on-site intervention only for maintenance purposes.

Die letzte Schnittstelle zwischen der Mittelspannungs- und der Niederspannungsebene bilden Trafostationen, von denen mehrere Endverbraucher, z.B. ein Wohnblock, eine Siedlung oder eine Ortschaft mit Strom versorgt werden.The last interface between the medium voltage and low voltage levels are transformer stations, several of which are end users, e.g. a block of flats, a settlement or a village are supplied with electricity.

Aufgrund der herrschenden Sicherheitsvorkehrungen sind Stromausfälle zumindest in Europäischen Stromnetzen relativ selten, dennoch kommt es im Zuge von Unwettern und Gewittern durch Blitzschlag oder umstürzende Bäume manchmal zum Ausfall von Teilen des jeweiligen Stromnetzes. Noch seltener sind ganze Netzgruppen von Ausfallen betroffen, wobei solche Ausfälle bei Spitzenbelastungen dennoch auftreten können, etwa bei erhöhtem Strombedarf aufgrund besonders heißer oder kalter Witterungsbedingungen, ln solchen Fällen kann das betroffene Umspannwerk meist innerhalb weniger Minuten wieder zugeschaltet werden, in Ausnahmefallen dauert dies auch etwas länger, jedoch nur sehr selten mehr als 3 Stunden.Due to the prevailing safety precautions, power failures are relatively rare, at least in European electricity grids. However, in the event of storms and thunderstorms caused by lightning or falling trees, sometimes parts of the respective power grid fail. Even more rarely are entire network groups affected by failures, whereby such failures can still occur at peak loads, such as increased power requirements due to particularly hot or cold weather conditions, ln such cases, the affected substation can usually be switched back within a few minutes, in exceptional cases, this takes a bit longer, but rarely more than 3 hours.

Der schlimmste anzunehmende Fall, also der Ausfall eines ganzen Nctzverbundes, wie etwa ein Stromausfall im gesamten europäischen Stromnetz, ist äußerst unwahrscheinlich und in Europa beispielsweise noch nie eingetreten, ln anderen Regionen, etwa im Nordosten der USA, sind solche Großausfalle jedoch bereits mehrmals tatsächlich eingetreten, und auch beim moderneren europäischen Netzverbund kann die Möglichkeit eines Totalausfalles nicht ausgeschlossen werden. Es bestehen daher europaweit Richtlinien, wie in den einzelnen Regionen, also etwa einem nationalen Stromnetz, bei einem kompletten Netzwiederaufbau vorzugehen ist. Dabei existieren mehrere Netzwiederaufbaukonzepte, je nachdem von welcher Spannungsebene bzw. von welchem Standort aus mit dem Wiederaufbau begonnen wird.The worst case, ie the failure of an entire network, such as a power outage throughout the European electricity grid, is highly unlikely and has never occurred in Europe, for example. In other regions, such as the northeastern United States, such major failures have already occurred several times , and even with the more modern European network, the possibility of total failure can not be excluded. There are therefore guidelines throughout Europe on how to proceed in the case of a complete grid reconstruction in individual regions, such as a national power grid. There are several network restoration concepts, depending on which voltage level or from which location the reconstruction is started.

Bei einem gesamteuropäischen Stromausfall würde der Netzwiederaufbau beispielsweise in mehreren voneinander getrennten Netzen gleichzeitig erfolgen. Dazu wird ein Teilnetz, beispielsweise ein nationales Netz, vom Rest des Verbundes getrennt, sodass es ein abgeschlossenes Inselnetz bildet. Zuerst wird die Höchstspannungsebene wiederhergestellt, indem ausgehend von einem bestimmten Kraftwerk einzelne Kraftwerke hochgefahren, synchronisiert und zugeschalten werden. Der Versorgungsbereich wird somit Schritt für Schritt erweitert, wobei dieser Vorgang mehrere Stunden in Anspruch nimmt.In the case of a pan-European power outage, for example, network reconstruction would take place simultaneously in several separate networks. For this purpose, a subnetwork, for example a national network, is separated from the rest of the network so that it forms a self-contained island network. First, the maximum voltage level is restored by starting up, synchronizing and connecting individual power plants based on a specific power plant. The coverage area is thus expanded step by step, which takes several hours to complete.

Sobald die Höchstspannung in einem Netzbereich wiederhergestellt ist, kann das Hochspannungsnetz für den sukzessiven Wiederaufbau vorbereitet werden. Jede einzelne 110-kV-Netzgruppe wird dabei für die Wiederzuschaltung so vorbereitet, dass der Einschaltstromstoß für den Kuppelumspanner der die Netzgruppe in einem Zug bespannt möglichst klein gehalten wird.Once the maximum voltage in a grid area is restored, the high voltage grid can be prepared for gradual reconstruction. Each individual 110 kV network group is prepared for reconnection in such a way that the inrush current for the dome transformer, which covers the network group in one go, is kept as small as possible.

Sobald die Hochspannungsebene wiederhcrgestellt ist, können die einzelnen Umspannwerke wieder in Betrieb genommen werden, wobei die Inbetriebnahme nur möglich ist, wenn das Umspannwerke noch über eine ausreichende Eigenbedarfsreserve verfugt. Ein Bespannen eines ferngesteuerten Umspannwerks ohne Eigenbedarfsreserve und damit ohne Schutzeinrichtungen (Sammclschiencn-, Trafo,- Leitungsschutz) ist unzulässig. Die Problematik besteht nicht nur darin, dass keine Schalthandlungen mehr getätigt werden können, sondern vor allem, dass ohne Hilfsspannung kein Schutz zur Verfügung steht.Once the high voltage level is restored, the individual substations can be put back into operation, the commissioning is only possible if the substations still has a sufficient own reserve. A stringing of a remote-controlled substation without own reserve and thus without protective devices (Sammclschiencn-, transformer, - line protection) is inadmissible. The problem is not only that no switching operations can be made more, but above all that no protection is available without auxiliary voltage.

Beim Aufbau eines Inselnetzes kann es bis zu acht Stunden dauern, bis Spannung an den Übergabestellen, d.h, an den Höchstspannungs-Einleitungsbereichen eines bestimmten Netzbetreibers bzw. Lastverteilers, ansteht. Weitere zwei Stunden sind für den Netzwiederaufbau seitens des Lastverteilers vorzusehen, bis jedes Umspannwerk zumindest für den Eigenbedarf wieder mit Spannung versorgt ist.When an island grid is set up, it can take up to eight hours for voltage to reach the transfer points, that is, the maximum voltage lead-in areas of a specific grid operator or load distributor. Another two hours are to be provided for the network restoration on the part of the load distributor until each substation is powered again at least for its own use.

Auf Grund der vorhandenen Batteriekapazitäten bei durchschnittlichem Stationsstrom und totalem Netzausfall kann in den ferngesteuerten Stationen im Netz mit einer Überbrückungszeit von maximal fünf bis sechs Stunden gerechnet werden. Nach dieser Zeit ist in den ferngesteuerten Umspannwerken keine Hilfsspannung mehr vorhanden.Due to the available battery capacities with average station current and total power failure, a maximum of five to six hours can be expected in the remote-controlled stations in the network. After this time, no auxiliary voltage is available in the remote-controlled substations.

Zwar bestehen auf allen Netzebenen Notkonzepte für den Netzwiederaufbau, die Zuschaltung der einzelnen Umspannwerke funktioniert bei einer Störung allerdings nur innerhalb der ersten sechs Stunden. Danach müssten alle einzelnen Werke per Hand mit Hilfe eines Aggregates in Betrieb genommen werden. Ein Besetzen jedes einzelnen Umspannwerkes, um die Batterien rechtzeitig vom Verbraucher zu trennen, ist aufgrund des bei einem totalen Stromausfall zu erwartenden Verkehrschaos (Totalausfall Verkehrsleitzentrale) unrealisti sch.Although there are emergency concepts for grid rebuilding at all grid levels, the connection of the individual substations only works within the first six hours in the event of a fault. After that, all individual plants would have to be put into operation by hand with the help of an aggregate. Occupying each individual substation in order to disconnect the batteries in good time from the consumer is unrealistic due to the traffic chaos to be expected in the event of a total power failure (total failure of the traffic control center).

Die bisherigen Pufferbatterien nehmen einen großen Raum in Anspruch. Daher ist es meist nicht möglich, die Kapazität der Eigenbedarfsreserve einfach zu erhöhen, abgesehen von den hohen Kosten, die damit verbunden währen.The previous backup batteries take up a large space. Therefore, it is usually not possible to simply increase the capacity of the own reserve, apart from the high costs associated with it.

Ziel der Erfindung ist es, das Zuschalten der Umspannwerke für den Netzwiederaulbau wesentlich zu vereinfachen und zu beschleunigen.The aim of the invention is to simplify the connection of the substations for network reconstruction significantly and accelerate.

Das neue System soll unabhängig vom alten Konzept arbeiten und erheblich weniger Platz benötigen als für eine entsprechende Erweiterung der Eigenbedarfsreserve erforderlich wäre.The new system will work independently of the old concept and require considerably less space than would be required for a corresponding expansion of the internal reserve.

Diese und weitere Ziele der Erfindung werden durch das eingangs genannte Notstrom Versorgungssystem dadurch erzielt, dass das Notstromversorgungssystem eine 4 - < « * • k « *These and other objects of the invention are achieved by the emergency power supply system mentioned above in that the emergency power supply system has a 4 - < «* • k« *

Steuereinheit, eine Ladeeinheit und einen von der Ladeeinheit geladenen Zusatzakku aufweist, wobei der Zusatzakku eine Nennspannung aufweist, die der Eigenbedarfsspannung der Eigenbedarfsanlage des Umspannwerks entspricht, wobei die Steuereinheit über eine Kommunikationsverbindung ansteuerbar ist, und wobei ein Energieverteiler der Eigenbedarfsanlagc zur Wiederinbetriebnahmc des Umspannwerks mit der Spannung des Zusatzakkus beaufschlagbar ist. Dadurch lässt sich das Umspannwerk auch nach dem Erschöpfen der Eigenbedarfsenergie, also auch nach einem Stromausfall von mehr als 6 Stunden, von der Ferne aus einschalten, indem der Eigenbedarf durch den Zusatzakku wiederaufgebaut wird. Die Kapazität des Akkus reicht zwar nur für wenige Minuten, dies reicht jedoch für ein Einschalten der Schutzeinrichtungen aus. Nach dem Zuschalten des Umspannwerks wird der Eigenbedarf wieder über die normale Stromversorgung versorgt.The control unit having a charging unit and a charged from the charging unit additional battery, the additional battery has a nominal voltage corresponding to the intrinsic demand voltage of the substation of the substation, wherein the control unit is controlled via a communication link, and wherein a power distributor of Eigenbedarfsanlagc to Wiederinbetriebnahmc the substation with the Voltage of the additional battery can be acted upon. As a result, the substation can be switched on remotely even after the exhaustion of its own energy requirement, ie even after a power failure of more than 6 hours, by rebuilding its own requirements with the additional battery. Although the capacity of the battery is only sufficient for a few minutes, this is sufficient for switching on the protective devices. After switching on the substation, the internal power is supplied via the normal power supply again.

In vorteilhafter Weise kann der Zusatzakku des erfmdungsgemäßen Notstromversorgungssystems einen LIPO-Akku mit einer oder mehreren Zellen aufweisen. LI PO-Akkus zeichnen sich durch eine extrem hohe Energiedichte aus, sodass die Abmessimgcn der üesamtanlage minimiert werden können.Advantageously, the additional battery of the emergency power supply system according to the invention can have a LIPO battery with one or more cells. LI PO batteries are characterized by an extremely high energy density, so that the dimensions of the overall system can be minimized.

Dabei kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Ladeeinheit für die Ladung der einzelnen Zellen des LIPO-Akkus einen Balancer aufweisen, wobei zur Verhinderung einer Tiefentladung der Zellen Spannungsüberwachungsrelais vorgesehen sein können. Der Balancer sorgt für eine gleichmäßige Ladung der Zellen des LIPO-Akkus und verlängert somit deren Lebensdauer,In this case, in an advantageous embodiment of the invention, the charging unit for the charge of the individual cells of the LIPO battery having a balancer, which can be provided to prevent over-discharge of the cells voltage monitoring relay. The balancer ensures a uniform charge of the cells of the LIPO battery and thus extends their life,

Tn vorteilhafter Weise können die einzelnen Zellen des Zusatzakkus durch Trennwände voneinander getrennt angeordnet sein, sodass die Zellen bei einer Beschädigung einer benachbarten Zelle geschützt sind.Advantageously, the individual cells of the auxiliary battery may be separated from each other by partitions, so that the cells are protected from damage to an adjacent cell.

Zur Stromversorgung der Steuereinheit kann in vorteilhafter Weise ein Steuerstromakku vorgesehen sein. Dadurch ist die Energieversorgung der Steuereinheit von der in dem Zusatzakku gespeicherten Notenergiereserve getrennt.For the power supply of the control unit can be provided advantageously a Steuerstromakku. As a result, the power supply of the control unit is separated from the stored power reserve in the additional battery.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann zum Aufladen der Zusatzakkus und gegebenenfalls des Steuerstromakkus eine Wind- eine Solar- oder eine kombinierte Wind-Solarkraftanlage vorgesehen sein. Dadurch ist das Notstrom Versorgungssystem autark. Die Ladung der Zellen kann auch während eines Stromausfalls fortgesetzt werden. ln vorteilhafter Weise kann die Kommunikationsverbindung eine, vorzugsweise über ein Glasfaserkabel geführte, kabelgebundene Verbindung oder eine Funkverbindung sein. Bevorzugt ist eine Glasfaserkabelverbindung, die eine störungsfreie Signalübertragung von • * « · « · • * * * der Steuerzentrale zu dem Umspannwerk auch dann ermöglicht, wenn andere Kommunikationsverbindungen aufgrund des Stromausfalls nicht mehr funktionstüchtig sind.In an advantageous embodiment of the invention may be provided for charging the additional batteries and optionally the Steuerstromakkus a wind- a solar or a combined wind-solar power plant. This makes the emergency power supply system self-sufficient. The charge of the cells can also be continued during a power failure. Advantageously, the communication link may be a wired connection or a radio link, preferably via a fiber optic cable. Preference is given to a fiber-optic cable connection, which allows a trouble-free signal transmission from the control center to the substation even if other communication connections are no longer functional due to the power failure.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Ausgang des Notstromversorgungssystems zur Eigenbedarfsanlagc hin durch eine Entkoppeldiode geschützt sein. Dadurch wird eine Beschädigung der Steuereinheit und des Zusatzakkus verhindert.In an advantageous embodiment of the invention, the output of the emergency power supply system for Eigenbedarfsanlagc be protected by a decoupling diode. This prevents damage to the control unit and the auxiliary battery.

Zur Aufschaltung des Zusatzakkus kann bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein Solid Stale Relais vorgesehen sein. Dieses weist eine geringere Größe auf als ein vergleichbarer Schütz und es ist kein Spulenstrom erforderlich, der die Kapazität der Akkus verringern würde.To connect the additional battery can be provided in a preferred embodiment of the invention, a solid state relay. This has a smaller size than a comparable contactor and no coil current is required, which would reduce the capacity of the batteries.

Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Bereitstellen einer Eigenbedarfsspannung in Umspannwerken nach Stromausfällen, bei denen die Eigenbedarfsreserve des Umspannwerks erschöpft wurde, mittels eines vorzugsweise ferngesteuerten Notstrom Versorgungssystems, wobei das Verfahren an dem Not Stromversorgungssystem die folgenden Schritte aufweist:The invention further relates to a method for providing an intrinsic demand voltage in substations after power outages, in which the intrinsic demand reserve of the substation was exhausted, by means of a preferably remotely controlled emergency power supply system, the method comprising the following steps on the emergency power supply system:

Aufrechterhalten der Ladung eines Zusatzakkus während des Normalbetriebs des Umspannwerks; nach einem Stromausfall, bei dem die Eigenbedarfsreserve des Umspannwerks erschöpft wurde, Empfangen eines Einschaltsignals über eine Kommunikationsverbindung; undMaintaining the charge of a spare battery during normal operation of the substation; After a power failure in which the internal power reserve of the substation has been exhausted, receiving a turn-on signal via a communication link; and

Beaufschlagen eines Energievertcilers einer Eigenbedarfsanlage des Umspannwerks mit der Eigenbedarfsspannung des Zusatzakkus, wobei der Energieverteiler insbesondere die Fcmwirkanlagen und die Schutzeinrichtungen des Umspannwerkes mit Energie versorgt.Energizing an energy converter of a domestic power station of the substation with the auxiliary voltage of the additional battery, the energy distributor in particular supplies the Fcmwirkanlagen and the protective devices of the substation with energy.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch nach einem sehr langem Stromausfall, insbesondere nach einem Stromausfall von über 6 Stunden, das ferngesteuerte Einschalten eines unbesetzten Umspannwerks. Ein Hochfahren des Werks durch vor Ort anwesende Techniker und ein Einschalten des Eigenbedarfssystems mit einem mobilen Aggregat ist nicht erforderlich.The inventive method allows even after a very long power failure, especially after a power failure of over 6 hours, the remote-controlled switching on an unmanned substation. It is not necessary to start up the factory by local technicians and switch on the self-service system with a mobile unit.

In vorteilhafter Weise kann das Einschaltsignal über eine Glasfaserleitung, fern übermittelt werden.In an advantageous manner, the switch-on signal can be transmitted remotely via an optical fiber line.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann zum Aufrechterhalten der Ladung des Zusatzakkus ein Balancer vorgesehen sein • · « · · i • · « · · i * * * * * * .-»ft·-..*·In a further advantageous embodiment of the invention, a balancer can be provided to maintain the charge of the additional battery.

Weiters kann in vorteilhafter Weise der Ladungszustand der Zusatzakkus laufend überwacht werden, wobei bei Erkennung defekter Akkus Fehlermeldungen angegeben werden können. Dies erleichtert die Wartung des Notstromversorgungssystems, welches auch bei Ausbleiben eines Stromausfalls über Jahre hinweg einsatzbereit sein muss.Furthermore, the state of charge of the additional batteries can be monitored continuously in an advantageous manner, whereby error messages can be indicated when defective batteries are detected. This facilitates the maintenance of the emergency power supply system, which must be operational even in the absence of a power failure for years.

Eine beispielhafte Ausfuhrungsform der Erfindung wird im Folgenden anhand erläutender Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigenAn exemplary embodiment of the invention will be described in detail below with reference to illustrative drawings. Show it

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Netzstruktur,1 is a schematic representation of a part of a network structure,

Fig. 2 die für die Erfindung wesentlichen Elemente eines Umspannwerks in stark schematisierter Darstellung,2 shows the essential elements of the invention of a substation in a highly schematic representation,

Fig. 3 eine Schemadarstellung des Eigenbedarfssystems eines Umspannwerks,3 is a schematic representation of the self-consumption system of a substation,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der einzelnen Bauelemente eines erfindungsgemäßen Notstromversorgungssystems undFig. 4 is a block diagram of the individual components of an emergency power supply system according to the invention and

Fig. 5 zeigt in schaubildlicher Darstellung die Aluminiumkonstruktion, auf denen die Zellen des Zusatzakkus angeordnet werden.Fig. 5 shows a perspective view of the aluminum construction on which the cells of the additional battery are arranged.

Zur Erläuterung der verwendeten Begriffe zeigt Fig. 1 einen beispielhaften Feil eines Netzplanes eines Netzbetreibers 21, beispielsweise eines lokalen städtischen Stromanbieters, ln der Darstellung werden eigene Kraftwerken des Net/.betreibers, die an allen Spannungsebenen vorgesehen sein können, der Einfachheit halber nicht dargestcllt. Das regionale Netz des Netzbetreibers ist an ein Höchstspannungsnetz 16 eines Übertragungsnetzbetreibers 22 angebunden, wobei die Anbindung an einer oder mehreren Übergabe stellen 17, 17' erfolgt. An den Übergabestellcn sind über sogenannteTo illustrate the terms used, FIG. 1 shows an example of a network diagram of a network operator 21, for example a local urban power provider. In the illustration, own power plants of the network operator, which may be provided at all voltage levels, are not shown for the sake of simplicity. The regional network of the network operator is connected to a high-voltage network 16 of a transmission system operator 22, wherein the connection to one or more transfer point 17, 17 'takes place. At the Übergabestellcn are about so-called

Kuppelumspanner 18a-18c mehrere Netzgruppen 19a-19c angeschlossen. Die Kuppelumspanner 18a-18c sorgen einerseits für eine Spannungsverringerung von beispielsweise 390 kV im Höchstspannungsnetz auf beispielsweise 110 kV in der Netzgruppe, andererseits sind sie schaltbar, sodass jede Netzgruppe an den Kuppelumspannem 18a-18c vom Stromnetz getrennt und an dieses wieder angebunden werden kann.Dome repeaters 18a-18c several network groups 19a-19c connected. The Kuppelumspanner 18a-18c provide on the one hand for a voltage reduction, for example, 390 kV in the high voltage network to, for example, 110 kV in the grid group, on the other hand, they are switchable so that each network group can be disconnected at the Kuppelumspannem 18a-18c from the mains and connected to this again.

Jede Netzgruppe 19a, 19b, 19c versorgt mehrere Umspannstationen 20a bis 20m, an denen die Verteilnetze beispielsweise mit einer Spannung von 10 oder 20 kV versorgt werden. Im Netzplan der Fig. 1 sind Umspannstationen für 10 kV-Verteilnetze (dies sind die Umspannstationen 20a, 20b, 20c, 20e, 20f, 20g, 20h, 20k, 201 und 20m) und für 20 kV-Verteilnetze (Umspannstationen 20d und 20i) durch unterschiedliche Schaltzeichen dargcstellt, Die einzelnen Umspannstationen 20a bis 20m sind jeweils zu einzelnen w « • «Each network group 19a, 19b, 19c supplies a plurality of substations 20a to 20m, at which the distribution networks are supplied, for example, with a voltage of 10 or 20 kV. In the network of Fig. 1 are substations for 10 kV distribution networks (these are the substations 20a, 20b, 20c, 20e, 20f, 20g, 20h, 20k, 201 and 20m) and for 20 kV distribution networks (substations 20d and 20i) represented by different circuit symbols, The individual substations 20a to 20m are each to individual w «•«

Umspannwerken 1A bis IE zusammengefasst. Diese Umspannwerke 1A bis IE sind räumlich über das gesamte Gebiet des Netzbetreibers verteilt, wobei die meisten dieser Umspannwerke unbesetzt sind und von einer Zentrale ferngesteuert werden. Im Beispielnetz der Fig. 1 sind beispielsweise nur die Umspannwerke 1A und IE, die sich direkt an den Übergabestellen 17, 17’ befinden, besetzte Umspannwerke (dies ist durch die Einrahmung der Bezugszeichen kenntlich gemacht), die anderen Umspannwerke 1B bis ID und 1F sind ferngesteuert.Substations 1A to IE summarized. These substations 1A to IE are spatially distributed throughout the network operator's area, with most of these substations being vacant and remotely controlled by a central office. In the example network of FIG. 1, for example, only the substations 1A and IE, which are located directly at the transfer points 17, 17 ', occupied substations (this is indicated by the framing of the reference numerals), the other substations are 1B to ID and 1F remote controlled.

Die Anzahl der ferngesteuerten Umspannwerke ist von Betreibemetz zu Betreibemetz sehr unterschiedlich. Das Netz des Netzbetreibers der Stadt Wien enthält beispielsweise nur fünf besetzte Umspannwerke. Demgegenüber gibt es in diesem Netz mehr als 50 weitere unbesetzte Umspannwerke, deren einzelne Umspannstationen nur dann aus der Feme geschalten werden können, wenn die Eigenstromversorgung des jeweiligen Umspannwerks aufrecht ist.The number of remote-controlled substations varies greatly from one operator network to the next. The network of the network operator of the city of Vienna, for example, contains only five occupied substations. In contrast, there are more than 50 other unoccupied substations in this network, the individual substations can only be switched from the Feme, if the self-power supply of each substation is upright.

Die unterste Spannungsstufe, die des Versorgungsnetzes, wird durch bekannte Transformatorstationen versorgt, die jedoch im Sinne der Erfindung unproblematisch sind, da sie nach einem Stromausfalle auf Netzgruppenebene nicht eigens eingeschaltet werden müssen, sondern ihre Funktion automatisch bei Anliegen einer Spannung am Verteilnetz wieder aufnehmen. Die Wirkungsweise einer Transformatorstationen ist einem Fachmann bekannt und diese Stationen sind daher aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht dargestellt.The lowest voltage level of the supply network is supplied by known transformer stations, but they are unproblematic in the context of the invention, since they do not have to be turned on after a power failure at network group level, but automatically resume their function when a voltage on the distribution network. The mode of operation of a transformer stations is known to a person skilled in the art, and these stations are therefore not shown in the figures for reasons of clarity.

Fig. 2 zeigt eine schematische Übersicht über ein Umspannwerk 1, in dem ein Eigenbedarfssystem 6 und ein erfmdungsgemäßes Notstromversorgungssystem 3 vorgesehen sind. Als „Eigenbedarf" eines Umspannwerks wird die Glcichstromversorgung der Betriebsmittel des Umspannwerks bezeichnet, wobei sich der Eigenbedarf aus mehreren elektrischen Betriebsmitteln zusammen setzt, die von Eigenbedarfstransformatoren über Gleichrichter versorgt werden. Die Eigenbedarfsanlage 6 ist erforderlich, um den Betrieb der elektrischen Antriebe für die Leistungsschalter, Steuerungen und die diversen Schutzgeräte aufrecht zu erhalten. Als Puffer für die Eigenbedarfsversorgung dienen Bleibatterien, die im Falle eines Stromausfalls eine Eigenbedarfsreserve 2 darstellt. Die Eigenversorgung eines Umspannwerks kann beispielsweise mit zwei hundertfünfzclligen Bleibatterien mit 75Ah Kapazität im Falle eines Stromausfalls bis zu etwa 6 Stunden aufrechterhalten werden.FIG. 2 shows a schematic overview of a substation 1 in which an intrinsic demand system 6 and an emergency power supply system 3 according to the invention are provided. As "own use" a substation is the Glcichstromversorgung the resources of the substation referred to, with their own needs of several electrical equipment is composed, which are supplied by domestic demand transformers via rectifier. The internal power plant 6 is required to maintain the operation of the electric drives for the circuit breakers, controls and the various protection devices. Lead acid batteries, which in the event of a power failure constitute an internal reserve 2, serve as buffers for the internal power supply. The self-supply of a substation can be maintained, for example, with two hundred and five-fold lead acid batteries with 75Ah capacity in case of power failure up to about 6 hours.

Wie in der Einleitung beschrieben, besteht insbesondere bei den unbesetzten Umspannwerken 1B, IC, ID und 1F die Gefahr, dass bei einem großräumigen Stromausfall, bei dem das Übertragungsnetz eines Landes als Inselnetz neu aufgebaut werden muss, die Batterien des Eigenbedarfssystems nicht ausreichen und das Umspannwerk nicht mehr ' · · ·* · « • * · « * · · * » * Α Λ · · " »-*8 ·„· ferngesteuert zugeschalten werden kann, wenn die entsprechende Netzgruppe 19 zu spät an das Stromnetz angeschlossen wird.As described in the introduction, there is the danger, especially in the unoccupied substations 1B, IC, ID and 1F, that in the case of a large-scale power failure in which the transmission network of a country must be rebuilt as an island grid, the batteries of the self-consumption system are insufficient and the substation no longer '' '' * '' * * * * * * * * * * Α · · " »- * 8 ·" can be switched on remotely if the corresponding network group 19 is connected to the mains too late.

Die Eigenbedarfsanlagc 6 weist im Allgemeinen mehrere Energieverteiler 5, 5’, auf, die auch als Sammelschienen bezeichnet werden, und die über Schalter und Dioden miteinander in Verbindung stehen. Ein beispielhaftes Schaltschema einer Eigenbedarfsanlage 6 ist in Fig. 3 dargestcllt. Das Eigenbedarfssystem der Fig. 3 weist drei Energieverteiler auf, die Sammelschienen 5a, 5b und 5c. Die ersten beiden Sammelschienen 5a und 5b sind jeweils mit einer Bleibatterie 2a, 2b verbunden, die als Puffer und Eigenbedarfsreserve dienen. Dies direkt mit einer Batterie verbundenen Sammelschienen 5a, 5b dienen der Stromversorgung der nicht für die Aufschaltung des Umspannwerks notwendigen Systeme, wie etwa der Notbeleuchtung, und sind über einen Schalter 23a miteinander verbunden. Die für die Aufschaltung des Umspannwerks erforderlichen Systeme, also etwa die Femwirkanlagen, die Wechselrichter oder die Schütze, sind an eine gesonderte Sammelschiene 5c angeschlossen. Diese Sammelschiene 5c ist ebenfalls über Schalter 23b, 23c mit den beiden anderen Sammelschienen 5a, 5b verbunden, wobei Dioden 24a, 24b die gesonderte Sammelschiene 5c von den beiden ersten Sammelschienen 5a, 5b einseitig abtrennen, sodass es im Falle eines Stromausfalls auf den ersten Sammelschienen 5a, 5b möglich ist, nur die gesonderte Sammelschienc 5c über das Notstromversorgungssystem 3 mit Strom zu versorgen, um des Umspannwerk wieder an das Netz anzubinden, ohne dass dabei die für diese Aufschaltung nicht erforderlichen Bereiche der Eigenbedarfsversorgung (z.B. die Notbeleuchtung) mit Strom versorgt werden müssen.The domestic power installation 6 generally has a plurality of energy distributors 5, 5 ', which are also referred to as busbars, and which are connected to one another via switches and diodes. An exemplary circuit diagram of an internal demand system 6 is shown in FIG. 3. 3 has three power distributors, the busbars 5a, 5b and 5c. The first two busbars 5a and 5b are each connected to a lead-acid battery 2a, 2b which serve as buffers and internal reserve. This directly connected to a battery busbars 5a, 5b serve the power of not necessary for the connection of the substation systems, such as the emergency lighting, and are connected via a switch 23a. The systems required for the connection of the substation, such as the Femwirkanlagen, the inverter or the contactors are connected to a separate busbar 5c. This busbar 5c is also connected via switches 23b, 23c to the other two busbars 5a, 5b, wherein diodes 24a, 24b separate the separate busbar 5c from the first two busbars 5a, 5b on one side, so that in the event of a power failure on the first busbars 5a, 5b, it is possible to supply only the separate busbars 5c via the emergency power supply system 3 in order to reconnect the substation to the grid, without thereby supplying the areas of the auxiliary power supply (eg the emergency lighting) which are not required for this connection have to.

In Fig. 2 ist die Eigenbedarfsanlage 6 stärker schematisiert dargestellt, wobei die ersten Sammelschienen als eine einzige Sammelschiene 5' dargestelll ist, die über die Diode 24 mit der gesonderten Sammelschiene 5 in Verbindung steht. Die Femwirkanlagen 7, die Schutzeinrichtungen 8 und die Wechselrichter 9 des Umspannwerks 1 sind an die gesonderte Sammelschiene 5 angeschlossen.In Fig. 2, the domestic power plant 6 is shown in a more schematic, wherein the first bus bars dargestelll as a single busbar 5 ', which is connected via the diode 24 with the separate busbar 5 in connection. The Femwirkanlagen 7, the protective devices 8 and the inverter 9 of the substation 1 are connected to the separate busbar 5.

Wenn die Eigenbedarfsreserve 2 verbraucht ist, reicht es im Allgemeinen aus, die gesonderte Stromschiene 5 iür einige Minuten mit Strom zu versorgen, bis das Umspannwerk wieder ans Netz angehängt ist, und die Spannung der Eigenbedarfsanlage 6 über den normalen Weg aufrechterhalten werden kann. Das erfindungsgemäße Not ström Versorgungssystem 3 dient genau zu diesem Zwreck und enthält eine Steuereinheit 11, die über eine Kommunikationsverbindung 4 von einer Leitzentrale aus ansteuerbar ist. Zur Stromversorgung des Notstromversorgungssystems 3 dient ein Steuerstromakku 15, der auch als Pufferbatterie wirkt. Der Steuerstromakku 15, der z.B. ein 12V Bleiakku oder ähnliches sein kann, kann über das Stromnetz aufgeladen werden. Hs kann jedoch auch eine netzunabhängige Stromversorgung vorgesehen sein, etwa eine kombinierte Wind-Solarkraftanlage 25, mit der der Steuerstromakku auch während eines längeren Stromausfalls weiter aufgcladen wird.When the in-house reserve 2 is consumed, it is generally sufficient to power the separate bus bar 5 for a few minutes until the substation is reconnected to the grid and the voltage of the captive facility 6 can be maintained by the normal route. The emergency flow supply system 3 according to the invention serves precisely to this Zwreck and contains a control unit 11 which is controlled via a communication link 4 from a control center. To power the emergency power supply system 3 is a Steuerstromakku 15, which also acts as a backup battery. The control power battery 15, e.g. a 12V lead-acid battery or similar can be charged via the mains. Hs, however, can also be provided a mains-independent power supply, such as a combined wind-solar power plant 25, with which the Steuerstromakku will continue aufgcladen even during a prolonged power failure.

Die Energie, die zum Wicdereinschalten des Umspannwerks benötigt wird, ist in einem Zusatzakku 10 gespeichert, der über eine Ladeeinheit 12 geladen wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht der Zusatzakku 10 aus einem sehr kompakten 230V Lithium Polymer (LIPO) Akkumulator, der wiederum aus einundzwanzig in Serie geschalteten 11,1V Akkupacks (mit je drei Zellen) aufgebaut ist. Die Gesamtbatteriekapazität eines solchen Zusatzakkus beträgt 0,56 kW/h bei einer Gesamtspannung von 230V/Gleichstrom. Der maximale Ausgangsstrom beträgt 25A.The energy needed to turn on the substation is stored in a spare battery 10, which is charged via a charging unit 12. In a preferred embodiment of the invention, the additional battery 10 consists of a very compact 230V lithium polymer (LIPO) accumulator, which in turn is constructed from twenty-one series-connected 11.1V battery packs (each with three cells). The total battery capacity of such additional battery is 0.56 kW / h with a total voltage of 230V / DC. The maximum output current is 25A.

Die Zellen werden einzeln über die separaten Ladeanschlüsse der Akkupacks parallel geladen und balanciert. Das balancierte Laden von LIPOs ist von eminenter Bedeutung für die Lebensdauer der Zellen, da Lithium-Polymer-Zellen beim Laden gegenüber zu hoher Spannung sehr empfindlich sind. Wenn es bei der Ladung zu unterschiedlichen Zellenspannungen kommt, können im Extremfall beim Entladen negative Spannungen an den Zellen auftreten, was die Zerstörung der Zelle zur Folge haben kann und ein erhebliches Brandrisiko birgt.The cells are individually charged and balanced individually via the separate charging connections of the battery packs. The balanced charging of LIPOs is of eminent importance for the life of the cells, since lithium-polymer cells are very sensitive to over-voltage when charging. If different cell voltages occur during charging, in extreme cases negative voltages can occur on the cells during discharge, which can result in the destruction of the cell and pose a considerable fire risk.

Um dies zu vermeiden erfolgt das Laden der Packs sequenziell über einen LIPO-Automatiklader (Ladccinheit 12) mit einem integriertem Balancer 14, wobei die Ladeeinheit 12 den Strom von dem 12V Steuerstromakku 15 bezieht. Falls ein Aufladen des Systems nach Gebrauch notwendig wird, oder wegen eines Ausfalls des Solarmoduls bzw. des Windrads keine ausreichende Ladung möglich ist, ist eine Möglichkeit der Netzladung vorgesehen.To avoid this, the loading of the packs is carried out sequentially via a LIPO automatic charger (charging unit 12) with an integrated balancer 14, the charging unit 12 receiving the power from the 12V control power battery 15. If it becomes necessary to recharge the system after use, or if insufficient charging is possible due to a failure of the solar module or windmill, there is a possibility of mains charging.

Das Notstrom Versorgungssystem 3 ist gegenüber dem Energieverteiler 5 der Eigenbedarfsanlage 6 durch eine Entkoppeldiode 13 geschützt, sodass Spannungsschwankungen der Eigenbedarfsanlage 6 die elektronischen Bauteile des Notstromversorgungssystems 3 nicht beeinträchtigen.The emergency power supply system 3 is protected by a decoupling diode 13 with respect to the power distributor 5 of the auxiliary power unit 6, so that voltage fluctuations of the power-consumption unit 6 do not affect the electronic components of the emergency power supply system 3.

Der oben beschriebene Aufbau kann äußerst kompakt und preisgünstig hergestellt werden, da die verwendeten LIPO-Zellen eine hohe Energiedichte mit dem Vorteil sehr geringer Abmessungen verbinden. Es können im Handel verfügbare LIPO-Zellen verwendet werden, wie sie etwa beim Modellbau, beispielsweise für elektrisch angetriebenc Modellflugzeuge, verwendet werden.The structure described above can be made extremely compact and inexpensive, since the LIPO cells used combine a high energy density with the advantage of very small dimensions. Commercially available LIPO cells may be used, such as those used in model making, for example, for electrically powered model airplanes.

Die Steuereinheit 11 kann eine herkömmliche speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) sein, die vorzugsweise eine Displayeinheit aufweist, über die Status- oderThe control unit 11 may be a conventional programmable logic controller (PLC), which preferably has a display unit, via the status or

Fehlermeldungen ausgegeben werden können. Fehlermeldungen können beispielsweise auf eine defekte LIPO-Zellc hinweisen, die ausgelauscht werden muss.Error messages can be output. For example, error messages may indicate a defective LIPO cell that needs to be replaced.

Im „Normalbetrieb“ des Umspannwerks sorgt das System dafür, dass alle LI PO-Zcllen immer vollständig geladen und einsatzbereit sind.In "normal operation" of the substation, the system ensures that all LI PO cells are always fully charged and ready for use.

Nach einem Stromausfall kann die Steuereinheit 11 des Notstromversorgungssystems 3 über die Kommunikationsverbindung 4 angewiesen werden, den Energieverteiler 5 unter Spannung zu setzten, wodurch die Fernwirkanlagen 7, die Schutzeinrichtungen 8 und die Wechselrichter 9 auch bei aufgebrauchter Eigenbedarfsreserve 2 wieder einsatzbereit sind. Auch wenn die Energie die Energieversorgung nur für 10 bis 15 Minuten aufrechterhält, ist dies ausreichend, um das Umspannwerk ferngelenkt wieder ans Netz anzubinden.After a power failure, the control unit 11 of the emergency power supply system 3 can be instructed via the communication link 4 to put the power distributor 5 under tension, whereby the telecontrol equipment 7, the protection devices 8 and the inverter 9 are ready for use even when used reserve reserve 2. Even if the energy only keeps the energy supply for 10 to 15 minutes, this is sufficient to remotely connect the substation to the grid.

Fig. 4 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild der einzelnen Bauteile eines erfindungsgemäßen Notstromversorgungssystems 3, wobei die einzelnen Elemente im Folgenden anhand eines Ausführungsbcispiels beschrieben werden. AUSFÜHRUNGSBEISPIEL:4 shows a detailed block diagram of the individual components of an emergency power supply system 3 according to the invention, the individual elements being described below on the basis of an exemplary embodiment. Embodiment:

Das folgende Ausfuhrungsbeispiel dient der Erläuterung der Erfindung und soll in keiner Weise einschränkend für den in den Ansprüchen dargelegten Schutzumfang ausgelegt werden.The following exemplary embodiment is illustrative of the invention and is not intended to be construed in any way limiting the scope of the claims set forth in the claims.

Technische DetailsTechnical details

Die Regelung und Überwachung sämtlicher Akku-Zustände werden vorliegend über ein kompaktes Steuergerät von der Firma Siemens (LOGO) realisiert, das mit einem Display versehen ist. Es kann auch ein anderes analog wirkendes Steuergerät eingesetzt werden. Als Pufferspeicher für den Noteigenbedarf werden aufgrund der hohen Energiedichte und der geringen Größe Lithium Polymer Akkus verwendet.The regulation and monitoring of all battery states are realized in the present case via a compact control unit from the company Siemens (LOGO), which is provided with a display. It can also be used another analog acting control unit. As a buffer for the note needs due to the high energy density and the small size lithium polymer batteries are used.

Aufgrund der begrenzten Ein- und Ausgänge des Steuergerätes wird ein sclbstentwickelter Print verwendet. Bleibatterien und eine kombinierte Wind-Solarkraftanlage soll die Stromversorgung des Steuergerätes und die Ladung der Lithium Polymer Akkus gewährleisten. Die Hardware, außer der Wind-Solarkraftanlage und den Bleiakkus, werden in einem Gehäuse für 19 Zoll Schränke untergebracht.Due to the limited inputs and outputs of the control unit, a self-developed print is used. Lead-acid batteries and a combined wind-solar power plant should ensure the power supply of the control unit and the charge of the lithium polymer batteries. The hardware, except for the wind-powered solar power system and the lead-acid battery, are housed in a housing for 19-inch cabinets.

Die Ausgangsspannung ist über Dioden vom Eigenbedarf entkoppelt, sodass kein Stromfluss von der Batterie des Eigenbedarfs zur Notstromversorgung möglich ist. Durch Dioden an der Anspeisung der C-Schiene des Eigenbedarfs, ist auch ein Energiefluss in Richtung der leeren EB-Batterien nicht möglich.The output voltage is decoupled from its own requirements via diodes, so that no current flow from the battery of the own demand to the emergency power supply is possible. Due to diodes at the supply of the C-rail of the own use, an energy flow in the direction of the empty EB-batteries is not possible.

Um die galvanische Trennung während der Ladung zu gewährleisten, ist das Batteriesyslem über das Schütz und ein Gleichstrom Solid State Relais vom Eigenbedarf getrennt. Die Überwachung der Ladevorgänge, die Auskopplung der Fehlermeldung vom Balancer und das unbedingte Verhindern der gleichzeitigen Ladung mehrerer Packs (Kurzschluss über mehrere bis alle Packs) wird von einer Steuereinheit übernommen. Diese Steuerplatine wird vom Pufferakku mit 12V versorgt.To ensure galvanic isolation during charging, the battery system is disconnected from the power supply via the contactor and a DC Solid State Relay. The monitoring of the charging process, the decoupling of the error message from the balancer and the absolute prevention of the simultaneous charging of several packs (short circuit over several to all packs) is taken over by a control unit. This control board is supplied by the buffer battery with 12V.

Ein 5V Festspannungsreglcr erzeugt die Versorgungsspannung für die Elektronik und die Relais. Die Schaltung besteht aus einem Stabilisator mit Entkoppel-Folienkondensatoren (MKP) zur Unterdrückung der Schwingneigung des Bauteils am Eingang und Ausgang, sowie je einem Elko (Elektrolytkondensator) als Puffer am Eingang bzw. Ausgang.A 5V fixed voltage regulator generates the supply voltage for the electronics and the relays. The circuit consists of a stabilizer with decoupling film capacitors (MKP) to suppress the tendency of the component to oscillate at the input and output, as well as one electrolytic capacitor each as a buffer at the input or output.

Aus fünf Kontakten der SPS-Logo, welche ein Bitmuster erzeugen, werden über einen Demultiplexer Steuersignale für einundzwanzig Laderelais, ein Ausgabeschütz und Solid State Relays erzeugt.From five contacts of the SPS logo, which generate a bit pattern, control signals for twenty-one charge relays, an output contactor and solid state relays are generated via a demultiplexer.

Die Spannung der Bleibatterie wird permanent überwacht.The voltage of the lead-acid battery is permanently monitored.

Der Zustand der Laderegler vom Solarpanel und Windgenerator wird vom Steuerelement ausgewertet und bei Versagen automatisch auf Netzladung umgestcllt.The status of the charge controller from the solar panel and wind generator is evaluated by the control and automatically converted to grid charge in case of failure.

Die Ausgangsspannung wird permanent überwacht.The output voltage is permanently monitored.

Die Zellenspannungen der „LIPO-Akkus" werden während des Ladevorgangs überwacht.The cell voltages of the "LIPO batteries " are monitored during the charging process.

Bei Abweichungen der vorgegebenen Werte wird eine Störmeldung abgegeben.If the specified values deviate, a fault message is issued.

Je nach Ladezustand der „LIPO-Akkus“ werden verschiedene Ladeprogramme im Steuergerät aktiviert.Depending on the charging status of the "LIPO batteries", different charging programs are activated in the control unit.

Durch den modularen Aufbau ist das l auschen von Einzelkomponenten nach Störungen jederzeit möglich.Due to the modular design, the leaching of individual components after faults is possible at any time.

Eine Überbrückung der Mess-Eingänge ermöglicht die Simulation einer Entladung zur Akkuzustandskontrolle. Über die Balancerausgangsbuchse ist eine Spannungsmessung der einzelnen Zellen zu Kontrollmessungen während der jährlichen Entladungsprüfung möglich.Bridging the measurement inputs allows the simulation of a discharge for battery state control. Through the Balancer output socket, a voltage measurement of the individual cells to control measurements during the annual discharge test is possible.

Am 12V Bleibatterie-Puffer wird ebenfalls jährlich eine Entladungsmessung durchgefuhrt, um die Dauerleistungsfahigkeit zu gewährleisten.At the 12V lead-acid buffer, a discharge measurement is also carried out annually to ensure the continuous performance.

Lithium Polymer Akku (LIPO)Lithium polymer battery (LIPO)

Einen wesentlichen Vorteil bietet die Verwendung von Lithium-Polymcr-Akkumulatoren. Die hohe Energiedichte der Akkus ist ein wichtiger Aspekt um dieA major advantage is the use of lithium polymer accumulators. The high energy density of the batteries is an important aspect to the

Eigenbedarfsversorgung zu gewährleisten. Einundzwanzig Stück Akkupaeks, mit je drei Zellen in Serie geschaltet, ergeben eine ungefähre Ausgangsgleichspannung von 230 Volt.To ensure self-supply. Twenty-one pieces of battery packs, each with three cells connected in series, give an approximate DC output voltage of 230 volts.

Lithium Polymer Akkus (auch LIPO genannt) sind einer der neuesten Entwicklungen in Sachen Energiespeicher. Im Gegensatz zum Lithium Ionen Akku, der aus flüssigen Elektrolyten besteht wird der Lithium Polymer Akku aus einer gelartigen bis festen Elektrolytfolie erzeugt. Die negative Elektrode ist der Elektrolyt. Die positive Elektrode sind Schichtfolien mit einer Dicke von weniger als 0,1 Millimeter.Lithium polymer batteries (also called LIPO) are one of the latest developments in energy storage. In contrast to the lithium ion battery, which consists of liquid electrolytes, the lithium polymer battery is generated from a gel-like to solid electrolyte foil. The negative electrode is the electrolyte. The positive electrodes are sheet films having a thickness of less than 0.1 millimeter.

Aufgrund der besseren Tonenleitfähigkeit werden vorwiegend Lithium-Polymer-Akkus mit einer gelartigen Konsistenz hcrgestellt. Die Akkus mit fester Elektrolytfolie erreichen erst ab einer Betriebstemperatur von 60°C eine hohe Leitfähigkeit. Die innovative Zusammensetzung der chemischen Eigenschaften des LIPO-Akkus ist der Grund dafür, dass er die höchste Energiedichte von allen bisher auf den Markt vertriebenen Batterien aufweist. Die Herstellungskosten sind wegen der hohen Nachfrage stark gesunken. Durch die individuelle Bauform und aufgrund des geringen Gewichtes werden die Akkus häufig im Modellbau verwendet.Due to the better tone conductivity, mainly lithium-polymer batteries with a gel-like consistency are used. The batteries with solid electrolyte foil reach a high conductivity only from an operating temperature of 60 ° C. The innovative composition of the chemical properties of the LIPO battery is the reason why it has the highest energy density of all batteries marketed so far. The production costs fell sharply due to the high demand. Due to the individual design and the low weight, the batteries are often used in model making.

Eine Nachteil bezügliche der Lebensdauer von Lithium-Polymer Akkus ist die thermische und elektrische Empfindlichkeit. Das Überladen oder Tiefentladen der Akkus kann zur Zerstörung der Zellen fuhren. Es ist daher unbedingt nötig, die Batterien über einen Laderegler, den Balancer, zu laden.A disadvantage with respect to the life of lithium-polymer batteries is the thermal and electrical sensitivity. Overcharging or over-discharging the batteries can lead to the destruction of the cells. It is therefore absolutely necessary to charge the batteries via a charge controller, the balancer.

Bei LIPO-Akkus mit gelartiger Bauform ist darauf zu achten, dass sic in einem Temperaturbereich zwischen Null und sechzig Grad Celsius betrieben werden. Außerhalb dieses Bereichs kann die Zelle schadhaft werden. Das Lagern von entladenen Akku-Packs ist jedenfalls zu vermeiden.For LIPO batteries with a gel-like design, make sure that they are operated in a temperature range between zero and sixty degrees Celsius. Outside this range, the cell may become defective. The storage of discharged battery packs is to be avoided in any case.

Neben der hohen Energiedichte des Lithium-Polymer-Akkus ist auch die individuelle Bauform der Akku-Packs ein Vorteil. Auch können geladene Akkus über Monate ohne Kapazitätsverlust gelagert werden, was die Lebensdauer wesentlich erhöht. Für die Lagerung sollte der Akku auf Nennspannung geladen sein.In addition to the high energy density of the lithium-polymer battery, the individual design of the battery packs is an advantage. Also, charged batteries can be stored for months without capacity loss, which significantly increases the life. For storage, the battery should be charged to nominal voltage.

Ladenload

Das richtige Laden und Entladen von Lithium-Polymer-Akkus ist für die Lebensdauer von größter Bedeutung. Die maximale Spannung von 4.2 V darf auf keinen Fall überschritten werden. Um die Zerstörung des Akkus zu verhindern ist ein spezieller Laderegler unbedingt vorzuschalten. Dieser lädt die Akkus in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird mit konstantem Strom geladen, bis die Zelle die Nennspannung von ca. 3,7 V erreicht hat. Im zweiten SchrittProper charging and discharging of lithium-polymer batteries is of the utmost importance for the lifetime. The maximum voltage of 4.2 V must never be exceeded. In order to prevent the destruction of the battery, it is essential to use a special charge controller. This charges the batteries in two steps. In the first step, it is charged with a constant current until the cell has reached the rated voltage of approx. 3.7V. At the second step

erfolgt die Ladung mit konstanter Spannung bis die Zelle die Ladeschlussspannung von max. 4,2 V erreicht hat. Danach schaltet der Lader cgi er ab und der Akku ist vollständig geladen.the charge is carried out with a constant voltage until the cell reaches the end of charging voltage of max. Has reached 4.2V. Then the charger cgi turns off and the battery is fully charged.

BalancerBalancer

Der Balancer ist ein Laderegler der speziell für Lithium-Akkus entwickelt wurde. Er bietet einen optimalen Schutz beim Laden der Lithium-Zellen. Wie bei Entladcversuchen festgestellt wurde, entladen sich die einzelnen Zellen der Akku-Packs unterschiedlich. Um bei der Ladung gleiche Verhältnisse unter den Zellen zu schaffen gleicht der Balancer die verschiedenen Zellcnspannungen aus.The balancer is a charge controller that was specially developed for lithium batteries. It provides optimal protection when charging the lithium cells. As determined during unloading tests, the individual cells of the battery packs discharge differently. In order to create the same conditions under the cells during charging, the balancer compensates for the different cell voltages.

Die meisten Akku-Packs bestehen aus mehreren in Serie geschalteten Zellen, mit einer Nennspannung von etwa 3,7 V. Um jede Zelle kontrollieren zu können ist je ein Anschluss pro Zelle ausgeführt. Demnach kann der Laderegler nicht nur die Gesamtspannung überwachen, sondern auch jede einzelne Zelle separat. Der Regler lädt die Akkus wie anfangs schon erwähnt in zwei Schritten. Wenn die maximale Spannung von je 4,2 V pro Zelle erreicht ist, schaltet die Ladung ab.Most of the rechargeable battery packs consist of several cells connected in series, with a nominal voltage of about 3.7 V. In order to be able to control each cell, one connection per cell is carried out. Thus, the charge controller can not only monitor the total voltage, but also each individual cell separately. The controller charges the batteries as already mentioned in two steps. When the maximum voltage of 4.2V per cell is reached, the charge shuts off.

Die Ladevorgänge werden mit Hilfe von Leuchtdioden am Gerät angezeigt. Beim Ladevorgang leuchtet die LED grün, ist die Ladung beendet, leuchtet eine andere rot. Blinkt eine LED, so ist ein Defekt einer Zelle festgestellt worden und der Balancer unterbricht den Ladevorgang. Diese Signale werden mit Hilfe eines Optokopplers an das Steuergerät übertragen. So sind die Ladezustände jederzeit beim Display der SPS ablesbar.The charging processes are indicated by LEDs on the device. When charging, the LED lights green, the charge is completed, lit another red. If an LED flashes, a cell defect has been detected and the balancer interrupts the charging process. These signals are transmitted to the controller using an optocoupler. Thus, the charge states are always readable on the display of the PLC.

Prinzip der RegelunaPrinciple of the rule

Balancer arbeiten mit zwei Methoden die Zellenspannung zu regulieren. So ist es einerseits möglich Zellen mit geringem Ladezustand mit einem höheren Strom zu laden. Die am häufigsten gewählte Methode ist, die Zelle mit der höchsten Spannung mit einem Widerstand, der die überschüssige Energie aufnimmt, zu beschälten.Balancers use two methods to regulate the cell voltage. So it is possible on the one hand to charge cells with low state of charge with a higher current. The most commonly chosen method is to apply the highest voltage cell with a resistor that absorbs the excess energy.

Optokoppleroptocoupler

Mit Hilfe eines Optokopplers können die Signaldioden des Balancers ausgewertet und an die Steuereinheit übertragen werden. Wichtig ist, dass bei einem defekten Akku ein Störsignal sofort an die SPS weiter gegeben wird. Es sollte dann im Display der jeweilige kaputte Akku angezeigt werden. Ein einfacher Tausch des Akkupacks gewährleistet dann die weitere Funktionalität.With the help of an optocoupler, the signal diodes of the balancer can be evaluated and transmitted to the control unit. It is important that with a defective rechargeable battery an interference signal is immediately passed on to the PLC. It should then be displayed in the display of the respective broken battery. A simple exchange of the battery pack then ensures the additional functionality.

Optokoppler bestehen aus einer Leuchtdiode, die als Sender fungiert und einer Fotodiode bzw. einen Fototransistor als Empfänger. Beide sind in einem lichtundurchlässigen Gehäuse verschweißt. Je nach Bauart kann im Optokoppler ein Verstärker nachgeschaltet sein um z.B, ein Relais direkt anzusteuern. Zur galvanischen Trennung der Ein- und Ausgangsstromkreisc wird er oft in anderen elektronischen Bauteilen eingesetzt. Das Solid State Relais des Notstrom Versorgungssystems wird ebenfalls mittels eingebauten Optokopplers angesteuert.Optocouplers consist of a light emitting diode, which acts as a transmitter and a photodiode or a phototransistor as a receiver. Both are welded in an opaque housing. Depending on the design, an amplifier can be connected downstream in the optocoupler in order, for example, to control a relay directly. For the galvanic isolation of the input and output circuits, it is often used in other electronic components. The solid state relay of the emergency power supply system is also controlled by means of a built-in optocoupler.

Steuergerät SPS (Siemens LOGO)Control unit PLC (Siemens LOGO)

Die Siemens LOGO wurde für Kleinsteuerungsanlagen wie Rollläden. Beleuchtung oder Hausinstallationen entwickelt. Mit der LOGO können aufgrund ihrer Vielzahl an Sonderfunktionen auch komplizierte Automatisierungen gelöst werden. Sie ist kostengünstig, klein, leicht programmierbar, jederzeit erweiterbar, entspricht der DIN-Norm 43880 und kann auf einer Hutschiene angebracht werden. Die Programmierung der Software des Steuergerätes kann an den jeweiligen Einsatzbereich mit geringem Aufwand angepasst werden.The Siemens LOGO was for small control systems such as shutters. Lighting or home installations developed. Due to their large number of special functions, the LOGO can also be used to solve complicated automations. It is inexpensive, small, easily programmable, expandable at any time, complies with DIN standard 43880 and can be mounted on a DIN rail. The programming of the software of the control unit can be adapted to the respective application with little effort.

Bis zu fünfzig Meldungen können auf dem Display angezeigt werden. So ist auf einem Blick zu erkennen, ob die Akkus defekt, geladen oder entladen sind, oder das System sich gerade im Bereitschaftsmodus befindet bzw. einen Befehl ausführt. Eine Übersicht des Programmablaufes ist deutlich sichtbar.Up to fifty messages can be shown on the display. It can be seen at a glance whether the batteries are defective, charged or discharged, or the system is currently in standby mode or executing a command. An overview of the program flow is clearly visible.

Kombinierte Wind-SolarkraftanlaaeCombined wind solar power plant

Der 12V Bleiakkumulator soll über mehrere Quellen geladen werden. Eines der wichtigsten Dinge ist die Stromversorgung des Steuergerätes. Eine im gewerblichen Handel erworbene Wind-Solarkraftanlage ermöglicht eine Ladung unabhängig vom Netz. Sollte die Anlage aufgrund eines Störfalls außer Betrieb sein, ist eine Ladung aus dem Netz angedacht.The 12V lead-acid battery should be charged via several sources. One of the most important things is the power supply of the control unit. A wind-solar power plant acquired in commercial trade enables a charge independent of the grid. If the system is out of operation due to a fault, a charge from the network is being considered.

Ein eigener Laderegler mit LCD-Bildschirm und Benutzer-Display-Funktionen übernimmt die Ladekontrolle der Bleibatterie. Es können zwei unabhängige Batteriebanken angeschlossen und geladen werden, Über ein digitales LCD-Display werden die verschiedenen Messdaten angezcigt.A separate charge controller with LCD screen and user display functions takes over the charge control of the lead acid battery. Two independent battery banks can be connected and charged. The various measurement data are tapped on a digital LCD display.

Bleibatterie mit 70AhLead acid battery with 70Ah

Der Bleiakku dient zur Ladung der einzelnen Lithium Polymer Akkumulatoren und zur Spannungsversorgung des Siemens LOGO-Steuergerätes. Um eine Überladung der Batterie zu vermeiden, wird ein spezieller Laderegler eingesetzt. Der Akku wird nicht nur aus ***··.. .tö·,.·The lead-acid battery is used to charge the individual lithium-polymer batteries and to supply power to the Siemens LOGO control unit. To avoid overcharging the battery, a special charge controller is used. The battery will not only turn off *** ·· ...

Kostengründen eingesetzt, sondern er eignet sich am besten für die Ausführung einer kombinierten Wind-Solarkraftanlage. Die im Ausführungsbeispiel verwendete Bleibatterie ist ein wartungsfreier 70Ah Gel-Akku. Die einzelnen Zellen sind verschweißt, nur ein Überdruckventil ermöglicht das Austreten von Gasen, die zum Beispiel bei einer Überladung auftreten können. Die gelartige Konsistenz der Batterie wird durch den Zusatz von Kieselsäure zur Schwefelsäure erreicht. Ein Vorteil ist, dass Gclakkus deutlich weniger ausgasen, als die herkömmlichen Bleibatterien. Dadurch entfallt eine regelmäßige Wartung und Befüllung der Batterie. Nachteile treten nur bei einer unsachgemäßen Überladung der Akkus auf, die eine Austrocknung des Akkus zu Folge hat.Cost reasons, but he is best suited for the execution of a combined wind-solar power plant. The lead battery used in the embodiment is a maintenance-free 70Ah gel battery. The individual cells are welded, only one pressure relief valve allows the escape of gases, which can occur, for example, in case of overcharging. The gel-like consistency of the battery is achieved by the addition of silica to sulfuric acid. One advantage is that Gclakkus emit much less oxygen than conventional lead-acid batteries. This eliminates a regular maintenance and filling of the battery. Disadvantages occur only in case of improper overcharging of the batteries, which has a dehydration of the battery.

EntkonneldiodeEntkonneldiode

Die Entkoppeldiodc verfügt über einen Eingang (Anode) und einen Ausgang (Kathode). Ein Stromfluss ist nur von der Anode zur Kathode möglich. Also nur in eine Richtung. Die Diode ist am Ausgang so situiert, dass kein ungewollter Stromfluss die eigene Elektronik zerstören oder beeinträchtigen kann. Die Beeinflussungen durch Fremdspannungen können dadurch vermieden werden.The decoupling diode has an input (anode) and an output (cathode). A current flow is only possible from the anode to the cathode. So only in one direction. The diode is located at the output in such a way that no unwanted current flow can destroy or impair the own electronics. The influence of external voltages can be avoided.

SpannunusüberwachungsrelaisSpannunusüberwachungsrelais

Das Spannungsüberwachungsrelais soll vor einer Tiefentladung der einundzwanzig in Serie geschalteten Lithium Polymer Akkus schützen. Eine Tiefentladung der Akkus kann die Lebensdauer der einzelnen Zellen um ein Vielfaches verringern oder diese sogar zerstören.The voltage monitoring relay is designed to protect against over-discharge of the twenty-one series-connected lithium polymer batteries. A deep discharge of the batteries can reduce the lifetime of the individual cells many times or even destroy them.

Das Relais ist nur dann betriebsbereit wenn die SPS auf den Aktivmodus umschaltet. Sollte es zu einer Tiefentladung kommen und das Relais abfallen, wird ein Signal an das Steuergerät weitergeleitet. Der Aktivmodus wird in diesem Fall abgebrochen und kann erst nachdem die Akkus geladen sind wieder in Betrieb genommen werden. Das Relais ist manuell über einen Regler am Bauteil selbst auf den benötigten Spannungswert einzustcllen.The relay is only ready for operation when the PLC switches to active mode. If there is a deep discharge and the relay drop, a signal is forwarded to the control unit. The active mode is canceled in this case and can only be put back into operation after the batteries have been charged. The relay must be manually set to the required voltage value via a controller on the component itself.

Solid State Relais (SSR)Solid State Relays (SSR)

Das SSR ist ein Halbleiterrelais und ermöglicht das Schalten von sehr hohen Gleichspannungen. Ein Grund für die Auswahl des Bauelementes ist die geringe Größe gegenüber einem vergleichbaren Schütz und der Vorteil, dass kein Spulenstrom den Akkus Kapazität kostet. Bei Solid State Relais wird das Schalten nicht wie herkömmlich mit einem Federkontakt, sondern mittels 1GBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) realisiert. Die galvanische Trennung verschiedener Spannungsebenen übernimmt ein Optokoppler, der in das Gehäuse cingcgossen ist. KühlerThe SSR is a solid state relay that enables the switching of very high DC voltages. One reason for selecting the device is the small size compared to a comparable contactor and the advantage that no coil current costs the battery capacity. For Solid State Relays, the switching is not realized as usual with a spring contact, but with 1GBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The galvanic separation of different voltage levels is carried out by an optocoupler, which is cinched in the housing. cooler

Die elektronischen Bauteile werden durch einen Kühler gekühlt. Wenn elektrische Betriebsmittel hohe Ströme fuhren oder schalten, kommt cs zu einer starken Erwärmung. Sollte ein Kühlkörper alleine nicht ausreichen, so besteht die Möglichkeit einer zusätzlichen Kühlung mittels Lüfter. Die Entkoppcldioden und das Solid-State-Relais sind am Kühlkörper montiert. Die Montage des Kühlers erfolgt auf der I lutschiene der Gehäuserückwand.The electronic components are cooled by a cooler. When electrical equipment is driving or switching high currents, cs comes to a high temperature. If a heat sink alone is not sufficient, there is the possibility of additional cooling by means of fans. The decoupling diodes and the solid-state relay are mounted on the heat sink. The cooler is mounted on the rail of the rear wall of the housing.

Das SchützThe contactor

Spezielle Anforderungen werden an das Schütz gestellt. Da als Spulenspannung zwölf Voll zur Verfügung stehen und der Spulenstrom so gering wie möglich sein sollte um die Batteriekapazität nicht unnötig einzuschränken, wird ein Sondermodell eines Schützes gewählt, der nicht mehr als 230 mA Spulenstrom aufnimmt.Special requirements are placed on the contactor. Since the coil voltage is twelve full and the coil current should be as low as possible in order not to unnecessarily limit the battery capacity, a special model of a contactor is selected, which accommodates no more than 230 mA coil current.

Reihenklemmen Für eine übersichtliche und immer nachvollziehbare Verdrahtung wurden Rcihenklemmen, die auf eine Hutschiene fixiert werden verwendet. Diese können nach belieben nummeriert und angeordnet werden. So kann jederzeit ein Verdrahtungsplan anhand der Nummemfolge erstellt werden.Terminal blocks Terminal blocks that are fixed to a DIN rail were used for clear and always traceable wiring. These can be numbered and arranged as desired. Thus, a wiring plan can be created at any time based on the number sequence.

Neozed-SicherungselementNeozed fuse element

Die Schmelzsicherungen der Neozedelemente sind so konstruiert, dass sie sowohl für Gleichspannung als auch für Wechselspannung eingesetzt werden können (Wechselstrom 500V/ Gleichstrom 250V), Aufgrund ihrer Bauart ist die Sicherung ein zuverlässiger Schutz gegen auftretende Über- bzw. Kurzschlussströmc. Ein Kleben der Kontakte, wie es bei Leitungsschutzschaltem der Fall sein kann, ist ausgeschlossen.The fuse elements of the Neozed elements are designed to be used for both DC and AC (AC 500V / DC 250V). Due to their design, the fuse is a reliable protection against overcurrent and short circuit currents. Gluing the contacts, as may be the case with circuit breaker is excluded.

Wenn der Nennstrom überschritten wird, brennt der in der Sicherung befindliche Schmelzdraht je nach Strom-Zeit-Verhalten durch. Das Kennliniendiagramm vom Hersteller lässt sehr genau nachvollziehen wrann die Sicherung zur Auslösung kommt.If the rated current is exceeded, the fusible wire in the fuse will burn depending on the current-time behavior. The characteristic diagram of the manufacturer can be traced very exactly as soon as the fuse triggers.

Platine S chaltungsent wurf:Board design object:

Um den Stromverbrauch der Schaltung wegen des Batteriebetriebs so gering wie möglich zu halten, können nicht beliebig viele Erweiterungsmodule für die SPS verwendet werden. Um die zweiundzwanzig notwendigen Ausgangszustände zu erreichen, genügen 5 Bit digitale Daten. Mit einem kaskardierten zweistufigen 4 Bit Demultiplexer (Demux) werden aus dem Bitmuster von fünf LOGO-Relaisausgänge am Ausgang des Demux bis zu 32 Kanäle.In order to keep the power consumption of the circuit as low as possible due to the battery operation, it is not possible to use any number of expansion modules for the PLC. To achieve the twenty-two necessary output states, 5 bits of digital data are sufficient. A daisy-chained 4-bit Demultiplexer (Demux) can convert up to 32 channels from the bit pattern of five LOGO relay outputs at the output of the Demux.

Die Zustände 0 und 16 (0 des 2. Bausteins) werden nicht verwendet, weil bei einem Ausfall der SPS dadurch Undefinierte Zustände entstehen können. So ist beim Zustand 0 an allen Eingängen bereits der nullte Ausgang aktiv.The states 0 and 16 (0 of the 2nd block) are not used because in the event of a PLC failure undefined states can arise. For example, with state 0 on all inputs, the zeroth output is already active.

Durch die Verwendung des Demux wird eine Hardwareverriegelung erzielt, die das gleichzeitige Einschalten von zwei oder mehreren Relais zuverlässig verhindert. Das gleichzeitige Einschalten mehrerer Akkus würde über die Ladeleitungen zu unzulässigen hohen Kurzschlussströmen fuhren, die die Zerstörung der Relais, der Akkus und der Leiterplatte zur Folge hätten.By using the Demux, a hardware lock is achieved that reliably prevents the simultaneous switching on of two or more relays. The simultaneous switching on of several batteries would lead to impermissibly high short-circuit currents via the charging lines, which would destroy the relays, the batteries and the printed circuit board.

Die Kaskadierung von zwei Bausteinen, wird mittels eines Inverters und einem der Enable inputs (active LOW) realisiert. Es ist demnach je nach Eingangssignal am Bit 5 immer nur ein Baustein aktiv.The cascading of two blocks is realized by means of an inverter and one of the enable inputs (active LOW). Accordingly, depending on the input signal at bit 5, only one block is active at a time.

Die zweite Enable-Leitung wird zum generellen Abschalten aller Ausgänge benutzt. Die Abschaltung aller Ausgänge ist beim Bitmusterwechsel aufgrund von Laufzeitunterschieden der LOGO- Relaisausgänge notwendig. Im Bercitschaftsmodus und Ruhemodus werden mit der zweiten Enable-Leitung alle Ausgänge sicherheitshalber und zur Reduzierung des Stromverbrauchs abgeschaltet.The second enable line is used to switch off all outputs in general. The shutdown of all outputs is necessary for bit pattern changes due to runtime differences of the LOGO relay outputs. In Bercy mode and Sleep mode, the second enable line shuts off all outputs as a precaution and to reduce power consumption.

Die Spannungsversorgung des Digitalteils der Schaltung und der Relaiskontakte der LOGO übernimmt ein Standart 1A/ 5V Spannungsregler. Die Beschaltung entspricht der Standartapplikation laut Datenblatt. Es sind schaltungsintern keine hohen Ströme zu erwarten, trotzdem wird der Spannungsregler mit einem Fingerkühlkörper gekühlt. Die 5V Spannung wird über eine Sicherung auf der Klemmleiste ausgeführt, um die Versorgung etwaiger peripherer Geräte zu ermöglichen (Protokollkonverter).The voltage supply of the digital part of the circuit and the relay contacts of the LOGO is handled by a standard 1A / 5V voltage regulator. The wiring corresponds to the standard application according to the data sheet. No high currents are to be expected inside the circuit, nevertheless the voltage regulator is cooled with a finger heat sink. The 5V voltage is supplied through a fuse on the terminal block to allow the supply of any peripheral devices (protocol converter).

Als Ausgabebauteil dient ein vierpoliges Leistungsrelais mit 4A/250V Wechselstrom, und 3A/30V Gleichstrom Kontaktschaltleistung. Diese Relaistype reicht für den Normalbetrieb mit Ladeströmen von maximal 1,5 Λ sicher aus. Mit einem Spulenwiderstand von 1,45 ΚΩ ergibt sich der sehr kleine Spulenstrom von 8mA. Durch die Wahl der Relais wird auf einen stromsparenden Batteriebetrieb Rücksicht genommen.The output component is a four-pole power relay with 4A / 250V AC, and 3A / 30V DC contact switching capacity. This relay type is sufficient for normal operation with charging currents of maximum 1.5 Λ safely. With a coil resistance of 1.45 Ω, the very small coil current of 8 mA results. By choosing the relays, consideration is given to energy-saving battery operation.

Als Anzeigeinstrument am Print sind bei jedem Relais und bei den Ausgängen Schwachstrom-LEDs vorgesehen. Die Vorwiderständc sind so berechnet dass bei maximaler Betriebsspannung von 14,5V (Ladespannung) die LEDs maximal 2mA Strom aufnehmen. Auch diese Bauteile sind auf geringstmöglichen Stromverbrauch ausgelegt.As a display instrument on the print, low-power LEDs are provided at each relay and at the outputs. The Vorwiderständc are calculated so that at maximum operating voltage of 14.5V (charging voltage), the LEDs record a maximum of 2mA current. These components are designed for the lowest possible power consumption.

Alle elektronischen Bauteile sind mit Präzisionssockeln steckbar und leicht austauschbar montiert. Die Relais sind ebenfalls auf speziellen Relaissockeln steckbar montiert, um im Defektfall einen leichten Austausch zu ermöglichen.All electronic components are pluggable with precision sockets and easy to replace. The relays are also pluggable mounted on special relay sockets to allow easy replacement in the event of a defect.

Gehäusecasing

Das Gehäuse wurde so ausgewählt, dass es zu den bestehenden Anlagen passt. Die Hardwareteile wurden in ein fünf Höheneinheiten großes Gehäuse, passend für jeden 19 Zoll Schrank untergebracht. Das Gehäuse ist so konstruiert, dass es genug Platz für alle Hardwareteile hat, das Steuergerät von außen bedienbar und gut sichtbar ist, eine ausreichende Lüftung vorhanden ist und eine Erweiterung möglicher Komponenten jederzeit möglich ist. An der Rückwand des Gehäuses sind mittels Hutschiene mehrere Hardwareteile montiert, während an der Frontplatte das Display des Steuergerätes angeordnet ist.The housing has been selected to match existing equipment. The hardware parts were housed in a five-height housing, suitable for each 19-inch cabinet. The housing is designed to have enough space for all hardware parts, the control unit is externally operable and easy to see, there is sufficient ventilation and it is possible to expand any possible components at any time. On the rear wall of the housing several hardware parts are mounted by top hat rail, while on the front panel, the display of the control unit is arranged.

Ein Austausch der einzelnen Akkupacks soll mit wenigen Hangriffen möglich sein. Dazu dient eine Aluminiumkonstruktion, die in Fig. 5 mit der darauf angeordneten Platine und den Fächern für einundzwanzig Stück LIPO-Akkupacks dargestellt ist. Die Aluminiumkonstruktion ist so ausgebildet, dass ein Tausch der Akkus jederzeit mit wenigen Handgriffen möglich ist. Sollte ein Akkupack aufgrund eines Defektes sich aufblähen oder explodieren, so sind die einzelnen Verstrebungen zum Schutz der anderen Akkus angebracht. Die Platine ist mittels Abstandhalter auf der Grundplatte montiert. Die mittige Anordnung ist gewählt worden, damit die kurzen Anschlussleitungen der Akkus direkt am Printplattenmodul angcschlossen werden können. » .1*9*-..·An exchange of individual battery packs should be possible with a few Hangriffen. The purpose of this is an aluminum construction, which is shown in Fig. 5 with the board arranged thereon and the compartments for twenty-one LIPO battery packs. The aluminum construction is designed so that an exchange of the batteries at any time with a few simple steps is possible. Should a battery pack become bloated or explode due to a defect, the individual braces are used to protect the other batteries. The board is mounted on the base plate by means of spacers. The central arrangement has been chosen so that the short connection lines of the batteries can be connected directly to the PCB module. ».1 * 9 * - .. ·

Umspannwerk (1) Eigenbedarfsreserve (2) Notstrom Versorgungssystem (3) Kommunikationsverbindung (4) Energieverteiler (5) Eigenbedarfsanlage (6) Femwirkanlagen (7) Schutzeinrichtungen (8) Wechselrichter (9)Substation (1) Reserve reserve (2) Emergency power Supply system (3) Communication connection (4) Power distribution board (5) Power station (6) Femwirkanlagen (7) Protection devices (8) Inverter (9)

Zusatzakku (10)Additional battery (10)

Steuereinheit (11)Control unit (11)

Ladeeinheit (12) Entkoppeldiode (13)Charging unit (12) Decoupling diode (13)

Balancer (14)Balancer (14)

Steuerstromakku (15) Höchstspannungsnetz 16 Übergabestcllen 17 Kuppel Umspanner 18 Netzgruppe 19a-19c Umspannstation 20 Netzbetreiber 21 Übertragungsnetzbetreiber 22 Schalter 23 Diode 24Control battery (15) High-voltage network 16 Transfer points 17 Dome transformer 18 Mains group 19a-19c Substation 20 Network operators 21 Transmission system operators 22 Switches 23 Diode 24

Wind-Solarkraftanlage 25Wind solar power plant 25

FÜR D. ANp1ELDERÖN)i | 3 1. AÖfi. 2010 L PAizM,FOR D. APPLICATION) i | 3 1. AÖfi. 2010 L PAizM,

^ DIPL. INß/pETER ITZE^ DIPL. INFO / PETER ITZE

Claims (13)

PATENTANWALTPATENT ATTORNEY • · • « 1060 WIEN, AMERLINGSTRASSE 8 CHWALLAGASSE 4 • * « » « · * « * 4» ... Wienstrom GmbH NOOl I261/Wp Ansprüche 1. Notstrom Versorgungssystem (3) zur ferngesteuerten Wiederherstellung der Eigenbedarfsspannung in einem Umspannwerk (1) nach einem Stromausfall, bei dem die Eigenbedarfsreserve (2) des Umspannwerks (1) erschöpft wurde, dadurch gekennzeichnet, dass das Notstromversorgungssystem (3) eine Steuereinheit (11), eine Ladeeinheit (12) und einen von der Ladeeinheit (12) geladenen Zusatzakku (10) aufweist, wobei der Zusatzakku (10) eine Nennspannung aufweist, die der Eigenbedarfs Spannung der Eigenbedarfsanlage (6) des Umspannwerks (1) entspricht, wobei die Steuereinheit (11) über eine Kommunikationsverbindung (4) ansteuerbar ist, und wobei ein Energieverteiler (5) der Eigenbedarfsanlage (6) zur Wiederinbetriebnahme des Umspannwerks (1) mit der Spannung des Zusatzakkus (10) beaufschlagbar ist.• 1060 WIEN, AMERLINGSTRASSE 8 CHWALLAGASSE 4 • * «» «· *« * 4 »... Wienstrom GmbH NOOl I261 / Wp Claims 1. Emergency power supply system (3) for remotely controlled restoration of internal voltage in a substation (1) after a power failure in which the internal power reserve (2) of the substation (1) has been exhausted, characterized in that the emergency power supply system (3) comprises a control unit (11), a charging unit (12) and an additional battery (12) charged by the charging unit (12). 10), wherein the additional battery (10) has a nominal voltage which corresponds to the intrinsic demand voltage of the domestic power plant (6) of the substation (1), wherein the control unit (11) via a communication link (4) is controllable, and wherein a power distributor ( 5) of the domestic power plant (6) for restarting the substation (1) with the voltage of the additional battery (10) can be acted upon. 2. Notstromversorgungssystem (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzakku (10) einen LIPO-Akku mit einer oder mehreren Zellen aufweist.2. emergency power supply system (3) according to claim 1, characterized in that the additional battery (10) has a LIPO battery with one or more cells. 3. Notstrom Versorgungssystem (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (12) für die Ladung der einzelnen Zellen des LIPO-Akkus einen Balancer (14) aufweist, wobei zur Verhinderung einer Tiefentladung der Zellen Spannungsüberwachungsrelais vorgesehen sein können.3. emergency power supply system (3) according to claim 2, characterized in that the charging unit (12) for charging the individual cells of the LIPO battery has a balancer (14), wherein voltage monitoring relay can be provided to prevent a total discharge of the cells. 4. Notstromversorgungssystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Zellen des Zusatzakkus (10) durch Trennwände voneinander getrennt angeordnet sind.4. emergency power supply system (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that the individual cells of the auxiliary battery (10) are arranged separated by partitions. 5. Notstrom Versorgungssystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stromversorgung der Steuereinheit (11) ein Steuerstromakku (15) vorgesehen ist.5. emergency power supply system (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that the power supply of the control unit (11) is provided a Steuerstromakku (15). 6. Notstrom Versorgungssystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Audaden der Zusatzakkus (10) und gegebenenfalls des Steuerstromakkus (15) eine Wind- eine Solar- oder eine kombinierte Wind-Solarkraftanlagc vorgesehen ist.6. emergency power supply system (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that the Audaden the additional batteries (10) and optionally the Steuerstromakkus (15) a wind, a solar or a combined wind-solar power plant is provided. 7. Notstromversorgungssystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsverbindung (4) eine, vorzugsweise über ein Glasfaserkabel geführte, kabelgebundene Verbindung oder eine Funkverbindung ist.7. emergency power supply system (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that the communication link (4) is a, preferably guided over a fiber optic cable, wired connection or a radio link. 8. Notstromversorgungssystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Notstromversorgungssytems (3) zur F.igenbedarfsanlage (6) hin durch eine Entkoppeldiodc (13) geschützt ist.8. emergency power supply system (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that the output of Notstromversorgungssytems (3) for F.igenbedarfsanlage (6) is protected by a Entkoppeldiodc (13). 9. Notstromversorgungssystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufschaltung des Zusatzakkus (10) ein Solid State Relais vorgesehen ist.9. emergency power supply system (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that for connecting the additional battery (10) is provided a solid state relay. 10. Verfahren zum Bereitstellen einer Eigenbedarfsspannung in Umspannwerken nach Stromausfallcn, bei denen die Eigenbedarfsreserve des Umspannwerks erschöpft wurde, mittels eines vorzugsweise ferngesteuerten Notstromversorgungssystems, wobei das Verfahren an dem Notstromversorgungssystem die folgenden Schritte aufweist: Aufrechterhalten der Ladung eines Zusatzakkus während des Normalbetriebs des Umspannwerks; nach einem Stromausfall, bei dem die Eigenbedarfsreserve des Umspannwerks erschöpft wurde. Empfangen eines Einschaltsignals über eine Kommunikationsverbindung; und Beaufschlagen eines Energieverteilers einer Eigcnbedarfsanlage des Umspannwerks mit der Eigenbedarfsspannung des Zusatzakkus, wobei der Energieverteiler insbesondere die Femwirkanlagen und die Schutzeinrichtungen des Umspannwerkes mit Energie versorgt.10. A method for providing a standby voltage in substations after Stromausfallcn, in which the intrinsic power reserve of the substation was exhausted, by means of a preferably remotely controlled emergency power system, the method comprising the following steps on the emergency power supply system: maintaining the charge of a spare battery during normal operation of the substation; after a power failure in which the internal reserve of the substation was exhausted. Receiving a turn-on signal via a communication link; and applying a power distribution of a Eigcnbedarfsanlage the substation with the intrinsic supply voltage of the auxiliary battery, the power distributor in particular the Femwirkanlagen and the protective devices of the substation supplied with energy. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einschaltsignal, vorzugsweise über eine Glasfaserleitung, femübermittelt wird.11. The method according to claim 10, characterized in that the switch-on signal, preferably via a glass fiber line, is femübermittelt. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufrechtcrhalten der Ladung des Zusatzakkus ein Balancer vorgesehen ist.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that for Aufrechtcrhalten the charge of the additional battery, a balancer is provided. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladungszustand der Zusatzakkus laufend überwacht wird und dass bei Erkennung defekter Akkus Fehlermeldungen angegeben werden.13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the state of charge of the additional batteries is monitored continuously and that error messages are indicated when detecting defective batteries.
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