CN109792153A - 用于由电网管理电力供应的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制由电网(20)给至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)供应电压和/或电流的方法。

Description

用于由电网管理电力供应的方法和装置
本发明涉及一种用于控制通过电网给至少一个耗电器供应电压和/或电流的方法。此外，本发明还涉及一种用于电网的管理单元。
当将耗电器连接至电网时，可能发生耗电器的相的在耗电器内部使用的拓扑与用于控制流经电网的电流或施加到电网各相的电压的管理单元的耗电器的拓扑不一致。由于耗电器和控制单元的拓扑相互矛盾，可能在通过电网向耗电器供应电流或电压即电能时出现问题。
例如可能发生：由充电站的管理单元向带有3相充电装置(可以在其所有三个相上不对称地被供应不同强度的电流)的电动车辆提供关于可以在哪个相上以怎样的电流强度来最大程度地给车辆充电的信息。为了动态改变在相应的相上的电流并将用于设定对应的充电电流的指令传输至充电装置，必要的是，使得管理单元和充电装置具有对相的拓扑(即，相的指配或编号)的相同理解。此外，为了通过电网对耗电器提供最佳供应，还必要的是，使得电网的管理单元获悉耗电器在电网中的位置，即，获悉哪些耗电器布置在电网的哪些位置或哪些相处。
在德国文件DE 10 2014 214 906A1中公开了一种用于稳定能量分配网络的方法。
美国文件US 2014 031 65 99A1公开了与能量分配网络连接的耗电器的一种智能控制器。
在美国文件US 2016 004 97 90A1中公开了一种用于储存和分配电能的系统。
美国文件US 59 27 598A公开了一种用于监测与电网连接的耗电器的相位偏移的方法。
在此背景下，本发明的目的是，提供一种方法，该方法可以实现依赖于电网的现有拓扑对在电网的相应电力线路上传导的电能进行动态管理。
为了实现上述目的，提出了一种用于控制由电网给至少一个耗电器供应电压和/或电流的方法，其中该电网包括多个相，并且其中确定该多个相的用于为该至少一个耗电器供电的相应相，其方式为：借助通信接口向该至少一个耗电器传输至少一个预定的、单独的且与该至少一个耗电器相关联的耗电模式，并且其中根据该至少一个耗电模式来运行该至少一个耗电器，其中在根据该至少一个耗电模式来运行该至少一个耗电器的同时，借助与相应相相关联的相应传感器来检测电压变化和/或经过该多个相的相应相的电流流量变化，并且其中借助通过这些传感器检测到的电压变化和/或电流流量变化来创建该电网的图，并且其中对该至少一个耗电器的电压和/或电流供应是基于所创建的图来进行的。
从说明书和从属权利要求中得出本发明的多个构型。
所提出的方法尤其用于对电网的耗电器的电能供应进行动态适配。为此根据本发明提出，创建一种电网(即用于分配电能的能量分配网络)的图，借助该图来设定相应耗电器的、经由该电网的相应相或相应电力线路所提供的电能(即，电流或电压)的强度。这意味着，根据所提出的方法创建一种图，该图例如指明要由电网供应电能的相应耗电器的数量和位置和/或耗电器的相指配。
为了确定根据本发明提出的图，根据本发明提出检查与电网相连的相应耗电器的位置和/或其相指配。为此提出，借助电网所包括的通信接口将至少一个耗电模式(该耗电模式涉及或预定电流的电压和/或流量的变化)传输至相应的耗电器，从而使得该耗电器被配置为用于产生一系列切换状态，这一系列切换状态导致在与耗电器相关的相应相或电力线路中确切地发生电压变化和/或电流流量变化，这些变化由至少一个耗电模式预定或限定。
借助于与电网相关传感器(用于确定施加在相应相处的电压的变化或流经相应相的电流的变化)的相应相或对应的电力线路，可以检测根据本发明提供的至少一个耗电模式由耗电器引起的、施加到相应电力线路的电压或流经相应相的电流的相应变化。对应地，当在电网的相应相处测量到的、施加到相的电压的变化或流经该相的电流的变化与由耗电器当前激活的或设定的耗电模式引起的电压变化和电流变化一致时，可以推断出：可以将在其处测量了电压变化或电流变化的相应相指配给在其处激活或设定了耗电模式的耗电器。
在本发明的上下文中，耗电模式被理解为电压波动和/或电流波动的模式。例如，该耗电模式可以预定电压的特定矩形曲线和/或电流强度的正弦形曲线，或者反之亦然，并且可以在耗电器处通过一系列对应的切换状态进行设定。
在所提出的方法的一个可能的构型中提出：该电网的该多个相中的至少每个相指配有一个传感器，该传感器用于检测施加到相应相的电压和/或流过相应相的电流。
为了检测施加到相应相的相应电压和/或流经相应相的相应电流的相应变化并且为了可以在适当时将其指配给相应的耗电模式，尤其提出：由相应的传感器来监测带有电网的相应耗电器的电力线路的所有相或所有连接点。
尤其提出，将相应的耗电模式传输至相应的耗电器，该耗电器与相应的电网新地或新近地连接，使得该耗电器根据耗电模式消耗电流或电压并且对应地已知该耗电器的位置或其相指配。
在本发明的上下文中，位置被理解为连接至电网的地点，例如确定的充电站或电源插座。
在本发明的上下文中，相指配被理解为将耗电器指配给电网的相。可设想的是，所述耗电器可以具有一个位置，然而可以具有多个相指配，其中位置以及由此导致的相指配例如可以在移动式耗电器的情况下随着时间而改变。
通过获悉耗电器在相应电网中的位置，可以将耗电器指配给相应的子系统(例如电压监测器)，使得管理操作(例如在电网过载时切断对耗电器的供应)在适当时可以依赖于将耗电器指配给电压监测器来进行，并且有针对性地例如切断对没有指配给电压监测器的那些耗电器的供应。
在所提出的方法的另一个可能的构型中提出：该图指明该至少一个耗电器在该电网的哪个相上需要多少电压和/或多少电流和/或该至少一个耗电器在哪个位置与该电网相连。
根据本发明提出的图尤其用于将相应电网的拓扑和/或连接到电网的相应耗电器的相指配制成图。
在所提出的方法的另一个可能的构型中提出：作为通信接口，选择在被配置成用于执行根据本发明方法的控制装置与该至少一个耗电器之间的通信接口的以下列表中的一个通信接口：电线缆、以太网线缆、电力线通信连接、WLAN连接、蓝牙连接、Z-Wave连接或ZigBee连接。
为了给相应的耗电器供应相应的耗电模式并且对应地将所述耗电器配置成用于执行切换过程(所述切换过程导致在与相应的耗电器相关联的至少一个相上发生与耗电模式对应的电压变化和/或流经该相的电流的变化)，任何技术上合适的通信接口都适合于向耗电器传输信息。尤其适用的是所谓的“电力线通信”，其中传输关于电流线缆(Stromkabel)或最初被提供用于传输电能的电力线路的信息，因为在使用“电力线通信”的情况下可以省去额外的硬件接口、例如路由器或蓝牙模块。
在所提出的方法的另一个可能的构型中提出：在该至少一个耗电器能够在不同相上具有不同的耗电行为(即，耗电器消耗不同量的电流或电压)的情况下，各个相被指配有至少一个特定的耗电模式并被传送给该至少一个耗电器，并且其中借助在该至少一个耗电器根据这些耗电模式运行时检测到的施加到这些相的电压的变化和/或电流流量的变化推断出存储在该至少一个耗电器所包括的控制装置中的、这些相的拓扑。
由于耗电器可以使用相的拓扑或命名，该拓扑或命名是独立于提供该耗电器的相应电网来设计的，因此可能发生：电网以不同方式命名该耗电器的这些相，或将这些相结合到电网的拓扑中，而不是在耗电器的拓扑中提供这些相。对应可能发生：控制指令(该控制指令由电网传输至耗电器并且该控制指令指示例如必须在相“3”处减少电能的消耗)从电网的角度来看被错误地实施，因为该耗电器控制从耗电器角度命名的相“3”。现在如果从耗电器的角度的相“3”与从电网的角度的相“3”不一致，则在错误的相处实施该控制指令。
为了避免在错误的相处实施控制指令，在所提出的方法的构型中提出，确定相应耗电器的内部拓扑。为此，与耗电器的相数量对应地将不同的耗电模式传输至该耗电器，并且将不同的耗电模式与电网一方的相应的相进行关联。如果在由电网一方的耗电器来设定耗电模式时识别出没有在对应地由电网预定的相上执行耗电模式，则确定电网所使用的拓扑与耗电器所使用的拓扑不一致。对应地，电网改变其拓扑或者其图，并且借助追对不同相的不同耗电模式重新实施对耗电器的检查。在此期间重复这一过程，直到在由电网预定的相上测量耗电模式，并且对应地电网的拓扑与耗电器的内部拓扑一致。
在所提出的方法的另一个可能的构型中提出：给该至少一个耗电器传输控制指令，该控制指令使得在与该至少一个耗电器连接的这些相的至少一个相上电压和/或电流的传输功率发生改变。
为了调节电网的传输功率并且例如防止过载，提出的是，电网向要由电网供应电能的至少一个耗电器传输控制指令，该控制指令将耗电器配置为在耗电器的相应相上仅需要正如可以由电网可靠地提供的电能一样多的电能。
在所提出的方法的另一个可能的构型中提出：将该电网的各个传感器指配给用于将该至少一个耗电器与该电网连接的接口。
通过电网中的传感器的已知位置，可以将由传感器检测到的相应耗电模式指配给与传感器对应的位置，使得借助相应的传感器检测到的耗电模式，可以推断出产生耗电模式的相应耗电器在电网中的位置。在此，位置可以是指相，但也可以是电网的电力线路的节点。
为了将电网的相应的相指配相应的耗电器并且对应地形成电网的拓扑，提出的是，将相应的相指配给用于检测电压和/或电流流量的每一个传感器。
本发明还涉及一种用于电网的管理单元，该电网带有多个相和一个控制装置，其中该控制装置被配置为用于确定该多个相的用于为该至少一个耗电器供电的相应相，其方式为：借助通信接口向该至少一个耗电器传输至少一个预定的、单独的且与该至少一个耗电器相关联的耗电模式，并且向该至少一个耗电器传输用于根据该至少一个耗电模式来运行该至少一个耗电器的控制指令，并且其中该控制装置还被配置为在根据该至少一个耗电模式来运行该至少一个耗电器的同时，借助与相应相的相关联的相应传感器来检测电压变化和/或经过该多个相的相应相的电流流量变化，并且借助通过这些传感器检测到的电压变化和/或电流流量变化来创建该电网的图，并且对该至少一个耗电器的电压和/或电流供应是基于所创建的图来设定的。
所提出的管理单元尤其用于执行所提出的方法。
在所提出的管理单元的一个可能的构型中提出：该控制装置为用于向至少一辆车辆供应电能的充电站的一部分。
所提出的管理单元和所提出的方法尤其适用于管理用于向电动车辆供应电能的充电桩的基础设施。
本发明的其他优点和构型从说明书和附图得出。
不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，以上提到的这些特征以及仍将在下文说明的特征不仅能够以相应给出的组合来使用，而且还能够以其他的组合来使用或者单独地使用。
图1示出了根据本发明方法的一个可能的构型进行管理的电网的示意图。
图2示出了图1中的、根据本发明方法的另一个可能的构型进行管理的电网的示意图。
图3示出了图1中的、根据本发明方法的又一个可能的构型进行管理的电网的示意图。
在图1中示出了具有多个耗电器23、25、27、29、31、33、35、37、39、41和43的电网20。电网20经由具有三个相51、52和53的接口50进行馈送。
为了创建电网20的拓扑图并且为了例如确定与电网20新近连接的耗电器23的位置或用于其供电的相，由电网20的管理单元借助通信接口(例如WLAN接口)将单独的(即专为耗电器23设计的耗电模式55)或对应的控制指令传输至耗电器23，该控制指令使得耗电器23被配置为用于以如下方式来消耗电能，使得在给耗电器23供应电能的相应相52上形成一种根据耗电模式55的模式。耗电器23是被配置成仅消耗单相的电能的耗电器，这例如对空调而言是典型的。
图表57示出了由传感器1至12测量的相应信号。传感器2和传感器8(两者都被指配给相52)各自测量电能的消耗，即根据耗电模式55的电流或电压的消耗，而其他传感器1、3至7和8至12不测量或仅测量恒定的电能消耗。
因为电网20的管理单元已知传感器2和8测量哪一个相，所以可以基于由传感器2和8测量的耗电模式55(该耗电模式由于其个性最有可能来自耗电器23)将指配给传感器2和8的相52指配给耗电器23。对应地，电网20的管理单元获悉耗电器23连接到哪个相，从而可以或能够通过相52来控制对耗电器23的电能供应。
此外，基于由传感器8检测到的耗电模式55，电网20的管理单元获悉耗电器23位于电网20中的何处，即在由传感器8监测的接口处。
为了将相应的耗电器23、25、27、29、31、33、35、37、39、41或43指配给相应的相51、52或53，传感器1至12被固定地指配给相应的相51、52或53或者与相51、52或53相连的电力线路。这意味着，传感器1、4、7和10测量相51处的电流流量变化和/或电压波动，并且此外传感器2、5、8和11测量相52处的电流流量变化和/或电压波动，并且传感器3、7、9和12测量相53处的电流流量变化和/或电压波动。
在图2中，耗电器29与电网20新近连接。耗电器29被配置为用于获得在三个不同相上均匀分布的电能。
为了确定耗电器29在电网20中的位置，电网20的管理单元经由蓝牙接口将控制指令传输至耗电器29，该耗电器29被配置成用于根据耗电模式59来消耗电能。一旦根据控制指令来切换耗电器29，传感器1至3就根据耗电模式59测量相51、52和53处的电流流量和/或电压的变化。由于其他的传感器4至12不对耗电模式59测量对应的信号，根据在图2中示出的拓扑可以推断出耗电器29的位置。
在图3中，第一电动车辆41和第二电动车辆35与电网20新近连接。第一车辆41和第二车辆35被配置为接收彼此独立地、即例如不对称地分布在三个不同相上的电能。
为了确定第一电动车辆41的位置和第一车辆41的相的内部指配(即第一车辆41的内部拓扑)，电网20的管理单元借助电力线通信连接传输三个不同的耗电模式61、62和63至第一车辆41。这意味着，用于设定在固定地预定的相51、52和53处的耗电模式61、62和63的控制指令经由被选择为通信线路的电力线路65被传输至第一车辆41，该电力线路可以用于传输电流或电压。对应地，这样来切换第一车辆41，使得在与第一车辆41相连的相应的相或对应的电力线路处形成耗电模式61、62和63。因为传感器1和10检测耗电模式61，传感器2和11检测耗电模式62并且传感器3和13检测耗电模式63，可以从中推断出：第一车辆41在与图3示出的拓扑对应的位置处与电网20相连。此外还可以推断出，基于第一车辆41的相的内部图将耗电模式61、62和63在内部指配给第一车辆41的相应的相，该内部图与第一车辆41的相的图一致，如电网20的管理单元所使用的。
用于在相51上产生耗电模式67、在相52上产生耗电模式68、在相53上产生耗电模式69的控制指令被传输至第二车辆35。为了区分第一车辆41与第二车辆35，耗电模式67、68和69与耗电模式61、62和63在其形式上不同。
因为由传感器2测量了耗电模式69并且由传感器3测量了耗电模式68(这标记75来强调)，第二车辆35的相的内部拓扑与电网20的管理单元所使用的拓扑不一致，如由交叉的电力线路71和73所示。对应地，电网20的管理单元根据第二车辆35的预设改变其电网20的拓扑的内部图并重复该过程，直到通过第二车辆35将耗电模式67、68和69指配给相51、52和53与电网20的管理单元的预设相对应。

Claims (11)

1.一种用于控制由电网(20)给至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)供应电压和/或电流的方法，其中该电网(20)包括多个相(51，52，53)，并且其中确定该多个相(51，52，53)的用于为该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)供电的相应相(51，52，53)和/或确定该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)在该电网(20)中的位置，其方式为：借助通信接口向该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)传输至少一个预定的、单独的且与该至少一个耗电器相关联的耗电模式(55，59，61，62，63，67，68，69)，并且其中根据该至少一个耗电模式(55，59，61，62，63，67，68，69)来运行该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)，其中在根据该至少一个耗电模式(55，59，61，62，63，67，68，69)来运行该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)的同时，借助与相应相(51，52，53)相关联的相应传感器(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12)来检测电压变化和/或经过该多个相(51，52，53)的相应相(51，52，53)的电流流量变化，并且其中借助通过这些传感器(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12)检测到的电压变化和/或电流流量变化来创建该电网(20)的图，并且其中对该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)的电压和/或电流供应是基于所创建的图来进行的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该电网的该多个相(51，52，53)中的至少每个相(51，52，53)指配有一个传感器(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12)，该传感器用于检测施加到相应相(51，52，53)的电压和/或流过相应相(51，52，53)的电流。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中该图指明：该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)在该电网(20)的哪个相(51，52，53)上需要多少电压和/或多少电流和/或该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)在哪个位置与该电网(20)相连。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中作为通信接口，选择在被配置成用于执行根据权利要求1至3之一所述的方法的控制装置与该至少一个耗电器之间的通信接口的以下列表中的一个通信接口：电线缆(65)、以太网线缆、电力线通信连接、WLAN连接、蓝牙连接、Z-Wave连接或ZigBee连接。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中该至少一个耗电模式(55，59，61，62，63，67，68，69)包括一系列消耗电流和/或消耗电压的切换过程。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中在该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)能够在不同相(51，52，53)上具有不同的耗电行为的情况下，各个相(51，52，53)被指配有至少一个特定的耗电模式(55，59，61，62，63，67，68，69)并被传送给该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)，并且其中借助在该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)根据这些耗电模式(55，59，61，62，63，67，68，69)运行时检测到的施加到这些相(51，52，53)的电压的变化和/或电流流量的变化推断出存储在该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)所包括的控制装置中的、这些相(51，52，53)的拓扑。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)所包括的控制装置中所存储的拓扑与借助于通过这些传感器(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12)检测到的电压变化和/或电流流量变化所确定的图不相匹配的情况下，使得借助于通过这些传感器(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12)检测到的电压变化和/或电流流量变化所确定的图根据在该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)所包括的控制装置中所存储的拓扑而改变，并且基于被改变的图重新执行根据权利要求6所述的方法。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中给该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)传输控制指令，该控制指令使得在与该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)连接的这些相(51，52，53)的至少一个相(51，52，53)上电压和/或电流的传输功率发生改变。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中将该电网(20)的各个传感器(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12)指配给用于将该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)与该电网(20)连接的接口的特定的相(51，52，53)。
10.一种用于电网(20)的管理单元，该电网带有多个相(51，52，53)和一个控制装置，其中该控制装置被配置为用于确定该多个相(5，52，53)的用于为该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)供电的相应相(51，52，53)，其方式为：借助通信接口向该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)传输至少一个预定的、单独的且与该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)相关联的耗电模式(55，59，61，62，63，67，68，69)，并且向该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)传输用于根据该至少一个耗电模式(55，59，61，62，63，67，68，69)来运行该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)的控制指令，并且其中该控制装置还被配置为在根据该至少一个耗电模式(55，59，61，62，63，67，68，69)来运行该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)的同时，借助与该多个相(5，52，53)的相应相(51，52，53)相关联的相应传感器来检测电压变化和/或经过该多个相(51，52，53)的相应相(51，5，53)的电流流量变化，并且借助通过这些传感器检测到的电压变化和/或电流流量变化来创建该电网(20)的图，并且对该至少一个耗电器(23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43)的电压和/或电流供应是基于所创建的图来设定的。
11.根据权利要求10所述的管理单元，其中该控制装置为用于向至少一辆车辆(35，41)供应电能的充电站的一部分。
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