DE102010040007A1

DE102010040007A1 - Selbstständiges Verbinden einer autarken Einheit mit einem mehrere autarke Einheiten verbindenden Wechselstromnetz

Info

Publication number: DE102010040007A1
Application number: DE102010040007A
Authority: DE
Inventors: Martin Sabban; Claus Allert
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-09-01
Also published as: DE102010040007B4

Abstract

Zum selbständigen Verbinden einer mindestens eine Wechselspannungsquelle (8) aufweisenden autarken Einheit (3–6) mit einem mehrere autarke Einheiten (3–6) untereinander verbindenden Wechselstromnetz (1), synchronisiert die autarke Einheit (3–6) ihre interne Wechselspannung mit dem Wechselstromnetz (1) und verbindet sich anschließend mit dem Wechselstromnetz (1), wenn eine Wechselspannung in einem vordefinierten Bereich auf dem Wechselstromnetz (1) vorliegt. Wenn hingegen keine Wechselspannung in dem vordefinierten Bereich auf dem Wechselstromnetz (1) vorliegt, verbindet sich die autarke Einheit (3–6) zunächst über einen hochohmigen Widerstand mit dem Wechselstromnetz (1) und überprüft, ob sich die Spannung auf dem Wechselstromnetz (1) ihrer internen Wechselspannung entsprechend ändert, bevor sie sich niederohmig mit dem Wechselstromnetz (1) verbindet, um mit ihrer internen Wechselspannung eine Wechselspannung in dem vordefinierten Bereich auf dem Wechselstromnetz (1) aufzubauen.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum selbstständigen Verbinden einer mindestens eine Wechselspannungsquelle aufweisenden autarken Einheit mit einem mehrere autarke Einheiten untereinander verbindenden Wechselstromnetz mit den Schritten des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie auf eine zur Umsetzung dieses Verfahrens geeignete Schnittstelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 12.
Mit dem mehrere autarke Einheiten untereinander verbindenden Wechselstromnetz ist hier die körperliche Struktur eines ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetzes gemeint, das nicht von einer dominierenden Einheit als Master beherrscht wird, sondern von grundsätzlich gleichrangigen Einheiten zum Energieaustausch genutzt wird. Die autarken Einheiten können ihrerseits einzelne Vorrichtungen oder auch Inselnetze mit mehreren Spannungsquellen und/oder Energiezwischenspeichern und/oder elektrischen Verbrauchern sein. Die einzelnen Einheiten sind insoweit autark, als dass sie zumindest für die Durchführung des neuen Verfahrens nicht über Kommunikationseinrichtungen verfügen müssen, die eine Koordination zwischen den einzelnen autarken Einheiten beim Verbinden mit dem Wechselspannungsnetz ermöglicht.
STAND DER TECHNIK
Das Verbinden einer autarken Einheit mit einem Wechselstromnetz, an das letztlich mehrere autarke Einheiten angeschlossen sein können, erfolgt bislang nur dann, wenn auf dem Wechselstromnetz bereits eine Wechselspannung vorliegt, weil diese Wechselspannung von einer Mastereinheit auf dem Wechselstromnetz aufgebaut wurde. In dieser Situation kann sich die autarke Einheit mit dem Wechselstromnetz, d. h. der darauf vorliegenden Wechselspannung synchronisieren und dann mit dem Wechselstromnetz verbinden. Wenn hingegen keine definierte Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz vorhanden ist, erfolgt kein Zuschalten der autarken Einheit; und wenn später ein Ausfall der Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz erkannt wird, wird die autarke Einheit wieder vom Netz getrennt, um die interne Wechselspannung der autarken nicht zu gefährden und die Versorgung der von ihr umfassten Verbraucher sicherzustellen.
Wenn keine Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz (mehr) vorliegt, muss entsprechend gewartet werden, bis diese von der Mastereinheit (wieder) aufgebaut wurde. Von mehreren an das Wechselstromnetz anschließbaren Stromerzeugern ist regelmäßig der leistungsstärkste die Mastereinheit. Wenn mehrere Stromerzeuger als Mastereinheit in Frage kommen, wird der den Aufbau der Wechselspannung übernehmende Stromerzeuger bislang durch eine übergeordnete Steuerung ausgewählt.
Das Aufbauen einer Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz kann jedoch scheitern, wenn das Wechselstromnetz einen Defekt aufweist, beispielsweise einen Kurzschluss zwischen seinen Leitungen oder gegenüber Erde. Ein solches Scheitern kann zur Folge haben, dass auch die Wechselspannung einer Mastereinheit, die versucht, die Wechselspannung aufzubauen, zusammenbricht.
Für das Synchronisieren und anschließende Verbinden einer autarken Einheit mit einer Wechselstromquelle mit einem Wechselstromnetz sind ebenso Algorithmen bekannt wie für das Energiemanagement in einem Wechselstromnetz, das verschiedene autarke Einheiten verbindet. Letztere Algorithmen basieren häufig auf einem definierten Zusammenhang zwischen Frequenz und Amplitude der Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz und sind als DROOP-Verfahren bekannt.
Zur Messung der Netzimpedanz eines öffentlichen Wechselstromnetzes ist es bekannt, eine der Wechselspannung aufmodulierte Spannungsantwort auf ein dem Wechselstromnetz zugeführtes Stromsignal zu erfassen.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 und eine Schnittstelle zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 12 aufzuzeigen, mit denen eine einfache Analyse des Wechselstromnetzes durchführbar ist, bevor eine autarke Einheit mit dem Wechselstromnetz verbunden wird, um mit ihrer eigenen internen Wechselspannung eine Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz aufzubauen.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und eine Schnittstelle mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 11, bevorzugte Ausführungsformen der neuen Schnittstelle in den abhängigen Patentansprüchen 13 bis 15 definiert.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In den angehängten Patentansprüchen und der jetzt folgenden Beschreibung werden die Angaben ”hochohmig” und ”niederohmig” in Bezug auf das Verbinden der autarken Einheit mit dem Wechselstromnetz gemacht. Was konkret mit ”hochohmig” bzw. ”niederohmig” gemeint ist, hängt von der Anlagengröße und/oder der Leistungsklasse der autarken Einheit ab.
Dabei wird der Widerstand R, über den sich die autarke Einheit probeweise mit dem Wechselstromnetz verbindet, als hochohmig angesehen, wenn gilt
mit Unenn als Nennspannung, d. h. in der Regel als interner Wechselspannung der autarken Einheit und Pmax als der von der autarken Einheit unter Aufrechterhaltung von Unenn maximal zur Verfügung stellbaren Leistung. Selbst im Falle eines Kurzschlusses des Wechselstromnetzes soll die interne Wechselspannung der autarken Einheit durch das probeweise hochohmige Zuschalten nicht beeinträchtigt werden.
Umgekehrt wird der Widerstand R der elektrischen Verbindung der autarken Einheit mit dem Wechselstromnetz hier als niederohmig angesehen, wenn gilt
Bei voller eingespeister Leistung sollte die interne Wechselspannung der autarken Einheit um höchstens 10% über der Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz liegen (ohne Berücksichtigung einer dazwischen erfolgenden Umspannung z. B. mit einem Trafo).
Die möglichen Extremwerte erhält man durch Ersetzen der ”viel größer”- bzw. ”viel kleiner”-Zeichen in den obigen Ungleichungen durch Gleichheitszeichen. Theoretisch gilt: Je stärker die Bedingungen der Ungleichungen erfüllt sind, umso besser. Eine Obergrenze für ”hochohmig” ist in der Praxis durch den Induktivitäts- bzw. Kapazitätsbelag des Wechselstromnetzes gegeben, hängt also von Art und Ausdehnung des Wechselstromnetzes ab. Eine Untergrenze für ”niederohmig” ist in der Praxis ist durch Kostenaspekte (Kupfer) gegeben.
Für sinnvolle, praktikable ”hochohmige” Werte R gilt:
Für sinnvolle, praktikable ”niederohmige” Werte R gilt:
Bei dem neuen Verfahren zum selbständigen Verbinden einer mindestens eine Wechselspannungsquelle aufweisenden autarken Einheit mit einem mehrere autarke Einheiten untereinander verbindenden Wechselstromnetz, wobei die autarke Einheit, wenn eine Wechselspannung in einem vordefinierten Bereich auf dem Wechselstromnetz vorliegt, ihre interne Wechselspannung mit dem Wechselstromnetz synchronisiert und sich anschließend mit dem Wechselstromnetz verbindet, verbindet sich die autarke Einheit, wenn keine Wechselspannung in dem vordefinierten Bereich auf dem Wechselstromnetz vorliegt, zunächst über einen hochohmigen Widerstand mit dem Wechselstromnetz und überprüft, ob sich die Spannung auf dem Wechselstromnetz ihrer internen Wechselspannung entsprechend ändert, bevor sie sich niederohmig mit dem Wechselstromnetz verbindet, um mit ihrer internen Wechselspannung eine Wechselspannung in dem vordefinierten Bereich auf dem Wechselstromnetz aufzubauen.
Wenn kein dem Spannungsaufbau entgegenstehender Fehler (z. B. Kurzschluss zwischen Phase und Nulleiter oder ein vergleichbarer Isolationsfehler) im Wechselstromnetz vorhanden ist, wird sich bei hochohmiger Verbindung zwischen der autarken Einheit und dem Wechselstromnetz eine Änderung der Spannung auf dem Wechselstromnetz mit der internen Spannung der autarken Einheit ergeben. Damit scheiden die Fälle aus, in denen die autarke Einheit allenfalls unter Gefährdung ihrer eigenen Integrität die gewünschte Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz aufbauen könnte. Vielmehr kann, wenn sich die Spannung auf dem Wechselstromnetz der über den hochohmigen Widerstand auf das Wechselstromnetz gegebenen internen Wechselspannung entsprechend ändert, davon ausgegangen werden, dass die autarke Einheit nach anschließendem direktem, d. h. niederohmigem, Verbinden mit dem Wechselstromnetz mit ihrer internen Wechselspannung die gewünschte Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz aufbauen kann. Dieses Überprüfungsergebnis wird erfindungsgemäß erzielt, ohne dass dafür ein spezielles Prüfsignal generiert werden muss, da als Prüfsignal die interne Wechselspannung der jeweiligen autarken Einheit verwendet wird. Das neue Verfahren bedarf auch keiner übergeordneten Steuerung, die das Verbinden mit dem Wechselstromnetz zwischen den einzelnen autarken Einheiten koordiniert, sondern diese Einheiten sind gerade in Bezug auf ihre Fähigkeit sich mit dem Wechselstromnetz zu verbinden völlig autark.
Dass die autarke Einheit überprüft, ob sich die Spannung auf dem Wechselstromnetz dem elektrischen Signal entsprechend ändert, bedeutet nicht zwingend, dass sie dies unmittelbar durch Erfassen der Spannung auf der dem Wechselstromnetz zugekehrten Seite des hochohmigen Widerstands tut. Sie kann diese Überprüfung auch anhand des über den Widerstand in das Wechselstromnetz abfließenden Stroms oder der entsprechenden über dem Widerstand abfallenden Spannung vornehmen. Konkret kann die autarke Einheit, bevor sie sich mit dem Wechselstromnetz verbindet, um auf dem Wechselstromnetz die gewünschte Wechselspannung aufzubauen, anhand der Änderung der Spannung auf dem Wechselstromnetz oder des Stromflusses in das Wechselstromnetz in Folge ihrer internen Wechselspannung die Netzimpedanz des Wechselstromnetzes ermitteln. Wenn diese Netzimpedanz einen vorgegebenen Grenzwert einhält, kann sie sich direkt mit dem Wechselstromnetz verbinden, um dort mit ihrer internen Wechselspannung die Wechselspannung aufzubauen. Es reicht in der Regel aber aus, beispielsweise aus einer in Bezug auf die Amplitude der internen Wechselspannung ausreichend großen, dem Wechselstromnetz über den hochohmigen Widerstand hinweg aufgeprägten Spannung oder einem kleinen über den Widerstand in das Wechselstromnetz abfließenden Strom auf die Integrität des Wechselstromnetzes zu schließen.
Die interne Wechselspannung der autarken Einheit kann die Frequenz und Amplitude der auf dem Wechselstromnetz gewünschten Spannung aufweisen. Die interne Wechselspannung kann aber auch zwischen der autarken Einheit und dem Wechselstromnetz insbesondere mit einem Transformator auf eine andere Spannungsebene angehoben, d. h. umgespannt werden, um das Wechselstromnetz insbesondere mit einer höheren Nennspannung zu betreiben.
Um Kollisionen zwischen den Versuchen einzelner autarker Einheiten, sich mit dem Netz zu verbinden, die grundsätzlich auftreten können, auf einfache Weise ohne Kommunikation zwischen den autarken Einheiten zu vermeiden, kann der Zeitpunkt des Verbindens der autarken Einheit über den hochohmigen Widerstand ein stochastisch determinierter, d. h. zufälliger oder zumindest quasi-zufälliger Zeitpunkt sein. Dabei sollte die Überprüfung, ob bereits eine Spannung auf dem Wechselstromnetz vorliegt, bis so kurz vor dem Aufschalten über den Widerstand wie möglich erfolgen. Die Aufschaltung über den Widerstand sollte dann für eine gewisse Zeit beibehalten werden, um anderen autarken Einheiten durch die resultierende Spannung auf dem Wechselstromnetz ein Signal zu geben.
Vorzugsweise ist auch eine Wartezeit bis zum Versuch, die gewünschte Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz aufzubauen, stochastisch determiniert. Quasi zufällige Wartezeiten oder Zeitpunkte können z. B. aus den Nachkommastellen von Messwerten der Spannung auf dem Wechselstromnetz abgeleitet werden. Eine Kollisionsvermeidung kann auch dadurch erreicht werden, dass den autarken Einheiten jeweils eine individuelle feste Wartezeit zugeordnet wird, z. B. über eine einstellbare ID oder Verwendung der Seriennummer.
Die autarke Einheit, die gemäß dem neuen Verfahren mit dem Wechselstromnetz verbunden wird, kann eine oder mehrere Spannungsquellen aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche von Brennkraftmaschinen angetriebene Generatoren, Brennstoffzellen, Solaranlagen, Wasserkraftwerke, Energiezwischenspeicher und/oder Windkraftwerke umfassen. Bei einem Energiezwischenspeicher kann es sich insbesondere um eine Batterie, aber beispielsweise auch um einen Speicher für potenzielle oder kinetische Energie, wie beispielsweise ein Wasserspeicherkraftwerk oder ein Schwungrad handeln.
Insbesondere ist die vorliegende Erfindung zur Anwendung bei dezentralen Wechselstromnetzen geeignet, die sich beispielsweise über mehrere Gebäudeanlagen als autarke Einheiten erstrecken, wobei über jede Gebäudeanlage hinweg jeweils ein Inselnetz aufgebaut ist.
Bei der vorliegenden Erfindung kann die Ausgestaltung des Wechselstromnetzes nicht nur in Bezug auf seine Ein- oder Mehrphasigkeit, sondern auch in Bezug auf den Verlauf seiner Leitungen unterschiedlich sein. So kann das Wechselstromnetz Ringleitungen, Busleitungen und/oder sternförmige Leitungen aufweisen. Ringleitungen können bevorzugt sein, weil diese auch bei einer lokalen Unterbrechung noch eine Verbindung aller an das Wechselstromnetz angeschlossenen autarken Einheiten sicherstellen.
Eine erfindungsgemäße Schnittstelle zum selbständigen Verbinden einer mindestens eine Wechselspannungsquelle aufweisenden autarken Einheit mit einem mehrere autarke Einheiten untereinander verbindenden Wechselstromnetz kann als eine oder mehrere separate Vorrichtungen aber auch integriert in andere Bestandteile der jeweiligen autarken Einheit ausgebildet sein. Konkret kann Sie in einen Batteriewechselrichter integriert sein, der mit einer oder mehreren zugeordneten Batterien die Wechselspannungsquelle der autarken Einheit und auch die autarke Einheit selbst ausbildet. Die erfindungsgemäße Schnittstelle ist kein Master des jeweiligen Wechselstromnetzes, sondern sie wird sinnvoller Weise dezentral, d. h. in mehreren oder gar allen der durch das Wechselstromnetz miteinander verbundenen autarken Einheiten eingesetzt.
Die erfindungsgemäße Schnittstelle weist Messeinrichtungen zum Erfassen der Spannung auf dem Wechselstromnetz, Synchronisationseinrichtungen und einen Netzschalter sowie einen hochohmigen Widerstand auf. Zusätzlich können Messeinrichtungen, die die Spannung auf der dem Wechselstromnetz abgekehrten Seite des hochohmigen Widerstands erfassen, oder Messeinrichtungen, die einen Stromfluss in das Wechselstromnetz erfassen, und ein Zufallsgenerator zum Festlegen des Zeitpunkts des Verbindens der autarken Einheit über den hochohmigen Widerstand vorgesehen sein. Im Übrigen kann die neue Schnittstelle eine programmierbare Steuerung umfassen, in der ein Computerprogramm programmiert ist, das das erfindungsgemäße Verfahren umsetzt.
Alle weiteren Details der neuen Schnittstelle wurden bereits durch die entsprechenden Ausführungen zu dem neuen Verfahren erläutert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten relativen Anordnungen und Wirkverbindungen mehrerer Bauteile – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
1 zeigt ein ringförmiges Wechselstromnetz, an das mehrere autarke Einheiten angeschlossen sind; und
2 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden einer der autarken Einheiten gemäß 1 mit dem Wechselstromnetz.
FIGURENBESCHREIBUNG
In 1 ist ein ringförmiges Wechselstromnetz 1 skizziert, wobei es sich um eine Einliniendarstellung handelt, obwohl das Wechselstromnetz 1 selbst dann, wenn es einphasig ist, mindestens zwei parallele Leitungen zur Ausbildung beispielsweise eines Nullleiters und einer Phase aufweist. An eine Ringleitung 2 des Wechselstromnetzes 1 sind verschiedene autarke Einheiten 3 bis 6 jeweils über eine Schnittstelle 7 angeschlossen. Jede der autarken Einheiten 3 bis 6 umfasst mindestens eine Spannungsquelle 8. Daneben umfassen die autarken Einheiten 4 und 5 auch elektrische Lasten 9. Weitere elektrische Lasten 9, die in 1 nicht dargestellt sind, können über vereinfachte Schnittstellen an das Wechselstromnetz 1 angeschlossen sein. Diese vereinfachten Schnittstellen erfassen nur, ob auf dem Wechselstromnetz eine Wechselspannung in einem vordefinierten Bereich vorliegt, was anzeigt, dass elektrische Energie auf dem Wechselstromnetz 1 zur Verfügung steht, so dass die jeweilige elektrische Last dem Wechselstromnetz 1 zugeschaltet werden kann. Demgegenüber ermöglichen die Schnittstellen 7 zusätzlich einen Austausch von elektrischer Leistung zwischen den autarken Einheiten 3 bis 6 und dem Wechselstromnetz 1 und führen dazu entweder eine Synchronisation mit dem Wechselstromnetz 1 durch, soweit darauf bereits eine Wechselspannung vorliegt, oder bauen erstmalig eine Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz 1 auf, soweit dieses grundsätzlich integer ist und nicht beispielsweise durch einen Kurzschluss des Wechselstromnetzes 1 ein solcher Spannungsaufbau grundsätzlich unmöglich ist. Die autarken Einheiten 4 und 5 sind dabei als ringförmige Inselnetze 10 ausgebildet, an die die einzelnen Spannungsquellen 8 und elektrischen Verbraucher 9 angeschlossen sind.
2 skizziert den Ablauf des Verfahrens beim Verbinden einer der autarken Einheiten 3 bis 6 gemäß 1 mit dem Wechselstromnetz 1, wie es in der jeweiligen Schnittstelle 7 abläuft. Zunächst wird in einem Schritt A die auf dem Wechselstromnetz 2 vorliegende Spannung gemessen und überprüft, ob es sich um eine Wechselspannung in einem für das Wechselstromnetz 2 vorgegebenen und als ordnungsgemäß anzusehenden Bereich handelt. Wenn dies der Fall ist, wird in einem Schritt B die jeweilige autarke Einheit 3, 4, 5 oder 6 mit dem Wechselstromnetz 1 synchronisiert und in einem Schritt C dann dem Wechselstromnetz 1 zugeschaltet. Anschließend wird die Leistungsabgabe bzw. Leistungsaufnahme der jeweiligen autarken Einheit in einem Schritt D gemäß bekannter Verfahren in Abstimmung auf das Angebot an elektrischer Leistung auf dem Wechselstromnetz 1 geregelt. Wenn die Messung im Schritt A ergibt, dass auf dem Wechselstromnetz 1 keine Wechselspannung in dem vorgegebenen Bereich vorliegt, gibt die jeweilige autarke Einheit in einem Schritt E ihre interne Wechselspannung über einen hochohmigen Widerstand auf das Wechselstromnetz 1. Der hochohmige Widerstand stellt dabei sicher, dass die Integrität der jeweiligen autarken Einheit bei diesem Versuch, dem Wechselstromnetz 1 eine Spannung aufzuprägen, nicht durch Isolationsfehler des Wechselstromnetzes 1 beeinträchtigt wird. Wenn es über den hochohmigen Widerstand hinweg gelingt, dem Wechselstromnetz 1 mit ihrer internen Wechselspannung eine Spannung aufzuprägen, verbindet sich die autarke Einheit in einem nachfolgenden Schritt F direkt, d. h. niederohmig mit dem Wechselstromnetz 1 und versucht mit ihrer internen Wechselspannung, darauf eine Wechselspannung in dem vorgegebenen Bereich aufzubauen. Dies wird ihr bei integerem Netz gelingen. Auf diese vorhandene Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz können sich dann andere autarke Einheiten aufschalten und anschließend können die Leistungsbilanzen aller autarken Einheiten in gleicher Weise gemäß dem Schritt D geregelt werden. Wenn es der autarken Einheit jedoch nicht gelingt, mit ihrer internen Wechselspannung dem Wechselstromnetz eine Spannung aufzuprägen, weil bei diesem beispielsweise ein Isolationsfehler vorliegt, kann die autarke Einheit nur abwarten, ob dieser Isolationsfehler beseitigt wird und nach gewisser Zeit einen erneuten Versuch der Verbindung mit dem Wechselstromnetz 1 starten.
Indem das elektrische Signal, das zur Prüfung über den hochohmigen Widerstand auf das Wechselstromnetz gegeben wird, eine Wechselspannung ist, wie sie auf dem Wechselstromnetz 1 aufgebaut werden soll, werden automatisch alle Leiter des Wechselstromnetzes 1 zugleich auf Isolationsfehler überprüft. Wenn die Zeitpunkte dieser Überprüfung durch die einzelnen autarken Einheiten 3 bis 6 in einem in Bezug auf die Anzahl der autarken Einheiten ausreichend großen Zeitfenster zufällig festgelegt werden, ist die Gefahr verschwindend klein, dass die autarken Einheiten dabei miteinander kollidieren. Aber auch auftretende Kollisionen sind unkritisch, da sie als nicht ordnungsgemäßes Wechselstromnetz interpretiert werden, so dass die aktuellen Versuche der jeweiligen autarken Einheiten, sich mit dem Wechselstromnetz zu verbinden, zunächst abgebrochen und erst später, bei stochastisch festgelegtem Beginn zu wahrscheinlich unterschiedlichen Zeitpunkten wiederholt werden.
Bezugszeichenliste

1: Wechselstromnetz
2: Ringleitung
3: autarke Einheit
4: autarke Einheit
5: autarke Einheit
6: autarke Einheit
7: Schnittstelle
8: Spannungsquelle
9: elektrische Last
10: Inselnetz

Claims

Verfahren zum selbständigen Verbinden einer mindestens eine Wechselspannungsquelle (8) aufweisenden autarken Einheit (3–6) mit einem mehrere autarke Einheiten (3–6) untereinander verbindenden Wechselstromnetz (1), wobei die autarke Einheit (3–6), wenn eine Wechselspannung in einem vordefinierten Bereich auf dem Wechselstromnetz (1) vorliegt, ihre interne Wechselspannung mit dem Wechselstromnetz (1) synchronisiert und sich anschließend mit dem Wechselstromnetz (1) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass sich die autarke Einheit (3–6), wenn keine Wechselspannung in dem vordefinierten Bereich auf dem Wechselstromnetz (1) vorliegt, zunächst über einen hochohmigen Widerstand mit dem Wechselstromnetz (1) verbindet und überprüft, ob sich die Spannung auf dem Wechselstromnetz (1) ihrer internen Wechselspannung entsprechend ändert, bevor sie sich niederohmig mit dem Wechselstromnetz (1) verbindet, um mit ihrer internen Wechselspannung eine Wechselspannung in dem vordefinierten Bereich auf dem Wechselstromnetz (1) aufzubauen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die autarke Einheit (3–6) zur Überprüfung, ob sich die Spannung auf dem Wechselstromnetz (1) ihrer internen Wechselspannung entsprechend ändert, nach dem Verbinden mit dem Wechselstromnetz (1) über den hochohmigen Widerstands den Verlauf der Spannung auf dem Wechselstromnetz (1) oder einen Stromfluss in das Wechselstromnetz (1) erfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die autarke Einheit (3–6), bevor sie sich niederohmig mit dem Wechselstromnetz (1) verbindet, um auf dem Wechselstromnetz (1) eine Wechselspannung in dem vordefinierten Bereich aufzubauen, anhand der Änderung der Spannung auf dem Wechselstromnetz (1) oder des Stromflusses in das Wechselstromnetz (1) infolge ihrer internen Wechselspannung die Netzimpedanz des Wechselstromnetzes (1) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die autarke Einheit (3–6), nur dann niederohmig mit dem Wechselstromnetz (1) verbindet, um auf dem Wechselstromnetz (1) eine Wechselspannung in dem vordefinierten Bereich aufzubauen, wenn die Netzimpedanz des Wechselstromnetzes (1) einen vorgegebenen Grenzwert einhält.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Wechselspannung zwischen der autarken Einheit (3–6) und dem Wechselstromnetz (1) umgespannt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Verbindens der autarken Einheit (3–6) über den hochohmigen Widerstand ein stochastisch determinierter Zeitpunkt ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des niederohmigen Verbindens der autarken Einheit (3–6) mit dem Wechselstromnetz (1) ein stochastisch determinierter Zeitpunkt ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die autarke Einheit (3–6) einen von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Generator, eine Brennstoffzelle, eine Solaranlage, einen Batteriewechselrichter, einen Energiezwischenspeicher, ein Wasserkraftwerk und/oder eine Windkraftwerk aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die autarke Einheit (3–6) ein Inselnetz (10) ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselstromnetz (1) ein ein- oder mehrphasiges Wechselstromnetz (1) ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselstromnetz (1) Ringleitungen (2), Busleitungen und/oder sternförmige Leitungen aufweist.
Schnittstelle (7) zum selbständigen Verbinden einer mindestens eine Wechselspannungsquelle (8) aufweisenden autarken Einheit (3–6) mit einem mehrere autarke Einheiten (3–6) untereinander verbindenden Wechselstromnetz (1), wobei die Schnittstelle Messeinrichtungen zum Erfassen der Spannung auf dem Wechselstromnetz, Synchronisationseinrichtungen und einen Netzschalter aufweist, wobei die Schnittstelle (7), wenn eine Wechselspannung in einem vordefinierten Bereich auf dem Wechselstromnetz (1) vorliegt, die eine interne Wechselspannung der autarken Einheit (3–6) mittels der Synchronisationseinrichtungen mit der Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz synchronisiert und anschließend durch Schließen des Netzschalters mit der Wechselspannung auf dem Wechselstromnetz verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (7) darüber hinaus einen hochohmigen Widerstand aufweist und dass die Schnittstelle (7), wenn keine Wechselspannung in dem vordefinierten Bereich auf dem Wechselstromnetz (1) vorliegt, die interne Wechselspannung der autarken Einheit (3–6) über den hochohmig Widerstand an das Wechselstromnetz (1) anlegt und überprüft, ob sich die Spannung auf dem Wechselstromnetz (1) der interne Wechselspannung der autarken Einheit (3–6) entsprechend ändert, bevor sie die autarke Einheit (3–6) durch Schließen des Netzschalters mit dem Wechselstromnetz (1) verbindet, um mit der internen Wechselspannung der autarken Einheit (3–6) eine Wechselspannung in dem vordefinierten Bereich auf dem Wechselstromnetz (1) aufzubauen.
Schnittstelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (7) mit den Messeinrichtungen, die die Spannung auf dem Wechselstromnetz (1) erfassen, oder mit zusätzlichen Messeinrichtungen, die einen Stromfluss in das Wechselstromnetz (1) erfassen, überprüft, ob sich die Spannung auf dem Wechselstromnetz (1) der interne Wechselspannung der autarken Einheit (3–6) entsprechend ändert.
Schnittstelle (7) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (7) mit einem Zufallsgenerator den Zeitpunkt des Verbindens der autarken Einheit (3–6) über den hochohmigen Widerstand stochastisch determiniert.
Schnittstelle (7) nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (7) mit einem Zufallsgenerator den Zeitpunkt des niederohmigen Verbindens der autarken Einheit (3–6) mit dem Wechselstromnetz (1) stochastisch determiniert.