DE102010052331B4

DE102010052331B4 - Lokales elektrisches System

Info

Publication number: DE102010052331B4
Application number: DE102010052331.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Grebe; Lars Bernhardt
Original assignee: POLYMA ENERGIESYSTEME GmbH
Current assignee: POLYMA ENERGIESYSTEME GmbH
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: DE102010052331A1

Abstract

Lokales elektrisches System (1) umfassend ein lokales Drehstromnetz (2) mit einem lokalen Stromerzeugungsaggregat (3), mindestens einem elektrischen Verbraucher (4) und einer Netzstation (5),
wobei die Netzstation (5) ein manuell betätigbares Schaltmittel (6) für die Verbindung des lokalen Stromerzeugungsaggregats mit bzw. dessen Trennung von einem externen Drehstrom-Versorgungsnetz (7) umfasst und
wobei das lokale Stromerzeugungsaggregat (3) eine Steuereinheit (8) mit zwei darin hinterlegten Steuerprogrammen, nämlich
- einem ersten Steuerprogramm für einen Parallelbetrieb des Stromerzeugungsaggregats (3), in welchem die Frequenz des vom lokalen Stromerzeugungsaggregat (3) erzeugten Drehstroms mit derjenigen des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes (7) synchronisiert wird, und
- einem zweiten Steuerprogramm für einen Inselbetrieb, in welchem das Stromerzeugungsaggregat (3) die Frequenz des von ihm erzeugten Drehstroms autark regelt,
aufweist,
wobei an das lokale Drehstromnetz (2) ein Frequenzsensor (9) angeschlossen ist, der dergestalt mit der Steuereinheit (8) des lokalen Stromerzeugungsaggregats (3) zusammenwirkt, dass bei einer außerhalb einer vorgegebenen Bandbreite liegenden Frequenz im lokalen Drehstromnetz (2) selbsttätig das zweite Steuerprogramm mit autarker Frequenzregelung für den Inselbetrieb aktiviert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das elektrische System (1) ferner einen automatisch ansteuerbaren Netztrennmechanismus (13) zur Trennung des lokalen Stromerzeugungsaggregats (3) vom externen Drehstrom-Versorgungsnetz (7) aufweist und
dass an dem lokalen Stromerzeugungsaggregat (3) ein Betriebsarten-Wahlschalter vorgesehen ist, der in einer ersten Stellung die selbsttätige frequenz- und/oder spannungsabhängige Aktivierung des zweiten Steuerprogramms mit autarker Frequenzregelung für den Inselbetrieb zulässt und diese in einer zweiten Stellung unterdrückt, wobei in der der zweiten Stellung des Betriebsarten-Wahlschalters entsprechenden zweiten Betriebsart ein die Frequenz des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes (7) bestimmender Frequenzsensor dergestalt mit dem automatisch ansteuerbaren Netztrennmechanismus (13) zusammenwirkt, dass bei Überschreiten einer vorgegebenen Frequenz eine selbsttätige Trennung des lokalen Stromerzeugungsaggregats (3) vom externen Drehstrom-Versorgungsnetz (7) erfolgt, und
wobei in der der ersten Stellung des Betriebsarten-Wahlschalters entsprechenden ersten Betriebsart keine automatische Netztrennung erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lokales elektrisches System umfassend ein lokales Drehstromnetz mit einem lokalen Stromerzeugungsaggregat, mindestens einem elektrischen Verbraucher und einer Netzstation, wobei die Netzstation ein manuell betätigbares Schaltmittel für die Verbindung des lokalen Stromerzeugungsaggregats mit bzw. dessen Trennung von einem externen Drehstrom-Versorgungsnetz umfasst und wobei das lokale Stromerzeugungsaggregat eine Steuereinheit mit (wenigstens) zwei darin hinterlegten Steuerprogrammen aufweist. Bei diesen zwei Steuerprogrammen handelt es sich um ein erstes Steuerprogramm für einen Parallelbetrieb des Stromerzeugungsaggregats, in welchem die Frequenz des vom lokalen Stromerzeugungsaggregat erzeugten Drehstroms mit derjenigen des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes synchronisiert wird, und ein zweites Steuerprogramm für einen Inselbetrieb, in welchem das Stromerzeugungsaggregat die Frequenz des von ihm erzeugten Drehstroms autark regelt. Ferner kann bei gattungsgemäßen lokalen elektrischen Systemen, wie sie z.B. aus der US 7,078,825 B2 bekannt sind, vorgesehen sein, dass an das lokale Drehstromnetz ein Frequenzsensor angeschlossen ist, der dergestalt mit der Steuereinheit des Stromerzeugungsaggregats zusammenwirkt, dass bei einer außerhalb einer vorgegebenen Bandbreite liegenden Frequenz im lokalen Drehstromnetz selbsttätig das zweite Steuerprogramm mit autarker Frequenzregelung für den Inselbetrieb aktiviert wird.
Im so genannten Parallelbetrieb des Stromerzeugungsaggregats eines solchen elektrischen Systems ist das lokale Stromerzeugungsaggregat für gewöhnlich mit dem externen Drehstrom-Versorgungsnetz, bei dem es sich insbesondere um das öffentliche Stromnetz handeln kann, verbunden und kann so zur Einspeisung von Strom in das externe Drehstrom-Versorgungsnetz dienen. Der mindestens eine elektrische Verbraucher des Systems ist dabei ebenfalls über die Netzstation mit dem externen Drehstrom-Versorgungsnetz verbunden und wird von dem externen Netz versorgt. Demgegenüber wird im so genannten Inselbetrieb, bei welchem die Verbraucher und das Stromaggregat vom externen Drehstrom-Versorgungsnetz getrennt sind, der mindestens eine Verbraucher von dem mit ihm über das lokale Drehstromnetz verbundenen lokalen Stromerzeugungsaggregat mit Drehstrom versorgt.
Soweit vorliegend von Drehstrom gesprochen wird, so soll dies in ganz allgemeiner Weise jedweden mehrphasig und einphasig bereitgestellten Wechselstrom erfassen, insbesondere also den vom öffentlichen Stromnetz landestypisch bereitgestellten (Dreiphasen-)Wechselstrom, der z.B. in weiten Teilen Europas mit einer Netzfrequenz von 50 Hz und einer Netzspannung mit einem Effektivwert von 400 V an die Verbraucher geliefert wird. Gleichermaßen kann vorliegend unter dem Begriff Drehstrom auch ein Einphasenwechselstrom verstanden werden, wie er z.B. in weiten Teilen Europas mit einer Netzfrequenz von 50 Hz und einer Netzspannung (effektiv) von 230 V an den landestypischen (Schuko-)Steckdosen vorliegt.
Im Parallelbetrieb des Stromerzeugungsaggregats eines gattungsgemäßen elektrischen Systems wird die Frequenz (gemeint ist hier insbesondere auch die Phasenlage) des lokal erzeugten Dreh- bzw. Wechselstroms mit derjenigen des externen Dreh- bzw. Wechselstromnetzes synchronisiert, d.h. das externe Netz gibt die Frequenz bzw. Phasenlage für die lokale Stromerzeugung vor. Hierzu wird unter Verwendung üblicher Mittel die Frequenz (und Phasenlage) des vom externen Drehstrom-Versorgungsnetz bereitgestellten Drehstroms bestimmt bzw. erfasst. Das (lokale) Stromerzeugungsaggregat kann dabei außerdem in an sich bekannter Weise den Wirkfaktor („Cosinus Phi“) der eigenen Erzeugung durch Spannungsverstellung regeln. Ferner kann das (lokale) Stromerzeugungsaggregat die Leistung, die ins externe Netz geliefert werden soll, auf einen vom Bediener (im gegebenen Leistungsumfang) vorgebbaren Wert regeln.
Im Inselbetrieb, d.h. bei unterbrochener Verbindung zum externen Drehstrom-Versorgungsnetz, muss das Stromerzeugungsaggregat die Frequenz des erzeugten Dreh- bzw. Wechselstroms eigenständig, d.h. autark, regeln bzw. führen, da infolge der unterbrochenen Verbindung zum externen Netz kein geeignetes Regelsignal mehr zu Synchronisationszwecken zur Verfügung steht. Die elektrische Leistung, die das Stromerzeugungsaggregat im Inselbetrieb abgibt, wird dann ersichtlich durch den Verbrauch der an das lokale Drehstromnetz angeschlossenen Verbraucher bestimmt. Die vom Stromerzeugungsaggregat bereitgestellte Spannung kann auf einen vom Bediener bestimmten Wert vorgegeben werden.
An einem externen Drehstrom-Versorgungsnetz müssen gelegentlich Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten durchgeführt werden, wozu es erforderlich werden kann, den von den Wartungs-/Reparaturarbeiten betroffenen Stromnetzabschnitt stromlos zu schalten. Die hiervon betroffenen Verbraucher können somit während dieser Zeit keinen Strom mehr über das externe Drehstromnetz beziehen. Zu deren Versorgung soll das lokale Stromerzeugungsaggregat des gattungsgemäßen lokalen elektrischen Systems Verwendung finden, wobei es sich bei einem vorliegend zur Verwendung kommenden Stromerzeugungsaggregat um einen beliebigen Dreh- bzw. Wechselstromerzeuger, beispielsweise um ein Dieselaggregat, handeln kann.
Um die erforderlichen Wartungs-/Reparaturarbeiten an dem externen Drehstrom-Versorgungsnetz gefahrlos durchführen zu können, ist in dem gattungsgemäßen elektrischen System ein manuell zu betätigendes Schaltmittel an der Netzstation vorgesehen, mit welchem das lokale Stromerzeugungsaggregat von dem externen Drehstrom-Versorgungsnetz getrennt bzw. nach durchgeführter Wartung/Reparatur wieder mit diesem verbunden werden kann. Bei diesem Schaltmittel kann es sich um einen manuell zu betätigenden Schalter oder aber um jedwede sonstige manuell zu betätigende Netz-Trennmöglichkeit, z.B. auch in Art einer herausnehmbaren Sicherung, handeln.
Nach der Trennung des lokalen Stromerzeugungsaggregats samt Verbrauchern von dem externen Drehstrom-Versorgungsnetz muss die Steuereinheit des zuvor im Parallelbetrieb arbeitenden Stromerzeugungsaggregats durch entsprechende Auswahl bzw. Aktivierung des hierfür vorgesehenen Steuerprogramms in den Inselbetrieb mit autarker Phasenführung geschaltet werden.
Diese Umschaltung des Steuerprogramms von Parallelbetrieb (netzparallele Arbeitsweise mit vom externen Netz vorgegebener Frequenz) in Inselbetrieb (autarke Frequenzführung durch das Stromerzeugungsaggregat) erfolgt im Stand der Technik in der Regel manuell, d.h. durch einen Bediener von Hand, und zwar nachdem zuvor das Stromerzeugungsaggregat samt Verbraucher mittels des ebenfalls manuell zu betätigenden Schaltmittels an der Netzstation vom externen Netz getrennt wurde.
Beim Freischalten des Stromerzeugungsaggregats ergibt sich jedoch die Problematik, dass - je nach gegebenen Örtlichkeiten und Schnelligkeit des Bedienpersonals - zwischen dem manuellen Betätigen des an der Netzstation befindlichen Schaltmittels zum Trennen des Stromaggregats vom externen Netz (bzw. der gleichzeitig erfolgenden Lastübernahme durch das lokale Stromerzeugungsaggregat) und dem manuellen Umschalten der Steuerprogramme der Steuereinheit des Stromerzeugungsaggregats von Parallelbetrieb auf Inselbetrieb ein Zeitraum von einigen Sekunden bis zu einigen Minuten vergeht. In diesem Zeitraum arbeitet das Stromerzeugungsaggregat noch unter Verwendung des für den Parallelbetrieb vorgesehenen Steuerprogramms und versucht Spannung und Frequenz gemäß den insoweit geltenden Vorgaben zu regeln. Da nun aber das externe Netz nicht mehr vorhanden ist, kann sich die Frequenz unkontrolliert verändern und auch die Ausregelung des Cosinus Phi geht von falschen Voraussetzungen aus. Wenngleich dabei die eintretenden Schwankungen in den meisten Fällen eher gering sind und nicht zu einem Systemausfall führen, so kann sich in speziellen Fällen, insbesondere bei plötzlichen Laständerungen auf Seiten des mindestens einen Verbrauchers, die vom Stromerzeugungsaggregat bereitgestellte Frequenz stark ändern oder durch starke Beeinflussung des Cosinus Phi die Spannungsregelung überreagieren, wodurch die üblichen Sicherheitseinrichtungen des Stromerzeugungsaggregats zu dessen Abschaltung und damit zu einem Stromausfall führen.
Aus der EP 1 965 483 A1 ist bereits ein lokales elektrisches System umfassend ein lokales Drehstromnetz mit einem lokalen Stromerzeugungsaggregat („Eigenenergieerzeugungsanlage“), mindestens einem Verbraucher und einer Netzstation bekannt, bei dem das lokale Stromerzeugungsaggregat ebenfalls in einem Parallelbetrieb und einem Inselbetrieb betrieben werden kann. Dort ist allerdings kein manuell betätigbares Schaltmittel zur Trennung des Stromerzeugungsaggregats von dem öffentlichen Energiestromnetz vorgesehen, sondern vielmehr eine Zusatzeinrichtung mit einer selbsttätigen Freischaltstelle, mittels derer das Stromerzeugungserzeugungsaggregat im Falle eines Ausfalls des öffentlichen Energiestromnetzes automatisch freigeschalten werden kann. Ein Anregung dahingehend, wie im Falle einer manuellen Trennung des Stromerzeugungserzeugungsaggregats vom öffentlichen Stromnetz eine Abschaltung des lokalen Stromerzeugungsaggregats wirksam vermieden werden kann, findet sich darin nicht.
Vor dem Hintergrund des vorstehend erläuterten Stands der Technik ist es somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein möglichst einfach aufgebautes lokales elektrisches System der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem bei manueller Trennung des Stromerzeugungsaggregats vom externen Drehstrom-Versorgungsnetz ein zuverlässiges und insbesondere ausfallsicheres Umschalten des Stromerzeugungsaggregats vom Parallelbetrieb in den Inselbetrieb ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird mit einem lokalen elektrischen System nach Anspruch 1 gelöst.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist, wie bereits einleitend erwähnt, vorgesehen, dass an das lokale Drehstromnetz ein Frequenzsensor angeschlossen ist, der dergestalt mit der Steuereinheit des Stromerzeugungsaggregats zusammenwirkt, dass bei einer außerhalb einer vorgegebenen Bandbreite liegenden Frequenz im lokalen Drehstromnetz selbsttätig das zweite Steuerprogramm mit autarker Frequenzregelung für den Inselbetrieb aktiviert wird.
Mit anderen Worten wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung also eine automatische Umschaltung der Betriebsweise des lokalen Stromerzeugungsaggregats dergestalt erzielt, dass im Falle von Frequenzverschiebungen im lokalen Drehstromnetz, die eine vorgebbare Größe überschreiten, automatisch das den Inselbetrieb des Stromerzeugungsaggregats betreffende Steuerprogramm aktiviert wird, und zwar bevor es in Anbetracht der mittels des Frequenzsensors detektierten Frequenzverschiebung zu einer selbsttätigen Abschaltung des Stromerzeugungsaggregats kommen kann. Der erfindungsgemäß vorgesehene und mit der Steuereinheit des lokalen Stromerzeugungsaggregats zusammenwirkende Frequenzsensor soll dabei ersichtlich eine im Wesentlichen kontinuierliche Überwachung der Frequenz des im lokalen Drehstromnetz fließenden Drehstroms (bzw. der hierzu korrespondierenden, ggfs. phasenverschobenen Spannung) erlauben.
Insoweit ist von Bedeutung, dass die Netzfrequenz des öffentlichen Drehstromnetzes, insbesondere im Europäischen Verbundnetz, hochgradig konstant ist und in der Regel um nicht mehr als +/- 0,1 Hz schwankt. Wenn also das Steuereinheit des lokalen Stromerzeugungsaggregats mittels des Frequenzsensors feststellt, dass sich die tatsächlich vorherrschende Frequenz im lokalen Drehstromnetz deutlich außerhalb des üblichen Schwankungsbereichs der Frequenz des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes bewegt, so kann davon ausgegangen werden, dass keine Verbindung zum Netz mehr besteht.
Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen elektrischen System vorgesehen, dass dieses einen automatisch ansteuerbaren Netztrennmechanismus zur Trennung des lokalen Stromerzeugungsaggregats vom externen Drehstrom-Versorgungsnetz aufweist und dass an dem lokalen Stromerzeugungsaggregat ein Betriebsarten-Wahlschalter vorgesehen ist, der in einer ersten Stellung die selbsttätige frequenz- und/oder spannungsabhängige Aktivierung des zweiten Steuerprogramms mit autarker Frequenzregelung für den Inselbetrieb zulässt und diese in einer zweiten Stellung unterdrückt. Dabei ist ferner vorgesehen, dass in der der zweiten Stellung des Betriebsarten-Wahlschalters entsprechenden zweiten Betriebsart ein die Frequenz des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes bestimmender Frequenzsensor dergestalt mit dem automatisch ansteuerbaren Netztrennmechanismus zusammenwirkt, dass bei Überschreiten einer vorgegebenen Frequenz des externen Drehstromnetzes eine selbsttätige Trennung des lokalen Stromerzeugungsaggregats vom externen Drehstrom-Versorgungsnetz erfolgt, und dass in der der ersten Stellung des Betriebsarten-Wahlschalters entsprechenden ersten Betriebsart keine automatische Netztrennung erfolgt.
Dabei versteht sich, dass es sich bei dem beanspruchten Betriebsarten-Wahlschalter nicht zwingend um einen mechanischen Schalter im engeren Sinne handeln muss, sondern dass eine entsprechende Schaltmöglichkeit ggfs. auch software-technisch realisiert sein kann.
Mit anderen Worten ist also im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass das lokale Stromerzeugungsaggregat zum Betrieb in zwei verschiedenen Betriebsarten eingerichtet ist. Die zweite dieser beiden Betriebsarten ist dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Umschaltung des Steuerprogramms von Parallelbetrieb auf Inselbetrieb unterdrückt wird, also nicht erfolgt, und dass - stattdessen - das Stromerzeugungsaggregat eines erfindungsgemäßen elektrischen Systems in dieser zweiten Betriebsart automatisch vom Netz getrennt wird, sobald die Frequenz des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes eine vorgegebene Frequenz übersteigt.
Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass sich nach geltenden Vorschriften dezentrale Einspeiser von Strom, wie das lokale Stromerzeugungsaggregat des erfindungsgemäßen elektrischen Systems, selbsttätig abschalten müssen, wenn die Netzfrequenz einen vorgegebenen Wert, der gemäß derzeitiger Regelung bei 50,3 Hz liegt, überschreitet. Hiermit stellen die Betreiber des öffentlichen Stromnetzes sicher, dass sie z.B. im Falle von bestehenden Überkapazitäten (ggfs. auch nur in Teilen des Netzes) die dezentrale Einspeisung von Strom in das Netz durch bewusste Anhebung der Netzfrequenz über besagte Schwelle abschalten können. Um diesen Vorschriften Rechnung zu tragen ist also in der zweiten Betriebsart des Stromaggregats eine entsprechend automatisierte Netztrennungsmöglichkeit vorgesehen. Diese zweite Betriebsart kann somit ersichtlich beim regulären Betrieb des Stromerzeugungsaggregats zu Einspeisezwecken (also im gewöhnlichen Parallelbetrieb) gewählt werden, entspricht also gewissermaßen dem „Regelbetrieb“ des lokalen Stromerzeugungsaggregats im Parallelbetrieb.
Die erste Betriebsart wird demgegenüber vorteilhaft gewählt, bevor - mittels des manuell zu betätigenden Schaltmittels - eine manuelle Trennung des lokalen Drehstromnetzes (inkl. des lokalen Stromerzeugungsaggregats und der Verbraucher) vom externen Drehstrom-Versorgungsnetz beabsichtigt ist, so dass nach entsprechender manueller Trennung eine störungsfreie Übernahme der Versorgung der Verbraucher durch das Stromerzeugungsaggregats erfolgt, in deren Rahmen, falls keine manuelle Umschaltung von dem ersten auf das zweite Steuerprogramm der Steuereinheit erfolgt, eine entsprechende Umschaltung auf Inselbetrieb automatisch erfolgt, wenn die Frequenz im lokalen Drehstromnetz und/oder die Spannung die hierfür vorgegebene Bandbreite verlässt. Man kann diese erste Betriebsart somit gewissermaßen als „Inselbetriebsvorbereitungsbetrieb“ bezeichnen, da hier - nach manuellem Trennen des Stromerzeugungsaggregats und der Verbraucher vom externen Netz - im Sinne der Erfindung eine automatische Freischaltung erfolgt.
Eine erste bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die vorgegebene Bandbreite der Frequenz im lokalen Wechselstromnetz (bei deren Über- oder Unterschreitung ein automatischer Wechsel in das zweite Steuerprogramm für den Inselbetrieb stattfindet) über maximale Abweichungen von zwischen +/-0,3% und +/- 1,5% von der Nennfrequenz des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes vorgegeben ist. Nochmals bevorzugt wird die vorgenannte Bandbreite über maximale Abweichungen von zwischen +/- 0,4% und +/- 1% von der Nennfrequenz des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes vorgegeben. Mit einer innerhalb der vorgenannten Grenzen liegenden Bandbreite kann einerseits gewährleistet werden, dass eine Umschaltung des Stromaggregats in den Inselbetriebs-Modus nur dann erfolgt, wenn tatsächlich keine Verbindung zum externen Drehstrom-Versorgungsnetz mehr besteht; und andererseits liegen besagte Werte noch so nahe an der Nennfrequenz des externen Netzes, die bevorzugt auch in etwa derjenigen der autarken Frequenzregelung durch das Stromerzeugungsaggregat im Inselbetrieb entspricht, dass eine Umschaltung des Stromerzeugungsaggregats auf den Inselbetrieb störungsfrei erfolgen kann.
Im Falle einer Nennfrequenz von 50 Hz können somit vorteilhaft absolute Abweichungen zwischen +/- 0,15 Hz bis +/- 0,75 Hz als obere bzw. untere Auslöseschwelle für die automatische Umschaltung der Steuereinheit in den Betriebsmodus Inselbetrieb dienen, wobei die Bandbreite zwar vorteilhaft, jedoch nicht zwingend symmetrisch um die Nennfrequenz herum liegen muss.
Aus praktischer Sicht hat sich im europäischen Verbundnetz mit einer Nennfrequenz von 50 Hz insbesondere eine Bandbreite von 49,7 bis 50,3 Hz als zweckmäßig erwiesen. Für Netze in anderen Ländern, z.B. die Netze in Japan und den USA, ist eine an die jeweilige Frequenzstabilität des betreffenden Netzes angepasste Bandbreite zu wählen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann ergänzend vorgesehen sein, dass an das lokale Drehstromnetz neben dem Frequenzsensor auch ein Spannungsmessgerät angeschlossen ist, das dergestalt mit der Steuereinheit des lokalen Stromerzeugungsaggregats zusammenwirkt, dass bei einer außerhalb einer vorgegebenen Bandbreite liegenden Spannung im lokalen Drehstromnetz selbsttätig die Leistungsregelung mit autarker Phasenführung aktiviert wird.
Wie bereits weiter oben erläutert, wird im Parallelbetrieb des Stromerzeugungsaggregats vorteilhaft auch der Wirkfaktor bzw. „Cosinus Phi“ im lokalen Drehstromnetz durch geeignete Spannungsverstellung geregelt, womit sich bei erfolgter Trennung vom externen Drehstromnetz ggfs. auch der Effektivwert der vom lokalen Stromerzeugungsaggregat bereitgestellten Spannung unkontrolliert verändern kann. Auch sich deutlich ändernde Spannungswerte sind somit ein klares Zeichen für eine bereits erfolgte Trennung von dem externen Netz, so dass in dieser Weiterbildung das den Inselbetrieb betreffende Steuerprogramm aktiviert wird, wenn entweder die Frequenz oder die Spannung aus einer vorgegebenen Bandbreite herausläuft, je nachdem welche der beiden Bedingungen zuerst eintritt.
Dabei ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, wenn die insoweit vorzugebende Bandbreite der von dem Stromerzeugungsaggregat bereitgestellten Spannung über maximale Abweichungen von zwischen +/- 5 % und +/- 15 % von der Nennspannung des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes vorgegeben ist.
Bei dem in Europa üblichen Drehstromnetz mit einer Effektivspannung von 400 Volt kann also zweckmäßig vorgesehen sein, dass die Obergrenze der vorgegebenen Bandbreite aus Effektivspannungen im Bereich von 420 - 460 Volt und die Untergrenze aus Effektivspannungen im Bereich von 340 - 380 Volt gewählt werden.
In der Praxis hat sich dabei für das europäische Netz mit einer Effektivspannung von 400 V eine Bandbreite von 364 bis 436 Volt als besonders zweckmäßig herausgestellt, um einerseits eine fehlerhafte Umschaltung des Stromerzeugungsaggregats in den Betriebsmodus „Inselbetrieb“ zu vermeiden und andererseits wirksam für eine störungsfreie Umschaltung auf „Inselbetrieb“ zu sorgen, wenn dies aufgrund einer erfolgten Trennung des Stromerzeugungsaggregats vom externen Stromnetz geboten ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung gemäß 1 näher erläutert.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Systems 1 umfasst ein lokales Drehstromnetz 2 mit einem lokalen Stromerzeugungsaggregat 3, (mindestens) einem elektrischen Verbraucher 4 und einer Netzstation 5, in welcher ein manuell betätigbares Schaltmittel, hier in Form des manuell betätigbaren Schalters 6, für die Verbindung des Stromerzeugungsaggregats 3 und des Verbrauchers 4 mit bzw. deren Trennung von dem externen Drehstrom-Versorgungsnetz 7 vorgesehen ist. Das lokale Stromerzeugungsaggregat 3 weist eine Steuereinheit 8 auf, in welcher zwei Steuerprogramme für den Parallelbetrieb und den Inselbetrieb des Stromerzeugungsaggregats 3 hinterlegt sind, die wahlweise aktiviert werden können und deren Funktion bereits weiter oben ausführlich erläutert wurde. Ferner ist in dem lokalen Drehstromnetz 2 ein Frequenzsensor 9 und ein Spannungsmessgerät 10 vorgesehen, mit welchen die Frequenz und Spannung innerhalb des lokalen Drehstromnetzes laufend überwacht werden können. Frequenzsensor 9 und Spannungsmessgerät 10 können selbstverständlich in das Stromerzeugungsaggregat 3 integriert sein und sind mit dessen Steuereinheit 8 verbunden (vgl. Signalleitungen 11 und 12), um in Zusammenwirkung mit der Steuereinheit 8 - in einer ersten Betriebsart („Inselbetriebsvorbereitungsbetrieb“) des lokalen Stromerzeugungsaggregats 3 - im erfindungsgemäßen Sinne eine automatische Umschaltung auf das zweite Steuerprogramm für den Inselbetrieb zu veranlassen, sobald die Frequenz und/oder Spannung im lokalen Drehstromnetz 2 die hierfür vorgegebene Bandbreite verlassen. In einer zweiten Betriebsart („Regelbetrieb“) ist demgegenüber vorgesehen, dass mittels des automatisch von der Steuereinheit 8 des lokalen Stromerzeugungsaggregats 3 betätigbaren Schalters 13 (vgl. die hierfür vorgesehene Signalleitung 14) genau dann eine Trennung des Stromerzeugungsaggregats 3 vom externen Netz 7 (und den Verbrauchern 4) herbeizuführen, wenn die Netzfrequenz einen vorgegebenen Wert überschreitet. Das lokale Stromerzeugungsaggregat 3 weist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Einheit aus Motor 15 und Generator 16 auf, auf die in den verschiedenen Betriebsmodi und -arten (siehe oben) mittels der Steuereinheit 8, insbesondere zur Regelung der Frequenz (inkl. Phasenlage) des erzeugten Drehstroms und zur Einstellung bzw. Verstellung der von dem lokalen Stromerzeugungsaggregat bereitgestellten Spannung, auf geeignete Weise eingewirkt werden kann.

Claims

Lokales elektrisches System (1) umfassend ein lokales Drehstromnetz (2) mit einem lokalen Stromerzeugungsaggregat (3), mindestens einem elektrischen Verbraucher (4) und einer Netzstation (5), wobei die Netzstation (5) ein manuell betätigbares Schaltmittel (6) für die Verbindung des lokalen Stromerzeugungsaggregats mit bzw. dessen Trennung von einem externen Drehstrom-Versorgungsnetz (7) umfasst und wobei das lokale Stromerzeugungsaggregat (3) eine Steuereinheit (8) mit zwei darin hinterlegten Steuerprogrammen, nämlich - einem ersten Steuerprogramm für einen Parallelbetrieb des Stromerzeugungsaggregats (3), in welchem die Frequenz des vom lokalen Stromerzeugungsaggregat (3) erzeugten Drehstroms mit derjenigen des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes (7) synchronisiert wird, und - einem zweiten Steuerprogramm für einen Inselbetrieb, in welchem das Stromerzeugungsaggregat (3) die Frequenz des von ihm erzeugten Drehstroms autark regelt, aufweist, wobei an das lokale Drehstromnetz (2) ein Frequenzsensor (9) angeschlossen ist, der dergestalt mit der Steuereinheit (8) des lokalen Stromerzeugungsaggregats (3) zusammenwirkt, dass bei einer außerhalb einer vorgegebenen Bandbreite liegenden Frequenz im lokalen Drehstromnetz (2) selbsttätig das zweite Steuerprogramm mit autarker Frequenzregelung für den Inselbetrieb aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische System (1) ferner einen automatisch ansteuerbaren Netztrennmechanismus (13) zur Trennung des lokalen Stromerzeugungsaggregats (3) vom externen Drehstrom-Versorgungsnetz (7) aufweist und dass an dem lokalen Stromerzeugungsaggregat (3) ein Betriebsarten-Wahlschalter vorgesehen ist, der in einer ersten Stellung die selbsttätige frequenz- und/oder spannungsabhängige Aktivierung des zweiten Steuerprogramms mit autarker Frequenzregelung für den Inselbetrieb zulässt und diese in einer zweiten Stellung unterdrückt, wobei in der der zweiten Stellung des Betriebsarten-Wahlschalters entsprechenden zweiten Betriebsart ein die Frequenz des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes (7) bestimmender Frequenzsensor dergestalt mit dem automatisch ansteuerbaren Netztrennmechanismus (13) zusammenwirkt, dass bei Überschreiten einer vorgegebenen Frequenz eine selbsttätige Trennung des lokalen Stromerzeugungsaggregats (3) vom externen Drehstrom-Versorgungsnetz (7) erfolgt, und wobei in der der ersten Stellung des Betriebsarten-Wahlschalters entsprechenden ersten Betriebsart keine automatische Netztrennung erfolgt.
Elektrisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Bandbreite der Frequenz im lokalen Wechselstromnetz über maximale Abweichungen von zwischen +/- 0,4% und +/- 1% von der Nennfrequenz des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes vorgegeben ist.
Elektrisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Nennfrequenz von 50 Hz als Bandbreite der Frequenz im lokalen Wechselstromnetz 49,7 bis 50,3 Hz vorgegeben ist.
Elektrisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an das lokale Drehstromnetz (2) ein Spannungsmessgerät (10) angeschlossen ist, das dergestalt mit der Steuereinheit (8) des lokalen Stromerzeugungsaggregats (3) zusammenwirkt, dass bei einer außerhalb einer vorgegebenen Bandbreite liegenden Spannung im lokalen Drehstromnetz selbsttätig das zweite Steuerprogramm mit autarker Frequenzregelung für den Inselbetrieb aktiviert wird.
Elektrisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite der von dem Stromerzeugungsaggregat bereitgestellten Spannung über maximale Abweichungen von zwischen +/- 5 % und +/- 15 % von der Nennspannung vorgegeben ist.
Elektrisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Nennspannung des externen Drehstrom-Versorgungsnetzes (7) von 400 Volt als Bandbreite der Spannung im lokalen Wechselstromnetz maximale Abweichungen von dieser Nennspannung von zwischen +/- 20 Volt bis +/- 60 Volt vorgegeben ist.