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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis von Einspeiseanlagen, die Leistung in ein Niederspannungsnetz einspeisen.
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Herkömmliche Energieversorgungsnetze sind zumeist hierarchisch ausgebaut, wobei ein Höchstspannungsnetz als Übertragungsnetz dient und Mittelspannungsnetze sowie Niederspannungsnetzwerke als Verteilnetze vorgesehen sind. Aufgrund der Zunahme von dezentralen Einspeiseanlagen, beispielsweise Blockheizkraftwerken, Photovoltaikanlagen oder Kleinwindkraftanlagen, wird die ursprünglich unidirektionale Hierarchie der elektrischen Stromversorgungsnetzwerke, die einen zentralen Energieerzeuger und eine Vielzahl von Energieverbrauchern aufweisen, aufgebrochen. Insbesondere Energieeinspeiser auf Basis erneuerbarer Energiequellen werden überwiegend an dem Mittelspannungsnetz sowie an dem Niederspannungsnetz angeschlossen. Während Höchstspannungsnetze in der Regel mit einer hohen Übertragungsspannung von mehr als 100 kV arbeiten, weisen Mittelspannungsnetze eine Spannung von 10, 20 oder 30 kV und Niederspannungsnetze eine geringere Spannung von 230/400 V auf. Die Stromkunden werden zunehmend neben Energieverbrauchern auch zu Energie- bzw. Leistungsproduzenten. Man bezeichnet einen Stromkunden, der durch den Betrieb einer dezentralen Energieerzeugungsanlage zu einem Produzenten wird, auch als Prosumer, wobei Prosumer ein Kunstwort darstellt aus den Worten „Produzent” und „Konsument”. Prosumereinheiten sind somit Einheiten, welche sowohl elektrische Energie verbrauchen bzw. konsumieren als auch dezentral erzeugen bzw. produzieren.
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Herkömmliche hierarchische Stromnetze sind aufgrund von Annahmen ausgelegt, die sich aus einer passiven Versorgungshierarchie und Parametern, wie beispielsweise Länge der Stromleitungen, ergeben. Die daraus resultierenden Impedanzverhältnisse ergeben über die bekannten physikalischen Zusammenhänge Spannungs- und Lastflussverhältnisse in dem hierarchischen Stromnetz.
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Bei herkömmlichen hierarchischen Stromnetzen im ländlichen Bereich ist es vor allem notwendig, für die Einhaltung der Spannungsgrenzen in dem Netz zu sorgen. Ist dort eine zentrale Einspeisestelle, in der Regel eine Ortsnetzstation, und eine Stromleitung zu den Abnehmern bzw. Stromverbrauchern, beispielsweise zu Privathaushalten, vorhanden, ergibt sich hieraus eine Streckenlast entlang der Stromleitung. Besonders in den ausgedehnten ländlichen Stromnetzen ist daher der Effekt vorherrschend, dass die elektrische Spannung immer weiter sinkt, je weiter man sich von dem Einspeisungspunkt, an dem die Spannung in das Niederspannungsnetzwerk eingespeist wird, entfernt. Um auch noch bei dem am weitesten entfernten Teilnehmer bzw. Stromverbraucher die minimale untere Spannungsgrenze laut EN50160 einhalten zu können, wird deshalb herkömmlicher Weise eine Spannung mit einer gewissen Überspannung aus dem übergeordneten Mittelspannungsnetz in das jeweilige Niederspannungsnetz eingespeist. Dabei wird üblicherweise die Sollspannung derart gewählt, dass bei einer Minimallast auch eine zulässige obere maximale Spannungsgrenze nicht überschritten wird. Wird bei einem derartigen herkömmlichen Niederspannungsnetz jedoch durch eine Einspeiseanlage einer Prosumereinheit elektrische Leistung an einem Verknüpfungspunkt, welcher sich in der Nähe des Einspeisepunktes befindet, in das Niederspannungsnetz eingespeist, kann es zu einer ungewollten Überschreitung der oberen Spannungsgrenze kommen, wobei dies wiederum nachteilige Folgen hat. Bei Überschreitung der oberen Spannungsgrenze ist es möglich, dass Schutzschaltungen bei naheliegenden Einspeiseanlagen aktiviert werden. Das führt dazu, dass erneuerbare Energie, die beispielsweise von einer Kleinwindkraftanlage als Einspeiseanlage einer Prosumereinheit in das Niederspannungsnetz eingespeist werden soll, nicht in vollem Ausmaß in das betroffene Niederspannungsnetzwerk eingespeist werden kann.
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Im Gegensatz zu Netzen im ländlichen Bereich weisen urbane Netze aufgrund der Lastdichte eher geringere Leitungslängen auf. Daher besteht bei urbanen Netzen weniger die Notwendigkeit einer Spannungshaltung in dem Niederspannungsnetz, sondern die Notwendigkeit, die vorhandenen Betriebsmittel ausreichend auszulasten. Dezentrale Einspeiseanlagen verringern zunächst die hohe Auslastung von Leitungen und Transformatoren von Ortsnetzstationen. Daher werden nur selten die Leistungsgrenzen bei der Rückspeisung von Energie verletzt. Eine Koordinierung der Einspeiseanlagen ist allerdings auch bei urbanen Netzwerken notwendig, da sie zu einer Verringerung von Asymmetrien innerhalb des Netzes beitragen können, wobei insbesondere Einspeiseanlagen von Prosumereinheiten eine in dem Netz bereits vorherrschende Asymmetrie nicht noch weiter verschlimmern sollen. In einem Stromversorgungsnetzwerk können beispielsweise in suburbanen Gebieten auch Netzabschnitte innerhalb des Netzgebietes sowohl eher einen ländlichen als auch einen urbanen Charakter aufweisen.
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Es besteht daher ein Bedarf für ein Verfahren zum Nachweis von Einspeiseanlagen von Prosumereinheiten, die elektrische Leistung in ein Niederspannungsnetz einspeisen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zum Nachweis von Einspeiseanlagen, die Leistung in ein Niederspannungsnetz einspeisen, an dem mindestens eine Prosumereinheit über eine Phasenleitung angeschlossen ist,
wobei die Prosumereinheit über die Phasenleitung ein zugehöriges amplitudenmoduliertes Pilotsignal an eine Ortsnetzstation des Niederspannungsnetzes überträgt,
wobei die Amplitude des übertragenen Pilotsignales die von einer Einspeiseanlage der jeweiligen Prosumereinheit in das Niederspannungsnetz eingespeiste Leistungsmenge und eine Grundfrequenz des übertragenen Pilotsignales den Einspeiseort angibt, an dem die Leistung durch die Einspeiseanlage der Prosumereinheit in das Niederspannungsnetz eingespeist wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich festzustellen, wo, wie viel und mit welchem Leistungsfaktor und bei welchen Impedanzverhältnissen Leistung in das Niederspannungsnetz eingespeist wird.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens generiert die Prosumereinheit das amplitudenmodulierte Pilotsignal und koppelt es auf die Phasenleitung des Niederspannungsnetzes ein.
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Dabei weist das Pilotsignal bei einer möglichen Ausführungsform eine Grundfrequenz und eine oder mehrere Oberschwingungen auf.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens überträgt die Prosumereinheit das amplitudenmodulierte Pilotsignal für eine vorgegebene Zeitdauer über die Phasenleitung an die Ortsnetzstation des Niederspannungsnetzes.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beginnt die Übertragung des amplitudenmodulierten Pilotsignales durch die Prosumereinheit an die Ortsnetzstation eine vorgegebene Zeitspanne vor einer Einspeisung einer Leistung durch die Prosumereinheit in das Niederspannungsnetz. Auf diese Weise kann die Einstellung des Transformators der Ortsnetzstation proaktiv erfolgen.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt die Grundfrequenz des durch die Prosumereinheit eingekoppelten Pilotsignales von einem Abstand zwischen der Prosumereinheit und der Ortsnetzstation des Niederspannungsnetzes ab.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt die Grundfrequenz des durch die Prosumereinheit eingekoppelten Pilotsignales linear von dem Abstand zwischen der Prosumereinheit und der Ortsnetzstation ab.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verfügt der Transformator der Ortsnetzstation über einen automatisierten Stufensteller, an dem in Abhängigkeit der von den verschiedenen Prosumereinheiten eingespeisten Leistungsmengen und den Einspeiseorten der Prosumereinheiten entsprechend das Übersetzungsverhältnis eingestellt wird.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Niederspannungsnetz drei Phasenleitungen und einen Nullleiter auf,
wobei jede Prosumereinheit an eine der drei Phasenleitungen und den Nullleiter des Niederspannungsnetzes angeschlossen ist,
wobei das generierte Pilotsignal durch die Prosumereinheit in denjenigen Phasenleiter eingekoppelt wird, an dem die Prosumereinheit angeschlossen ist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ruft das in einen der drei Phasenleiter eingekoppelte und an die Ortsnetzstation übertragene Pilotsignal der Prosumereinheit in den übrigen Phasenleitern des Niederspannungsnetzes Übersprech-Pilotsignale hervor, die eine geringere Amplitude als das übertragene amplitudenmodulierte Pilotsignal aufweisen,
wobei durch Vergleichen der Amplituden des übertragenen Pilotsignales und der durch dieses Pilotsignal hervorgerufenen Übersprech-Pilotsignale ermittelt wird, an welchem der Phasenleiter des Niederspannungsnetzes die jeweilige Prosumereinheit angeschlossen ist.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das von der Prosumereinheit in den Phasenleiter des Niederspannungsnetzes eingekoppelte amplitudenmodulierte Pilotsignal zwei Signalabschnitte auf.
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Dabei gibt vorzugsweise die Amplitude eines ersten Signalabschnitt des amplitudenmodulierten Pilotsignales die von der Prosumereinheit in das Niederspannungsnetz eingespeiste Leistungsmenge an.
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Bei einer möglichen Ausführungsform weist das Pilotsignal einen zweiten Signalabschnitt auf, der eine Referenzamplitude hat, die eine bestimmte Referenzleistungsmenge angibt.
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Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung mit den in Patentanspruch 12 angegebenen Merkmalen.
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Die Erfindung schafft demnach eine Vorrichtung zum Nachweis von Einspeiseanlagen, die Leistung in ein Niederspannungsnetz einspeisen, an dem mindestens eine Prosumereinheit über eine Phasenleitung angeschlossen ist,
wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Auskoppeleinheit zum Auskoppeln eines von der Prosumereinheit über eine Phasenleitung des Niederspannungsnetzes empfangenen amplitudenmodulierten Pilotsignales,
eine Signalauswerteeinheit zur Signalauswertung des empfangenen amplitudenmodulierten Pilotsignales,
wobei die Amplitude des empfangenen amplitudenmodulierten Pilotsignales die von einer Einspeiseanlage der jeweiligen Prosumereinheit eingespeiste Leistungsmenge und
die Grundfrequenz des empfangenen amplitudenmodulierten Pilotsignales den Einspeiseort angibt, an dem die Einspeiseanlage der jeweiligen Prosumereinheit die Leistung in das Niederspannungsnetz einspeist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt die Signalauswerteeinheit einen Transformator einer Ortsnetzstation des Niederspannungsnetzes in Abhängigkeit von den angegebenen Leistungsmengen und Einspeiseorten der an dem Niederspannungsnetz angeschlossenen Prosumereinheiten zur Regelung eines Spannungsniveaus in dem Niederspannungsnetz ein.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat die Vorrichtung Zugriff auf einen Datenspeicher, der eine Tabelle speichert, in welcher jeder Grundfrequenz eines Pilotsignales eine Prosumereinheit und deren Einspeiseort in dem Niederspannungsnetz zugeordnet ist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Transformator der Ortsnetzstation ein Übersetzungsverhältnis auf, das in Abhängigkeit von der von den verschiedenen Prosumereinheiten eingespeisten Leistungsmengen und den Einspeiseorten der Prosumereinheiten eingestellt wird.
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Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Nachweis von Einspeiseanlagen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Schaltbild zur Darstellung eines prinzipiellen Aufbaus eines Niederspannungsnetzes, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Nachweis von Einspeiseanlagen eingesetzt werden kann;
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2 ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform einer Vorrichtung zum Nachweis von Einspeiseanlagen gemäß der Erfindung, die in einer Ortsnetzstation eines Niederspannungsnetzes vorgesehen ist;
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3 ein Schaltbild zur Darstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels eines Niederspannungsnetzes mit drei Phasenleitungen und einem Nullleiter;
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4 ein Schaltbild zur Darstellung einer asymmetrischen Beschaltung von Prosumereinheiten innerhalb eines Niederspannungsnetzes;
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5 ein Diagramm zur Darstellung eines Spannungsabfalls innerhalb eines Niederspannungsnetzes.
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Wie man aus 1 erkennen kann, weist ein Niederspannungsnetz NSN eine Ortsnetzstation ONS auf, an die mindestens eine Prosumereinheit PE über eine Phasenleitung Li angeschlossen ist. Die Prosumereinheit PE ist, wie in 1 dargestellt, zwischen einem Phasenleiter Li und einem Nullleiter N angeschlossen. Die Prosumereinheit PE kann einerseits als Konsument Energie verbrauchen und andererseits als Produzent Energie produzieren und über eine Einspeiseanlage der Prosumereinheit PE in das Niederspannungsnetz NSN einspeisen. Das Niederspannungsnetz NSN kann über mehrere Phasenleitungen Li verfügen, beispielsweise drei Phasenleitungen L1, L2, L3. Darüber hinaus können eine Vielzahl von Prosumereinheiten PE an verschiedene Phasenleitungen L des Niederspannungsnetzes NSN angeschlossen sein. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren überträgt die Prosumereinheit PE über diejenige Phasenleitung L, an die sie angeschlossen ist, ein zugehöriges amplitudenmoduliertes Pilotsignal PS an die Ortsnetzstation ONS des Niederspannungsnetzes NSN. Dabei gibt die Amplitude des übertragenen Pilotsignales die von einer Einspeiseanlage der jeweiligen Prosumereinheit PE in das Niederspannungsnetz NSN eingespeiste Leistungsmenge bzw. Energiemengen an. Eine Grundfrequenz f des übertragenen Pilotsignales PS gibt den Einspeiseort an, an dem die elektrische Leistung bzw. Energie durch die Einspeiseanlage der Prosumereinheit PE in das Niederspannungsnetz NSN eingespeist wird. Der Spannung am Einspeisepunkt der Einspeiseanlage wird somit ein hochfrequentes Pilotsignal PS überlagert. Die Amplitude des überlagerten amplitudenmodulierten Pilotsignales PS spiegelt hierbei die eingespeiste elektrische Leistung wider.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt jede Einspeiseanlage einer Prosumereinheit PE ein Überlagerungs- bzw. Pilotsignal mit einer für die Einspeiseanlage charakteristischen Frequenz f. Dazu wird bei einer möglichen Ausführungsform durch einen Netzbetreiber des Niederspannungsnetzes NSN eine Karte an die Prosumereinheiten verteilt, der zu entnehmen ist, mit welcher Frequenz f die überlagerten Signale bzw. die amplitudenmodulierten Pilotsignale PS einzuspeisen sind. Diese Karte bzw. Tabelle kann in elektronischer Form an Nutzer der Prosumereinheit PE oder direkt an die Prosumereinheit PE verteilt werden. Bei einer möglichen Ausführungsform kann dann die aus der Karte entnommene Frequenz f von dem Betreiber bzw. Nutzer der Prosumereinheit PE manuell eingestellt werden. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die charakteristische Frequenz f des amplitudenmodulierten Pilotsignales PS von Geospatialdaten abgeleitet werden. Ist der Zusammenhang zwischen dem Abstand der Prosumereinheit PE von dem Haupteinspeisepunkt, d. h. der Ortsnetzstation ONS des Niederspannungsnetzes NSN, und der Frequenz f bekannt, kann an dem Haupteinspeisepunkt, d. h. der Ortsnetzstation ONS, mithilfe eines Modells des Stromnetzes bzw. Niederspannungsnetzes NSN ein charakteristischer Lastverlauf angegeben werden. Der charakteristische Lastverlauf zeigt, wie sich die Spannung U im gesamten Niederspannungsnetz NSN aufgrund der aktuellen Einspeisesituation verhält. Der Zusammenhang zwischen dem Abstand der Einspeiseanlage zu der Ortsnetzstation ONS und der Frequenz f kann anhand eines einfachen Beispiels illustriert werden. Bei einer linearen Topologie des Niederspannungsnetzes NSN kann beispielsweise die Frequenz f mit 10 Hz pro Meter zunehmen. Bei einer möglichen Ausführungsform erzeugt eine Prosumereinheit PE, die beispielsweise 100 m von dem Haupteinspeisepunkt bzw. der Ortsnetzstation ONS entfernt ist, dann ein Pilotsignal PS, das eine Grundfrequenz f von 100 × 10 Hz = 1 kHz aufweist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein an der Ortsnetzstation ONS vorgesehener Transformator T in Abhängigkeit von der angegebenen Leistungsmenge und dem angegebenen Einspeiseort zur Regelung eines Spannungsniveaus in dem Niederspannungsnetz NSN eingestellt. Falls es zu Über- bzw. Unterspannungen bzw. Überströmen je nach Art des Niederspannungsnetzes kommt, kann hierdurch eine Änderung eines Stufenstellers an dem Transformator T ausgelöst werden, um eine niedrigere Sollspannung an der Sammelschiene des Niederspannungsnetzes NSN einzustellen.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beginnt die Übertragung des amplitudenmodulierten Pilotsignales PS durch die Prosumereinheit PE an die Ortsnetzstation ONS eine vorgegebene Zeitspanne vor einer tatsächlichen Einspeisung der Leistung durch die Prosumereinheit PE in das Niederspannungsnetz NSN. Auf diese Weise kann die Einstellung des Transformators T an der Ortsnetzstation ONS proaktiv durchgeführt werden. Auf diese Weise können prädikative Regelungsansätze verfolgt oder mögliche kritische Übergangszustände in dem Niederspannungsnetz NSN verhindert werden. Beispielsweise kann das Pilotsignal PS mit einer Vorwarnzeit von einer Minute vor der tatsächlichen Einspeisung der Leistung in das Niederspannungsnetz NSN an die Ortsnetzstation ONS übertragen werden. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Grundfrequenz f des Überlagerungssignales bzw. Pilotsignales PS mithilfe einer vorgegebenen Funktion berechnet werden, wobei die Grundfrequenz f eindeutig den Abstand der jeweiligen Einspeiseanlage der Prosumereinheit PE von dem Haupteinspeisepunkt bzw. der Ortsnetzstation ONS angibt. Ein Beispiel für eine derartige Funktion ist die Multiplikation des Abstandes d der Einspeiseanlage von dem Haupteinspeisepunkt bzw. der Ortsnetzstation ONS in Meter mit einer vorgegebenen Basisfrequenz f0 von beispielsweise 100 Hz. Die Grundfrequenz f des durch die Prosumereinheit PE eingekoppelten Pilotsignales PS hängt von dem Abstand d zwischen der Prosumereinheit PE und der Ortsnetzstation ONS des Niederspannungsnetzes NSN ab. Dabei hängt die Grundfrequenz f des durch die Prosumereinheit PE eingekoppelten Pilotsignales PS vorzugsweise linear von dem Abstand d zwischen der Prosumereinheit PE und der Ortsnetzstation ONS ab.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das von der Prosumereinheit PE in den Phasenleiter L des Niederspannungsnetzes NSN eingekoppelte amplitudenmodulierte Pilotsignal PS zwei Signalabschnitte auf. In einem ersten Signalabschnitt des amplitudenmodulierten Pilotsignales PS gibt die Amplitude des Pilotsignales PS die von der Prosumereinheit PE in das Niederspannungsnetz NSN eingespeiste Leistungsmenge an. In einem zweiten Signalabschnitt des amplitudenmodulierten Pilotsignales PS gibt eine Referenzamplitude eine bestimmte Referenzleistungsmenge an. Die Amplitude des ersten Signalabschnittes gibt somit die aktuelle Einspeiseleistung bzw. den Einspeisestrom an. In dem zweiten Signalabschnitt des Pilotsignales PS ist die Signalamplitude für eine vorher vereinbarte Einspeisung, beispielsweise 1 kW, gewählt. Hierdurch ist es möglich, die eingespeiste Leistung auch dann zu ermitteln, wenn sich die Impedanz des Niederspannungsnetzes NSN im Laufe der Zeit verändert.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Pilotsignal PS eine Grundfrequenz f und eine oder mehrere Oberschwingungen auf. Bei dieser Ausführungsform wird das Überlagerungssignal bzw. das Pilotsignal PS durch die Prosumereinheit PE mit einer Grundfrequenz f und bei einer oder mehreren Oberschwingungen erzeugt. Aufgrund der frequenzabhängigen Dämpfung von Signalen in dem Stromnetz kann bei dieser Ausführungsform aus dem Verhältnis der gemessenen Signalstärkenverhältnisse bei verschiedenen Frequenzen, d. h. bei der Grundfrequenz f und deren Oberschwingungen, auf den Abstand d der Prosumereinheit PE zu dem Haupteinspeisepunkt bzw. der Ortsnetzstation ONS geschlossen werden. Bei einer möglichen Variante werden die Frequenzen derart gewählt, dass die Oberschwingungen mit den Grundfrequenzen und Oberschwingungen von anderen Prosumereinheiten nicht zusammenfallen. Ein Beispiel für eine derartige Wahl sind Frequenzen, deren Verhältnis zu einer gemeinsamen Grundfrequenz durch eine eindeutige Primzahl beschrieben wird. Dabei ist es notwendig, dass diese Primzahlen größer sind als die höchste Ordnungszahl der erzeugten Oberschwingungen. Eine andere Möglichkeit, ein Zusammenfallen mit Grundfrequenzen und Oberschwingungen von anderen Prosumereinheiten zu vermeiden, besteht darin, keine Oberschwingungen mit Primzahlordnung zu erzeugen.
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Bei der oben genannter Variante eines Pilotsignales mit Oberschwingungen besteht die Möglichkeit, dass das Pilotsignal PS eine vorgegebene bzw. verabredete Zeitspanne vor der eigentlichen Einspeisung der Leistung durch eine Einspeiseanlage der Prosumereinheit PE übertragen bzw. überlagert wird, um auf diese Weise die Haupteinspeisespannung am Haupteinspeiseort bzw. der Ortsnetzstation ONS, sofern erforderlich, proaktiv zu ändern.
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Bei einer möglichen weiteren Variante wählt die Einspeiseanlage der Prosumereinheit PE die Grundfrequenz f selbständig, indem sie über einen längeren Zeitraum die übertragenen Frequenzen der Einspeiseanlagen mithört bzw. überwacht und nach deren Analyse eine bisher noch nicht belegte Frequenz zur Übertragung des eigenen amplitudenmodulierten Pilotsignales PS auswählt.
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Bei einer möglichen Ausführungsform kann die Messgenauigkeit der eingespeisten Leistung bzw. des eingespeisten Stroms durch die Sendung einer normierten Referenzamplitude an einem dafür vorgesehenen Signalabschnitt des Pilotsignales PS erhöht werden. Das Gleiche gilt auch für den Abstand zwischen der Prosumereinheit PE und einer zentralen Einspeisung.
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2 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Nachweis von Einspeiseanlagen, die Leistung in ein Niederspannungsnetz NSN einspeisen. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform befindet sich die Vorrichtung V zum Nachweis der Einspeiseanlagen innerhalb einer Ortsnetzstation ONS des Niederspannungsnetzes. Wie man aus 2 erkennen kann, weist die Vorrichtung V eine Auskoppeleinheit AE zum Auskoppeln eines von einer Prosumereinheit PE über eine Phasenleitung L des Niederspannungsnetzes NSN empfangenen amplitudenmodulierten Pilotsignales PS auf. Das ausgekoppelte Pilotsignal wird von der Auskoppeleinheit AE zu einer Signalauswerteeinheit SAE übertragen, die eine Signalauswertung des empfangenen amplitudenmodulierten Pilotsignales PS vornimmt. Dabei gibt die Amplitude des empfangenen amplitudenmodulierten Pilotsignales PS die von einer Einspeiseanlage der jeweiligen Prosumereinheit PE eingespeiste Leistungsmenge an. Weiterhin gibt die Grundfrequenz f des empfangenen und ausgekoppelten amplitudenmodulierten Pilotsignales PS den Einspeiseort an, an dem die Einspeiseanlage der jeweiligen Prosumereinheit PE die Leistung in das Niederspannungsnetz NSN eingespeist hat. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Signalauswerteeinheit SAE Zugriff auf einen lokalen Datenspeicher DS. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Datenspeicher DS in der Vorrichtung V integriert. Alternativ kann die Signalauswerteeinheit SAE auch Zugriff zu einem entfernten Datenspeicher über ein Datennetzwerk, beispielsweise das Internet, haben. In dem Datenspeicher DS ist eine Tabelle abgespeichert, in welcher jeder Grundfrequenz f eines Pilotsignales PS eine Prosumereinheit PE und deren Einspeiseort in dem Niederspannungsnetz NSN zugeordnet ist. Diese Tabelle kann von einem Netzbetreiber auch an die Prosumereinheit PE übertragen werden.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung V steuert die Signalauswerteeinheit SAE einen Transformator T innerhalb der Ortsnetzstation ONS. Die Signalauswerteeinheit SAE der Vorrichtung V stellt dabei den Transformator T der Ortsnetzstation ONS des Niederspannungsnetzes NSN in Abhängigkeit von den angegebenen Leistungsmengen und den angegebenen Einspeiseorten der an dem Niederspannungsnetz NSN angeschlossenen Prosumereinheiten PE zur Regelung eines Spannungsniveaus U in dem Niederspannungsnetz NSN ein. Dabei kann die Signalauswerteeinheit SAE ein Übersetzungsverhältnis des Transformators T in Abhängigkeit von den aus dem Datenspeicher DS ausgelesenen Leistungsmengen und Einspeiseorten der an dem Niederspannungsnetz NSN angeschlossenen Prosumereinheiten PE einstellen.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Niederspannungsnetz NSN mit drei Phasenleitungen L1, L2, L3 und einem Nullleiter N. Jede der dargestellten Prosumereinheiten PE ist an eine der drei Phasenleitungen L1, L2, L3 und den Nullleiter N des Niederspannungsnetzes NSN angeschlossen. 3 zeigt einen symmetrischen Fall, bei dem die Prosumereinheiten PE nahezu gleich verteilt an die verschiedenen Phasenleitungen L1, L2, L3 des Niederspannungsnetzes NSN angeschlossen sind. Das durch eine Prosumereinheit PE generierte Pilotsignal PS wird durch die Prosumereinheit PE an denjenigen Phasenleiter L eingekoppelt, an dem die Prosumereinheit PE angeschlossen ist. Das in einen der Phasenleiter L eingekoppelte und an die Ortsnetzstation ONS übertragene Pilotsignal PS der Prosumereinheit PE ruft in den übrigen Phasenleitern des Niederspannungsnetzes Übersprech-Pilotsignale hervor, die eine geringere Amplitude als das übertragene amplitudenmodulierte Pilotsignal PS aufweisen. Durch Vergleichen der Amplituden des übertragenen Pilotsignales PS und der durch dieses Pilotsignal PS hervorgerufenen Übersprech-Pilotsignale kann bei einer möglichen Ausführungsform ermittelt werden, an welchem der Phasenleiter L des Niederspannungsnetzes NSN die jeweilige Prosumereinheit PE angeschlossen ist. Auf diese Weise kann an der Ortsnetzstation ONS leicht detektiert werden, in welche Phasenleitung L Energie bzw. Leistung durch eine Prosumereinheit PE eingespeist wird. Wird die Frequenz des überlagerten Signales bzw. des Pilotsignales PS niedrig genug gewählt, so ist das dadurch hervorgerufene Übersprech-Pilotsignal in den anderen Phasenleitungen wesentlich kleiner als in derjenigen Phasenleitung L, in welcher die jeweilige Prosumereinheit PE Leistung eingespeist hat.
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4 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Niederspannungsnetz NSN, bei dem die verschiedenen Prosumereinheiten PE alle an die gleiche Phasenleitung L1 angeschlossen sind, sodass es aufgrund von Einspeisung von Leistung bzw. Energie in das Niederspannungsnetz NSN zu erheblichen Asymmetrien kommen kann. Durch Auswertung der von der Prosumereinheiten PE an die Ortsnetzstation ONS übertragenen Pilotsignale PS und deren Übersprech-Pilotsignale ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren V möglich, bei dem in 4 dargestellten Fall festzustellen, dass alle Prosumereinheiten PE an einer Phasenleitung L1 angeschlossen sind. In diesem Fall kann die Signalauswerteeinheit SAE der erfindungsgemäßen Vorrichtung V diese Information auswerten und ggf. entsprechende Steuersignale an entsprechend automatisierte Schalteinrichtungen senden, die dafür sorgen, dass die Prosumereinheiten PE weitgehend gleichmäßig auf die drei verschiedenen Phasenleitungen Li des Niederspannungsnetzes NSN geschaltet werden, um auf diese Weise Asymmetrien in dem Niederspannungsnetz zu vermeiden. Stehen keine entsprechend automatisierten Schalteinrichtungen zur Verfügung kann die Änderung, nach entsprechendem Auslesen (z. B. aus log-File) des Erkennens einer Asymmetrie, manuell vom Verteilnetzbetreiber veranlasst werden.
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5 zeigt ein Signaldiagramm zur Darstellung eines Spannungsabfalls U(x) über eine Leitung eines Niederspannungsnetzes NSN. Am Ort x = 0 befindet sich der Haupteinspeisepunkt bzw. die Ortsnetzstation ONS des Niederspannungsnetzes NSN. Die X-Koordinate zeigt den Abstand d von dem Haupteinspeiseort ONS an. Die Ortsnetzstation ONS stellt den Transformator T in Abhängigkeit von den angegebenen Leistungsmengen und den angegebenen Einspeiseorten zur Regelung eines Spannungsniveaus U innerhalb des Niederspannungsnetzes NSN ein. Dabei wird die Spannung U so eingestellt, dass die am weitesten entfernte Prosumereinheit Pen, im Starklastfall, noch eine notwendige Minimalspannung Umin erhält. Weiterhin erfolgt die Regelung des Spannungsniveaus in dem Niederspannungsnetz NSN dahingehend, dass an dem Einspeiseort eine definierte Maximalspannung Umax, bei hoher Einspeisung im Schwachlastfall nicht überschritten wird. Die Kurve I zeigt einen Spannungsverlauf bei Schwachlast mit hoher Einspeisung. Die Kurve II zeigt einen Verlauf bei Starklast mit niedriger Einspeisung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann durch kooperative Nutzung des Stromnetzes bzw. der an dem Niederspannungsnetz NSN angeschlossenen Einheiten festgestellt bzw. nachgewiesen werden, welche Prosumereinheit PE an welchem Einspeiseort wie viel Netzleistung in das Niederspannungsnetz NSN einspeist bzw. einspeisen wird. Dabei bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass keine zusätzlichen Kommunikations- und Netzeinrichtungen notwendig sind, insbesondere auch keine komplexen Kommunikationsmechanismen, wie beispielsweise paketbasierte Powerline-Kommunikationsmechanismen.
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Weiterhin stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine Messmethode für Netzwerke dar, für welche keine smart Meters oder dergleichen vorgesehen sind. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die an einem herkömmlichen Niederspannungsnetzwerk NSN vorzunehmenden Änderungen minimal, sodass sich das erfindungsgemäße Verfahren für die effiziente Nachbesserung bei schon existierenden Niederspannungsnetzen NSN anbietet. Auf Basis der in den Überlagerungssignalen bzw. Pilotsignalen PS ermittelten Informationen kann ein Haupteinspeiser bzw. eine Ortsnetzstation ONS Schlüsse ziehen, wie, falls notwendig, die Einspeisung bzw. der Einspeisestrom geändert werden muss, um in dem gesamten Netz innerhalb vorgegebener Randwerte zu bleiben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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