DE102015109967A1

DE102015109967A1 - Device and method for bidirectionally connecting two power grids

Info

Publication number: DE102015109967A1
Application number: DE102015109967.5A
Authority: DE
Inventors: Bernd REIFENHÄUSER; Antonello Monti
Original assignee: GIP AG
Current assignee: GIP AG
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2016-12-22
Also published as: WO2016207074A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze sowie ein elektrisches Netz mit einer solchen Vorrichtung. Ziel ist es, Teilnetze mit einer paketbasierten, leistungsflussgesteuerten Energieübertragung an bereits existierende Teile des Netzes anzuschließen, um auf diese Weise die Vorteile der neuen Technologie nutzen zu können, ohne den Investitionsaufwand über Maßen zu erhöhen. Zudem stellt sich gegenüber dem Stand der Technik die Aufgabe, zwei Stromnetze, die beide auf der neuen Technologie beruhen, über unterschiedliche Spannungsebenen hinweg miteinander zu verbinden. Die Erfindung ermöglicht es in einer Ausführungsform, ein paketbasiertes, leistungsgesteuertes Stromnetz mit einem konventionellen Stromnetz zu verbinden, wobei elektrische Leistung in beiden Richtungen zwischen den beiden Netzen fließen kann.The present invention relates to a device, a method for bidirectionally connecting two power grids and an electrical network with such a device. The goal is to connect subnets to existing parts of the network using packet-based, power-flow-based power transmission to take advantage of the new technology without over-capitalizing on investment. In addition, the object is to connect two power grids, both based on the new technology, across different voltage levels with respect to the prior art. The invention enables, in one embodiment, to connect a packet-based, power-controlled power grid to a conventional power grid, wherein electrical power can flow in both directions between the two networks.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze. The present invention relates to a device and a method for bidirectionally connecting two power grids.

Die zunehmende regenerative Erzeugung auf der einen Seite sowie die zunehmenden Anforderungen an die individualisierte, hoch dynamische Bereitstellung von Leistung bei den Endknoten auf der anderen Seite, machen sich vor allem im Bereich des elektrischen Verteilnetzes bemerkbar. Dort ist zukünftig die größte Dynamik zu erwarten und hier sind auch die am weitest reichenden Änderungen notwendig. Ein Verteilnetz bezeichnet die MV-Spannungsebene, z. B. mit einer Spannung von 10 kV, und hier vor allem städtische Vermaschungsnetze, mit denen die Ortsnetzstationen verknüpft sind, sowie die LV-Spannungsebene, beispielsweise gebildet aus den 0,4 kV Zuleitungen die von den einzelnen Ortsnetzstationen abgehen. The increasing regenerative production on the one hand and the increasing demands on the individualized, highly dynamic provision of power at the end nodes on the other hand, are particularly noticeable in the area of the electrical distribution network. In the future, the greatest dynamic can be expected there, and the most far-reaching changes are necessary here as well. A distribution network designates the MV voltage level, e.g. B. with a voltage of 10 kV, and here especially urban mesh networks, with which the local network stations are linked, as well as the LV voltage level, for example, formed from the 0.4 kV leads emanating from the individual local network stations.

Stand heute ist das Verteilnetz starr und gliedert sich in die Top-Down Architektur des klassischen 50 Hz Wechselstromnetzes ein, bei welchem die elektrische Energie von wenigen Erzeugern über die Netze der verschiedenen Spannungsebenen hinweg von „oben“ nach „unten“ zu einer sehr großen Zahl von Endknoten verteilt wird. Today, the distribution network is rigid and integrated into the top-down architecture of the classic 50 Hz AC grid, in which the electrical energy of a few producers over the networks of different voltage levels from "top" to "bottom" to a very large number is distributed by end nodes.

So steht man zukünftig vor der Aufgabe, die höhere Dynamik durch regenerative Erzeugung im Verteilnetz zu kompensieren, was zum einen durch den Netzausbau und zum anderen durch massive Eingriffe bei den Verbrauchern oder lokalen Erzeugern umgesetzt werden kann. In future, for example, it will be necessary to compensate for the higher dynamics through regenerative generation in the distribution network, which can be achieved through grid expansion and massive intervention by consumers or local producers.

Ein zentrales Element bei der Nutzung regenerativer Energiequellen in einem Stromnetz, aber auch bei der Energieversorgung mobiler Verbraucher, beispielsweise von Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb, sind Pufferspeicher. Diese dienen dazu, die Volatilität bei der Einspeisung von elektrischer Leistung durch die Quellen und den Verbrauch durch Senken für die elektrische Leistung ausgleichen zu können. Ohne einen Pufferspeicher lässt sich zu jedem Zeitpunkt nur die Menge an elektrischer Leistung transportieren und/oder den Verbrauchern bzw. Senken bereitstellen, die zu dem gegebenen Zeitpunkt gerade erzeugt wird. Aufgrund der Volatilität sowohl der Quellen als auch der Senken lässt sich so keine Versorgungssicherheit gewährleisten. A central element in the use of renewable energy sources in a power grid, but also in the supply of energy to mobile consumers, such as motor vehicles with electric drive, are buffer storage. These are used to compensate for the volatility in the supply of electrical power through the sources and consumption by sinks for electrical power. Without a buffer memory, only the amount of electrical power can be transported and / or provided to the consumers or sinks that are being generated at the given time at any given time. Due to the volatility of both sources and sinks, security of supply can not be guaranteed.

Zunehmend sind Quellen, wie z. B. Solargeneratoren, Batterien und Senken wie z.B. LED-Lampen, etc., in ihrem Wesen Gleichstromelemente, sodass es zu erwarten ist, dass auch die Stromübertragung durch Gleichstromnetze realisiert wird.Increasingly, sources such. As solar generators, batteries and sinks such. LED lamps, etc., in their essence DC elements, so it is expected that the power transmission through DC networks is realized.

Bekannte elektrische Versorgungsnetze stellen in der Regel durch mehrere Pfade und entsprechende statische Schaltungen des Netzes bzw. der Netze die Versorgung der einzelnen Verbraucher bzw. Abnehmer sicher. Dabei wird das Netz so geschaltet, dass es einen oder eine Mehrzahl von Abnehmern über eine Mehrzahl von Zwischenstationen mit einem oder mehreren Energieerzeugern, z.B. einem Großkraftwerk oder auch einer dezentralen Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie, beispielsweise einer Windkraftanlage, über mehrere Pfade verbindet. Die Stromübertragung in einem solchen Netz erfolgt durch den Leistungsfluss entlang eines Pfads in diesem Netz wie er sich gemäß der Gesetze von Ohm und Kirchhoff ergibt. In einem solchen Ohm’schen Netz müssen Erzeugung und Verbrauch immer im Gleichgewicht sein und es müssen genügend Leitungskapazitäten zur Verfügung stehen, sodass die Leistung übertragen werden kann.Known electrical supply networks usually ensure the supply of the individual consumers or customers through a plurality of paths and corresponding static circuits of the network or networks. In doing so, the network is switched to connect one or a plurality of customers via a plurality of intermediate stations to one or more power generators, e.g. a large power plant or a decentralized system for generating renewable energy, such as a wind turbine, connects over several paths. The power transmission in such a network is through the power flow along a path in that network as it results according to the laws of Ohm and Kirchhoff. In such an ohmic network, generation and consumption must always be in balance and sufficient line capacities must be available so that the power can be transferred.

In der Regel besteht das klassische Versorgungsnetz aus mehreren, starr über 50 Hz gekoppelten Netzen mit verschiedenen Spannungsebenen sowie aus wenigen Großkraftwerken. Netze und Kraftwerke werden durch ein hierarchisches System von zentralen Steuerungen betrieben. Solche zentral gesteuerten und permanent geschalteten Versorgungsnetze können eine dauerhafte Energieversorgung aller Abnehmer nur dadurch sicherstellen, dass sie permanent eine deterministische Reserve zur Stromerzeugung über den eigentlichen Bedarf der Abnehmer hinaus bereitstellen. Zwar kann diese Überversorgung mit Hilfe von Prognosemodellen an die bekannten Anforderungen der Abnehmer in etwa angepasst werden, trotzdem stellen sich diese elektrischen Versorgungsnetze als nicht bedarfsgerecht, unflexibel und ineffizient heraus. As a rule, the classic supply network consists of several networks with different voltage levels coupled rigidly above 50 Hz as well as a few large power plants. Networks and power plants are operated by a hierarchical system of central controls. Such centrally controlled and permanently connected supply networks can only ensure a lasting energy supply for all customers by permanently providing a deterministic reserve for generating electricity beyond the actual requirements of the customers. Although this oversupply can be roughly adjusted to the customers' known requirements with the aid of forecasting models, these electrical supply networks nevertheless prove to be inadequate, inflexible and inefficient.

Es sind aus dem Stand der Technik daher bereits bedarfsorientierte Verfahren und Systeme zur Übertragung elektrischer Energie bekannt. Diesen gemeinsam ist, dass sie vor allem Erzeugung und Verbrauch mittels Informations- und Kommunikationstechnologie synchronisieren. Die Stromübertragung erfolgt aber immer noch nach den alten Prinzipien. Solche Systeme werden im Englischen als „Smart Grids“ bezeichnet. Auch diese sogenannten „Smart Grids“ stellen aber nur zentral gesteuerte Versorgungsnetze bereit, die es nicht ermöglichen, ohne prognostische Methoden auf Änderungen, insbesondere auf kurzfristige Schwankungen, der erzeugten Energiemenge auf der Erzeugerseite zu reagieren. Vor allem bei Steigerung des Anteils an regenerativer Energie kommt es aber zu erheblichen Schwankungen auf der Angebotsseite. So hängt beispielsweise die von einem Windenergiepark bereitgestellte Energiemenge von den momentanen Windverhältnissen ab. Die zur Verfügung gestellte Energiemenge ist aber hochgradig volatil. Beispielsweise muss während einer Flaute zur Bedarfsdeckung kurzfristig Energie von anderen Energieerzeugern bereitgestellt werden.Therefore, demand-oriented methods and systems for the transmission of electrical energy are already known from the prior art. What they have in common is that they primarily synchronize generation and consumption using information and communication technology. The power transmission is still done according to the old principles. Such systems are referred to in English as "smart grids". However, even these so-called "smart grids" only provide centrally controlled supply networks that do not make it possible, without prognostic methods, to react to changes, in particular short-term fluctuations, in the amount of energy generated on the producer side. However, especially with an increase in the share of renewable energy, there are considerable fluctuations on the supply side. For example, the amount of energy provided by a wind farm depends on the current wind conditions. The amount of energy provided is highly volatile. For example, during a doldrums to meet needs in the short term Energy provided by other energy producers.

Diesem volatilen Charakter der regenerativen Erzeugung begegnet man auch hier durch Speicher und durch konventionelle Kraftwerke, die als Reservekapazität bereit stehen. Aufgrund des unveränderten Konzepts der Stromübertragung kann aber weder sichergestellt werden, dass Erzeugung und Verbrauch lokal erfolgen, noch dass Speicher mit optimalen Reserven dimensioniert werden, noch dass Netze optimaler bewirtschaftet werden können. Nicht außer achtgelassen werden soll der Aspekt, dass durch die starre Kopplung über die Netzfrequenz von 50 Hz der verschiedenen Netze bei einem zu großem Ungleichgewicht zwischen der volatilen regenerativen Erzeugung und dem Verbrauch ein flächendeckender Blackout drohen kann.This volatile character of regenerative generation is also counteracted by storage and by conventional power plants, which are available as reserve capacity. However, due to the unchanged concept of electricity transmission, it can neither be ensured that production and consumption take place locally, nor that storage facilities with optimal reserves be dimensioned, nor that networks can be managed more optimally. Not to be ignored is the aspect that the rigid coupling over the grid frequency of 50 Hz of the various grids can threaten a widespread blackout if the imbalance between the volatile regenerative generation and the consumption is too great.

Daher beschreibt beispielsweise die DE 10 2009 003 173 A1 ein Verfahren und ein System zur Übertragung elektrischer Energie, welches es ermöglicht, die Energieverteilung in einem Versorgungsnetz dynamisch zu gestalten, um diesen neuen Herausforderungen zu begegnen. Dieses System kommt zudem ohne eine zentrale, übergeordnete Steuerungsinstanz bzw. -institution aus. Therefore, for example, describes the DE 10 2009 003 173 A1 a method and system for the transmission of electrical energy, which makes it possible to dynamically shape the distribution of energy in a supply network in order to meet these new challenges. This system also works without a central, higher-level control instance or institution.

Es zeigt sich jedoch, dass zur Realisierung eines derartigen Systems vergleichsweise aufwändig gestaltete Netzknoten erforderlich sind. Diese Netzknoten ermöglichen es, den Leistungsfluss durch das Stromnetz zu steuern, sodass der Stromtransport in Form von Energiepaketen erfolgt, die innerhalb des Stromnetzes in etwa nach Art von Datenpaketen in einem Datennetzwerk geroutet werden können.It turns out, however, that in order to realize such a system comparatively elaborately designed network nodes are required. These network nodes make it possible to control the power flow through the power grid, so that the power is transported in the form of energy packets that can be routed within the power network in the manner of data packets in a data network.

Es ist daher unwahrscheinlich, dass das bestehende Stromnetz mit seinen verschiedenen Spannungsebenen auf einmal auf diese neue Netztechnologie umgestellt werden kann. Es ist vielmehr davon auszugehen, dass zunächst einzelne Teilnetze, insbesondere einzelne Spannungsebenen der Netze, auf die neue Technologie umgestellt werden.It is therefore unlikely that the existing power grid with its different voltage levels can be switched to this new network technology all at once. On the contrary, it should be assumed that individual subnetworks, in particular individual voltage levels of the grids, will initially be converted to the new technology.

Es stellt sich daher unter anderem die Aufgabe, wie Teilnetze mit einer paketbasierten, leistungsflussgesteuerten Energieübertragung an bereits existierende Teile des Netzes angeschlossen werden können, um auf diese Weise die Vorteile der neuen Technologie nutzen zu können, ohne den Investitionsaufwand über Maßen zu erhöhen. Zudem stellt sich gegenüber dem Stand der Technik die Aufgabe, zwei Stromnetze, die beide auf der neuen Technologie beruhen, über unterschiedliche Spannungsebenen hinweg miteinander zu verbinden. Among other things, it is therefore the task of how subnetworks can be connected to already existing parts of the network with a packet-based, power-flow-controlled energy transmission in order to be able to utilize the advantages of the new technology without excessively increasing the capital expenditure. In addition, the object is to connect two power grids, both based on the new technology, across different voltage levels with respect to the prior art.

Zur Lösung zumindest einer dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze vorgeschlagen mit einem ersten elektrischen Leistungsverteiler für das erste Stromnetz mit einer elektrischen Verteilerschaltung, die einen Gleichspannungsanschluss und mindestens einen weiteren Anschluss aufweist, wobei mit dem weiteren Anschluss eine Quelle oder eine Senke, die Teil des ersten Stromnetzes ist, verbindbar ist und wobei der Gleichspannungsanschluss und der weitere Anschluss derart elektrisch miteinander verbunden sind, dass ein elektrischer Strom in beliebigen Richtungen zwischen diesen fließen kann, einem bidirektionalen Gleichspannungswandler mit einer mit dem Gleichspannungsanschluss des ersten elektrischen Leistungsverteilers verbundenen Eingangsstufe zum Umwandeln einer ersten Gleichspannung des ersten elektrischen Leistungsverteilers in eine erste Wechselspannung, einem Transformator zum Transformieren der ersten Wechselspannung in eine zweite Wechselspannung und einer Ausgangsstufe zum Umwandeln der zweiten Wechselspannung in eine zweite Gleichspannung, wobei der Gleichspannungswandler einen Leistungssteller umfasst, der so eingerichtet ist, dass im Betrieb der Vorrichtung die über den Gleichspannungswandler fließende elektrische Leistung in Abhängigkeit von der Zeit auf mindestens drei Werte einstellbar ist, einem zweiten elektrischen Leistungsverteiler für das zweite Stromnetz mit einer elektrischen Verteilerschaltung, die einen mit der Ausgangsstufe des Gleichspannungswandlers verbundenen Gleichspannungsanschluss und mindestens einen weiteren Anschluss aufweist, wobei mit dem weiteren Anschluss eine Quelle oder eine Senke, die Teil des zweiten Stromnetzes ist, verbindbar ist und wobei der Gleichspannungsanschluss und der weitere Anschluss derart elektrisch miteinander verbunden sind, dass ein elektrischer Strom in beliebigen Richtungen zwischen diesen fließen kann, einer Kommunikationseinrichtung, die mit einem Datennetzwerk verbindbar ist und die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Vorrichtung Daten von einer Quelle oder Senke empfängt, und einer Steuerung zum Steuern eines Flusses der elektrischen Leistung in Abhängigkeit von der Zeit zwischen den Anschlüssen ersten und zweiten elektrischen Leistungsverteiler, wobei die Steuerung mit der Kommunikationseinrichtung derart verbunden ist, dass die von der Kommunikationseinrichtung empfangenen Daten von der Steuerung verarbeitbar sind, wobei die Steuerung mit dem Gleichspannungswandler verbunden ist, wobei die Steuerung derart eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Vorrichtung die zu jedem zukünftigen Zeitpunkt innerhalb einer Betrachtungsperiode über den Gleichspannungswandler fließende elektrische Leistung aus den von der Quellen oder Senke empfangenen Daten bestimmt, und wobei die Steuerung derart eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Vorrichtung zu jedem Zeitpunkt innerhalb einer Betrachtungsperiode die über den Gleichspannungswandler fließende elektrische Leistung so steuert, dass diese gleich der zuvor für diesen Zeitpunkt bestimmten Leistung ist. To solve at least one of these objects, a device for the bidirectional connection of two power grids is proposed according to the invention with a first electrical power distributor for the first power grid with an electrical distribution circuit having a DC voltage connection and at least one other terminal, with the further connection a source or a drain which is part of the first power network, is connectable and wherein the DC voltage terminal and the further terminal are electrically connected such that an electric current can flow in any direction between them, a bidirectional DC-DC converter having an input connected to the DC voltage terminal of the first electric power distributor input stage for converting a first DC voltage of the first electric power distributor into a first AC voltage, a transformer for transforming the first AC voltage in a second AC voltage and an output stage for converting the second AC voltage to a second DC voltage, wherein the DC-DC converter comprises a power controller, which is set so that in operation of the device, the electrical power flowing through the DC-DC converter in response to time adjustable to at least three values is, a second electrical power distributor for the second power network with an electrical distribution circuit having a DC voltage connected to the output stage of the DC-DC converter and at least one further terminal, with the other terminal, a source or a drain, which is part of the second power network connectable is and wherein the DC voltage terminal and the further terminal are electrically connected to each other such that an electric current can flow in any direction between them, a communication device, the m it is connectable to a data network and adapted to receive data from a source or sink during operation of the device, and a controller for controlling a flow of electrical power as a function of time between the terminals of the first and second electrical power distributors the controller is connected to the communication device such that the data received from the communication device is processable by the controller, the controller being connected to the DC-DC converter, the controller being adapted to operate within the device at any future time within a period of observation over the DC-DC converter determined electric power from the data received from the sources or sink, and wherein the controller is arranged such that they in the operation of the device at any time within a viewing period above d The DC-DC converter controls electrical power so that it is equal to the power previously determined for that time.

Eine derartige Vorrichtung ermöglicht es in einer Ausführungsform, ein paketbasiertes, leistungsgesteuertes Stromnetz mit einem konventionellen Stromnetz zu verbinden, wobei elektrische Leistung in beiden Richtungen zwischen den beiden Netzen fließen kann. Such an apparatus, in one embodiment, enables a packet-based, power-controlled power grid to be connected to a conventional power grid, with electrical power being able to flow in both directions between the two networks.

Die größten Herausforderungen aufgrund der zunehmenden regenerativen Energieerzeugung bestehen im Verteilnetz, wo auch zukünftig viele Ortsnetzstationen erneuert werden müssen. Es bietet sich also die Idee an, auf der Mittelspannungseben über die die Ortsnetzstationen vermascht sind, einen paketbasierten, leistungsflussgesteuerten Stromtransport mit einer dafür erforderlichen Netzinfrastruktur einzuführen und die Ortsnetzstationen durch neuen Netzknoten, so wie sie von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gebildet werden, zu ersetzen. The biggest challenges due to the increasing use of renewable energy are in the distribution network, where many substations will have to be renewed in the future. So there is the idea, on the medium voltage levels over which the local network stations are meshed to introduce a packet-based, power flow controlled power transport with a necessary network infrastructure and replace the local network stations with new network nodes, as they are formed by embodiments of the present invention.

Somit ist ein Ziel, für welches die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll, der Aufbau eines paketbasierten, leistungsflussgesteuerten Stromnetzes. Dieses wird in der vorliegenden Anmeldung auch als Quantum Grid bezeichnet. Wie schon erwähnt, bietet es sich an, beispielweise die Mittelspannungsebene in Form eines solchen Quantum Grids auszugestalten. Ein solches Quantum Grid wird durch die über Leitungen verbundenen Netzwerkknoten gebildet. Ein solcher Knoten ist mit einer Control Plane für ein Routing der Daten- und Energiepakete, die Steuerung der Power Plane sowie die Kommunikation mit allen angeschlossenen und erreichbaren Quellen, Senken und Knoten im Stromnetz und mit einer Power Plane mit entsprechender Verschaltungstopologie für die Leistungsübertragung mittels der sogenannten Quantum Flow Controller über die angeschlossenen Leitungen ausgestattet. Durch die Vernetzung der Knoten, die auch Quantum Grid Router genannt werden, bildet sich dann die Control und Power Plane des Quantum Grids. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bildet in einer Ausführungsform einen vollwertigen Knoten innerhalb eines solchen Quantum Grid. Darüber hinaus ermöglichen die erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren in einer Ausführungsform eine Anbindung eines solchen Quantum Grids an ein bestehendes konventionelles Netz. Daher wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ausführungsform auch als Quantum Grid Gateway bezeichnet. Thus, one goal for which the apparatus and method of the present invention is to be used is the construction of a packet-based power flow controlled power grid. This is referred to in the present application as a quantum grid. As already mentioned, it makes sense, for example, to design the medium-voltage level in the form of such a quantum grid. Such a quantum grid is formed by the network nodes connected via lines. Such a node is provided with a control plane for routing the data and energy packets, the control of the power plane and the communication with all connected and accessible sources, sinks and nodes in the power grid and with a power plane with appropriate interconnection topology for the power transmission by means of the so-called Quantum Flow Controller equipped via the connected lines. The networking of the nodes, which are also called Quantum Grid Routers, forms the control and power plane of the Quantum Grid. The device according to the invention forms in one embodiment a full node within such a quantum grid. Moreover, in one embodiment, the device according to the invention and the method according to the invention make it possible to connect such a quantum grid to an existing conventional network. Therefore, the device according to the invention is also referred to in one embodiment as Quantum Grid Gateway.

Ein zentraler Aspekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung der Power Plane, derart, dass zum einen Energiepakete über Spannungsebenen hinweg übertragen werden können, zum anderem konventionelle Netze, Quellen und Senken, ggf. auf allen Spannungsebenen, an das Quantum Grid angebunden werden können, aber auch die Aufgaben eines Knoten innerhalb des Quantum Grid erfüllt werden können.A central aspect of an embodiment of the present invention is the design of the power plane, such that on the one hand energy packets can be transmitted across voltage levels, to other conventional networks, sources and sinks, possibly at all voltage levels, can be connected to the quantum grid but also the tasks of a node within the Quantum Grid can be met.

In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Speicher unverzichtbar. Daher verfügt die Vorrichtung in Ausführungsformen zudem über die Möglichkeit an die Vorrichtung angebundene Speicher für elektrische Energie zu steuern und zu bewirtschaften. Bei einem Quantum Grid stellt sich zu dem die Frage wie ein Energiepaket zur Weiterleitung von Leistung von einem Knoten an den nächsten Knoten, dieses wird auch als Transportpaket bezeichnet, aus Energiepaketen mehrerer Quellen bzw. aus mehreren Speichern erzeugt wird. Diese Aufgabe der Orchestrierung ist auch Bestandteil von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung und wird durch die Control Plane und somit der Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und das entsprechende Verfahren gelöst. Eine entsprechende Beschreibung findet sich im nachfolgenden Text. Memory is indispensable in embodiments of the present invention. Therefore, in embodiments, the device also has the ability to control and manage electrical energy storage devices attached to the device. In the case of a quantum grid, the question arises like an energy packet for forwarding power from one node to the next node, this is also called a transport packet, is generated from energy packages of multiple sources or from multiple memories. This object of orchestration is also part of embodiments according to the present invention and is solved by the control plane and thus the control of the device according to the invention and the corresponding method. A corresponding description can be found in the following text.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich in Ausführungsformen davon somit ein Quantum Grid auf der MV-Ebene und/oder auf der LV-Ebene realisieren und das Quantum Grid auf der MV- und/oder der LV-Ebene an ein oder mehrere konventionelle Netze anbinden. Darüber hinaus verfügt die Erfindung in einer Ausführungsform über eine Einrichtung zum Anbinden und Verwalten von Speichern und/oder zum Erzeugen von Energiepaketen aus Prognosen für angebundene konventionelle Netze und/oder zum Verwalten einer Unter- oder Überdeckung die durch Abweichung einer Ist-Leistung von der Prognose entsteht.With the device according to the invention and the method according to the invention, in embodiments thereof a quantum grid can thus be realized on the MV level and / or on the LV level and the quantum grid on the MV level and / or the LV level on one or more connect conventional networks. In addition, in one embodiment, the invention has a device for connecting and managing stores and / or for generating energy packets from forecasts for connected conventional grids and / or for managing underfunding or overlapping by deviating an actual output from the forecast arises.

In diesem Sinne bildet die erfindungsgemäße Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze in einer Ausführungsform ein Gateway zwischen einem ersten paketbasierten, leistungsgesteuerten Stromnetz und einem herkömmlichen Stromnetz. Damit die erfindungsgemäße Vorrichtung diese Gateway-Funktion erfüllen kann, verfügt sie zum einen über einen Gleichspannungswandler, dessen Leistungsfluss steuerbar ist und zum anderen über eine Steuerung, die über eine Kommunikationseinrichtung an ein Datennetzwerk des ersten paketbasierten, leistungsgesteuerten Stromnetzes anbindbar ist.In this sense, the device according to the invention for bidirectionally connecting two power grids in one embodiment forms a gateway between a first packet-based, power-controlled power grid and a conventional power grid. In order for the device according to the invention to be able to fulfill this gateway function, it has, on the one hand, a DC-DC converter whose power flow can be controlled and, on the other hand, via a controller which can be connected via a communication device to a data network of the first packet-based, power-controlled power network.

Ein Bestimmen der zu einem gegebenen Zeitpunkt über den Gleichspannungswandler oder über einen der weiteren Anschlüsse fließenden elektrischen Leistung, d.h. eines Leistungsprofils, umfasst zum einen ein Entnehmen eines Leistungsprofils aus einem, einem Energiepaket zugeordneten Datenpaket, zum anderen aber auch ein Berechnen der elektrischen Leistung in Abhängigkeit von der Zeit aus Daten, die in der Steuerung vorliegen. Das Bestimmen eines Leistungsprofils umfasst insbesondere auch das Berechnen eines Transportprofils zur Übertragung von Leistung von einem Knoten zum nächsten aus einem oder einer Mehrzahl von eingehenden Leistungsprofilen, das Generieren von individuellen Leistungsprofilen aus einem eingehenden Transportprofil, die Orchestrierung von einer Mehrzahl von mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbundenen Quellen sowie ein Prognostizieren eines Leistungsprofils so wie sie an anderer Stelle im Text im Detail beschrieben werden.Determining the electrical power flowing through the DC-DC converter or via one of the further terminals at a given time, ie, a power profile, comprises, on the one hand, extracting a power profile from a data packet assigned to an energy package, and, on the other hand, also calculating the electrical power in dependence from time, data present in the controller. The determination of a power profile comprises in particular also calculating a transport profile for transmitting power from one node to the next of one or a plurality of incoming performance profiles, generating individual performance profiles from an incoming transport profile, orchestrating a plurality of sources associated with the inventive device, and predicting a performance profile as described in detail elsewhere in the text.

In Abhängigkeit von der Richtung des Leistungsflusses und seiner Konfiguration kann das Gateway entweder Energiepakete aus dem ersten paketbasierten, leistungsgesteuerten Stromnetz entnehmen und in ein zweites konventionelles Stromnetz einspeisen oder aber Leistung aus dem zweiten konventionellen Stromnetz entnehmen und in Form von Energiepaketen in das erste paketbasierte, leistungsgesteuerte Stromnetz einspeisen.Depending on the direction of the power flow and its configuration, the gateway can either take energy packets from the first packet-based, power-controlled power grid and feed it into a second conventional power grid or take power from the second conventional power grid and in the form of energy packets in the first packet-based, power-controlled Feed in the power grid.

Dient das Gateway dem Einspeisen von Strom aus einem konventionellen Stromnetz in ein paketbasiertes, leistungsgesteuertes Stromnetz, so bildet das Gateway die Energiepakete, in dem es jedem Energiepaket mit elektrischer Leistung ein Datenpaket zuordnet, welches mindestens Information über einen Empfänger des Energiepakets sowie ein Leistungsprofil, d.h. eine Beschreibung der von diesem Energiepaket in Abhängigkeit von der Zeit bereitgestellten elektrischen Leistung, umfasst. Das Datenpaket und das Energiepaket werden dann in dem paketbasierten, leistungsflussgesteuerten Stromnetz derart übertragen, dass das Datenpaket an allen Knoten des Stromnetzes vor dem Energiepaket eintrifft.When the gateway is used to feed power from a conventional power grid into a packet-based, power-driven power grid, the gateway forms the power packs by associating with each power pack with electrical power a data packet containing at least information about a receiver of the power pack and a power profile, i. a description of the electrical power provided by this energy pack as a function of time. The data packet and the energy packet are then transmitted in the packet-based, power flow-controlled power grid such that the data packet arrives at all nodes of the power network before the energy packet.

Dabei liegen in einer Ausführungsform der Erfindung das erste Stromnetz und das zweite Stromnetz auf der gleichen Spannungsebene. Daher ist in einer Ausführungsform der Erfindung die erste Gleichspannung gleich der zweiten Gleichspannung und/oder die erste Wechselspannung gleich der zweiten Wechselspannung. In einer solchen Ausführungsform, bei welcher das erste und das zweite Stromnetz in der gleichen Spannungsebene liegen, übernimmt der bidirektionale Gleichspannungswandler der Vorrichtung die Leistungssteuerung zwischen dem ersten und dem zweiten Stromnetz ohne aber eine Transformation zwischen den Spannungsebenen zu bewirken. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist in einer Ausführungsform dann der Transformator identische Anzahlen von Wicklungen der Primär- und Sekundärspulen auf. In one embodiment of the invention, the first power grid and the second power grid are at the same voltage level. Therefore, in one embodiment of the invention, the first DC voltage is equal to the second DC voltage and / or the first AC voltage is equal to the second AC voltage. In such an embodiment, in which the first and the second power grid are in the same voltage level, the bidirectional DC-DC converter of the device takes over the power control between the first and the second power grid without causing a transformation between the voltage levels. In other words, in one embodiment, the transformer then has identical numbers of windings of the primary and secondary coils.

In einer alternativen Ausführungsform dient der Gleichspannungswandler jedoch auch dem Übergang zwischen zwei Spannungsebenen. In einer Ausführungsform weist dabei der Transformator zum Transformieren der ersten Wechselspannung in eine zweite Wechselspannung unterschiedliche Wicklungszahlen seiner Primär- und Sekundärspulen auf. In an alternative embodiment, however, the DC-DC converter also serves the transition between two voltage levels. In one embodiment, the transformer for transforming the first alternating voltage into a second alternating voltage has different numbers of turns of its primary and secondary coils.

In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem ersten Stromnetz um ein Mittelspannungsnetz (MV-Netz) mit einer Spannung von 1 kV bis 52 kV. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Stromnetz dann ein Hochspannungsnetz (HV-Netz) mit einer Spannung von 60 kV bis 150 kV oder ein Höchstspannungsnetz (HV-Netz) mit einer Spannung von mehr als 100 kV. Alternativ dazu ist das zweite Stromnetz ein Niederspannungsnetz (LV-Netz) mit einer Nennspannung von weniger als 1 kV, insbesondere mit einer Spannung von 230 V, 400 V, 500 V oder 690 V.In one embodiment of the invention, the first power network is a medium-voltage network (MV network) with a voltage of 1 kV to 52 kV. In one embodiment of the invention, the second power grid is then a high voltage network (HV grid) with a voltage of 60 kV to 150 kV or a high voltage grid (HV grid) with a voltage of more than 100 kV. Alternatively, the second power grid is a low voltage (LV) network with a nominal voltage of less than 1 kV, in particular with a voltage of 230 V, 400 V, 500 V or 690 V.

In Abhängigkeit davon, in welcher Spannungsebene das erste Stromnetz und das zweite Stromnetz betrieben werden, bildet die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ausführungsform ein Umspannwerk (zwischen MV-Netz und HV-Netz) oder eine sogenannte Ortsnetzstation (zwischen MV-Netz und LV-Netz). Depending on in which voltage level the first power grid and the second power grid are operated, the device according to the invention forms in one embodiment a substation (between MV grid and HV grid) or a so-called local grid station (between MV grid and LV grid) ,

In einer Ausführungsform erfüllt die erfindungsmäße Vorrichtung keinerlei Gateway-Funktion zwischen einem herkömmlichen Stromnetz und einem Stromnetz mit der neuen Technologie. Stattdessen handelt es sich in einer Ausführungsform sowohl bei dem ersten Stromnetz als auch bei dem zweiten Stromnetz um ein paketbasiertes, leistungsflussgesteuertes Stromnetz. In einer solchen Ausführungsform dient die erfindungsgemäße Vorrichtung der Verbindung der beiden Stromnetze über zwei Spannungsebenen hinweg oder aber auch ausschließlich zur Leistungsflussregelung zwischen zwei Stromnetzen auf der gleichen Spannungsebene.In one embodiment, the device according to the invention does not fulfill any gateway function between a conventional power grid and a power grid with the new technology. Instead, in one embodiment, both the first power grid and the second power grid are a packet-based power flow controlled power grid. In such an embodiment, the device according to the invention serves the connection of the two power grids over two voltage levels or else exclusively for power flow control between two power grids on the same voltage level.

In einer einfachen Ausführungsform der Erfindung umfassen der erste elektrische Leistungsverteiler und/oder der zweite elektrische Leistungsverteiler lediglich eine elektrische Verteilerschaltung mit einem Gleichspannungsanschluss und mindestens einem, vorzugsweise genau einem, weiteren Anschluss. In a simple embodiment of the invention, the first electrical power distributor and / or the second electrical power distributor only comprise an electrical distribution circuit with a DC voltage connection and at least one, preferably exactly one, further connection.

Während der Gleichspannungsanschluss erfindungsgemäß den Übergang von dem ersten Stromnetz zu dem zweiten Stromnetz bzw. umgekehrt bereitstellt, bilden der oder die weiteren Anschlüsse die Schnittstellen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu den weiteren Komponenten des ersten bzw. zweiten Stromnetzes.While the DC voltage connection according to the invention provides the transition from the first power grid to the second power grid or vice versa, the one or more further terminals form the interfaces of the device according to the invention to the other components of the first and second power network.

Es versteht sich, dass dann, wenn in einer Ausführungsform das erste oder zweite Netz ein Wechselspannungsnetz ist, der erste oder zweite elektrische Leistungsverteiler einen AC/DC-Wandler umfasst, so dass gewährleistet ist, dass an dem Gleichspannungsanschluss eine Gleichspannung anliegt.It is understood that if, in one embodiment, the first or second network is an AC voltage network, the first or second electrical power distributor comprises an AC / DC converter, so as to ensure that the DC voltage terminal is a DC voltage.

Die ersten und zweiten elektrischen Leistungsverteiler können identisch aufgebaut sein, müssen dies in Ausführungsformen der Erfindung aber nicht notwendigerweise sein. Dies wird nachfolgend noch anhand verschiedener Konfigurationen der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Detail erläutert.The first and second electric power distributors may be of identical construction, but need not necessarily be in embodiments of the invention. This will be explained below with reference to various configurations of the device according to the invention in detail.

Der Gleichspannungsanschluss ist in diesem Sinne ein ausgezeichneter Anschluss der elektrischen Verteilerschaltung und bildet einen Teil einer Verbindung zwischen dem ersten Stromnetz und dem zweiten Stromnetz, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung bereitstellt.The DC voltage connection in this sense is an excellent connection of the electrical distribution circuit and forms part of a connection between the first power network and the second power network, which provides the device according to the invention.

Eine elektrische Verteilerschaltung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann in einer ersten, einfachen Ausführungsform eine Stromschiene sein, mit welcher alle Anschlüsse des jeweiligen elektrischen Leistungsverteilers, d.h. der Gleichspannungsanschluss und der mindestens eine weitere Anschluss, in Parallelschaltung verbunden sind.An electrical distribution circuit according to the present invention may, in a first, simple embodiment, be a bus bar with which all the terminals of the respective electrical power distributor, i. the DC voltage terminal and the at least one further terminal are connected in parallel.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrische Verteilerschaltung mindestens zwei weitere Anschlüsse, die mit Quellen oder Senken verbindbar sind, die über ein sogenanntes Koppelfeld (engl. Cross-Bar), schaltbar miteinander verbunden sind. Ein Koppelfeld wurde früher auch als Kreuzschienenverteiler bezeichnet. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung dient das Koppelfeld zum Durchschalten, der von einer jeden mit dem Leistungsverteiler verbundenen Quelle bereitgestellten Leistung zu mindestens einer mit dem Leistungsverteiler verbundenen Senke oder zu dem Gleichspannungsanschluss. Koppelfelder für schwache Ströme sind aus der Kommunikationstechnik bekannt und zählen dort zu den sogenannten Raummultiplexverfahren. Ein Koppelfeld bezeichnet eine zusammengeschaltete Matrix (sogenannte Koppelvielfache) von kommenden und gehenden Leitungen. In der Kommunikationstechnik schalten Koppelfelder die Verbindung für jedes Signal exklusiv zwischen den Eingängen und Ausgängen. Demgegenüber umfasst der Begriff des Koppelfeldes im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch Koppelfelder, welche mehrere Leistungsflüsse miteinander kombinieren oder Leistungsflüsse aufteilen.In a further embodiment of the invention, the electrical distribution circuit comprises at least two further connections which can be connected to sources or sinks which are connected to one another via a so-called cross-bar switching network. A switching network was formerly known as a crossbar distributor. For the purposes of the present application, the switching matrix serves for switching through the power provided by each source connected to the power distributor to at least one sink connected to the power distributor or to the DC voltage connection. Coupling fields for weak currents are known from communications technology and are among the so-called space multiplexing methods. A switching matrix designates an interconnected matrix (so-called coupling multiple) of incoming and outgoing lines. In communication technology, switching networks switch the connection for each signal exclusively between the inputs and outputs. In contrast, the term "switching network" in the sense of the present application also includes switching networks which combine several power flows or divide power flows.

Eine Ausführungsform der Verteilerschaltung als Koppelfeld weist gegenüber eine Ausführungsform bei welcher alle Anschlüsse parallel mit einer Stromschiene verbunden sind, den Vorteil auf, dass die Quellen unabhängig von den Spannungen, welche sie an den Leistungsverteiler bereitstellen, orchestrierbar sind, und auf diese Weise jedes beliebige Spannungsniveau bzw. jeder beliebige zeitliche Verlauf der Leistung an den Anschlüssen, welche mit Senken verbunden sind, bereitgestellt werden kann.An embodiment of the distribution circuit as a switching matrix has the advantage over an embodiment in which all the connections are connected in parallel to a busbar, irrespective of the voltages which they provide to the power distributor, and thus any voltage level or any time curve of the power at the terminals, which are connected to sinks, can be provided.

In einer weiteren Ausführungsform des ersten oder zweiten elektrischen Leistungsverteilers sind alle Anschlüsse, d.h. der Gleichspannungsanschluss und die weiteren Anschlüsse für Quellen oder Senken, mit einer Verteilerschaltung verbunden, die ein elektrisches Koppelfeld ist, welches selektiv jedwede Verschaltung der Anschlüsse miteinander ermöglicht. In a further embodiment of the first or second electric power distributor, all terminals, i. the DC terminal and the other terminals for sources or sinks, connected to a distribution circuit which is an electrical coupling field, which selectively allows any interconnection of the terminals with each other.

Eine derartige Ausgestaltung weist die höchste Komplexität der Schaltung auf, dafür bietet sie jedoch auch die größtmögliche Flexibilität der Schaltzustände. Insbesondere muss bei einer derartigen Ausführungsform nicht darauf geachtet werden, ob mit einem weiteren Anschluss der Verteilerschaltung eine Quelle, eine Senke oder ein Stromnetz verbunden wird. Insbesondere kann mit jedem der Anschlüsse in diesem Fall auch ein Energiespeicher verbunden werden, welcher über den Leistungsverteiler sowohl entladen als auch geladen werden kann. Ausführungsformen eines Leistungsverteilers mit einem elektrischen Koppelverteiler als Teil der Verteilerschaltung sind in der DE 10 2014 119 431 A1 beschrieben.Such a design has the highest complexity of the circuit, but it also offers the greatest possible flexibility of the switching states. In particular, in such an embodiment it is not necessary to pay attention to whether a source, a sink or a power supply is connected to a further connection of the distribution circuit. In particular, an energy store can also be connected to each of the connections in this case, which can be both discharged and charged via the power distributor. Embodiments of a power distributor with an electrical coupling distributor as part of the distribution circuit are in the DE 10 2014 119 431 A1 described.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden alle Knoten des Koppelfeldes von einem geregelten Leistungssteller, so wie er nachfolgend noch beschrieben werden wird, gebildet. In einer alternativen Ausführungsform werden alle Knoten des Koppelfeldes von An-/Ausschaltern gebildet.In one embodiment of the invention, all nodes of the switching network are formed by a regulated power controller, as will be described below. In an alternative embodiment, all nodes of the switching matrix are formed by on / off switches.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welchen die Verteilerschaltung ein Koppelfeld aufweist, sind dann zweckmäßig, wenn mit einem weiteren Anschluss ein von der Steuerung der Vorrichtung verwalteter Speicher für elektrische Energie verbunden ist. Dieser Speicher dient dann der Handhabung von Über- und Unterdeckungen. Embodiments of the device according to the invention, in which the distributor circuit has a coupling field, are expedient if a memory for electrical energy managed by the controller of the device is connected to a further connection. This memory then serves to handle over- and undercover.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungsverteilers weist die Verteilerschaltung einen ersten und einen zweiten Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt ein Koppelfeld umfasst, das so ausgestaltet ist, dass alle Anschlüsse des Koppelfelds, die mit einer Quelle oder einer Senke verbindbar sind, parallel oder in Reihe geschaltet mit dem zweiten Abschnitts der Verteilerschaltung verbindbar sind. Dazu werden die Knoten des Koppelfeldes des ersten Abschnitts der Verteilerschaltung in einer Ausführungsform von geregelten Leistungsstellern, so wie sie nachfolgend noch beschrieben werden, gebildet. Der zweite Abschnitt der Verteilerschaltung kann in einer Ausführungsform wahlweise als passive Stromschiene oder auch als Koppelfeld, welches einfache Ein-/Ausschalter an den Knoten aufweist, ausgestaltet sein. Der erste Abschnitt einer solchen Verteilerschaltung wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch als „physical abstraction layer“ bezeichnet. Der Vorteil einer Ausführungsform einer Verteilerschaltung mit einem „physical abstraction layer“ ist, dass sie eine hohe Flexibilität bei gleichzeitig reduzierter Komplexität der Schaltung aufweist. In one embodiment of the power distributor according to the invention, the distributor circuit has a first and a second section, wherein the first section comprises a coupling field which is configured such that all connections of the coupling field that can be connected to a source or a drain are connected in parallel or in series connected to the second portion of the distribution circuit are connectable. For this purpose, the nodes of the switching matrix of the first section of the distributor circuit are formed in an embodiment of regulated power controllers, as will be described below. In one embodiment, the second section of the distributor circuit can be designed optionally as a passive busbar or as a switching network, which has simple on / off switches at the node. The first paragraph Such a distribution circuit is referred to as "physical abstraction layer" in the context of the present application. The advantage of an embodiment of a physical abstraction layer distribution circuit is that it has high flexibility while reducing circuit complexity.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Verteilerschaltung des ersten oder des zweiten elektrischen Leistungsverteilers mindestens zwei weitere Anschlüsse auf. In one embodiment of the invention, the distribution circuit of the first or the second electric power distributor has at least two further terminals.

Dabei sind Kombinationen der ersten und der zweiten Verteilerschaltung denkbar, bei denen sowohl die erste als auch die zweite Verteilerschaltung mindestens zwei weitere Anschlüsse aufweisen, es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen nur die erste Verteilerschaltung, vorzugsweise diejenige, deren Stromnetz eine höhere Spannungsebene aufweist, mindestens zwei weitere Anschlüsse aufweist, während die Verteilerschaltung des zweiten elektrischen Leistungsverteilers nur einen einzigen weiteren Anschluss aufweist.Combinations of the first and the second distribution circuit are conceivable in which both the first and the second distribution circuit have at least two further connections, but embodiments are also possible in which only the first distribution circuit, preferably the one whose power grid has a higher voltage level , At least two further terminals, while the distribution circuit of the second electric power distributor has only a single further connection.

In einer solchen Ausführungsform sind mit den weiteren Anschlüssen Quellen oder Senken für elektrische Energie verbindbar, wobei der Gleichspannungsanschluss und die weiteren Anschlüsse derart elektrisch miteinander verbunden sind, dass ein elektrischer Strom in beliebigen Richtungen zwischen diesen fließen kann, und wobei mindestens einer der weiteren Anschlüsse, vorzugsweise aber jeder der weiteren Anschlüsse, einen Leistungssteller aufweist, der so eingerichtet ist, dass im Betrieb der Vorrichtung die über den jeweiligen weiteren Anschluss fließende elektrische Leistung in Abhängigkeit von der Zeit auf mindestens drei Werte einstellbar ist, wobei die Steuerung mit jedem der Leistungssteller verbunden ist, wobei die Steuerung derart eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Vorrichtung die über die weiteren Anschlüsse fließende elektrische Leistung in Abhängigkeit von den von den Quellen, Senken und Netzen empfangenen Daten bestimmt, und wobei die Steuerung derart eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Vorrichtung die über den jeweiligen weiteren Anschluss fließende elektrische Leistung in Abhängigkeit von der Zeit steuert. In such an embodiment, sources or sinks for electrical energy are connectable to the further terminals, wherein the DC voltage connection and the further terminals are electrically connected to each other such that an electric current can flow in any direction between them, and wherein at least one of the further terminals, Preferably, however, each of the further connections comprises a power controller, which is set up such that, during operation of the apparatus, the electrical power flowing through the respective further connection can be set to at least three values as a function of time, the controller being connected to each of the power controllers is, wherein the controller is arranged such that it determines the operation of the device, the electrical power flowing through the other terminals in dependence on the data received from the sources, sinks and networks, and wherein the control is turned on is directed that it controls the operation of the device over the respective further connection flowing electrical power as a function of time.

Während Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich sind, bei denen lediglich ein Leistungssteller in den weiteren Anschlüssen der ersten oder zweiten elektrischen Leistungsverteiler vorgesehen ist, sind Ausführungsformen bevorzugt, bei welchen der Leistungssteller ein Teil einer im Sinne der vorliegenden Anmeldung als Controller für einen quantisierten Leistungsfluss (Quantum Flow Controller; QFC) bezeichneten Einrichtung in einem der weiteren Anschlüsse der Verteilerschaltung ist. Ein solcher QFC im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann auch als geregelter Leistungssteller beschrieben werden, dessen Leistungsniveau anhand eines von der Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgegebenen Steuersignals geregelt wird. While embodiments of the present invention are possible in which only one power controller is provided in the other terminals of the first or second electric power distributors, embodiments in which the power controller is part of a quantized power flow controller (Quantum Flow Controller; QFC) is in one of the other terminals of the distribution circuit. Such a QFC in the sense of the present application can also be described as a regulated power controller whose power level is regulated by means of a control signal predetermined by the controller of the device according to the invention.

Ein solcher QFC weist daher neben dem Leistungssteller in einer Ausführungsform eine Steuerung auf, welche einerseits, vorzugsweise über ein Datennetzwerk, mit der (zentralen) Steuerung der Vorrichtung verbunden ist und andererseits mit dem Leistungssteller des QFC verbunden ist, sodass sie im Betrieb der Vorrichtung den Zustand des Leistungsstellers steuert oder in einer Ausführungsform davon regelt. In one embodiment, such a QFC has, in addition to the power controller, control that is connected, on the one hand, preferably via a data network, to the (central) controller of the device and, on the other hand, connected to the power controller of the QFC so that it can operate during operation of the device Condition of the power controller controls or regulated in one embodiment thereof.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung des QFC so eingerichtet, dass sie jeden Wert für den Leistungsfluss P(t) des entsprechenden Anschlusses, welchen die Steuerung des QFC von der (zentralen) Steuerung der Vorrichtung erhält, in ein Steuersignal zum Ansteuern des Leistungsstellers umsetzt. Ein solches Steuersignal zum Ansteuern des Leistungsstellers ist in einer Ausführungsform die Impulsbreite der Spannungssignale, mit welchen die Gates der steuerbaren Schalter, zum Beispiel Thyristoren, MOSFETs oder IGBTs, des Leistungsstellers betrieben werden.In one embodiment of the invention, the control of the QFC is arranged to convert each value for the power flow P (t) of the corresponding port which the control of the QFC receives from the (central) control of the device into a control signal for driving the power controller implements. Such a control signal for driving the power controller is, in one embodiment, the pulse width of the voltage signals with which the gates of the controllable switches, for example thyristors, MOSFETs or IGBTs, of the power controller are operated.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist ein Anschluss des ersten oder zweiten elektrischen Leistungsverteilers zusätzlich zu dem Leistungssteller eine Messeinrichtung zum Erfassen einer über den Anschluss fließenden elektrischen Ist-Leistung auf. In one embodiment of the invention, a connection of the first or second electric power distributor has, in addition to the power controller, a measuring device for detecting an electrical actual power flowing via the connection.

Diese Messeinrichtung ist in einer Ausführungsform Teil des QFC und mit der Steuerung des QFC verbunden, wobei die Steuerung des QFC so eingerichtet ist, dass sie die Ist-Leistung über den Anschluss des ersten oder zweiten Leistungsverteilers so regelt, dass diese gleich einer von der zentralen Steuerung der Vorrichtung vorgegebenen Leistung P(t) ist, welche in diesem Sinne die Soll-Leistung darstellt. Erst eine Messeinrichtung in jedem der Anschlüsse ermöglicht eine Regelung des über den weiteren Anschluss fließenden Leistungsstroms. This measuring device is in one embodiment part of the QFC and connected to the control of the QFC, wherein the controller of the QFC is arranged to regulate the actual power through the connection of the first or second power distributor to be equal to one of the central one Control of the device predetermined power P (t), which represents the target power in this sense. Only a measuring device in each of the terminals allows control of the current flowing through the other terminal power.

Dem gegenüber weist in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung der weitere Anschluss zusätzlich einen Spannungswandler auf. Dieser Spannungswandler ist zweckmäßigerweise Teil des QFC. In einer Ausführungsform ist der Spannungswandler zwischen der Messeinrichtung und dem Leistungssteller in dem QFC angeordnet.In contrast, in one embodiment of the device according to the invention, the further connection additionally has a voltage converter. This voltage converter is expediently part of the QFC. In one embodiment, the voltage converter is arranged between the measuring device and the power controller in the QFC.

Solche Spannungswandler sind in der Lage, eine Eingangsspannung in eine höhere oder tiefere Ausgangsspannung zu wandeln. Spannungswandler, welche eine Eingangsspannung in eine höhere Spannung wandeln, werden auch als Hochsetzsteller bezeichnet. Spannungswandler, die eine Eingangsspannung in eine tiefere Spannung wandeln, werden auch als Tiefsetzsteller bezeichnet. Hochsetzsteller und Tiefsetzsteller sind typischerweise als Gleichstromelemente vorhanden, sodass bei Verwendung von Hochsetzstellern und Tiefsetzstellern in einem Wechselstromsystem vorzugsweise hinter einem solchen Spannungswandler eine Gleich- bzw. Wechselrichtung erfolgt. Such voltage transformers are capable of converting an input voltage to a higher or lower output voltage. Voltage transformer, which has an input voltage to a higher Transform voltage, are also referred to as boost converter. Voltage transformers that convert an input voltage to a lower voltage are also referred to as a buck converter. Step-up converters and step-down converters are typically present as direct current elements, so that when using step-up converters and step-down converters in an alternating current system, a direct or alternating direction preferably takes place behind such a voltage converter.

Eine derartige Ausführungsform mit einem Leistungssteller in zumindest einem weiteren Anschluss ermöglicht es, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur den Leistungsfluss zwischen dem ersten Stromnetz und dem zweiten Stromnetz zu steuern, sondern auch eine Leistungsflusssteuerung innerhalb des ersten Netzes oder des zweiten Netzes bereitzustellen, wobei dann der erste Leistungsverteiler und/oder der zweite Leistungsverteiler integrale Bestandteile des ersten Stromnetzes bzw. des zweiten Stromnetzes sind und in diesen Stromnetzen einen regulären Netzknoten bilden, der in der Lage ist, einen paketbasierten, leistungsgesteuerten Stromtransport innerhalb des ersten Stromnetzes oder des zweiten Stromnetzes zu ermöglichen. Dies auch ohne dass Leistung zwischen dem ersten und dem zweiten Stromnetz übertragen wird.Such an embodiment with a power controller in at least one further connection makes it possible with the device according to the invention not only to control the power flow between the first power grid and the second power grid, but also to provide a power flow control within the first network or the second network, in which case first power distributor and / or the second power distributor are integral components of the first power grid or the second power grid and form in these power grids a regular network node, which is able to provide a packet-based, power-controlled power transport within the first power grid or the second power grid. This also without power between the first and the second power grid is transmitted.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist dazu die Steuerung so eingerichtet, dass sie im Betrieb der Vorrichtung für jeden Zeitpunkt t einer Betrachtungsperiode T die über jeden der weiteren Anschlüsse und über den Gleichspannungswandler fließende elektrische Leistung P(t) berechnet aus der zu dem Zeitpunkt t von jeder Quelle oder jedem Netz maximal bereitstellbaren elektrischen Leistung P_del(t) und der zu dem Zeitpunkt t von jeder Senke oder jedem Netz benötigten elektrischen Leistung P_dem(t), und wobei sie die Leistungssteller derart steuert, dass die berechnete elektrische Leistung P(t) zum Zeitpunkt t im jeweiligen weiteren Anschluss eingestellt ist. In one embodiment of the invention, for this purpose, the controller is set up to calculate the electric power P (t) flowing through each of the further terminals and via the DC-DC converter during operation of the apparatus at the instant t of power source P _del (t) of each source or network and the electrical power P _dem (t) required at the time t of each drain or network, and controlling the power controllers such that the calculated electrical power P ( t) is set at time t in the respective further connection.

Auf diese Weise wird sowohl der Leistungsfluss über jeden der weiteren Anschlüsse als auch zwischen dem ersten und dem zweiten Stromnetz über den Gleichspannungswandler von der Steuerung gesteuert. In this way, both the power flow over each of the further terminals and between the first and the second power network via the DC-DC converter is controlled by the controller.

Unter Quellen für elektrische Energie im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden alle elektrischen Einrichtungen verstanden, welche, wenn sie mit dem ersten oder zweiten elektrischen Leistungsverteiler verbunden sind, an diesen elektrische Energie bzw. Leistung bereitstellen. Dies können ganz konkret beispielsweise Kraftwerke aller Art sein oder auch wiederaufladbare Energiespeicher, welche entladen werden. Darüber hinaus können als Quellen ganze Stromnetze erscheinen, welche mit einem der weiteren Anschlüsse der Verteilerschaltung verbunden sind. In the context of the present application, sources of electrical energy are understood as meaning all electrical devices which, when connected to the first or second electrical power distributor, supply thereto electrical energy or power. This can be very concrete, for example, power plants of all kinds or rechargeable energy storage, which are discharged. In addition, sources of power can appear as sources, which are connected to one of the other terminals of the distribution circuit.

Entsprechend sind Senken für elektrische Energie im Sinne der vorliegenden Anmeldung alle Typen oder Arten von elektrischen Verbrauchern, beispielsweise ein Haushaltsanschluss, aber auch ganze Stromnetze, welche Leistung von dem ersten oder zweiten Leistungsverteiler beziehen. Eine Senke im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist somit jede Einheit eines Stromnetzes, in welche elektrische Leistung aus dem ersten oder zweiten Leistungsverteiler fließt.Correspondingly, sinks for electrical energy in the sense of the present application are all types or types of electrical consumers, for example a household connection, but also whole power grids which draw power from the first or second power distributor. A sink in the sense of the present application is thus any unit of a power network into which electric power flows from the first or second power distributor.

Ein Stromnetz, dessen Teil der erster oder zweite elektrische Leistungsverteiler in verbautem bzw. eingebautem Zustand bildet, ist beispielsweise ein elektrisches Versorgungsnetz, bei welchem eine Quelle und/oder eine Senke über eine Freileitung oder eine Erdleitung mit dem Leistungsverteiler verbunden ist, oder ein elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs, eines Luftfahrzeugs, eines Schiffes oder eines anderen Verkehrsmittels. A power grid, part of which forms the first or second electrical power distributor in installed or built-in state, is for example an electrical supply network, in which a source and / or a sink is connected via an overhead line or a ground line to the power distributor, or an electrical system a vehicle, an aircraft, a ship or any other means of transport.

Das Herzstück der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze bildet ein bidirektionaler Gleichspannungswandler, der so ausgestaltet ist, dass die zu einem gegebenen Zeitpunkt t über den Gleichspannungswandler fließende elektrische Leistung P(t) in Abhängigkeit von der Zeit t auf mindestens drei Werte einstellbar ist. Ein solcher bidirektionaler leistungssteuerbarer Gleichspannungswandler ist beispielsweise aus der US 5,027,264 oder in komplexerer Form aus der DE 10 2012 204 035 A1 bekannt. The heart of the device according to the invention for the bidirectional connection of two power grids forms a bidirectional DC-DC converter, which is configured so that the electrical power P (t) flowing through the DC-DC converter at a given time t is adjustable to at least three values as a function of the time t. Such a bidirectional power-controllable DC-DC converter is known for example from US 5,027,264 or in more complex form from the DE 10 2012 204 035 A1 known.

Ein bidirektionaler Gleichspannungswandler umfasst eine mit dem Gleichspannungsanschluss des ersten elektrischen Leistungsverteilers verbundene Eingangsstufe zum Umwandeln der ersten Gleichspannung des ersten elektrischen Leistungsverteilers in eine erste Wechselspannung, einen Transformator zum Transformieren der ersten Wechselspannung in eine zweite Wechselspannung und eine Ausgangsstufe zum Umwandeln der zweiten Wechselspannung in eine zweite Gleichspannung. A bidirectional DC-DC converter includes an input stage connected to the DC terminal of the first electric power distributor for converting the first DC voltage of the first electric power distributor into a first AC voltage, a transformer for transforming the first AC voltage into a second AC voltage, and an output stage for converting the second AC voltage into a second AC voltage DC.

Während typischerweise Wechselstromnetze, die in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das erste und/oder das zweite Stromnetz bilden, eine Netzfrequenz von 50 Hz aufweisen, liegt die Frequenz der ersten und zweiten Wechselspannungen innerhalb des Gleichspannungswandlers deutlich darüber. Dies um die Masse und die Baugröße des Transformators zu reduzieren. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Frequenz der ersten und zweiten Wechselspannungen innerhalb des Gleichspannungswandlers größer als 500 Hz, vorzugsweise gleich oder größer als 1 kHz. While typically AC grids, which in embodiments of the present invention form the first and / or the second power grid, have a grid frequency of 50 Hz, the frequency of the first and second AC voltages within the DC-DC converter is significantly higher. This to reduce the mass and size of the transformer. In one embodiment of the invention, the frequency of the first and second AC voltages within the DC-DC converter is greater than 500 Hz, preferably equal to or greater than 1 kHz.

Dabei umfasst der Gleichspannungswandler erfindungsgemäß einen Leistungssteller, der es ermöglicht, die durch den Gleichspannungswandler fließende elektrische Leistung in Abhängigkeit von der Zeit einzustellen. Damit kann eine Steuerung des Flusses der elektrischen Leistung zwischen dem ersten Stromnetz und dem zweiten Stromnetz über den bidirektionalen Gleichspannungswandler bereitgestellt werden. Einstellbarkeit der über den Gleichspannungswandler fließenden elektrischen Leistung im Sinne der vorliegenden Anmeldung bedeutet, dass der Leistungsfluss auf mindestens drei Werte einstellbar ist. Daher unterscheidet sich der Leistungssteller von einem herkömmlichen Schalter, der entweder vollständig ein- oder ausgeschaltet ist, dadurch, dass zumindest ein Zwischenwert zwischen keinem Leistungsfluss und einem maximalen Leistungsfluss einstellbar ist. In einer Ausführungsform jedoch ist die über den Gleichspannungswandler fließende elektrische Leistung auf eine Mehrzahl von diskreten Werten, die vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches einer elementaren Leistungseinheit dP, sind, einstellbar. In einer weiteren Ausführungsform ist die über den Gleichspannungswandler fließende elektrische Leistung in Abhängigkeit von der Zeit auf einen beliebigen Wert zwischen einer vollständigen Abschaltung des Gleichspannungswandlers und einer maximal übertragenen Leistung einstellbar. In this case, the DC-DC converter according to the invention comprises a power controller, which makes it possible to adjust the electrical power flowing through the DC-DC converter as a function of time. Thus, control of the flow of electrical power between the first power grid and the second power grid may be provided via the bidirectional DC-DC converter. Adjustability of the electrical power flowing through the DC-DC converter in the sense of the present application means that the power flow can be set to at least three values. Therefore, the power controller differs from a conventional switch, which is either fully on or off, in that at least one intermediate value between no power flow and maximum power flow is adjustable. However, in one embodiment, the electrical power flowing across the DC-DC converter is adjustable to a plurality of discrete values, which are preferably an integer multiple of an elementary power unit dP. In a further embodiment, the electrical power flowing through the DC-DC converter is adjustable as a function of time to an arbitrary value between a complete disconnection of the DC-DC converter and a maximum transmitted power.

Während in dieser Anmeldung sprachlich immer zwischen der Eingangsstufe und der Ausgangsstufe unterschieden wird, so ist offensichtlich, dass es sich dabei in einer Ausführungsform um identische Komponenten handelt. Dies insbesondere, um die geforderte Bidirektionalität bereitzustellen. While in this application a distinction is always made linguistically between the input stage and the output stage, it is obvious that in one embodiment these are identical components. This in particular to provide the required bidirectionality.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist dazu die Eingangsstufe des Gleichspannungswandlers mindestens eine aktiv geschaltete Spannungsbrücke mit mehreren aktiven Schaltern zum Umwandeln der ersten Gleichspannung in eine erste Wechselspannung auf, ebenso wie die Ausgangsstufe des Gleichspannungswandlers mindestens eine aktiv geschaltete Spannungsbrücke mit mehreren aktiven Schaltern zum Umwandeln der zweiten Wechselspannung in die zweite Gleichspannung aufweist. Dabei sind die aktiv geschaltete Spannungsbrücke der Eingangsstufe und die aktiv geschaltete Spannungsbrücke der Ausgangsstufe über einen Transformator elektrisch zu einer Phase verbunden. Die über den Gleichspannungswandler übertragene elektrische Leistung ist dann von der Steuerung einstellbar, indem diese derart eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Vorrichtung die aktiven Schalter der Eingangsstufe und der Ausgangsstufe derart steuert, dass über die Einstellung der Phasenwinkel der ersten und zweiten Wechselspannung die Leistungsübertragung über den Gleichspannungswandler einstellbar ist. Ein derartiger Gleichspannungswandler ist beispielsweise aus der US 5,027,264 bekannt.In one embodiment of the invention, the input stage of the DC-DC converter has at least one actively switched voltage bridge with a plurality of active switches for converting the first DC voltage into a first AC voltage, as well as the output stage of the DC-DC converter at least one actively switched voltage bridge with a plurality of active switches for converting the second Has AC voltage in the second DC voltage. The actively switched voltage bridge of the input stage and the actively connected voltage bridge of the output stage are electrically connected to a phase via a transformer. The electrical power transmitted via the DC-DC converter is then adjustable by the controller by being arranged such that during operation of the device it controls the active switches of the input stage and the output stage in such a way that the power transmission is achieved by adjusting the phase angles of the first and second AC voltage is adjustable via the DC-DC converter. Such a DC-DC converter is for example from the US 5,027,264 known.

In einer Ausführungsform der Erfindung kommt ein dreiphasiger Gleichspannungswandler zum Einsatz, so wie er in der DE 10 2012 204 035 A1 gezeigt ist.In one embodiment of the invention, a three-phase DC-DC converter is used, as used in the DE 10 2012 204 035 A1 is shown.

Während hier zunächst nur der Fall betrachtet wird, dass eine einzige erste Gleichspannung eines Gleichspannungsanschlusses des ersten Leistungsverteilers in eine einzige zweite Gleichspannung im Gleichspannungsanschluss des zweiten Leistungsverteilers umgewandelt wird, können in einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein mehrphasiger Wechselstrom leistungsgesteuert zwischen zwei Stromnetzen zu übertragen ist, einfach eine Mehrzahl der hier beschriebenen Gleichspannungswandler vorgesehen sein. While initially only the case is considered that a single first DC voltage of a DC voltage terminal of the first power distributor is converted into a single second DC voltage in the DC voltage terminal of the second power distributor, in an embodiment of the invention, in which a multi-phase AC power to transfer between two power grids is simply a plurality of the DC-DC converter described here can be provided.

Der Gleichspannungswandler, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die leistungsflussgesteuerte Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Stromnetz bereitstellt, kann in einer Ausführungsform der Erfindung zusätzlich auch zur Realisierung eines QFC in einem der weiteren Anschlüsse eingesetzt werden. The DC-DC converter, which provides the power flow-controlled connection between the first and the second power network in the device according to the invention, can additionally be used in one embodiment of the invention for realizing a QFC in one of the further connections.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist mindestens einer der Gleichspannungsanschlüsse des ersten oder zweiten Leistungsverteilers eine Messeinrichtung zum Erfassen einer über den Gleichspannungsanschluss fließenden elektrischen Ist-Leistung auf und der Gleichspannungswandler weist eine Steuerung auf, wobei die Steuerung mit der Messeinrichtung verbunden ist und so eingerichtet ist, dass sie in dem Betrieb der Vorrichtung die Ist-Leistung über den Gleichspannungswandler so regelt, dass diese gleich der von der Steuerung der Vorrichtung bestimmten Leistung ist. In one embodiment of the invention, at least one of the DC voltage terminals of the first or second power distributor has a measuring device for detecting an electrical actual power flowing via the DC voltage connection, and the DC-DC converter has a controller, wherein the controller is connected to the measuring device and is set up such that in the operation of the device, it regulates the actual power via the DC-DC converter so that it is equal to the power determined by the control of the device.

In einer Ausführungsform der Erfindung liegt der Steuerung für jeden Zeitpunkt t innerhalb einer Betrachtungsperiode Information darüber vor, über welchen der Anschlüsse welche Leistung P(t) in die Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze eingespeist wird und über welchen der Anschlüsse welche Leistung P(t) zu dem Zeitpunkt t abgegeben wird. In one embodiment of the invention, for each point in time t within a viewing period, the controller has information about which of the ports which power P (t) is fed into the device for bidirectionally connecting two power grids and via which of the ports which power P (t) is delivered at the time t.

Wie oben ausgeführt, basiert in einer Ausführungsform die Übertragung elektrischer Energie in dem ersten und/oder dem zweiten Stromnetz auf Energiepaketen und ist leistungsflussgesteuert. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der paketbasierte, leistungsflussgesteuerte Stromtransport auf Basis eines Gleichstromnetzes erfolgt. Allerdings sind auch Ausführungsformen denkbar, bei welchen das paketbasierte, leistungsflussgesteuerte erste oder zweite Stromnetz ein Wechselstromnetz ist.As stated above, in one embodiment, the transmission of electrical energy in the first and / or the second power grid is based on energy packets and is power flow controlled. It is expedient here if the packet-based, power flow-controlled current transport takes place on the basis of a direct current network. However, embodiments are also conceivable in which the packet-based, power flow-controlled first or second power grid is an AC power grid.

Dabei erfolgt die Energieübertragung anders als im Stand der Technik nicht durch einen analogen Leistungsfluss durch das Übertragungsnetz wie er sich gemäß Ohm und Kirchhoff einstellt sondern in Form von Energiepaketen, die an den Netzwerkknoten dynamisch geroutet werden. Die Erfindungsgemäße Vorrichtung bildet dabei in einer Ausführungsform einen solchen routenden Netzwerkknoten zumindest des ersten oder des zweiten Stromnetzes oder aber beider Stromnetze. In this case, the energy transfer does not take place differently than in the prior art Analog power flow through the transmission network as it sets according to Ohm and Kirchhoff but in the form of energy packets that are dynamically routed to the network node. In one embodiment, the device according to the invention forms such a routing network node of at least the first or the second power network or else both power grids.

Routen bedeutet im Sinne der vorliegenden Anmeldung, dass für ein zu übertragendes Energiepaket zunächst ein Transportpfad bestimmt und dann das Energiepaket entlang dieses Pfades übertragen wird. Dabei muss für das Routing wie im paketvermittelten Internet der Pfad vom Erzeuger zum Abnehmer für jede Übertragung eines Pakets bestimmt werden. Dazu wird in einer Ausführungsform der Weg oder Pfad mittels der bekannten Pfadfindungs- oder Routingalgorithmen vorzugsweise in der Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, berechnet.Routes in the sense of the present application means that a transport path is first determined for an energy packet to be transmitted, and then the energy packet is transmitted along this path. In this case, for the routing as in the packet-switched Internet, the path from the producer to the buyer must be determined for each transmission of a packet. For this purpose, in one embodiment, the path or path is calculated by means of the known pathfinding or routing algorithms, preferably in the control of the device according to the invention.

Ein Energiepaket im Sinne der vorliegenden Erfindung ist definiert über sein Leistungsprofil, das den zeitlichen Verlauf der Leistung zwischen dem zeitliche Beginn und Ende des zu übertragenden Pakets beschreibt. An energy packet in the sense of the present invention is defined by its performance profile, which describes the time course of the power between the beginning and the end of the packet to be transmitted.

Die Paketübertragung entlang eines vorher bestimmten Pfades erfolgt durch die Regelung des Leistungsflusses zwischen allen Knoten des beteiligten Pfads. Diese Aufgabe obliegt den einzelnen Steuerungen der beteiligten Knoten, welche zusammen einen Teil der Control Plane des Stromnetzes bilden. Die Pfadermittlung und die Leistungsflusssteuerung auf jeder Leitung erfolgt ebenfalls durch die Steuerungen der einzelnen Knoten. The packet transmission along a predetermined path is accomplished by controlling the power flow between all nodes of the path involved. This task is the responsibility of the individual controllers of the participating nodes, which together form part of the control plan of the power grid. The path determination and power flow control on each line is also done by the controllers of each node.

Um ein solches dynamisches Routing zu ermöglichen, ist dem Energiepaket ein Datenpaket zugeordnet, welches an den gleichen Empfänger wie das Datenpaket übertragen wird und das die für das Routing erforderliche Information enthält. Vorzugsweise ist jedem Energiepaket mindestens ein, besonders bevorzugt aber genau ein, Datenpaket zugeordnet.In order to enable such dynamic routing, the energy packet is assigned a data packet which is transmitted to the same receiver as the data packet and which contains the information required for the routing. Preferably, each energy packet is assigned at least one, but more preferably exactly one, data packet.

Die Übertragung eines solchen Energiepakets von einer Quelle zu einer Senke wird nun anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben: Zu Beginn der Übertragung des Energiepakets von der Quelle zu der Senke steht eine Vereinbarung zwischen der Quelle und der Senke, wann die Quelle der Senke welche Energiepakete mit welcher Leistung bereitstellt. Auf Grundlage dieser Vereinbarung werden dann die von der Quelle zu der Senke zu übertragenden Energiepakete definiert. Als nächstes erfolgt eine Bestimmung des Pfades über den ein jedes Energiepaket von der Quelle zu der Senke transportiert werden soll. Dabei können auch verschiedene Pakete auf unterschiedlichen Pfaden geleitet werden. Der Pfadfindung können Regeln verschiedener Art zugrunde gelegt werden. Beispielsweise kann es ein Ziel der Pfadfindung sein, die Energieverluste bei der Übertragung zu minimieren. In einem weiteren Beispiel können ökonomische Faktoren die Pfadfindung beeinflussen, so dass immer die preiswerteste Trasse gewählt wird. Die Pfadfindung legt detailliert fest, über welche Netzknoten und deren Anschlüsse der Leistungsfluss erfolgt. Der ermittelte Pfad wird von allen beteiligten Knoten durch Signalisierung bestätigt und das zu jedem Energiepaket gehörende Datenpaket mit dem Leistungsprofil und der Routinginformation des Energiepakets wird an jeden einzelnen Netzknoten auf dem ermittelten Pfad übermittelt. Die beteiligten Knoten entnehmen jedem Datenpaket das Leistungsprofil und regeln zu einem gegebenen Zeitpunkt den Leistungsfluss an jedem ihrer Anschlüsse nach Vorgabe des oder der Leistungsprofile. Nachdem alle Knoten „Bereit“ signalisiert haben, signalisiert der Lieferknoten, d.h. die Quelle, den Beginn der Lieferung und durch die „synchrone“ Leistungsflusssteuerung aller beteiligten Knoten stellt sich der definierte Leistungsfluss von der Quelle zu der Senke ein. Weitere Details einer solchen paketbasierten, leistungsflussgesteuerten Energieübertragung sind in der DE 10 2009 003 173 A1 offenbart.The transfer of such energy packet from source to sink will now be described by way of an exemplary embodiment: At the beginning of the transmission of the energy packet from the source to the sink, there is an agreement between the source and the sink when the source of the sink contains which energy packets Provides power. Based on this agreement, the energy packets to be transmitted from the source to the sink are then defined. Next, a determination is made of the path over which each energy packet is to be transported from the source to the sink. Different packages can be routed on different paths. Scouting can be based on rules of various kinds. For example, it may be a goal of pathfinding to minimize the energy losses during transmission. In another example, economic factors may influence scouting so that the cheapest route is always chosen. The path determination specifies in detail which network nodes and their connections are used for the power flow. The ascertained path is confirmed by signaling by all participating nodes and the data packet belonging to each energy packet with the power profile and the routing information of the energy packet is transmitted to each individual network node on the determined path. The participating nodes take the power profile from each data packet and at a given time regulate the power flow at each of their ports according to the specification of the power profile (s). After all the nodes have signaled "ready", the delivery node, ie the source, signals the start of the delivery and the "synchronous" power flow control of all participating nodes sets the defined power flow from the source to the sink. Further details of such a packet-based, power flow controlled energy transfer are in the DE 10 2009 003 173 A1 disclosed.

Ein solches auf Energiepaketen und eine Leistungsflussteuerung des Transports eines jeden Energiepakets beruhendes Stromnetz wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung als paketbasiertes, leistungsflussgesteuertes Stromnetz bezeichnet.Such a power network based on energy packets and a power flow control of the transport of each energy packet is referred to in the sense of the present application as a packet-based, power flow-controlled power network.

Um ein Routing des Energiepakets zu ermöglichen, weist das dem Energiepaket zugeordnete Datenpaket in einer Ausführungsform eine eindeutige Adressierung des Erzeugers des Energiepakets auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Datenpaket eine eindeutige Adressierung des Abnehmers des Energiepakets, nachfolgend auch als Zieladresse bezeichnet, auf. Auf diese Weise kann sowohl die Herkunft als auch das Ziel eines jeweiligen Energiepakets definiert werden, wodurch ein Routing an den einzelnen beteiligten Elementen eines Netzes möglich wird.In order to enable a routing of the energy packet, the data packet assigned to the energy packet in one embodiment has a unique addressing of the generator of the energy packet. In a further embodiment, the data packet has a unique addressing of the consumer of the energy packet, hereinafter also referred to as the destination address. In this way, both the origin and the destination of a particular energy package can be defined, whereby a routing of the individual elements of a network involved is possible.

Das Bestimmen des nächsten Empfängers innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschieht beispielsweise durch Auslesen der Adressierung des in dem Datenpaket angegebenen Abnehmers und Nachschlagen des nächsten Empfängers in einer gespeicherten Routingtabelle.The determination of the next receiver within the device according to the invention takes place, for example, by reading out the addressing of the customer specified in the data packet and looking up the next receiver in a stored routing table.

Dabei kann das Routing dazu führen, dass in einer Ausführungsform der Erfindung eine Weiterleitung eines Energiepakets nur innerhalb des ersten oder des zweiten Stromnetzes erfolgt ohne, dass das Paket über den Gleichspannungswandler übertragen wird. Allerdings kann in einer Ausführungsform ein Energiepaket auch über die Spannungsebenen hinweg geroutet werden.In this case, the routing may result in that, in one embodiment of the invention, a forwarding of an energy packet takes place only within the first or the second power network without the packet being transmitted via the DC voltage converter. However, in one embodiment, a Energy package can also be routed across the voltage levels.

Das Datenpaket definiert ein Leistungsprofil des ihm zugeordneten Energiepakets. D.h. das Datenpaket beschreibt die zu jedem zukünftigen Zeitpunkt innerhalb einer Betrachtungsperiode von dem Energiepaket bereitzustellende Leistung.The data packet defines a performance profile of the energy packet assigned to it. That the data packet describes the power to be provided by the power pack at any future time within a viewing period.

Das Leistungsprofil TP(t), im folgenden Text auch als Transportprofil bezeichnet, für ein über den Gleichspannungswandler und zwischen dem ersten und dem zweiten Stromnetz zu übertragendes Energiepaket, im folgenden Text auch als Transportpaket bezeichnet, ist im einfachsten Fall, bei dem zu einem Zeitpunkt nur ein einziges Energiepaket empfangen wird und dieses Energiepaket über eine einzige Leitung zu übertragen ist, identisch mit dem Leistungsprofil des empfangenen Energiepakets. The power profile TP (t), also referred to below as the transport profile, for an energy packet to be transmitted via the DC-DC converter and between the first and the second power network, also referred to below as the transport packet, is in the simplest case, in which at one time only a single energy packet is received and this energy packet is to be transmitted via a single line, identical to the power profile of the received energy packet.

In komplexeren Situationen werden an zwei oder mehr weiteren Anschlüssen des ersten elektrischen Leistungsverteilers zwei oder mehr Energiepakete empfangen, die, vorzugsweise gleichzeitig, über den Gleichspannungswandler an das zweite Stromnetz zu übertragen sind. In more complex situations, two or more energy packets are received at two or more further terminals of the first electrical power distributor, which, preferably simultaneously, are to be transmitted via the DC-DC converter to the second power grid.

Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Verfahren daher weiterhin die Schritte auf: Zusammenfassen einer Mehrzahl von empfangenen Energiepakten zu einem zu übertragenden Energiepaket bzw. Transportpaket, wobei jedes der empfangenen Energiepakete ein Leistungsprofil P(t) aufweist, welches festlegt, welche maximale Leistung das Energiepaket zu einem Zeitpunkt t bereitstellt, wobei beim Zusammenfassen die Leistungsprofile P(t) der empfangenen Energiepakete zu einem Leistungsprofil TP(t) bzw. Transportprofil des zu übertragenden Energiepakets bzw. Transportpakets addiert werden, und Übertragen der Zieladressen und der Leistungsprofile P(t) der empfangenen Energiepakete in einem dem zu übertragenden Energiepaket zugeordneten Datenpaket an den Empfänger. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung gilt das Berechnen eines Transportpakets aus einem oder einer Mehrzahl von Energiepaketen als Bestimmen der zu einem zukünftigen Zeitpunkt innerhalb einer Betrachtungsperiode über einen Anschluss fließenden elektrischen Leistung aus den von einer Quelle oder Senke empfangenen Daten.The method according to the invention therefore preferably comprises the steps of: combining a plurality of received energy packets into an energy packet or transport packet to be transmitted, each of the received energy packets having a power profile P (t) which determines which maximum power the energy packet at a time t, wherein in summarizing the power profiles P (t) of the received energy packets are added to a power profile TP (t) or transport profile of the energy packet or transport packet to be transmitted, and transmitting the destination addresses and the power profiles P (t) of the received energy packets in a data packet associated with the energy packet to be transmitted to the receiver. For purposes of the present application, calculating a transport packet from one or a plurality of energy packets is as determining the electrical power flowing through a port at a future time within a viewing period from the data received from a source or sink.

Andererseits müssen von einem der Stromnetze empfangene Energiepakete, die eine Mehrzahl von Energiepaketen enthalten in einem der Leistungsverteiler getrennt und an unterschiedliche Empfänger weitergeleitet bzw. übertragen werden. On the other hand, power packets received by one of the power grids containing a plurality of power packets must be separated in one of the power distributors and forwarded to different receivers.

Daher ist es zweckmäßig, wenn in einer Ausführungsform das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Zerlegen eines empfangenen Energiepakets in eine Mehrzahl von zu übertragenden Energiepaketen, wobei das dem empfangenen Energiepaket zugeordnete Datenpaket Informationen über die Zieladressen und die Leistungsprofile der zu übertragenden Energiepakete enthält, Übertragen der zu übertragenden Energiepakete mit den ihnen zugeordneten Leistungsprofilen an jeweils einen Empfänger, und Übertragen der den zu übertragenden Energiepaketen zugeordneten Datenpakete an die gleichen Empfänger wie die Energiepakete.Therefore, it is expedient if, in one embodiment, the method according to the invention has the following steps: decomposing a received energy packet into a plurality of energy packets to be transmitted, wherein the data packet assigned to the received energy packet contains information about the destination addresses and the power profiles of the energy packets to be transmitted the energy packets to be transmitted with their associated power profiles to a respective receiver, and transmitting the data packets associated with the energy packets to be transmitted to the same receiver as the energy packets.

In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Routing autonom, d. h. ohne eine übergeordnete zentrale Steuerung. Beispielsweise anhand von Routingtabellen kann beim Routing die Entscheidung in Abhängigkeit von der Adressierung des Abnehmers getroffen werden, an welchen Empfänger das Energiepaket als Nächstes zu übertragen ist. Jedoch sind alternativ auch andere Routingalgorithmen zur Pfadermittlung geeignet.In one embodiment of the invention, the routing is autonomous, i. H. without a higher-level central control. For example, based on routing tables, the routing decision can be made depending on the address of the customer, to which receiver the energy packet is to be transmitted next. However, other routing algorithms are alternatively suitable for path determination.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Routing selbstorganisiert, d. h. im Sinne der vorliegenden Anmeldung, dass Änderungen des Netzwerks, beispielsweise das Hinzufügen oder Entfernen von Netzwerkknoten oder das Hinzufügen oder Entfernen von Verbindungen zwischen Netzwerkknoten durch das System selbst erkannt werden, ohne dass es dafür einer übergeordneten Instanz im Sinne eines zentralen Servers oder Ähnlichem bedarf. Dabei schaffen lokale, d.h. in den einzelnen Netzwerkknoten anzuwendende Regeln globale Strukturen sowohl für die Kontroll- als auch für die Transportebene.In a further embodiment of the invention, the routing is self-organized, d. H. In the context of the present application, changes to the network, for example the addition or removal of network nodes or the addition or removal of connections between network nodes, are recognized by the system itself without requiring a higher-level entity in the sense of a central server or the like. In doing so, local, i. Rules to be applied in each network node provide global structures for both the control and the transport layer.

Eine solche paketbasierte Leistungsübertragung beruht zudem in einer Ausführungsform der Erfindung auf einer Approximation der Leistung P(t) in Abhängigkeit von der Zeit t an jedem weiteren Anschluss als ganzzahliges Vielfaches einer elementaren Leistung dP, wobei dP über ein definiertes Zeitintervall dt konstant ist. In one embodiment of the invention, such a packet-based power transmission is based on an approximation of the power P (t) as a function of the time t at each further connection as an integer multiple of an elementary power dP, where dP is constant over a defined time interval dt.

Eine derartige Approximation kann auch als Digitalisierung oder Quantisierung der Leistungsprofile verstanden und bezeichnet werden. Das digitalisierte Leistungsprofil wird auch als Quantum Power Flow bezeichnet. Such an approximation can also be understood and referred to as digitization or quantization of the power profiles. The digitized performance profile is also referred to as Quantum Power Flow.

Alternativ zu einer Approximation bzw. Digitalisierung der Leistungsprofile P(t) durch eine elementare Leistung dP, wobei dP über ein Zeitintervall dt konstant ist, bietet es sich an, dass die Steuerung derart eingerichtet und ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb des Leistungsverteilers die Leistung P(t) in Abhängigkeit von der Zeit t an jedem der Anschlüsse als Formel P(t) = ∑ n / k=02^kdP . Diese Approximation ist in der Datenverarbeitung als Power of 2-Darstellung bekannt. As an alternative to an approximation or digitization of the power profiles P (t) by an elementary power dP, where dP is constant over a time interval dt, it makes sense that the controller is set up and configured such that it performs in the operation of the power distributor P (t) as a function of the time t at each of the terminals as a formula P (t) = Σ n / k = 02 ^k dP , This approximation is known in the data processing as Power of 2 representation.

Die Digitalisierung der Leistungsprofile ermöglicht es, die algorithmische Aufgabe der Verteilung der Leistung von weiteren Anschlüssen, welche mit Quellen verbunden sind, an weiteren Anschlüsse, welche mit Senken verbunden sind, mit Algorithmen effizient zu lösen. Solche Algorithmen werden beispielsweise in der DE 10 2014 119 431 A1 detailliert beschrieben. The digitization of the power profiles makes it possible to efficiently solve the algorithmic task of distributing the power of other ports connected to sources at other ports connected to sinks with algorithms. Such algorithms are used, for example, in the DE 10 2014 119 431 A1 described in detail.

In einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zudem einen elektrischen Energiespeicher auf, der so eingerichtet ist, dass er in dem Betrieb der Vorrichtung elektrische Energie aufnehmen, speichern und/oder abgeben kann, wobei der Energiespeicher mit einem der weiteren Anschlüsse des ersten oder zweiten elektrischen Leistungsverteilers elektrisch verbunden ist, wobei der Energiespeicher so ausgestaltet ist, dass ausgehend von einer Information über einen gegenwärtigen Zustand des Energiespeichers die von dem Energiespeicher zu einem zukünftigen Zeitpunkt t innerhalb einer Betrachtungsperiode bereitstellbare maximale elektrische Leistung P_del(t) und eine zu dem Zeitpunkt t maximale Leistungsaufnahme P_cap(t) berechenbar ist, und wobei die Steuerung derart eingerichtet und ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb des Leistungsverteilers bei dem Berechnen der zu dem Zeitpunkt t über jeden der weiteren Anschlüsse fließenden elektrischen Leistung P(t) die zu diesem Zeitpunkt t von dem Energiespeicher bereitstellbare maximale elektrische Leistung P_del(t) oder die zu diesem Zeitpunkt t mögliche Leistungsaufnahme P_cap(t) des Energiespeichers berücksichtigt. In one embodiment, the device according to the invention also has an electrical energy store which is set up so that it can receive, store and / or dispense electrical energy in the operation of the device, the energy store having one of the further connections of the first or second electrical power distributor is electrically connected, wherein the energy storage is configured such that, starting from information about a current state of the energy storage, which can be provided by the energy storage at a future time t within a viewing period maximum electric power P _del (t) and one at the time t maximum Power consumption P _cap (t) is calculable, and wherein the controller is set up and configured such that in the operation of the power distribution in calculating the current at the time t through each of the other terminals flowing electrical power P (t) to this M t taken into account by the energy storage maximum electric power P _del (t) or at this time t possible power consumption P _cap (t) of the energy storage considered.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung der Vorrichtung zudem so eingerichtet, dass sie im Betrieb der Vorrichtung auch Unter- und Überschüsse der elektrischen Leistungsflüsse über die Vorrichtung ausgleichen kann, indem sie einen mit einem weiteren Anschluss der Vorrichtung verbundenen Energiespeicher bewirtschaftet, d.h. aus diesem elektrische Leistung entnimmt oder in diesen speichert. Dazu ist die Steuerung der Vorrichtung in einer Ausführungsform so eingerichtet, dass sie für jeden Zeitpunkt t innerhalb einer Betrachtungsperiode T die über jeden mit einem solchen Energiespeicher verbundenen Anschlüsse fließende elektrische Leistung P(t) berechnet aus:

– der zu dem Zeitpunkt t von jeder Quelle maximal bereitstellbaren elektrischen Leistungen P_del(t) und
– der zu dem Zeitpunkt von jeder Senke benötigten elektrischen Leistung P_dem(t) oder der zu dem Zeitpunkt maximal möglichen Leistungsaufnahme P_cap(t) einer jeden Senke, und

In one embodiment of the invention, the control of the device is also set up so that it can compensate for under- and surpluses of the electrical power flows through the device in the operation of the device by managing a connected to another port of the device energy storage, ie from this removes or stores electrical power. For this purpose, in one embodiment, the control of the device is set up in such a way that it calculates, for each instant t within a viewing period T, the electrical power P (t) flowing across each terminal connected to such an energy store:

- the maximum achievable by the time of each source electrical power P _del (t) and
- the required at the time of each sink electric power P _{to the} (t) or at the time when the maximum possible power consumption P _cap (t) of each depression, and

dass sie die Leistungssteller derart steuert, dass die berechnete elektrische Leistung P(t) zu dem Zeitpunkt t an dem jeweiligen Anschluss eingestellt ist.in that it controls the power controllers so that the calculated electric power P (t) is set at the time t at the respective terminal.

Es versteht sich, dass dabei die von den Quellen in den Leistungsverteiler eingespeiste Leistung P(t) zu jedem Zeitpunkt t maximal so groß ist, wie die zu diesem Zeitpunkt von diesen Quellen und ggf. dem Energiespeicher maximal bereitstellbare elektrische Leistung P_del(t). Ebenso wird in einer Ausführungsform idealerweise die zu dem Zeitpunkt t jeder der mit einem Anschluss des elektrischen Leistungsverteilers verbundenen Senken eine elektrische Leistung bereitgestellt, die gleich der zu diesem Zeitpunkt t von der jeweiligen Senke benötigten elektrischen Leistung P_dem(t) ist oder gleich der zu diesem Zeitpunkt t maximal möglichen Leistungsaufnahme P_cap(t) der jeweiligen Senke.It goes without saying that the power P (t) fed into the power distributor from the sources at any time t is at most as great as the maximum electric power P _del (t) which can be supplied at this time by these sources and, if applicable, the energy store. , Also, in one embodiment, ideally, at the time t of each of the sinks connected to a terminal of the electric power distributor, an electric power equal to or equal to the electric power P _dem (t) required at that time t by the respective sink is provided this time t maximum possible power consumption P _cap (t) of the respective sink.

Mit anderen Worten ausgedrückt, bestimmt die Steuerung für jeden der mit einem weiteren Anschluss der ersten und zweiten elektrischen Leistungsverteiler verbundenen, von der erfindungsgemäßen Steuerung verbundenen Energiespeicher ein Leistungsprofil, d.h. ein Profil der für jeden Zeitpunkt t innerhalb einer Betrachtungsperiode T über den jeweiligen weiteren Anschluss fließenden elektrischen Leistung P(t). Zudem bestimmt die Steuerung für den Gleichspannungswandler ein Leistungsprofil, d.h. ein Profil der für jeden Zeitpunkt t innerhalb einer Betrachtungsperiode T über den Gleichspannungswandler fließenden elektrischen Leistung P(t).In other words, for each of the energy stores connected to another terminal of the first and second electric power distributors and connected by the controller according to the invention, the controller determines a power profile, i. a profile of the electrical power P (t) flowing for each time point t within one observation period T via the respective further connection. In addition, the controller determines a power profile for the DC-DC converter, i. a profile of the electrical power P (t) flowing through the DC-DC converter for each instant t within a viewing period T.

Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird auch durch ein elektrisches Netz gelöst mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einem ersten Stromnetz und einem zweiten Stromnetz, einem Datennetzwerk, das mit der Kommunikationseinrichtung verbunden ist, mindestens einer Quelle für elektrische Energie, wobei die Quelle mit einem der weiteren Anschlüsse des ersten oder zweiten elektrischen Leistungsverteilers elektrisch verbunden ist, wobei die Quelle so ausgestaltet ist, dass ausgehend von einer Information über einen gegenwärtigen Zustand der Quelle die von der Quelle zu einem zukünftigen Zeitpunkt t maximal bereitstellbare elektrische Leistung P_del(t) berechenbar ist, und wobei die Quelle eine mit dem Datennetzwerk verbundene Kommunikationseinrichtung aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb des Stromnetzes Daten mit einer Information über einen gegenwärtigen Zustand der Quelle und/oder mit einer Information über die zu einem zukünftigen Zeitpunkt t innerhalb einer Betrachtungsperiode T maximal bereitstellbare elektrische Leistung P_del(t) an die Kommunikationseinrichtung überträgt, und mit mindestens einer Senke für elektrische Energie, wobei die Senke mit einem der weiteren Anschlüsse des jeweils anderen Leistungsverteilers verbunden ist.At least one of the foregoing objects is also achieved by an electrical network comprising a device according to any one of the preceding claims, a first power grid and a second power grid, a data network connected to the communication device, at least one source of electrical energy, the source is electrically connected to one of the further terminals of the first or second electric power distributor, wherein the source is configured so that starting from an information about a current state of the source, the maximum from the source at a future time t electric power P _del (t ), and wherein the source has a communication device connected to the data network that is arranged to operate during operation of the power network Transmits data to the communication device with information about a present state of the source and / or with information about the maximum achievable electric power P _del (t) within a viewing period T at a future time t, and with at least one sink for electrical energy, wherein the sink is connected to one of the other terminals of the other power distributor.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist diese Senke eine mit dem Datennetzwerk verbundene Kommunikationseinrichtung auf, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb des Stromnetzes Daten mit einer Information über eine zu einem zukünftigen Zeitpunkt t innerhalb einer Betrachtungsperiode T von der Senke benötigte elektrische Leistung P_dem(t) oder der zu dem Zeitpunkt maximal möglichen Leistungsaufnahme P_cap(t) der Senke an die Kommunikationseinrichtung überträgt.In a further embodiment of the invention, this sink has a communication device connected to the data network, which is set up in such a way that, during operation of the power network, it has data about an electrical power P P required by the sink at a future time t within a viewing period T _the (t) or at the time maximum power consumption P _cap (t) of the sink transmits to the communication device.

Diese Ausführungsform stellt den klassischen Fall einer Situation dar, in der die Vorrichtung ein Gateway bildet zwischen einem Stromnetz, welches paketbasiert ist und in welchen daher zusätzlich zu einem Transport der elektrischen Pakete eine Informationsübertragung erfolgt, während das zweite Stromnetz ein Stromnetz herkömmlicher Art ist. This embodiment represents the classic case of a situation in which the device forms a gateway between a power network which is packet-based and in which, in addition to a transport of the electrical packets, an information transmission takes place while the second power network is a power network of conventional type.

In der weiteren Ausführungsform sind sowohl das erste als auch das zweite Stromnetz paketbasierte, leitungsflussgesteuerte Stromnetze. In the further embodiment, both the first and the second power grid are packet-based, line-flow-controlled power grids.

Eine Kommunikationseinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist in einer Ausführungsform eine Schnittstelle zum Verbinden mit einem Datennetzwerk, wobei es für die vorliegende Erfindung unerheblich ist, über welchen physikalischen Übertragungspfad das Datennetzwerk die Daten an die Kommunikationseinrichtung der Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze überträgt. Das Datennetzwerk kann beispielsweise ein kabelgebundenes Datennetzwerk, ein Funknetzwerk oder ein Powerline-Datennetzwerk sein.A communication device according to the present invention is in one embodiment an interface for connecting to a data network, it is irrelevant to the present invention, over which physical transmission path the data network transmits the data to the communication device of the device for bidirectionally connecting two power grids. The data network may be, for example, a wired data network, a wireless network or a powerline data network.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze ist dafür vorgesehen, dass sie über eine Kommunikationseinrichtung Daten von den über die Stromnetze elektrisch mit der Vorrichtung verbundenen Quellen oder Senken empfängt. Dies setzt voraus, dass die Quellen, Senken und Stromnetze über entsprechende Technik verfügen, um Daten zu generieren und diese an die Kommunikationseinrichtung des Leistungsverteilers zu übertragen. The device according to the invention for bidirectionally connecting two power grids is designed to receive data via a communication device from the sources or sinks electrically connected to the device via the power grids. This assumes that the sources, sinks, and power grids have the appropriate technology to generate data and transmit it to the power distribution facility's communication facility.

Jedoch können darüber hinaus in einer Ausführungsform zusätzlich auch Quellen, Senken oder Stromnetze an die Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze angeschlossen werden, die keine Datenverbindung zu der Vorrichtung bereitstellen. Dazu ist in einer Ausführungsform der Erfindung die Steuerung der Vorrichtung so eingerichtet, dass sie für eine Quelle, eine Senke oder ein Stromnetz, die mit der Vorrichtung verbunden sind, und die keine Zustandsinformation in Form von Daten an die Vorrichtung übermittelt, eine Schätzung der zu einem zukünftigen Zeitpunkt t innerhalb einer Betrachtungsperiode T maximal von einer solchen Quelle bereitstellbaren Leistungen P_del(t) oder von einer solchen Senke benötigte Leistung P_dem(t) oder aufnehmbarer Leistung P_cap(t) vornimmt, um auch diese Quellen oder Senken einbinden zu können. Eine solche Schätzung oder Prognose kann beispielsweise auf einer Information über den Typ der Quelle, der Senke oder des Stromnetzes oder auf einer Messung der über einen zurückliegenden Zeitraum von dieser Quelle oder zu dieser Senke fließenden Leistung beruhen.However, in one embodiment, in addition, sources, sinks, or power grids may also be connected to the device for bidirectionally connecting two power networks that do not provide a data connection to the device. To this end, in one embodiment of the invention, the controller of the apparatus is arranged to apply an estimate to the source, sink, or power network connected to the apparatus, and not communicating status information in the form of data to the apparatus at a future time t within a viewing period T maximum power P _del (t) available from such source or power P _dem (t) or recordable power P _cap (t) required by such sink to also include these sources or sinks can. Such an estimate or prediction may be based, for example, on information about the type of source, sink or grid, or on a measure of past-time flow from that source or sink.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verfügt die Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze zu jedem Zeitpunkt t innerhalb einer Betrachtungsperiode T über Informationen darüber, welche mit der Vorrichtung verbundenen Senken welche Leistung zu eben diesem Zeitpunkt t abnehmen. Dies setzt einen zusätzlichen Informationsfluss von den Senken hin zu der Steuerung der Vorrichtung voraus. Daher wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer derartigen Ausführungsform eine Kommunikationseinrichtung auf, die mit dem Datennetzwerk verbindbar ist und die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich Daten von den Senken empfängt.In a further embodiment of the invention, the device for bidirectionally connecting two power grids at any point in time t within a viewing period T has information about which sinks connected to the device decrease which power at precisely this point in time t. This requires an additional flow of information from the sinks to the control of the device. Therefore, the device according to the invention in such an embodiment, a communication device which is connectable to the data network and which is arranged so that it additionally receives data from the sinks in the operation of the device according to the invention.

Die Steuerung zum Steuern der Flüsse der elektrischen Leistung P(t) innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung über den Spannungswandler und/oder über die weiteren Anschlüsse ist beispielsweise ein Mikroprozessor oder allgemein ein Rechner. In der vorliegenden Anmeldung werden logisch voneinander zu unterscheidende Steuerungen erwähnt, nämlich die Steuerung der Vorrichtung, welche die Leistungsflusssteuerung bewirkt und die Steuerungen der Leistungssteller in dem Gleichspannungswandler und in den weiteren Anschlüssen. Obwohl logisch voneinander zu unterscheiden, versteht es sich für einen Fachmann, dass dieses Steuerungen auch auf einer einzigen Hardware, d.h. in einem einzigen Rechner, implementiert sein können.The control for controlling the flows of the electrical power P (t) within the device according to the invention via the voltage converter and / or via the further connections is for example a microprocessor or in general a computer. In the present application, logic controllers to be distinguished from one another are mentioned, namely the control of the device which effects the power flow control and the controls of the power controllers in the DC-DC converter and in the further connections. Although logically different from one another, it will be understood by those skilled in the art that these controls can be applied to a single hardware, i. in a single machine, can be implemented.

In einer Ausführungsform der Erfindung unterscheidet man die Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Elemente der sog. Control Plane bzw. Steuerebene und der Power Plane bzw. Transportebene. Während die Elemente der Control Plane der Steuerung des Transports der elektrischen Energie dienen übernimmt die Power Plane die eigentliche Energieübertragung oder -leitung. Dabei zählen zu der Control Plane die Steuerung und die Kommunikationseinrichtung sowie alle Steuerleitungen oder Steuerbuse, welche die Steuerung mit den Elementen der Leistungsebene verbinden. Ebenfalls zur Control Plane gehört die Software, welche die Algorithmen für die Steuerung bereitstellt. Weisen in einer Ausführungsform Elemente der Leistungsebene zusätzliche Steuerungen, beispielsweise zum Bereitstellen von Regelschleifen, auf, so bilden auch diese Steuerungen sowie Datenleitungen, welche die Steuerungen miteinander verbinden, einen Teil der Control Plane.In one embodiment of the invention, the elements of the device according to the invention are distinguished into elements of the so-called control plane or control plane and the power plane or transport plane. While the elements of the Control Plane serve to control the transport of electrical energy, the Power Plane takes over the actual energy transmission or conduction. In this case, the control plane includes the control and the communication device as well as all control lines or control buses which connect the control with the elements of the power level. Also part of the control plane is the software that provides the algorithms for the controller. If, in one embodiment, elements of the power level have additional controls, for example for providing control loops, then these controllers as well as data lines which connect the controllers together form part of the control plane.

Aufgabe der Control Plane ist es in einer Ausführungsform primär, die Kommunikationsaufgaben (Signalisierung), die Routingfunktion sowie die Leistungsflusssteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu übernehmen. Optional kann die Control Plane in Ausführungsformen auch weitere Aufgaben übernehmen, beispielsweise das Bilden von Energiepaketen beim Einspeisen von Leistung aus konventionellen Netzen in paketbasierte Netze. In one embodiment, the task of the control plane is primarily to assume the communication tasks (signaling), the routing function and the power flow control of the device according to the invention. Optionally, in embodiments, the control plane may also perform other tasks, such as forming power packets when feeding power from conventional networks to packet-based networks.

Die Steuerung der Vorrichtung bildet in einer Ausführungsform der Erfindung einen Teil einer Control Plane des ersten und/oder zweiten Stromnetzes.In one embodiment of the invention, the control of the device forms part of a control plane of the first and / or second power network.

Die Steuerung ist mit der Kommunikationseinrichtung der Vorrichtung so verbunden, dass sie die von der Kommunikationseinrichtung empfangenen Daten erhält und verarbeiten kann. Um die Verteilung des Flusses der elektrischen Leistung P(t) innerhalb der Vorrichtung bewirken zu können, ist die Steuerung zudem in einer Ausführungsform mit den Leistungsstellern in den weiteren Anschlüssen der Vorrichtung verbunden. In einer Ausführungsform der Erfindung gibt die Steuerung jedem der Leistungssteller zumindest einen Soll-Wert für die Leistung P(t) in Abhängigkeit von der Zeit t, die über dem jeweiligen Anschluss fließen soll, vor. Während in einer Ausführungsform der Erfindung die Steuerung auch eine Regelung der Leistung an dem jeweiligen weiteren Anschluss vornimmt und dazu von dem Anschluss einen Messwert für die Ist-Leistung erhält, können in den anderen Ausführungsformen die Leistungssteller selbst einen eigenen Regelkreis aufweisen, welcher derart eingerichtet ist, dass er die Ist-Leistung der von der Steuerung vorgegebenen Soll-Leistung anpasst. Die Kombination aus einem Leistungssteller mit der dazugehörigen Regelung aus Steuerung und Messeinrichtung wird in der vorliegenden Anmeldung als QFC bezeichnet. The controller is connected to the communication device of the device so that it can receive and process the data received from the communication device. In order to effect the distribution of the flow of electrical power P (t) within the device, in one embodiment the controller is also connected to the power controllers in the further terminals of the device. In one embodiment of the invention, the controller gives each of the power controllers at least one desired value for the power P (t) as a function of the time t which is to flow over the respective connection. While in one embodiment of the invention, the controller also performs a control of the power at the respective further connection and to receive a measured value for the actual power from the terminal, in the other embodiments, the power controller itself have its own control circuit, which is set up in that it adjusts the actual power of the target power specified by the control. The combination of a power controller with the associated control and measuring device control is referred to in the present application as QFC.

Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird auch gelöst durch ein Verfahren zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze mit den Schritten: Übertragen einer elektrischen Leistung von einem ersten Stromnetz durch einen ersten elektrischen Leistungsverteiler mit einer elektrischen Verteilerschaltung, die einen Gleichspannungsanschluss und mindestens einen weiteren Anschluss aufweist, an den Gleichspannungsanschluss, wobei das erste Stromnetz mit dem weiteren Anschluss verbunden ist und wobei an dem Gleichspannungsanschluss eine erste Gleichspannung anliegt, Wandeln der ersten Gleichspannung von dem Gleichspannungsanschluss des ersten elektrischen Leistungsverteilers in eine zweite Gleichspannung in einem bidirektionalen Gleichspannungswandler, wobei das Wandeln umfasst, Umwandeln der ersten Gleichspannung in eine erste Wechselspannung in einer Eingangsstufe, Transformieren der ersten Wechselspannung in eine zweite Wechselspannung in einem Transformator und Umwandeln der zweiten Wechselspannung in eine zweite Gleichspannung in einer Ausgangsstufe, Einstellen der über den Gleichspannungswandler fließenden elektrischen Leistung in Abhängigkeit von der Zeit auf mindestens drei Werte mit einem Leistungssteller, und Bereitstellen der zweiten Gleichspannung an einem Gleichspannungsanschluss eines zweiten elektrischen Leistungsverteilers, Übertragen einer elektrischen Leistung von dem Gleichspannungsanschluss an mindestens einen weiteren Anschluss des zweiten elektrischen Leistungsverteilers mit einer elektrischen Verteilerschaltung, wobei mit dem weiteren Anschluss ein zweites Stromnetz für elektrische Energie verbunden ist und Empfangen von Daten einer Quelle oder einer Senke, die Teil des ersten oder zweiten Stromnetzes sind, mit einer Kommunikationseinrichtung, die mit einem Datennetzwerk verbunden ist, Steuern eines Flusses der elektrischen Leistung in Abhängigkeit von der Zeit zwischen den Anschlüssen der ersten und zweiten elektrischen Leistungsverteiler mit einer Steuerung, wobei die Steuerung mit dem Gleichspannungswandler verbunden ist und wobei das Steuern umfasst, Verarbeiten der von der Kommunikationseinrichtung empfangenen Daten, Bestimmen der über den Gleichspannungswandler fließenden elektrischen Leistung für einen zukünftigen Zeitpunkt innerhalb einer Betrachtungsperiode aus den von den Quellen oder Senken Daten, und Steuern der zu jedem Zeitpunkt innerhalb der Betrachtungsperiode über den Gleichspannungswandler fließenden elektrischen Leistung, so dass diese gleich der zuvor für diesen Zeitpunkt bestimmten Leistung ist.At least one of the aforementioned objects is also achieved by a method for bidirectionally connecting two power grids with the steps of: transmitting electrical power from a first power grid through a first electrical power distributor having an electrical distribution circuit having a DC voltage port and at least one further port the DC voltage terminal, wherein the first power network is connected to the further terminal and wherein a DC voltage is applied to the DC voltage terminal, converting the first DC voltage from the DC voltage terminal of the first electric power distribution to a second DC voltage in a bidirectional DC voltage converter, wherein the converting comprises converting the first DC voltage into a first AC voltage in an input stage, transforming the first AC voltage into a second AC voltage in a transformer and converting the second AC voltage to a second DC voltage in an output stage, setting the electrical power flowing through the DC-DC converter as a function of time to at least three values with a power controller, and providing the second DC voltage to a DC voltage connection of a second electric power distributor, transmitting an electrical power from the DC voltage connection to at least one further terminal of the second electrical power distributor having an electrical distribution circuit, wherein the second terminal is connected to a second power network for electrical energy and receiving data of a source or a sink, which are part of the first or second power network, with a communication device, which is connected to a data network, controlling a flow of electrical power as a function of the time between the terminals of the first and second electrical power distribution comprising a controller, wherein the controller is connected to the DC-DC converter, and wherein controlling comprises processing the data received from the communication device, determining the electrical power flowing through the DC-DC converter for a future time within a viewing period from the one of the sources or sinks , and controlling the electric power flowing through the DC-DC converter at any time within the observation period to be equal to the power previously determined for that time.

In einer Ausführungsform des Verfahrens empfängt die Kommunikationseinrichtung nur Daten von Quellen oder Senken, die Teil eines der beiden Stromnetze sind. In einer solchen Ausführungsform erfüllt das Verfahren eine Gatewayfunktionalität, wobei ein erstes paketbasiertes, leistungsflussgesteuertes Stromnetz, welches einen Austausch von Datenpaketen zwingend für den Stromtransport erfordert, an ein zweites, herkömmliches Stromnetz ohne Datenaustausch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung angebunden wird.In one embodiment of the method, the communication device only receives data from sources or sinks that are part of one of the two power grids. In such an embodiment, the method fulfills a gateway functionality, wherein a first packet-based, power flow-controlled power network, which requires an exchange of data packets mandatory for power transport, is connected to a second, conventional power network without data exchange with the device according to the invention.

Allerdings ist es auch möglich, dass in einer Ausführungsform sowohl Quellen oder Senken, die mit dem ersten Stromnetz verbunden sind, als auch Quellen oder Senken, die mit dem zweiten Stromnetz verbunden sind, die Daten an die Kommunikationseinrichtung senden, wobei zusätzlich mit dem ersten und/oder dem zweiten Stromnetz mindestens eine Quelle und/oder Senke verbunden ist, die keine Daten an die Kommunikationseinrichtung sendet. However, it is also possible that, in one embodiment, both sources or sinks connected to the first power grid and sources or sinks connected to the second power grid send the data to the communication device, in addition to the first and second / or the second power grid is connected to at least one source and / or sink that does not send data to the communication device.

Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren in einer Ausführungsform wahlweise dazu dienen, entweder Energiepakete aus dem ersten paketbasierten, leistungsflussgesteuerten Stromnetz zu entnehmen oder in dieses einzuspeisen.In one embodiment, the method according to the invention can optionally serve either energy packets from the first packet-based, power flow controlled power supply network or feed into this.

In einer Ausführungsform, bei welcher für den Leistungsfluss von einer Quelle oder zu einer Senke des zweiten Stromnetzes keine Daten vorliegen, wird eine Prognose für den zu einem, vorzugsweise für jeden, in der Zukunft liegenden Zeitpunkt innerhalb einer Betrachtungsperiode von dem oder an das zweite Stromnetz bereitgestellten Leistungsfluss erstellt. Solche Prognosen lassen sich beispielweise aus einer Beobachtung des Leistungsflusses in eine solche Senke oder von einer solchen Quelle in einem zurückliegenden Beobachtungszeitraum erstellen. In one embodiment, where there is no data for the power flow from a source or sink of the second power grid, a forecast is made for the one, preferably each, future time within a viewing period from or to the second power grid provided power flow created. Such predictions can be made, for example, from an observation of the power flow in such a sink or from such a source in a past observation period.

In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren dann, wenn mit einem weiteren Anschluss der ersten oder der zweiten Verteilerschaltung eine Senke verbunden ist, die nicht auch über das Datennetzwerk mit der Kommunikationseinrichtung verbunden ist, das Steuern weiterhin die folgenden Schritte: Prognostizieren der von der Senke zu jedem zukünftigen Zeitpunkt innerhalb einer Betrachtungsperiode benötigten oder aufnehmbaren elektrischen Leistung, Signalisieren der für die Senke prognostizierten benötigten oder aufnehmbaren Leistung in Abhängigkeit von der Zeit innerhalb der Betrachtungsperiode an ein Element des ersten oder des zweiten Stromnetzes, das auch über das Datennetzwerk mit der Steuerung verbunden ist, so dass dieses Element zu dem jeweiligen zukünftigen Zeitpunkt zumindest einen Teil der prognostizierten Leistung bereitstellt, und zu jedem Zeitpunkt innerhalb der Betrachtungsperiode Bilden der Differenz zwischen der prognostizierten von der Senke benötigten Leistung und der zu diesem Zeitpunkt tatsächlich von der Senke benötigten oder aufnehmbaren Leistung und Ausgleichen der Differenz, vorzugsweise durch Entnahme oder Speicherung der Differenz in einem Speicher für elektrische Energie.In one embodiment, when another sink of the first or second distribution circuit is connected to a sink that is not also connected to the communication device via the data network, the method of the invention further comprises the steps of: predicting the sink signaling, at any future time within a viewing period, of electrical power required or receivable as to the drain as a function of time within the observation period to an element of the first or second power network also connected to the controller via the data network so that this element provides at least a portion of the predicted performance at the respective future time, and at any point in the observation period, forming the difference between the predicted and the sink power and the power actually required or absorbable by the sink at that time and compensating for the difference, preferably by extracting or storing the difference in an electrical energy store.

Ein zentraler Aspekt ist dabei der Ausgleich der Differenz zwischen der für einen Zeitpunkt prognostizierten, von der Senke benötigten oder aufnehmbaren Leistung und der tatsächlich zu diesem Zeitpunkt fließenden Leistung. Dies wird deutlich, wenn man sich ein Beispiel betrachtet, in welchem das erste Netz ein paketbasiertes, leistungsgesteuertes MV-Gleichstromnetz als Quelle ist, während das zweite Netz ein herkömmliches 250 V, 50 Hz Wechselstromnetz als Senke ist. Die von dem zweiten Stromnetz benötigte Leistung lässt sich dann nur prognostizieren, wobei die Abweichung zwischen Prognose und tatsächliche benötigter Leistung durch das erfindungsgemäße Verfahren zu managen ist. Die sich ergebende Über- bzw. Unterdeckung kann mit Hilfe eines durch das erfindungsgemäße Verfahren verwaltete Energiespeicher, beispielsweise einen Akkumulator, ausgeglichen werden. Auf längeren Zeitskalen ist es aber auch möglich, die Über- oder Unterdeckung durch entsprechende Signalisierung an die über das erste Netz mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbundenen Quellen oder Senken auszugleichen.A central aspect here is the compensation of the difference between the power predicted for a point in time that is required or receivable by the sink and the actual power flowing at that point in time. This becomes clear by considering an example in which the first network is a packet-based, power controlled MV DC network as the source, while the second network is a conventional 250V, 50 Hz AC network as a sink. The power required by the second power supply can then only be predicted, with the deviation between the prognosis and the actual power required being managed by the method according to the invention. The resulting overfilling or underfilling can be compensated with the aid of an energy store managed by the method according to the invention, for example an accumulator. On longer timescales, it is also possible to compensate for over- or under-coverage by appropriate signaling to the connected via the first network with the device according to the invention sources or sinks.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst dann, wenn mit einem weiteren Anschluss der ersten oder der zweiten Verteilerschaltung eine Quelle verbunden ist, die nicht auch über das Datennetzwerk mit der Kommunikationseinrichtung verbunden ist, das Steuern weiterhin die folgenden Schritte: Prognostizieren der von der Quelle zu jedem zukünftigen Zeitpunkt innerhalb einer Betrachtungsperiode bereitgestellten elektrischen Leistung, Signalisieren der für die Quelle prognostizierten bereitgestellten Leistung in Abhängigkeit von der Zeit innerhalb der Betrachtungsperiode an ein Element des ersten oder des zweiten Stromnetzes, das auch über das Datennetzwerk mit der Steuerung verbunden ist, so dass dieses Element für den zukünftigen Zeitpunkt die prognostizierte Leistung anfordert, Bestimmen eines Empfängers für die prognostizierte zu einem zukünftigen Zeitpunkt bereitgestellte Leistung und für jeden Zeitpunkt innerhalb der Betrachtungsperiode Bilden eines Energiepakets für die zu diesem Zeitpunkt tatsächlich von der Quelle bereitgestellte Leistung und eines dem Energiepaket zugeordneten Datenpakets mit einem Leistungsprofil und einer Empfängeradresse.In a further embodiment, if a source connected to another terminal of the first or second distribution circuit is not also connected to the communication device via the data network, controlling further comprises the steps of: predicting from the source to each future one Time provided within the period of observation, signaling the power predicted for the source as a function of the time within the observation period to an element of the first or the second power network, which is also connected to the controller via the data network, so that this element for determining the future time of the predicted power, determining a receiver for the predicted power provided at a future time, and for each time within the viewing period, forming an energy packet for the power This power actually provided by the source and a data packet associated with the power pack having a power profile and a receiver address.

Auch bei einer solchen Ausführungsform kann es zweckmäßig sein, wenn eine Differenz zwischen der prognostizierten von der Quelle zu einem bestimmten Zeitpunkt bereitgestellten Leistung und der zu diesem Zeitpunkt tatsächlich von der Senke benötigten Leistung, vorzugsweise durch Entnahme oder Speicherung der Differenz in einem Speicher für elektrische Energie, ausgeglichen werden kann. Alternativ zu einem Ausgleich durch Speicherung in oder Entnahme aus einem Energiespeicher kann die Differenz in ein mit einem der weiteren Anschlüsse verbundenen konventionelles Netz eingespeist oder aus diesem entnommen werden. Also in such an embodiment, it may be useful to have a difference between the predicted power provided by the source at a particular time and the power actually required by the sink at that time, preferably by taking or storing the difference in an electrical energy store , can be compensated. As an alternative to compensation by storage in or removal from an energy store, the difference can be fed into or removed from a conventional network connected to one of the further connections.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zudem eine flexible Übertragung elektrischer Energie von einer Quelle in einer ersten Spannungsebene an eine Senke in einer zweiten Spannungsebene. Dies insbesondere auch, wenn sowohl die Quelle als auch die Senke jeweils Teile eines paketbasierten, leistungsflussgesteuerten Stromnetzes sind. The method according to the invention also allows a flexible transmission of electrical energy from a source in a first voltage level to a drain in a second voltage level. This is especially true if both the source and the sink are each part of a packet-based power flow controlled power grid.

Insoweit die oben beschriebenen Ausführungsformen zumindest teilweise realisiert werden können, wobei eine softwaregesteuerte Verarbeitungseinrichtung verwendet wird, ist es offensichtlich, dass ein Computerprogramm, das solch eine Softwaresteuerung bereitstellt und ein Speichermedium, auf welchem solch ein Computerprogramm gespeichert ist, als Aspekte der Erfindung in Betracht zu ziehen sind.Inasmuch as the above-described embodiments can be at least partially realized using a software-controlled processing device, it is obvious that a computer program providing such software control and a storage medium on which such a computer program stored as aspects of the invention are to be considered.

Soweit zuvor Aspekte der Erfindung im Hinblick auf die Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze sowie das elektrische Netz mit dieser Vorrichtung beschrieben wurden, so gelten diese auch für das entsprechende Verfahren zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze. Soweit das Verfahren mit der Vorrichtung bzw. dem elektrischen Netz gemäß dieser Erfindung ausgeführt wird, so weist das Verfahren die entsprechenden Schritte hierfür auf. Insbesondere sind aber Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des elektrischen Netzes zum Ausführen von Ausführungsformen des Verfahrens geeignet. Soweit erforderlich ist die Steuerung der Vorrichtung zum Ausführen der entsprechenden Verfahrensschritte eingerichtet.As far as aspects of the invention have been described above with regard to the device for bidirectionally connecting two power grids and the electrical network with this device, they also apply to the corresponding method for bidirectionally connecting two power grids. As far as the method is carried out with the device or the electrical network according to this invention, the method has the corresponding steps for this purpose. In particular, however, embodiments of the device according to the invention and of the electrical network are suitable for carrying out embodiments of the method. If necessary, the control of the device for implementing the corresponding method steps is set up.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen davon sowie der dazugehörigen Figuren deutlich. Further advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description of embodiments thereof and the accompanying figures.

1 zeigt schematisch den Aufbau einer Ausführungsform eines bidirektionalen Gleichspannungswandlers. 1 schematically shows the structure of an embodiment of a bidirectional DC-DC converter.

2 zeigt schematisch den Schaltungsaufbau einer ersten einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze. 2 shows schematically the circuit structure of a first simple embodiment of the device according to the invention for the bidirectional connection of two power grids.

3 zeigt schematisch den Schaltungsaufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Mehrzahl von leistungsflussgesteuerten weiteren Anschlüssen des Leistungsverteilers der MV-Ebene. 3 shows schematically the circuit structure of an embodiment of the device according to the invention with a plurality of power flow controlled further terminals of the power distributor of the MV level.

4 zeigt schematisch den Schaltungsaufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Mehrzahl von leistungsflussgesteuerten weiteren Anschlüssen der Leistungsverteiler der MV-Ebene und der LV-Ebene. 4 shows schematically the circuit structure of an embodiment of the device according to the invention with a plurality of power flow controlled further terminals of the power distributor of the MV level and the LV level.

5 zeigt schematisch den Schaltungsaufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze mit zwei Koppelfeldern als Verteilerschaltungen der Leistungsverteiler in der MV-Ebene und der LV-Ebene. 5 schematically shows the circuit construction of an embodiment of the device according to the invention for bidirectionally connecting two power networks with two switching networks as distribution circuits of the power distributor in the MV plane and the LV plane.

In den Figuren sind identische Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.In the figures, identical elements are designated by identical reference numerals.

Der bidirektionale Gleichspannungswandler 2 aus 1 ermöglicht eine quantisierte Leistungsflusssteuerung zwischen einem ersten Stromnetz und einem zweiten Stromnetz, wobei die Kopplung der beiden Stromnetze eine Gleichspannung (DC-Spannung) als Eingang erfordert und auch eine DC-Spannung ausgibt. Der Gleichspannungswandler 2 verfügt über eine Eingangsstufe 3, einen Transformator 4 und eine Ausgangsstufe 5. The bidirectional DC-DC converter 2 out 1 allows a quantized power flow control between a first power grid and a second power grid, wherein the coupling of the two power grids requires a DC voltage (DC voltage) as an input and also outputs a DC voltage. The DC-DC converter 2 has an entrance level 3 , a transformer 4 and an output stage 5 ,

Die Eingangsstufe 3 ist mit dem DC-Anschluss 6 eines ersten elektrischen Leistungsverteilers verbunden und die Ausgangsstufe 5 mit einem Gleichspannungsanschluss 7 eines zweiten elektrischen Leistungsverteilers. Die Eingangsstufe 3 wandelt eine Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss 6 des ersten elektrischen Leistungsverteilers in eine Wechselspannung mit einer Netzfrequenz von 1000 Hz. Diese Wechselspannung wird dann mit Hilfe des Transformators 4 in eine zweite Wechselspannung transformiert, welche von der Ausgangsstufe 5 wieder gleichgerichtet wird, sodass sie als Gleichspannung auf den Gleichspannungsanschluss 7 des zweiten elektrischen Leistungsverteilers gegeben werden kann. The entrance level 3 is with the DC connection 6 a first electrical power distributor and the output stage 5 with a DC voltage connection 7 a second electrical power distributor. The entrance level 3 converts a DC voltage at the DC voltage connection 6 of the first electric power distributor into an AC voltage with a mains frequency of 1000 Hz. This AC voltage is then using the transformer 4 transformed into a second AC voltage, which from the output stage 5 is rectified again, so that they are DC voltage to the DC voltage connection 7 of the second electric power distributor can be given.

Die Wandlung der DC-Eingangsspannung in die erste Wechselspannung erfolgt deshalb zu solch hohen Frequenzen, da sich auf diese Weise die Masse und Baugröße des Transformators 4 reduzieren lässt. Die elektrische Leistung, die von dem Gleichspannungsanschluss 6 auf den Gleichspannungsanschluss 7 übertragen wird, lässt sich mit Hilfe des erfindungsgemäß eingesetzten Gleichspannungswandlers 2 steuern. Dazu sind die Eingangs- und Ausgangsstufen 3, 5 wie schematisch in 1 der DE 10 2012 204 035 A1 gezeigt, aufgebaut. Die Funktionalität der Eingangsstufe und der Ausgangsstufe ist ebenfalls in der DE 10 2012 204 035 A1 , insbesondere in Absatz [0034], beschrieben. Die an der Eingangsstufe 3 anliegende Gleichspannung wird mit Hilfe von drei aktiv geschalteten Spannungsbrücken mit mehreren aktiven Schaltern in drei Wechselspannungen gewandelt. Jede dieser drei Wechselspannungen wird in dem dreiphasigen Transformator 4 in drei zweite Wechselspannungen transformiert. Die Ausgangsstufe 5 verfügt ebenfalls über drei aktiv geschaltete Spannungsbrücken mit aktiven Schaltern, welche die zweiten Wechselspannungen in eine einzige zweite Gleichspannung wandeln. Über die Ansteuerung der aktiven Schalter der Eingangsstufe 3 und der Ausgangsstufe 5 werden die Phasenwinkel der ersten Wechselspannungen und der zweiten Wechselspannungen eingestellt, sodass die Leistungsübertragung über den Gleichspannungswandler 2 ebenfalls einstellbar ist. Dazu verfügt in der dargestellten Ausführungsform der Gleichspannungswandler 2 über eine Steuerung 8, welche über eine Schnittstelle 9 mit der zentralen Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden ist. The conversion of the DC input voltage into the first AC voltage therefore takes place at such high frequencies, since in this way the mass and size of the transformer 4 can be reduced. The electrical power coming from the DC voltage connection 6 to the DC voltage connection 7 is transmitted, can be with the help of the DC voltage converter used in the invention 2 Taxes. These are the input and output stages 3 . 5 as shown schematically in 1 of the DE 10 2012 204 035 A1 shown, built. The functionality of the input stage and the output stage is also in the DE 10 2012 204 035 A1 in particular in paragraph [0034]. The at the entrance level 3 applied DC voltage is converted by means of three actively switched voltage bridges with several active switches in three alternating voltages. Each of these three AC voltages is in the three-phase transformer 4 transformed into three second AC voltages. The output stage 5 also has three active switched voltage bridges with active switches, which convert the second alternating voltages into a single second DC voltage. By activating the active switches of the input stage 3 and the output stage 5 the phase angles of the first alternating voltages and the second alternating voltages are adjusted, so that the power transmission via the DC-DC converter 2 is also adjustable. For this purpose, in the illustrated embodiment, the DC-DC converter 2 via a controller 8th , which have an interface 9 is connected to the central control of the device according to the invention.

Die Steuerung 8 dient dazu, die Vorgaben für das Leistungsprofil P(t) der über den Gleichspannungswandler 2 zu übertragenden elektrischen Leistung in Abhängigkeit von der Zeit umzusetzen. Dazu steuert die Steuerung 8 über Steuerleitungen 10, 11 die steuerbaren Schalter der Eingangsstufe 3 und der Ausgangsstufe 5 an. Zudem verfügt der Gleichspannungswandler 2 über zwei Messeinrichtungen 12, 13, mit denen sich die tatsächlich übertragene elektrische Leistung erfassen lässt, sodass die Steuerung 8 einen Regelkreis bereitstellt. Dieser gewährleistet, dass die tatsächlich zwischen dem ersten und dem zweiten Stromnetz übertragene elektrische Ist-Leistung zu jedem Zeitpunkt t innerhalb einer Betrachtungsperiode T gleich der von der zentralen Steuerung vorgegebenen Soll-Leistung P(t) ist.The control 8th is used to set the specifications for the performance profile P (t) over the DC converter 2 implement electrical power to be transmitted as a function of time. The controller controls this 8th via control lines 10 . 11 the controllable switches of the input stage 3 and the output stage 5 at. In addition, the DC-DC converter has 2 over two measuring devices 12 . 13 , with which the actual transmitted electrical power can be detected, so that the controller 8th provides a control loop. This ensures that the actual electrical power actually transmitted between the first and the second power grid at any instant t within a viewing period T is equal to the desired power P (t) specified by the central controller.

Während in dieser Anmeldung sprachlich immer zwischen der Eingangsstufe 3 und der Ausgangsstufe 5 unterschieden wird, so ist offensichtlich, dass es sich dabei vorliegend um identische Komponenten handelt. Dies insbesondere, um die geforderte Bidirektionalität bereitzustellen. Es ist also möglich, dass die Ausgangsstufe 5 die Aufgaben der Eingangsstufe wahrnimmt und die Eingangsstufe 3 die Aufgaben der Ausgangsstufe. Entsprechend würde dann der elektrische Leistungsfluss von 7 nach 6 erfolgen. While in this application linguistically always between the entrance level 3 and the output stage 5 It is obvious that these are identical components. This in particular to provide the required bidirectionality. So it's possible that the output stage 5 perceives the tasks of the input stage and the input stage 3 the tasks of the output stage. Accordingly, the electric power flow would then be from 7 to 6.

Der Gleichspannungswandler 2, so wie er in den Ausführungsformen der vorliegenden Figuren eingesetzt wird, stellt zum Einen eine DC/DC-Spannungswandlung bereit, zum Anderen aber auch eine quantisierte Leistungsflusssteuerung, sodass in den folgenden Figuren das auf der linken Seite der 1 gezeigte Ersatzschaltbild 14 für den Spannungswandler 2 benutzt wird. The DC-DC converter 2 As used in the embodiments of the present figures, on the one hand provides a DC / DC voltage conversion, on the other hand, but also a quantized power flow control, so that in the following figures that on the left side of 1 shown equivalent circuit diagram 14 for the voltage converter 2 is used.

2 zeigt nun eine erste, sehr einfache Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze. 2 shows a first, very simple embodiment of the device according to the invention for the bidirectional connection of two power grids.

In der dargestellten Ausführungsform wird das erste Stromnetz 15 von einem selbstorganisierten paketbasierten Gleichspannungsnetz auf der Mittelspannungsebene (MV-Netz) gebildet. Das zweite Stromnetz 16 hingegen wird von einem konventionellen Niederspannungsstromnetz 16 (LV-Netz) gebildet. Dabei handelt es sich bei dem LV-Netz 16 um ein herkömmliches 250 V Wechselspannungsnetz mit einer Netzfrequenz von 50 Hz. In the illustrated embodiment, the first power grid 15 formed by a self-organized packet-based DC network at the medium voltage level (MV network). The second power grid 16 however, it is powered by a conventional low-voltage power grid 16 (LV network) formed. This is the LV network 16 around a conventional 250 V AC mains with a mains frequency of 50 Hz.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist mit Hilfe eines Anschlusses 17 an das MV-Netz 15 angebunden und mit Hilfe eines Anschlusses 18 an das LV-Netz 16. Diese beiden Anschlüssen 17, 18 bilden im Sprachgebrauch der vorliegenden Anmeldung jeweils einen weiteren Anschluss des ersten bzw. zweiten elektrischen Leistungsverteilers 19, 20. The device according to the invention 1 is with the help of a connection 17 to the MV network 15 connected and with the help of a connection 18 to the LV network 16 , These two connections 17 . 18 form in the language of the present application in each case a further connection of the first and second electric power distributor 19 . 20 ,

Bei dem ersten elektrischen Leistungsverteiler 19 handelt es sich in der einfachen Ausführungsform aus 2 um eine einfache Leitung als Verteilerschaltung 24 mit dem weiteren Anschluss 17 und dem Gleichspannungsanschluss 6. Der zweite elektrische Leistungsverteiler 20 wird von einer Leitung als Verteilerschaltung 30, dem weiteren Anschluss 18 und dem Gleichspannungsanschluss 7 gebildet.At the first electric power distributor 19 it is in the simple embodiment 2 to a simple line as a distribution circuit 24 with the further connection 17 and the DC voltage connection 6 , The second electric power distributor 20 is from a line as a distribution circuit 30 , the further connection 18 and the DC voltage connection 7 educated.

Der Übergang zwischen den beiden MV- und LV-Spannungsebenen erfolgt mit Hilfe des bidirektionalen Spannungswandlers 2 aus 1, wobei dieser eine Leistungssteuerung bereitstellt. Dazu ist der QFC bzw. die Steuerung des Wandlers 2 über den Anschluss 9 mit einer Steuerung 21 der Vorrichtung 1 verbunden. Diese Steuerung 21 kann als zentrale Steuerung der Vorrichtung gelten, während die Steuerung 8 unmittelbar und ausschließlich der Regelung des Wandlers 2 dient und darüber hinaus keine übergeordneten Aufgaben wahrnimmt. The transition between the two MV and LV voltage levels takes place with the aid of the bidirectional voltage converter 2 out 1 wherein it provides a power control. This is the QFC or the controller of the converter 2 over the connection 9 with a controller 21 the device 1 connected. This control 21 can be considered as the central control of the device while the controller 8th directly and exclusively to the regulation of the converter 2 serves and beyond perceives no higher-level tasks.

Die Steuerung 21 der Vorrichtung 1 ist mit einer Datenschnittstelle 22 als Kommunikationseinrichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung verbunden. Die Datenschnittstelle 22 ist an ein Datennetzwerk 38 angebunden, welches in Form eines Busses Datenpakete zwischen den einzelnen Elementen oder Knoten in dem MV-Netz 15 austauscht. Dabei ist in dem ersten Stromnetz 15 jedem Energiepaket ein Datenpaket zugeordnet. The control 21 the device 1 is with a data interface 22 connected as a communication device in the context of the present application. The data interface 22 is on a data network 38 connected, which in the form of a bus data packets between the individual elements or nodes in the MV network 15 exchanges. It is in the first power grid 15 assigned to each energy package a data packet.

Gut wird die Funktionalität der Ausführungsform der Vorrichtung 1 aus 2 deutlich, wenn man sich beispielsweise eine Ortsnetzstation betrachtet, die die Umspannung aus der Mittelspannungsebene in die Niederspannungsebene eines Straßenzuges vornimmt. Dabei ist in der dargestellten Ausführungsform das LV-Netz 16 konventionell ausgestaltet, da es als letzte Meile des Stromtransports und aufgrund der vielen angebundenen Verbraucher oder auch Energiequellen (zum Beispiel in Form von Photovoltaikanlagen) zur vollständigen Umstellung auf ein paketbasiertes, leistungsgesteuertes Netz einen besonders hohen Aufwand erfordern würde. Demgegenüber wird angenommen, dass das MV-Netz 15 bereits ein paketbasiertes, leistungsgesteuertes Gleichspannungsnetz ist. Daher stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur eine bidirektionale Verbindung zwischen den MV- und LV-Ebenen bereit, sondern auch einen Busrouter bzw. ein Gateway zur Verbindung zweier ganz unterschiedlicher Netzwerktechnologien. Good is the functionality of the embodiment of the device 1 out 2 clearly, if, for example, considered a local network station, which makes the Umspannspannung from the medium voltage level in the low voltage level of a road. In this case, in the illustrated embodiment, the LV network 16 conventionally designed, since it would require a particularly high effort as the last mile of electricity transport and because of the many connected consumers or energy sources (for example in the form of photovoltaic systems) for complete conversion to a packet-based, power-controlled network. In contrast, it is believed that the MV network 15 is already a packet-based, power-controlled DC network. Therefore, the device according to the invention not only provides a bidirectional connection between the MV and LV levels, but also a bus router or a gateway for connecting two completely different network technologies.

Da es sich bei dem zweiten Stromnetz 16 um ein Wechselspannungsnetz handelt, umfasst der zweite elektrische Leistungsverteiler 20 zudem einen DC/AC-Wandler 23 zwischen dem Gleichspannungsanschluss 7 und dem weiteren Anschluss 18. Der DC/AC-Wandler 23 wandelt die Gleichspannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers 2 in die Wechselspannung des LV-Netzes 16 und umgekehrt.Since it is the second power grid 16 is an AC voltage network, comprises the second electrical power distributor 20 also a DC / AC converter 23 between the DC voltage connection 7 and the other connection 18 , The DC / AC converter 23 converts the DC voltage at Output of the DC-DC converter 2 into the AC voltage of the LV network 16 and vice versa.

3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1‘ zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze 15‘, 16, welche gegenüber der Ausführungsform aus 2 einen geänderten ersten elektrischen Leistungsverteiler 19‘ aufweist. Dieser erste elektrische Leistungsverteiler 19‘ verfügt über eine deutlich erweiterte Funktionalität. 3 shows an embodiment of the device according to the invention 1' for the bidirectional connection of two power grids 15 ' . 16 , which compared to the embodiment of 2 an amended first electric power distributor 19 ' having. This first electric power distributor 19 ' has a significantly extended functionality.

Der erste Leistungsverteiler 19‘ bildet einen Netzknoten des ersten Gleichstromnetzes 15‘. Der Stromtransport innerhalb dieses Netzes 15‘ erfolgt paketbasiert und leistungsflussgesteuert wie in der DE 10 2009 003 173 A1 beschrieben. Dabei wird der mit dem Gleichspannungswandler 2 verbundene Gleichspannungsanschluss 6 behandelt wie jeder der weiteren Anschlüsse 25, 26, 27, 28 auch, nur dass die Leistungsflusssteuerung in diesem Anschluss mit Hilfe des Gleichspannungswandlers 2 erfolgt. The first power distributor 19 ' forms a network node of the first DC network 15 ' , The electricity transport within this network 15 ' is packet based and power flow controlled as in the DE 10 2009 003 173 A1 described. It is the with the DC-DC converter 2 connected DC voltage connection 6 treated like any of the other connections 25 . 26 . 27 . 28 Also, just that the power flow control in this port using the DC-DC converter 2 he follows.

Wieder weist der Leistungsverteiler 19‘ genau einen Gleichspannungsanschluss 6 auf, welcher mit der Eingangsstufe des Gleichspannungswandlers 2 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform jedoch hat der erste Leistungsverteiler 19‘ eine Verteilerschaltung 24‘, welche den Gleichspannungsanschluss 6 elektrisch mit vier weiteren Anschlüssen 25, 26, 27, 28 verbindet. Dieser Leistungsverteiler 19‘ bildet einen vollständig ausgestalteten Netzwerkknoten innerhalb eines ersten paketbasierten, leistungsgesteuerten Stromnetzes 15‘. Jeder der weiteren Anschlüsse 25, 26, 27, 28 des ersten Leistungsverteilers 19‘ verfügt zudem über einen QFC, welcher eine Leistungsflusssteuerung über jeden der weiteren Anschlüsse 25, 26, 27, 28 ermöglicht. Auf diese Weise kann der Leistungsverteiler 19‘ nicht nur einen Übergang von der MV- in die LV-Ebene bereitstellen, sondern auch eine vollständige Routingfunktionalität innerhalb der eigentlichen MV-Ebene, ohne dass notwendigerweise auch ein Leistungsfluss von der MV-Ebene in die LV-Ebene erfolgt. Again, the power distributor points 19 ' exactly one DC voltage connection 6 on, which with the input stage of the DC-DC converter 2 connected is. In the illustrated embodiment, however, the first power distributor has 19 ' a distribution circuit 24 ' , which the DC voltage connection 6 electrically with four further connections 25 . 26 . 27 . 28 combines. This power distributor 19 ' forms a fully configured network node within a first packet based, power controlled power grid 15 ' , Each of the other connections 25 . 26 . 27 . 28 of the first distribution board 19 ' It also has a QFC which provides power flow control over each of the other ports 25 . 26 . 27 . 28 allows. That way the power distributor can 19 ' not only provide a transition from the MV level to the LV level but also complete routing functionality within the actual MV level, without necessarily also a power flow from the MV level to the LV level.

Um diese Funktionalität bereitzustellen, sind die QFCs in den einzelnen weiteren Anschlüssen 25, 26, 27, 28 über einen Steuerungsbus 29 mit der Steuerung 21 verbunden. Die Kommunikation erfolgt wie zuvor über eine Anbindung der Schnittstelle 22 an das Datennetzwerk 38, welches in der dargestellten Ausführungsform parallel zu den einzelnen Trassen, welche mit dem ersten Leistungsverteiler 19‘ verbunden sind, verlaufen. To provide this functionality, the QFCs are in each further port 25 . 26 . 27 . 28 via a control bus 29 with the controller 21 connected. The communication takes place as before via a connection of the interface 22 to the data network 38 , which in the illustrated embodiment, parallel to the individual routes, which with the first power distributor 19 ' are connected, run.

4 zeigt eine noch höhere Ausbaustufe der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 4 shows an even higher expansion stage of the device according to the invention.

Im Gegensatz zu der Konfiguration aus 3 ist in der Ausführungsform aus 4 auch das zweite Stromnetz 16‘, d.h. die LV-Spannungsebene, ein paketbasiertes und leistungsgesteuertes Gleichspannungsnetz. Der erste Leistungsverteiler 19‘ ist aufgebaut wie in 3 gezeigt und ist daher in 4 nicht noch einmal dargestellt. Auch der zweite Leistungsverteiler 20‘ bildet in dieser Ausführungsform einen volloperativen Netzwerkknoten des paketbasierten, leistungsflussgesteuerten LV-Netzes 16‘. Dazu weist der zweite elektrische Leistungsverteiler 20‘ eine elektrische Verteilerschaltung 30‘ auf, mit einem einzigen Gleichspannungsanschluss 7 und in der dargestellten Ausführungsform sechs weiteren Anschlüssen 31, 32, 33, 34, 35, 36, wobei wie zuvor für den ersten Leistungsverteiler 19‘ detailliert beschrieben jeder der weiteren Anschlüsse 31, 32, 33, 34, 35, 36 einen QFC aufweist. Die QFCs sind über einen Steuerbus 37 mit der zentralen Steuerung 21 verbunden. Zusätzlich verfügt die Vorrichtung 1‘‘ über eine zweite Netzwerkschnittstelle 22‘, welche mit dem Datennetz 39 des LV-Stromnetzes 16‘ verbunden ist. Unlike the configuration 3 is off in the embodiment 4 also the second power grid 16 ' , ie the LV voltage level, a packet-based and power-controlled DC voltage network. The first power distributor 19 ' is built like in 3 shown and is therefore in 4 not shown again. Also the second power distributor 20 ' forms in this embodiment, a full-service network node of the packet-based, power flow controlled LV network 16 ' , For this purpose, the second electric power distributor 20 ' an electrical distribution circuit 30 ' on, with a single DC connection 7 and in the illustrated embodiment, six further terminals 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 where as before for the first power distributor 19 ' Detailed description of each of the other connections 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 has a QFC. The QFCs are via a tax bus 37 with the central control 21 connected. In addition, the device has 1'' via a second network interface 22 ' , which with the data network 39 of the LV power network 16 ' connected is.

Während es in Ausführungsformen möglich ist, dass die einzelnen QFCs in den weiteren Anschlüssen 31, 32, 33, 34, 35, 36 des zweiten elektrischen Leistungsverteilers 20‘ räumlich in engem Zusammenhang zu den übrigen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1‘‘ angeordnet sind, sind Ausführungsformen denkbar, in denen die Anschlüsse 31, 32, 33, 34, 35, 36 sowie die zugehörigen QFCs nur logisch der Vorrichtung zugehören, während sie räumlich deutlich von den anderen Komponenten, beispielsweise dem Gleichspannungswandler 2, entfernt angeordnet sind. Beispielsweise können die Anschlüsse 31, 32, 33, 34, 35, 36 sowie die QFCs in den Häusern des Straßenzugs angeordnet sein, während sie logisch von der Steuerung 21, die zusammen mit den anderen Komponenten in einer Ortsnetzstation untergebracht ist, gesteuert werden. While in embodiments it is possible for the individual QFCs in the other ports 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 of the second electric power distributor 20 ' spatially closely related to the other components of the device according to the invention 1'' are arranged, embodiments are conceivable in which the terminals 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 as well as the associated QFCs logically belong to the device, while spatially distinct from the other components, such as the DC-DC converter 2 , are arranged remotely. For example, the ports 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 as well as the QFCs be arranged in the houses of the street, while logically from the control 21 , which is housed together with the other components in a local network station controlled.

Während die Ausführungsform aus 4 eine Anordnung zeigt, bei welcher der zweite elektrische Leistungsverteiler 20‘ einen vollwertigen Knoten eines paketbasierten, leistungsgesteuerten Stromnetzes 16‘ bildet, sind auch Mischformen möglich. Bei diesen würde an einen ausgezeichneten der weiteren Anschlüsse 31, 32, 33, 34, 35, 36 ein konventionelles Stromnetz angeschlossen, welches insbesondere kein Datennetzwerk umfasst, welches einen Informationsfluss von Quellen und Senken, die mit dem Stromnetz 16‘ verbunden sind, hin zu der Steuerung 21 bereitstellen könnte. Eine Möglichkeit zur Realisierung der QFCs ist in der DE 10 2014 119 431 in 5 sowie der zugehörigen Beschreibung offenbart. Dort wird der QFC als DFC bezeichnet. Er weist jedoch die gleichen konstruktiven Merkmale und Funktionalitäten auf, wie die in der vorliegenden Anmeldung als QFC bezeichneten Komponenten. While the embodiment of 4 shows an arrangement in which the second electric power distributor 20 ' a full node of a packet-based, power-controlled power grid 16 ' forms, mixed forms are also possible. These would be an excellent one of the further connections 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 connected a conventional power grid, which in particular does not comprise a data network, which is an information flow of sources and sinks connected to the power grid 16 ' connected to the controller 21 could provide. One way to realize the QFCs is in the DE 10 2014 119 431 in 5 and the associated description. There the QFC is called DFC. However, it has the same structural features and functionalities as the components referred to in the present application as QFC.

5 zeigt eine Ausführungsform, in der der erste Leistungsverteiler durch ein Koppelfeld realisiert ist, in welchem die Anschlüsse 3100 und 1100 über die Schaltung der entsprechenden QFCs so verschaltet werden können, dass über die Anschlüsse 3100 bereitgestellte Leistungsflüsse zu den Anschlüssen 1100 geregelt übertragen werden können. An einem Anschluss des Koppelfelds ist dann der Anschluss 6 eines spannungswandlungsfähigen Leistungsstellers gemäß 1 angeschlossen. Der Anschluss 7 wird dann an ein Koppelfeld das den zweiten Leistungsverteiler darstellt angeschlossen. 5 shows an embodiment in which the first power distributor by a switching matrix is realized, in which the connections 3100 and 1100 can be connected via the circuit of the corresponding QFCs so that via the connections 3100 provided power flows to the terminals 1100 can be transferred regulated. At one connection of the coupling field is then the connection 6 a voltage-transformable power controller according to 1 connected. The connection 7 is then connected to a switching network that represents the second power distributor.

Der in 5 gezeigte Schaltungsaufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze basiert auf der Ausführungsform aus 4. Zur besseren Übersicht ist in 5 jedoch nur die Leistungsebene der Vorrichtung schematisch dargestellt. Die Verteilerschaltungen 2100 der Leistungsverteiler weisen eine deutlich höhere Komplexität auf als die Verteilerschaltungen 16‘, 19‘ aus 4. Sowohl die Verteilerschaltung 2100 des ersten Leistungsverteilers als auch die Verteilerschaltung 2100 des zweiten Leistungsverteilers werden von jeweils einem vollständig rekonfigurierbaren Koppelfeld oder Crossbar gebildet. The in 5 shown circuitry of an embodiment of the device according to the invention for bidirectional connection of two power grids is based on the embodiment of 4 , For a better overview, see 5 however, only the power level of the device is shown schematically. The distribution circuits 2100 the power distributors have a significantly higher complexity than the distribution circuits 16 ' . 19 ' out 4 , Both the distribution circuit 2100 of the first power distributor and the distribution circuit 2100 of the second power distributor are each formed by a fully reconfigurable switching matrix or crossbar.

Ein Koppelfeld als Verteilerschaltung ermöglicht es, jeden weiteren Anschluss MV3100, LV3100, der mit einer Quelle verbunden ist, mit jedem weiteren Anschluss, der mit einer Senke MV1100, LV1100 verbunden ist, zu verschalten. Dies sowohl innerhalb der MV-Ebene oder der LV-Ebene, aber auch spannungsebenenübergreifend. Zudem können alle Quellen MV3100, LV3100 wahlweise parallel oder in Serie miteinander verschaltet werden. Zu diesem Zweck verfügt die Verteilerschaltung 2100 aus 5 an jedem Knoten des Koppelfelds über einen Leistungsflusscontroller QFC. Die Beschaltung der Verteilerschaltung 2100 erfolgt wie zuvor für die QFCs in den Anschlüssen beschrieben durch die Steuerung der Vorrichtung. A switching matrix as a distributor circuit makes it possible to interconnect any other MV3100, LV3100 connection connected to a source with any other connection connected to a MV1100, LV1100 sink. This both within the MV level or the LV level, but also across voltage levels. In addition, all sources MV3100, LV3100 can be interconnected either in parallel or in series. For this purpose, has the distribution circuit 2100 out 5 at each node of the switch fabric via a power flow controller QFC. The wiring of the distribution circuit 2100 takes place as previously described for the QFCs in the terminals by the control of the device.

Die in 5 gezeigte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dann zweckmäßig, wenn mit den Anschlüssen MV3100, LV3100 von der Steuerung der Vorrichtung verwaltete Speicher für elektrische Energie verbunden sind. Diese Speicher dienen der Handhabung von Über- und Unterdeckungen, d.h. dem Ausgleich von bestellten und zugesagten Energiepaketen. Die Bewirtschaftung von mit dem rekonfigurierbaren Koppelfeld verbundenen Speichern ist im Detail in der DE 10 2014 119 431 A1 beschrieben.In the 5 shown embodiment of the device according to the invention is useful when connected to the terminals MV3100, LV3100 managed by the controller of the device memory for electrical energy. These memories are used to handle over- and under-coverage, ie the compensation of ordered and promised energy packages. The management of memories associated with the reconfigurable switch fabric is described in detail in US Pat DE 10 2014 119 431 A1 described.

Im Folgenden wird nun die Funktionalität einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 3 beschrieben. Zusätzlich zu den oben in Bezug auf 3 beschriebenen Merkmalen wird davon ausgegangen, dass an den weiteren Anschluss 28 der elektrischen Verteilerschaltung 24 auf der MV-Spannungsebene ein herkömmliches MV-Wechselstromnetz angebunden ist. Dazu weist der weitere Anschluss 28 einen DC/AC-Wandler (in 3 nicht gezeigt) auf, um das Wechselstromnetz an das paketbasierte, leistungsflussgesteuerte Gleichstromnetz anzuschließen, dessen Bestandteil der Leistungsverteiler 19‘ ist.The functionality of a device according to the invention will now be described below 3 described. In addition to the above regarding 3 described characteristics is assumed that to the further connection 28 the electrical distribution circuit 24 at the MV voltage level, a conventional MV AC mains is connected. The further connection points to this 28 a DC / AC converter (in 3 not shown) to connect the AC grid to the packet-based, power flow controlled DC grid, which is part of the power distributor 19 ' is.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1‘ aus 3 bildet nun ein Gateway zwischen dem paketbasierten, leistungsflussgesteuerten Stromnetz in der MV-Spannungsebene, dem herkömmlichen mit dem weiteren Anschluss 28 verbundenen Wechselstromnetz in der MV-Spannungsebene sowie dem herkömmlichen Wechselstromnetz in der LV-Spannungsebene, welches mit dem weiteren Anschluss 18 der zweiten elektrischen Verteilerschaltung verbunden ist.The device according to the invention 1' out 3 now forms a gateway between the packet-based, power flow controlled power grid in the MV voltage level, the conventional with the other terminal 28 connected AC mains in the MV voltage level as well as the conventional AC mains in the LV voltage level, which with the further connection 18 the second electrical distribution circuit is connected.

Obwohl sich diese drei Stromnetze konzeptionell voneinander unterscheiden, können sie logisch gleich behandelt werden, da die erfindungsgemäße Vorrichtung dafür sorgt, dass das konventionelle LV-Netz und das konventionelle MV-Netz für alle Netzwerkelemente innerhalb des paketbasierten, leistungsflussgesteuerten Stromnetzes ebenfalls wie Senken oder Quellen erscheinen, welche Energiepakete empfangen oder senden können. So stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise für die beiden konventionellen LV- und MV-Netze Ziel- bzw. Quelladressen bereit.Although these three power grids are conceptually distinct from each other, they can be logically treated the same, as the inventive apparatus ensures that the conventional LV and MV networks also appear as sinks or sources to all network elements within the packet-based power flow controlled power grid which can receive or send energy packets. For example, the device according to the invention provides target or source addresses for the two conventional LV and MV networks.

Damit die erfindungsgemäße Vorrichtung die drei Netze miteinander verbinden kann, weist sie folgende Funktionalitäten auf, welche in der Steuerung 21 in Form einer Software implementiert sind und von dieser gesteuert werden. Dabei werden die Funktionalitäten anhand der Ausführungsform aus 3 beschrieben und um Abwandlungen unter Bezug auf 4 ergänzt.

1. Die Steuerung führt eine Liste, welche Energiepakete zu jedem Zeitpunkt t innerhalb einer Betrachtungsperiode T Energiepakete empfangen und versendet werden müssen. Dazu enthält die Liste jeder Betrachtungsperiode T Einträge aller Energiepakete mit den jeweiligen Quelladressen, den Leistungsprofilen sowie den Zieladressen.
2. Prognostizieren eines Leistungsprofils für das mit dem weiteren Anschluss 18 des zweiten elektrischen Leistungsverteilers verbundene LV-Netz, wobei der Leistungsfluss über den weiteren Anschluss 18 zu jedem Zeitpunkt t innerhalb der Betrachtungsperiode T angegeben wird. Das zu diesem Leistungsprofil gehörende Energiepaket erhält abhängig davon, ob das LV-Netz zu dem jeweiligen Zeitpunkt eine Quelle oder eine Senke bildet, die Adresse des weiteren Anschlusses 18 entweder als Quelladresse oder als Zieladresse. Die in Schritt 1 gebildete Liste wird um die so generierten Energiepakete ergänzt.

So that the device according to the invention can connect the three networks to each other, it has the following functionalities, which in the control 21 are implemented in the form of software and are controlled by it. The functionalities are based on the embodiment 3 described and to modifications with respect to 4 added.

1. The controller maintains a list of which energy packets at each time t within a viewing period T energy packets must be received and sent. For this purpose, the list of each observation period T contains entries of all energy packets with the respective source addresses, the performance profiles and the destination addresses.
2. Predicting a performance profile for the one with the further connection 18 the second electric power distributor connected LV network, wherein the power flow through the other terminal 18 is indicated at each time t within the observation period T. The energy package belonging to this performance profile receives the address of the further connection, depending on whether the LV network forms a source or a sink at the respective time 18 either as source address or as destination address. The list formed in step 1 is supplemented by the energy packets generated in this way.

4 zeigt demgegenüber eine Ausführungsform mit einer Mehrzahl von weiteren Anschlüssen 31, 32, 33, 34, 35, 36 des zweiten Leistungsverteilers auf der LV-Seite. In einer solchen Ausführungsform können beispielsweise mit zwei Anschlüssen 35, 36 herkömmliche LV-Wechselspannungsnetze verbunden sein, während die Anschlüsse 31, 32, 33, 34 mit einem paketbasierten, Leistungsflussgesteuerten Netz verbunden sind. In einer derartigen Ausführungsform erhalten die konventionellen LV-Wechselspannungsnetze die Adressen der Anschlüsse 35, 36 bzw. der QFCs in diesen Anschlüssen.

3. Aus den Prognosen im Schritt 2 und aus Analysen der Leistungsflüsse in der Vergangenheit lassen sich Schwankungsbreiten für Unter- oder Überdeckungen des Leistungsflusses über die erfindungsgemäße Vorrichtung ermitteln. Aus der Schwankungsbreite werden sogenannte Optionspakete erstellt. Dabei handelt es sich um Energiepakete, die zum Zeitpunkt t mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit entweder zusätzlich benötigt werden, um sie an eine Senke weiterzuleiten, oder die einen Leistungsüberschuss abführen, der gerade nicht an Senken weitergeleitet werden kann.

4 In contrast, shows an embodiment with a plurality of other terminals 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 of the second power distributor on the LV side. In such an embodiment, for example, with two terminals 35 . 36 be connected to conventional LV AC grids while the connections 31 . 32 . 33 . 34 are connected to a packet-based, power flow controlled network. In such an embodiment, the conventional LV AC power grids receive the addresses of the terminals 35 . 36 or the QFCs in these ports.

3. From the forecasts in step 2 and from analyzes of the power flows in the past, it is possible to determine fluctuation ranges for under- or covering-up of the power flow via the device according to the invention. From the fluctuation range so-called option packages are created. These are energy packages that are, at a certain probability, either additionally required to be forwarded to a sink, or that provide a surplus of power that can not currently be passed to sinks.

Zu jedem Zeitpunkt t wird dann zunächst geprüft, ob diese Optionspakete in einem mit einem der weiteren Anschlüsse 25, 26 oder 27 des ersten Leistungsverteilers 19‘ verbundenen Speicher zwischengespeichert oder von diesem bereitgestellt werden können. Alternativ könnte in einer Ausführungsform, so wie sie in 4 gezeigt ist, der Speiche auch an einen der weiteren Anschlüsse 31, 32, 33, 34 des Energieverteilers auf der LV-Ebene angeschlossen sein.At each point in time t, it is then checked first whether these option packages are in one with one of the further connections 25 . 26 or 27 of the first distribution board 19 ' cached memory can be cached or provided by this. Alternatively, in one embodiment, as shown in FIG 4 is shown, the spoke also to one of the other ports 31 . 32 . 33 . 34 be connected to the power distribution on the LV level.

Für den Teil der Optionspakete, welche der Speicher nicht bedienen kann, werden Verträge mit anderen Quellen oder Senken geschlossen. Eine Zusage zu einem Optionspaket heißt, dass die entsprechende Quelle oder Senke solange die Optionsbedingung gilt, schrittweise für jedes Zeitintervall und nur dann, wenn die Option ausgeübt wird, die entsprechende Leistung liefert oder bezieht. Die in Ziffer 1 genannte Liste wird um diejenigen Optionspakete ergänzt, die nicht von dem mit dem weiteren Anschluss 25, 26 oder 27 verbundenen Speicher bedient werden können.

4. Aus den in der Liste aus Ziffer 1 enthaltenen Energiepaketen wird – unter der Annahme, dass ein Transport von der MV-Ebene in die LV-Ebene notwendig ist – ein Transportpaket erstellt, welches den Leistungsfluss zu jedem Zeitpunkt t innerhalb der Betrachtungsperiode T über den Gleichspannungswandler 2 beschreibt. Ein solcher Stromtransport über die Spannungsebenen hinweg ist insbesondere dann erforderlich, wenn die LV-Seite einen Leistungsbedarf hat, der größer ist als ein Leistungsangebot auf der LV-Seite.

For the part of the option packages, which the memory can not serve, contracts with other sources or sinks are closed. A commitment to an option package means that the appropriate source or sink, as long as the option condition is met, progressively delivers or purchases the corresponding service for each time interval and only when the option is exercised. The list referred to in item 1 will be supplemented with those option packages that are not of the one with the further connection 25 . 26 or 27 connected memory can be operated.

4. From the energy packages included in the list in paragraph 1, assuming that transport from the MV level to the LV level is necessary, a transport package will be created which will transmit the power flow at each time t within the observation period T the DC-DC converter 2 describes. Such current transport across the voltage levels is particularly necessary if the LV side has a power requirement that is greater than a power supply on the LV side.

Ein derartiges Transportpaket wird gebildet, indem die zur Deckung des Leistungsbedarfs auf der LV-Seite notwendigen und an den weiteren Anschlüssen 25, 26, 27, 28 eingehenden Leistungspakete zusammengefasst werden. Dazu wird ein Leistungsprofil gebildet, welches den Leistungsfluss über den Gleichspannungswandler in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt. Das zugehörige Datenpaket enthält neben der Zieladresse, im Falle der 3 der Adresse des einzigen weiteren Anschlusses 18 des zweiten Leistungsverteilers, auch die Leistungsprofile der einzelnen Energiepakete, die zu dem Transportpaket zusammengefasst werden.Such a transport package is formed by the necessary to cover the power requirement on the LV side and at the other terminals 25 . 26 . 27 . 28 incoming service packages. For this purpose, a power profile is formed, which describes the power flow over the DC-DC converter as a function of time. The associated data packet contains next to the destination address, in the case of 3 the address of the only other connection 18 of the second power distributor, including the power profiles of the individual energy packets, which are combined into the transport package.

Dieses Transportpaket wird dann zum gegebenen Zeitpunkt t über den Spannungswandler 2 zwischen der MV-Ebene und der LV-Ebene transportiert. Das Transportpaket für den Leistungsfluss über den Gleichspannungswandler bildet die Summe aller Energiepakete, die an das LV-Netz zu übertragen sind. Das dem Transportpaket zugeordnete Datenpaket enthält neben der Zieladresse, welche den weiteren Anschluss des zweiten Leistungsverteilers identifiziert, das Leistungsprofil des Transportpakets.This transport packet is then at the given time t via the voltage converter 2 transported between the MV level and the LV level. The transport package for the power flow via the DC-DC converter forms the sum of all energy packets that are to be transmitted to the LV network. The data packet assigned to the transport packet contains, in addition to the destination address, which identifies the further connection of the second service distributor, the service profile of the transport packet.

In der Ausführungsform aus 3 weist der zweite Leistungsverteiler 20 nur einen einzigen weiteren Anschluss 18 auf. Entsprechend wird das gesamte Transportpaket, welches den Leistungsfluss über den Gleichspannungswandler 2 beschreibt, an diesem Anschluss 18 bereitgestellt. In the embodiment of 3 instructs the second power distributor 20 only one more connection 18 on. Accordingly, the entire transport package, which is the power flow through the DC-DC converter 2 describes, at this connection 18 provided.

In Ausführungsformen, bei denen der zweite Leistungsverteiler 20 auf der LV-Seite mehrere weitere Anschlüsse aufweist, kann das Transportpaket in dem zweiten elektrischen Leistungsverteiler auf die jeweiligen weiteren Anschlüsse verteilt werden. Dazu muss das dem Transportpaket für den Leistungstransport über den Gleichspannungswandler zugeordnete Datenpaket die Zieladressen aller in ihm enthaltenen Energiepakete sowie die jeweiligen Leistungsprofile enthalten, um eine Aufteilung des Transportpakets in die an den einzelnen Anschlüssen bereitzustellenden Energiepakete zu ermöglichen.

5. Enthält die Liste aus Schritt 1 Energiepakete, die für Senken bereitgestellt werden müssen, deren Leistung nicht aus dem mit den weiteren Anschlüssen 25, 26 und 27 verbundenen paketbasierten, leistungsflussgesteuerten Stromnetz bzw. den mit diesem verbundenen Quellen bereitgestellt werden können, so werden diese zu einem weiteren, gesonderten Transportpaket zusammengefasst. Dieses Transportpaket wird dann aus dem konventionellen mit dem weiteren Anschluss 28 verbundenen Wechselstromnetz bezogen. Dieses Paket weist als Quelladresse die Adresse des weiteren Anschlusses 28 des ersten Leistungsverteilers 19‘ auf. Das dann empfangene Transportpaket wird von dem Leistungsverteiler 19‘ für den Weitertransport in Transportpakete für die beteiligten Anschlüsse und ggf. über den Gleichspannungswandler 2 zerlegt und mit den entsprechenden Datenpaketen versehen.

In embodiments in which the second power distributor 20 on the LV side has several other connections, the transport package can be distributed in the second electric power distributor to the respective other terminals. For this purpose, the data packet assigned to the transport package for the transport of power via the DC-DC converter must contain the destination addresses of all the energy packets contained therein as well as the respective power profiles in order to enable a division of the transport packet into the energy packets to be provided at the individual connections.

5. Does the list in step 1 include energy packages that need to be provisioned for sinks whose performance does not match those with the other connections 25 . 26 and 27 connected packet-based, power flow controlled power grid or sources associated with this can be provided, they are combined to form a separate, separate transport package. This transport package then becomes conventional with the further connection 28 related AC mains. This packet has as source address the address of the further connection 28 of the first distribution board 19 ' on. The then received transport package is from the power distribution 19 ' for onward transport into transport packages for the participating connections and possibly via the DC-DC converter 2 disassembled and provided with the appropriate data packets.

Die Steuerung kommuniziert in diesem Fall auch mit der Leitstelle oder dem übergeordneten Energiemanagement des mit dem weiteren Anschluss 28 verbundenen konventionellen Stromnetzes, damit die in einer Betrachtungsperiode T anstehenden Transportpakete in das Fahrplanmanagement des konventionellen MV-Netzes eingespeist werden können.In this case, the controller also communicates with the control center or the higher-level energy management system with the other connection 28 connected conventional power grid, so that in a viewing period T pending transport packages can be fed into the schedule management of the conventional MV network.

Folgt umgekehrt eine Einspeisung von Transportpaketen in dieses konventionelle mit dem weiteren Anschluss 28 des ersten Leistungsverteilers 19‘ verbundenen MV-Netz, so hat die Steuerung 21 zusätzlich die Aufgabe, die technischen und rechtlichen sowie die betreiberseitigen Vorgaben einzuhalten.

6. Es ist möglich, durch Messung festzustellen, welche Leistung tatsächlich zu jedem Zeitpunkt t über den weiteren Anschluss 18 fließt. Stellt man auf der AC-Seite des DC/AC-Wandlers 23 aus 3 einen Spannungsabfall fest, so bedeutet dies, dass mehr Leistung entnommen wird, als der Gleichspannungswandler 2 zur Verfügung stellt. Wird hingegen von dem angeschlossenen konventionellen LV-Netz 16 zu wenig Leistung entnommen, so ist an dem Gleichspannungswandler 2 feststellbar, dass die Stellgröße zur Regelung der Soll/Ist-Abweichung des Gleichspannungswandlers 2 ansteigt. Betrachtet man hingegen die Ausführungsform aus 4, so zeigt ein Spannungsabfall an der AC-Seite des DC/AC Wandlers, über den ein konventionelles LV Netz über einen der Anschlüsse 31 bis 36 angeschlossen ist, eine Unterdeckung an, das heißt, es wird durch den entsprechenden QFC zu wenig Leistung bereitgestellt. Umgekehrt zeigt ein entsprechender Anstiegt der Stellgröße des entsprechenden QFCs eine Überdeckung an, das heißt, es wird zu viel Leistung bereitgestellt.

Conversely, an infeed of transport packets into this conventional follows with the further connection 28 of the first distribution board 19 ' connected MV network, so did the controller 21 additionally the task of complying with the technical and legal as well as the operator's requirements.

6. It is possible to determine by measuring which power actually at any time t over the further connection 18 flows. Set on the AC side of the DC / AC converter 23 out 3 a voltage drop, this means that more power is taken than the DC-DC converter 2 provides. On the other hand, it is provided by the connected conventional LV network 16 taken to less power, so is on the DC-DC converter 2 detectable that the manipulated variable for controlling the target / actual deviation of the DC-DC converter 2 increases. On the other hand, considering the embodiment 4 , so shows a voltage drop on the AC side of the DC / AC converter, over which a conventional LV network via one of the terminals 31 to 36 is underfunded, that is, it is provided by the corresponding QFC too little power. Conversely, a corresponding increase in the manipulated variable of the corresponding QFC indicates an overlap, that is, too much power is provided.

Es lässt sich somit jede Abweichung zwischen der prognostizierten Leistung und der tatsächlich entnommenen Leistung erfassen und eine Unter- oder Überdeckung bestimmen. Überschreitet oder unterschreitet die an dem DC/AC-Wandler 23 gemessene Leistung eine gewisse Schwankungsbreite, so werden die in Schritt 3 definierten Optionen ausgeführt, d.h. die Optionspakete entweder bezogen oder geliefert. Für jedes Zeitintervall t + dt wird geprüft ob die optionsauslösende Bedingung erfüllt ist. Falls nicht wird die Lieferung gestoppt. Dies führt dazu, dass zwar zum Zeitpunkt t die Lieferung gestoppt werden könnte, aber aufgrund der zeitlichen Quantisierung die Lieferung erst bei t + dt tatsächlich abbricht. Dies führt zu einer kleinen Überversorgung, die aber durch das Toleranzband vertretbar ist. Bei einer Überdeckung wird entsprechend verfahren. Nach dem ein prognostiziertes Energiepaket an eine Senke übertragen wurde, verfallen nicht eingelösten Optionen für Energiepakete zur Leistungsabgabe oder zur Leistungsaufnahme oder sie werden freigegeben, um die Ressourcen wieder frei verplanen zu können.It is therefore possible to record any deviation between the forecasted output and the actual output and to determine under- or over-coverage. Exceeds or falls below at the DC / AC converter 23 If the measured power has a certain fluctuation range, then the options defined in step 3 are executed, ie the option packages are either sourced or delivered. For each time interval t + dt, it is checked whether the option triggering condition is fulfilled. If not, the delivery will be stopped. As a result, although the delivery could be stopped at the time t, but due to the time quantization, the delivery actually stops only at t + dt. This leads to a small oversupply, but this is justifiable by the tolerance band. In case of an overlap, proceed accordingly. After a predicted energy packet has been transmitted to a sink, unreleased options for power packages for power delivery or power consumption expire, or they are released in order to free up the resources again.

Für den Fall, dass die Über- oder Unterdeckung nicht von dem mit einem der weiteren Anschlüsse 25, 26 oder 27 verbundenen Speicher übernommen wird, wird die schrittweise Ausübung der Option an den entsprechenden Quellen und Senken, die sich zur Lieferung dieser optionalen Pakete verpflichtet haben, analog durchgeführt.

7. Für den Fall, dass eine Unter- oder Überdeckung nicht durch Einlösen der beschriebenen Optionen gelöst werden kann, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend bestehenden Verträgen mit Quellen und Senken Lastabwürfe oder Laststeigerungen über das mit dem weiteren Anschluss 18 des zweiten Leistungsverteilers 20 verbundene LV-Netz durchführen.

In the event that the over- or under-coverage does not match that with one of the other connections 25 . 26 or 27 the step-by-step exercise of the option will be analogous to the corresponding sources and sinks that have committed to deliver these optional packages.

7. In the event that underfunding or cover can not be solved by redeeming the described options, the inventive device according to existing contracts with sources and sinks Lastabwürfe or load increases over that with the other connection 18 of the second power distributor 20 perform connected LV network.

Falls dies möglich und vertraglich zulässig ist, gibt es auch die Möglichkeit, kurzfristig die Lieferbeziehungen mit den mit den weiteren Anschlüssen 25, 26 oder 27 des ersten Leistungsverteilers verbundenen Senken und Quellen oder die Lieferbeziehungen mit anderen Knoten anzupassen.If this is possible and contractually permissible, there is also the possibility of short-term supply relationships with those with the other connections 25 . 26 or 27 adapt the sinks and sources connected to the first distribution panel or the supply relationships with other nodes.

Darüber hinaus gibt es auch den Fall, dass das angeschlossene konventionelle MV-Netz oder das angeschlossene konventionelle LV-Netz eine Demand-Zeit-Response-Aktion auslöst. Dazu informiert der Betreiber des konventionellen Netzes die die Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung über bevorstehende Änderungen der von Senken bezogenen oder von Quellen bereitgestellten Leistung, beispielweise durch Herunterfahren eines Großverbrauchers. Die Information über eine solche bevorstehende Leistungsänderung führt dann zu einer Anpassung der Prognose für das betroffene konventionelle Netz. Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet. In addition, there is also the case that the connected conventional MV network or the connected conventional LV network triggers a demand time response action. To do this, the operator of the conventional network informs the controller according to the present invention of impending changes in sink-related or source-provided power, for example, shutdown of a large-scale consumer. The information about such an imminent change in performance then leads to an adaptation of the forecast for the affected conventional network. For purposes of the original disclosure, it is to be understood that all such features as will become apparent to those skilled in the art from the present description, drawings, and claims, even if concretely described only in connection with certain other features, both individually and separately any combination with other of the features or feature groups disclosed herein are combinable, unless this has been expressly excluded or technical conditions make such combinations impossible or pointless. On the comprehensive, explicit representation of all conceivable combinations of features is omitted here only for the sake of brevity and readability of the description.

Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, such illustration and description is exemplary only and is not intended to limit the scope of the protection as defined by the claims. The invention is not limited to the disclosed embodiments.

Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen“ nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel „eine“ oder „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht. Variations of the disclosed embodiments will be apparent to those skilled in the art from the drawings, the description and the appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "an" does not exclude a plurality. The mere fact that certain features are claimed in different claims does not exclude their combination. Reference signs in the claims are not intended to limit the scope of protection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1‘, 1‘‘1, 1 ', 1' ': Vorrichtung contraption
22: Gleichspannungswandler DC converter
33: Eingangsstufe doorstep
44: Transformator transformer
55: Ausgangsstufe output stage
6 6: Gleichspannungsanschluss des ersten LeistungsverteilersDC voltage connection of the first power distributor
77: Gleichspannungsanschluss des zweiten Leistungsverteilers DC voltage connection of the second power distributor
88th: Steuerung des Gleichspannungswandlers 2 Control of the DC-DC converter 2
2121: Steuerung der Vorrichtung 1, 1‘, 1‘‘ Control of the device 1 . 1' . 1''
9, 22, 22‘9, 22, 22 ': Schnittstelle interface
10, 1110, 11: Steuerleitung control line
12, 1312, 13: Messeinrichtung measuring device
1414: Ersatzschaltbild Equivalent circuit
15, 15‘15, 15 ': MV-Netz MV station
16, 16‘16, 16 ': LV-Netz LV network
1717: weiterer Anschluss des ersten Leistungsverteilers further connection of the first power distributor
18 18: weiterer Anschluss des zweiten Leistungsverteilersfurther connection of the second power distributor
19, 19‘19, 19 ': erster elektrischer Leistungsverteiler first electrical power distributor
20, 20‘20, 20 ': zweiter elektrischer Leistungsverteiler second electrical power distributor
2121: Steuerung control
22, 22‘22, 22 ': Schnittstelle als Kommunikationseinrichtung Interface as a communication device
2323: DC/AC-Wandler DC / AC converter
24, 24‘24, 24 ': Verteilerschaltung des ersten Leistungsverteilers Distribution circuit of the first power distributor
30, 30‘30, 30 ': Verteilerschaltung des zweiten Leistungsverteilers Distribution circuit of the second power distributor
25, 26, 27, 2825, 26, 27, 28: weiterer Anschluss des ersten Leistungsverteilers 19‘ further connection of the first power distributor 19 '
29, 3729, 37: Steuerungsbus control bus
31, 32, 33, 34, 35, 3631, 32, 33, 34, 35, 36: weiterer Anschluss des zweiten Leistungsverteilers 20‘ further connection of the second power distributor 20 '
3838: Datennetzwerk Data network
39 39: DatennetzwerkData network
MV1100MV1100: mit einer Senke verbundener weiterer Anschluss des MV-Leistungsverteilers connected to a sink further connection of the MV power distributor
LV1100LV1100: mit einer Senke verbundener weiterer Anschluss des LV-Leistungsverteilers Another connection of the LV power distributor connected to a drain
21002100: Verteilerschaltung als Crossbar Distribution circuit as a crossbar
MV3100MV3100: mit einer Quelle verbundener weiterer Anschluss des MV-Leistungsverteilers Another connection of the MV power distributor connected to a source
LV3100LV3100: mit einer Quelle verbundener weiterer Anschluss des LV-Leistungsverteilers Another connection of the LV power distributor connected to a source

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 102014119431 [0152]

Claims

Contraption ( 1 . 1' . 1'' ) for bidirectionally connecting two power grids to a first electrical power distributor ( 19 . 19 ' ) for the first power grid ( 15 . 15 ' ) with an electrical distribution circuit ( 24 . 24 ' ), which has a DC voltage connection ( 6 ) and at least one other connection ( 17 . 25 . 26 . 27 . 28 ), wherein with the further connection ( 17 . 25 . 26 . 27 . 28 ) a source or sink forming part of the first electricity network ( 15 . 15 ' ) is connectable, and wherein the DC voltage connection ( 6 ) and the further connection ( 17 . 25 . 26 . 27 . 28 ) are electrically connected to each other so that an electric current can flow in any direction between them, a bidirectional DC-DC converter ( 2 ) with one with the DC voltage connection ( 6 ) of the first electric power distributor ( 19 . 19 ' ) connected input stage ( 3 ) for converting a first DC voltage of the first electric power distributor ( 19 . 19 ' ) into a first AC voltage, a transformer ( 4 ) for transforming the first alternating voltage into a second alternating voltage and an output stage ( 5 ) for converting the second AC voltage to a second DC voltage, wherein the DC-DC converter ( 2 ) comprises a power controller which is set up such that, during operation of the apparatus, the power is supplied via the DC-DC converter ( 2 ) is adjustable as a function of time to at least three values, a second electrical power distributor ( 20 . 20 ' ) for the second power grid ( 16 . 16 ' ) with an electrical distribution circuit ( 30 . 30 ' ), one with the output stage ( 5 ) of the DC-DC converter ( 2 ) connected DC voltage connection ( 7 ) and at least one other connection ( 18 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ), wherein with the further connection ( 18 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) a source or sink forming part of the second electricity network ( 16 . 16 ' ) is connectable, and wherein the DC voltage connection ( 7 ) and the further connection ( 18 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) are electrically connected to each other such that an electric current can flow in any direction between them, a communication device ( 21 . 21 ' ) connected to a data network ( 38 . 39 ) and which is set up so that it can be used in the operation of the device ( 1' ) Receives data from a source or sink, and a controller ( 21 ) for controlling a flow of electrical power as a function of the time between the terminals ( 17 . 18 . 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) of the first and second electric power distributors ( 19 . 19 ' . 20 . 20 ' ), whereby the controller ( 21 ) with the communication device ( 21 . 21 ' ) is connected in such a way that the communication device ( 21 . 21 ' ) received data from the controller ( 21 ) are processable, the controller ( 21 ) with the DC-DC converter ( 2 ), the controller ( 21 ) is set up so that, during operation of the device, it can be switched on at a future time within a viewing period via the DC-DC converter ( 2 ) determines electrical power from the data received from the source or sink, and wherein the controller ( 21 ) is set up such that, in the operation of the device, it is at any future time within the observation period via the DC-DC converter ( 2 ) controls electrical power that is equal to the power previously determined for that time.

Contraption ( 1 . 1' . 1'' ) according to the preceding claim, characterized in that the input stage ( 3 ) of the DC-DC converter ( 2 ) has at least one actively switched voltage bridge with a plurality of active switches for converting the first DC voltage into the first AC voltage, and that the output stage ( 5 ) of the DC-DC converter ( 2 ) has at least one actively switched voltage bridge with a plurality of active switches for converting the second AC voltage into the second DC voltage, wherein the actively switched voltage bridge of the input stage ( 3 ) and the active voltage bridge of the output stage ( 5 ) electrically via the transformer ( 4 ) are connected to a phase, wherein a controller ( 21 ) is set up so that, during operation of the device, it activates the active switches of the input stage ( 3 ) and the output stage ( 5 ) such that, via the setting of the phase angle of the first and the second AC voltages, the DC voltage via the DC-DC converter ( 2 ) transmitted electrical power is adjustable.

Contraption ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the distribution circuit ( 24 ' . 30 ' ) of the first and / or the second electric power distributor ( 19 . 19 ' . 20 . 20 ' ) at least two further connections ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ), wherein at least one of the further connections ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ), preferably at least one further connection ( 25 . 26 . 27 . 28 ) of the first distribution board ( 19 . 19 ' . 20 ) and at least one other connection ( 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) of the second power distributor ( 19 . 19 ' . 20 . 20 ' ), particularly preferably all other connections ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) of the first and the second power distributor ( 19 . 19 ' . 20 . 20 ' ), a power controller, which is set up such that, during operation of the apparatus, the power supply via the respective further connection ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) is adjustable to at least three values as a function of time, and that the controller ( 21 ) is connected to each of the power controllers, the controller ( 21 ) is set up in such a way that, during the operation of the device, it is connected via the further connections ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) determines electrical power in dependence on the data received from the sources or sinks, and wherein the controller ( 21 ) is set up in such a way that, during the operation of the device, it activates via the respective further connection ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) controls electrical power as a function of time.

Contraption ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the controller ( 21 ) is set up so that, during the operation of the device, it is able to monitor, via each of the further connections ( 17 . 18 . 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) and via the DC-DC converter ( 2 The electrical power flowing is calculated from: - the maximum amount of electrical power that can be supplied by each source or power grid; and - the electrical power required by each sink or grid at the time, or the maximum power consumption of each sink at that time; it controls the power controllers in such a way that the calculated electrical power at this time at the respective further connection ( 17 . 18 . 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) is set.

Contraption ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the distribution circuit ( 2100 ) comprises a switching network, wherein nodes of the switching network are preferably formed by controllable power controllers.

Contraption ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of the preceding claims, characterized in that each of the further connections ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) with a power controller, a voltage converter and / or a measuring device for detecting a via the further connection ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) Has flowing actual electrical power and / or a controller, wherein the controller is configured so that it the actual power via the further connection ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) so that it is equal to the determined power.

Contraption ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the direct current connections ( 6 . 7 ) of the first or second power distributor ( 19 . 19 ' . 20 . 20 ' ) a measuring device ( 12 . 13 ) for detecting a via the DC connection ( 6 . 7 ) flowing actual electrical power and wherein a controller ( 21 ) is set up so that, in the operation of the device, it measures the actual power via the DC-DC converter ( 2 ) so that it is equal to the determined power.

Contraption ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the controller ( 21 ) is set up and configured such that, during operation of the device, it can control the power as a function of time at each of the further connections ( 17 . 18 . 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) is approximated as an integer multiple of an elementary power, where the elementary power is constant over a time interval or that the control ( 21 ) is set up and configured to operate during operation of the device ( 1 . 1'' ) the power as a function of time at each of the other connections ( 17 . 18 . 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) when

P (t) = Σ n / k = 02 ^k dP

approximated.

Contraption ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the controller ( 21 ) is set up and configured in such a way that, during operation of the device, it controls the power controllers in such a way that, at any point in time within one observation period, the power is applied to a further connection ( 17 . 18 . 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) connected to a sink or a power receiving electric power network, electric power provided is equal to the power required at that time from the sink or the electric power receiving power network.

Contraption ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of the preceding claims with an electrical energy store which is set up so that it can receive, store and / or dispense electrical energy during operation of the device, the energy store being connected to one of the further terminals ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) of the first or second power distributor ( 19 ' . 20 ' ), wherein the energy store is configured so that, based on information about a current state of the energy store, the maximum electrical power that can be provided by the energy store at a future time within a viewing period and a maximum power consumption at a time within a viewing period can be calculated , and where the controller ( 21 ) is set up and configured to operate in the operation of the Distributor ( 19 ' . 20 . 20 ' ) calculating at a time within a viewing period over each of the further ports ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) flowing electrical power considered at this time of the energy storage maximum electric power or the possible power consumption of the energy storage device at this time considered.

Electric network with a device ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of the preceding claims, a data network ( 38 . 39 ) connected to the communication device ( 22 . 22 ' ), at least one source of electrical energy, the source being connected to one of the further terminals ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) of the first or second electric power distributor ( 19 ' . 20 ' ), wherein the source is configured such that based on information about a current state of the source, the maximum available electrical power from the source at a future time is calculable, and wherein the source is connected to the data network ( 38 . 39 ), which is adapted to operate during operation of the power grid ( 15 ' . 16 ' ) Data with information about a current state of the source and / or with information about the maximum future deliverable electrical power to the communication device ( 22 . 22 ' ), and with at least one sink for electrical energy, the sink communicating with one of the further connections ( 25 . 26 . 27 . 28 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) of the other electrical power distributor ( 19 ' . 20 ' ) is electrically connected.

Method for bidirectionally connecting two power grids with the steps Transmission of electrical power from a first power network through a first electrical power distributor having an electrical distribution circuit having a DC voltage port and at least one other connected to the first power supply terminal, to the DC voltage terminal, wherein the first power supply is connected to the other terminal and wherein the DC voltage terminal is a first DC voltage, Converting the first DC voltage from the DC voltage terminal of the first electric power distributor to a second DC voltage in a bidirectional DC-DC converter, wherein the converting comprises Converting the first DC voltage into a first AC voltage in an input stage, Transforming the first AC voltage into a second AC voltage in a transformer and Converting the second AC voltage to a second DC voltage in an output stage, Adjusting the electrical power flowing through the DC-DC converter as a function of time to at least three values with a power controller, and Providing the second DC voltage at a DC voltage terminal of a second electrical power distributor, Transferring an electrical power from the DC voltage terminal of the second electric power distributor to at least one further terminal of the second electric power distributor with an electrical distribution circuit, wherein the second terminal is connected to a second power network for electrical energy and Receiving data from a source or sink that is part of the first or second power network with a communication device connected to a data network, Controlling a flow of electrical power as a function of time between the terminals of the first and second electric power distributors with a controller, the controller being connected to the DC-DC converter and comprising controlling; Processing the data received from the communication device, Determining the electrical power flowing through the DC-DC converter for a future time within a viewing period from the data received from the sources or sinks, and Controlling the electric power flowing through the DC-DC converter at any time within the observation period to be equal to the power previously determined for that time.

A method according to claim 12, characterized in that, when connected to another terminal of the first or the second distribution circuit is a drain or a source which is not also connected to the communication device via the data network, the control further comprises the following steps: Predicting the electrical power or source power available from the sink at any future time within a viewing period, signaling the anticipated required power for the sink, or the power provided to the source as a function of time within the viewing period to an element the first or the second power network, which is also connected via the data network to the controller, so that this element to the at any time within the observation period, to form the difference between the time required by the sink or provided by the source and at that time actually required by the sink or power available to the source and compensating for the difference, preferably by extracting or storing the difference in an electrical energy store.

A method according to claim 13, characterized in that when the difference between the power demanded by the sink for a time and the power actually required by the sink at that time exceeds a predetermined threshold, an optionally ordered power flow is sourced from a source or an optionally ordered power flow into a memory.

A method according to claim 12 or 13, characterized in that, when connected to another terminal of the first or the second distribution circuit is a source which is not also connected to the communication device via the data network, the controlling further comprises the steps of: removing the power required from the source, forming a power pack for the power extracted from the source, and a data packet associated with the power pack, the data packet containing, as address of the source, an address of the further port to which the source is connected, and a power profile comprising describes power taken over from the source as a function of time, and includes a receiver address.