DE102017108562A1

DE102017108562A1 - Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautomobile

Info

Publication number: DE102017108562A1
Application number: DE102017108562.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Brombach; Isabel Blaak
Original assignee: Wobben Properties GmbH
Current assignee: Wobben Properties GmbH
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2018-10-25
Also published as: WO2018193097A1; JP6995138B2; CN110546843A; EP3613118A1; US20210039516A1; BR112019021973A2; KR20190135538A; CA3060322A1; US11192465B2; JP2020518215A; CA3060322C

Abstract

Die Erfindung betrifft ein_Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautomobile, wobei die Ladestation an einem Netzanschlusspunkt mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden ist, um darüber mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Versorgungsnetz versorgt zu werden, der Netzanschlusspunkt an einem ersten Netzabschnitt des Versorgungsnetzes angeordnet ist und wenigstens ein weiterer elektrischer Verbraucher an wenigstens einem zweiten Netzabschnitt des Versorgungsnetzes angeschlossen ist, der erste und der zweite Netzabschnitt miteinander verbunden sind, der wenigstens eine weitere Verbraucher und/oder der wenigstens eine zweite Netzabschnitt über die Ladestation beeinflussbar sind, die Ladestation so gesteuert wird, dass eine Netzspannung in wenigstens einem der Netzabschnitte gesteuert wird, und/oder ein Leistungsfluss wenigstens in dem wenigstens einen zweiten Netzabschnitt gesteuert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautomobile. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Teilnetz einer Ladestation.
Im Zuge der wachsenden Elektromobilität ist der Trend zu beobachten, dass immer mehr Elektrofahrzeuge bzw. Elektroautomobile nicht nur für den privaten Bereich, sondern auch für gewerbliche Unternehmungen im Straßenverkehr zugelassen werden.
Durch die steigende Anzahl der Elektrofahrzeuge steigt somit auch der Bedarf, flächendeckend Ladesysteme bzw. Ladestationen zu errichten an denen die Elektrofahrzeuge aufgeladen werden können. Dabei beziehen die Ladesysteme die Leistung zum Laden der Fahrzeuge zumeist aus dem elektrischen Versorgungsnetz.
Dabei können für das elektrische Versorgungsnetz Probleme entstehen, denen in Zukunft begegnet werden muss. An Ballungszentren, Autobahnraststätten oder im Innenstadtbereich einer Großstadt können Netzproblemen auftreten, wenn dort gleichzeitig sehr viele Elektrofahrzeuge geladen werden müssen und relativ lokalisiert viel elektrische Leistung in sehr kurzer Zeit benötigt wird. Besonders an solchen Zentren können Spannungsprobleme oder Leistungsengpässe auftreten, wenn die Anschlussleitungen an denen das Ladesystem angeschlossen ist, nicht dazu ausgelegt sind, die geforderte Leistung übertragen zu können.
Ebenso ist an solchen Zentren nicht nur die Anzahl der Elektrofahrzeuge herausfordernd für den Betrieb eines elektrischen Versorgungsnetzes, sondern auch Schnelladesysteme. Schnellladesysteme zum Laden der Elektrofahrzeuge benötigen viel Leistung in sehr kurzer Zeit, die nicht unbedingt jederzeit an der Ladestation bereitgestellt werden kann. Dabei wird angenommen, dass die Anzahl der zugelassen Elektrofahrzeuge sowie auch die Verbreitung von Schnelladesystemen in naher Zukunft steigen wird.
Demnach ist damit zu rechnen, dass in Zukunft sehr große Last- bzw. Leistungsflüsse in kurzer Zeit über das elektrische Versorgungsnetz an die Ladestation transportiert und bereitgestellt werden müssen. Dass der Netzabschnitt, an dem die Ladestation angeschlossen ist, für diesen hohen Leistungsbedarf bzw. diese hohen Leistungsflüsse ausgelegt ist, ist dabei nicht immer gewährleistet. Unter Umständen müssen Netzausbaumaßnahmen durchgeführt werden, die stets mit ungewünschten zusätzlichen Kosten verbunden sind.
Bevor ein Netzausbau daher vorgenommen werden muss, ist es vielmehr wünschenswert die vorhandenen Netzleitungen bzw. deren Leistungsgrenzen in den Netzabschnitten des elektrischen Versorgungsnetzes möglichst maximal und effektiv nutzen zu können.
Aus dem US-Patent US 8,981,708 ist eine Ladevorrichtung bekannt, die elektrische Speicher von Elektrofahrzeugen aus dem Wechselspannungsnetz laden kann und in das Wechselspannungsnetz einspeisen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, zumindest eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die zumindest eine Steuerung eines Leistungsflusses in einem Netzabschnitt ermöglicht. Zumindest soll zu bisher bekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Dieses ist zum Betreiben einer Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Automobile vorgesehen. Dazu wird eine Ladestation, die mehrere Ladesäulen umfassen kann, an einen Netzanschlusspunkt mit dem elektrischen Versorgungsnetz verbunden. Die Ladestation kann somit elektrische Energie bzw. elektrische Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz beziehen. Zusätzlich ist die Ladestation dazu vorbereitet, ebenfalls eine Leistung in das Versorgungsnetz einzuspeisen. Demnach ist die Ladestation nicht nur als ein Verbraucher sondern auch als ein Erzeuger anzusehen. Dabei speist die Ladestation bei Bedarf Wirk- und/oder Blindleistung in das Netz ein. Die Ladestation kann somit das Versorgungsnetz aktiv beeinflussen bzw. verändern und wirkt nicht nur wie ein passiver Verbraucher.
Dazu ist Ladestation an einem Netzanschlusspunkt an einem ersten Netzabschnitt des elektrischen Versorgungsnetzes angeordnet und kann einen ein- oder mehrphasigen Wechselstrom beziehen oder einspeisen. Der Netzanschlusspunkt wird allgemein auch als PCC (engl.: Point of Commom Coupling) bezeichnet.
Neben dem ersten Netzabschnitt, an dem die Ladestation angeschlossen ist, können auch weitere elektrische Verbraucher, wie beispielsweise eine Fabrik oder ein Wohnhaus, an einem weiteren zweiten Netzabschnitt des Versorgungsnetzes angeschlossen sein. Der Netzabschnitt an dem die Ladestation angeschlossen ist, ist dabei mit dem zweiten Netzabschnitt verbunden. Die Verbindung muss dabei nicht zwangsläufig direkt sein, sodass auch weitere Netzabschnitte oder Transformatoren zwischen den Netzabschnitten angeordnet sein können.
Durch die elektrische Verbindung der zwei Netzabschnitte ist jedoch der wenigstens eine weitere Verbraucher und/oder der wenigstens eine zweite Netzabschnitt über die Ladestation beeinflussbar. Prägt die Ladestation beispielsweise einen Strom bzw. eine Blindleistung an dem Netzanschlusspunkt in das elektrische Versorgungsnetz ein, hat dies einen Einfluss auf den elektrischen Verbraucher und/oder den zweiten Netzabschnitt. Dabei kann der weitere Verbraucher auch eine zweite Ladestation sein.
Die Ladestation ist somit dazu eingerichtet, ein Beziehen der elektrischen Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz und/oder ein Einspeisen elektrischer Leistung an den Netzanschlusspunkt in das elektrische Versorgungsnetz zu steuern. Dabei erfolgt die Steuerung der Ladestation so, dass sich nicht nur am PCC der Ladestation eine geänderte Netzspannung bzw. ein geänderter Leistungsfluss einstellt, sondern auch ein anderer Netzabschnitt an denen die Ladestation nicht direkt angeschlossen ist mit der Ladestation beeinflusst werden kann.
Demnach erfolgt die Steuerung des Leistungsflusses und/oder der Netzspannung in einem anderen Netzabschnitt vorzugsweise durch eine gezielte Begrenzung der Leistungsentnahme oder über eine gezielte Leistungseinspeisung der Ladestation an dem jeweiligen Netzanschlusspunkt. Besonders die Netzspannung kann über eine Blindleistungseinspeisung oder -entnahme gesteuert werden.
Es wurde erkannt, dass Leistungsflüsse, zumindest teilweise in einem Maschen- oder einem Ringnetz beispielsweise über weniger stark ausgelastete Netzabschnitte zu einem Netzabschnitt mit einem hohen Leistungsbedarf umgeleitet werden können, wie beispielsweise zu einem zuvor vorgenannten Zentrum vieler zu ladender Elektroautomobile. Zumindest können Aufteilungen von Lastflüssen geändert werden. Demnach können durch die Steuerung der Lastflüsse bzw. der Spannung weniger stark ausgelastete Netzabschnitte als eine Art Umleitung für Leistungsflüsse oder Teile davon verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, dass die Ladestation die Leistungsflüsse steuert und Netzengpässe reduziert werden können.
Zusätzlich oder alternativ ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Spannungsteuerung so, dass Unter- oder Überspannungen in den Netzabschnitten vorbeugt werden kann.
Ferner kann zusätzlich oder alternativ das Steuern der Netzspannung und/oder das Steuern des Lastflusses unabhängig vom Einspeisen oder Entnehmen elektrischer Wirkleistung durchgeführt werden.
Vorzugsweise wird wenigstens eine weitere Ladestation in einem weiteren Netzabschnittspunkt vorgesehen. Die wenigstens zwei Ladestationen sollen dabei koordiniert gesteuert werden bzw. miteinander kommunizieren. Demnach wird jede Ladestation für sich gesehen an einen Netzanschlusspunkt an das elektrische Versorgungsnetz angeschlossen und ist jeweils, jede für sich, dazu vorbereitet, eine Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz zu beziehen oder einzuspeisen.
Vorzugsweise sind die Ladestationen so gekoppelt, dass sie untereinander Energie austauschen können. Vorzugsweise kann auch eine Kopplung mit wenigstens einem Windpark vorgenommen werden. Eine bevorzugte Kopplung wird so durchgeführt, dass die zu koppelnden Einheiten, also der wenigstens eine Windpark und die Ladestationen jeweils einen Gleichspannungszwischenkreis aufweisen und diese Gleichspannungszwischenkreise direkt gekoppelt werden. Dadurch können Lastflüsse zwischen den Einheiten, besonders zwischen den Ladestationen direkt ausgetauscht werden und dadurch kann eine Situation berücksichtigt werden, in der eine Ladestation stark und die andere schwach ausgelastet ist.
Die Ladestationen kommunizieren dabei über ein geeignetes Kommunikationsnetzwerk, so dass eine koordinierte Steuerung der wenigstens zwei Ladestationen möglich ist. Beispielsweise können Abstimmungen über eine Leistungsentnahme vorgenommen werden, so dass eine hohe Leistungsentnahme der einen Ladestation durch eine entsprechend geringere Leistungsentnahme durch die andere Ladestation ausgeglichen kann, so dass das Netz im Ergebnis nicht überlastet wird.
Die gemeinsame bzw. koordinierte Steuerung kann dabei beispielsweise von einer Steuereinheit durchgeführt werden, die direkt in der Ladestation angeordnet ist. Ebenfalls kann eine übergeordnete Steuereinheit die koordinierte Steuerung der Ladestationen vornehmen.
Somit können die Leistungsflüsse an mehreren unterschiedlichen Netzanschlusspunkten beeinflusst werden, nämlich an den Netzabschnitten, an denen auch eine Ladestation angeschlossen ist.
Möchte eine erste Ladestation beispielsweise mehr Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz beziehen als aktuell in dem Netzabschnitt vorhanden ist, kann die erste Ladestation der weiteren Ladestation den höheren Leistungsbedarf mitteilen. Die zweite Ladestation, die unter Umständen noch nicht vollständig ausgelastet ist, kann daraufhin eine Blindleistung oder sogar direkt eine Wirkleistung aus einem Energiespeicher einspeisen. Dabei stellt sich durch die gezielte Blindleistung ein geänderter Leistungsfluss ein, so dass ein zusätzlicher Leistungsfluss zu der ersten Ladestation entsteht der höher ist als in einem ungesteuerten Netzabschnitt.
In einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass eine bzw. die wenigstens eine weitere Ladestation an dem ersten Netzabschnitt angeschlossen ist und dieser Netzabschnitt eine Leistungsgrenze aufweist. Diese Leistungsgrenze beschreibt dabei die maximal übertragbare Gesamtleistung, die zu der angeschlossenen Ladestation übertragen werden kann. Die Leistungsgrenze hängt dabei nicht nur vom konstruktiven Aufbau des Netzabschnittes ab, sondern auch vom Netzzustand oder den Netzeigenschaften. Typischerweise hängt die Leistungsgrenze des Netzabschnitts vom konstruktiven Aufbau der Netzanschlussleitungen ab, wie dem Leiterquerschnitt, der Anzahl der vorhandenen Phasen oder der angelegten Spannung. Auch die Länge der betrachteten Netzanschlussleitungen kann einer Rolle spielen.
Zur Einhaltung der Leistungsbegrenzung des Netzabschnittes weist jede Ladestation für sich jeweils eine eigene Stationsleistungsgrenze auf, die veränderbar ist.
Es wird somit vorgeschlagen, dass jede Ladestation eine eigene Leistungsgrenze aufweist, die an den maximal möglichen Leistungsfluss angepasst wird, der in einem Netzabschnitt auftreten kann. Sinkt beispielsweise die Spannung an dem Netzanschlusspunkt einer Ladestation zu stark ab, was auf eine zu niedrige Leistung im Netzabschnitt hinweist, wird die Leistungsentnahme der Ladestation aus dem Netz vermindert, indem die Leistungsgrenze reduziert wird.
Demnach kann durch die Anpassung der Stationsleistungsgrenze erreicht werden, dass die Spannung am Netzanschlusspunkt der Ladestation nicht unter einen kritischen Wert abfällt.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Stationsleistungsgrenzen in Abhängigkeit voneinander so eingestellt werden, dass die Summe der Stationsleistungsgrenzen des Netzabschnittes, an dem die Ladestationen angeschlossen sind, nicht die maximale Gesamtleistungsgrenze des Netzabschnittes überschreitet.
Somit ermöglicht das Verfahren zum Betreiben der Ladestation eine angepasste Begrenzung der entnommenen Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz, angepasst an die maximal bereitgestellte Leistung des Netzabschnittes. Leistungsengpässe werden somit vermindert. Es wird ermöglicht, dass eine Ladestation Ihre Leistungsgrenze überschreiten kann, solange die Summer aller Stationsleistungsgrenzen nicht die Gesamtleistungsgrenze des Netzabschnitts überschreitet.
Vorzugsweise wird zudem vorgeschlagen, dass jede Ladestation eine steuerbare variable Stationsleistungsgrenze aufweist.
Dabei werden die Stationsleistungsgrenzen bedarfsabhängig gesteuert, so dass auch eine Ladestation ihre jeweilige Stationsleistungsgrenze bei Bedarf reduziert, wenn eine andere Ladestation desselben Netzabschnittes, an den die beiden Ladestationen angeschlossen sind, ihre Ladestationsgrenze erhöht. Besonders wird durch die bedarfsabhängige Steuerung der Stationsleistungsgrenzen ermöglicht, dass der aktuelle Zustand des Netzes berücksichtigt wird. Die Leistungsaufteilung zwischen den Ladestationen kann flexibel und dynamisch gesteuert werden und sich dadurch geänderten Situationen schnell anpassen.
Liegt im Netz beispielsweise zu wenig Leistung vor, korrigieren die Ladestationen ihre Leistungsgrenze nach unten, um nicht zu viel elektrische Leistung aus dem Netz zu entnehmen. Stehen dagegen große Leistungsmengen zur Verfügung, da zum Beispiel ein großer Verbraucher beispielsweise derzeit inaktiv ist, können die Leistungsgrenzen bei Bedarf auch angehoben werden.
Zudem ist es möglich, dass eine Ladestation ihre variable Stationsleistungsgrenze verringert, so dass eine andere Ladestation ihre variable Stationsleistungsgrenze über ihre vorgegebene Stationsleistungsgrenze erhöht.
Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren bestimmte Ladestationen bevorzugt mit Leistung aus dem Netz zu versorgen und Leistungsflüsse durch die geänderte Leistungsentnahme der Ladestationen zu ändern.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der erste Netzabschnitt einen ersten Leistungsfluss und der zweite Netzabschnitt einen zweiten Leistungsfluss aufweist. Die Ladestation bzw. wenigstens eine der Ladestationen beeinflusst den Netzabschnitt, an dem die Ladestation angeschlossen ist, durch das Beziehen oder Einspeisen elektrischer Leistung so, dass die Leistungsaufteilung des ersten und zweiten Leistungsflusses zwischen dem ersten und dem zweiten Netzabschnitt teilweise gesteuert werden kann.
Wird als Beispiel von einem maschenförmigen Netz ausgegangen, kann ein gezieltes Beziehen oder Einspeisen elektrischer Leistung so gesteuert werden, dass entweder der erste Lastfluss vergrößert oder verringert wird oder der zweite Lastfluss im zweiten Netzabschnitt vergrößert oder verringert werden kann.
Dazu werden die beiden Leistungsflüsse in den beiden Netzabschnitten derart gesteuert, dass die Leistungsbegrenzungen möglichst maximal ausgenutzt werden.
Somit können die beiden Leistungsflüsse je nach Leistungsbedarf im jeweiligen Netzabschnitt gesteuert werden. Wird z.B. in einem der beiden Netzabschnitte ein höherer Leistungsbedarf gefordert als die Leistungsbegrenzung des Netzabschnittes ermöglicht, kann über die Steuerung der Lastflüsse der Ladestation zusätzliche Leistung über einen anderen Pfad an einen Verbraucher im ausgelasteten Netzabschnitt bereitgestellt werden.
Es wird somit vorgeschlagen, dass die Leistungsflüsse in unterschiedlichen Netzabschnitten über die Ladestation gesteuert werden, insbesondere so, dass überlastete Netzabschnitte entlastet und schwach genutzte Netzabschnitte mit mehr Leistung betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Steuerung der Leistungsaufteilung so erfolgt, dass eine Spannung in einem der Netzabschnitte verändert wird. Dabei wird die Spannung in dem Netzabschnitt verändert, indem eine Blindleistung bzw. ein Blindleistungsanteil einer Netzeinspeisung in dem Netzabschnitt eingespeist wird. Eine Blindleistungseinspeisung kann dabei ganz generell kapazitiv oder induktiv erfolgen. Je nachdem, ob die eingespeiste Spannung kapazitiv oder induktiv erfolgt, verändert sich die Phasenlage des Stroms in Bezug auf die Spannung im Bereich des Netzanschlusspunktes. Durch die geänderte Spannung am Netzanschlusspunkt, oder durch eine Veränderung der Phasenlage, stellen sich andere Leistungsflüsse in dem Netzabschnitt ein, also beispielsweise ein erhöhter Leistungsfluss oder ein reduzierter Leistungsfluss. Die gezielte Blindleistungseinspeisung oder - entnahme an dem Netzanschlusspunkt der Ladestation verändert somit den Lastfluss in wenigstens einem Netzabschnitt.
Besonders kann eine Blindleistungseinspeisung in einen Netzabschnitt so erfolgen, dass vorhandene Blindströme in dem Netzabschnitt zu null kompensiert werden und dadurch kann dieser Netzabschnitt mehr Wirkleistung transportieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Steuerung der Leistungsaufteilung durch die Steuerung der variablen Stationsleistungsgrenze erfolgt. Jede Ladestation weist dabei wie zuvor beschrieben eine Stationsleistungsgrenze auf, die veränderlich ist und somit erhöht oder reduziert werden kann. Eine erhöhte Stationsleistungsgrenze bedeutet dabei, dass die Ladestation mehr Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz beziehen darf. Eine niedrigere Stationsleistungsgrenze hingegen bedeutet, dass weniger Leistung aus dem Netz entnommen werden darf. Die Stationsleistungsgrenzen können demnach so gesteuert werden, dass sich die Ladestation wie ein steuerbarer Verbraucher verhält. Soll beispielsweise eine Ladestation an einer derzeit stark befahrenen Autobahnseite viel Leistung entnehmen, kann dieser Ladestation eine höhere Leistungsentnahme aus dem Netz erlaubt werden, als einer Ladestation an der gegenüberliegenden Seite der Autobahn, die in dem Moment schwach befahren ist. Ändert sich nun die Auslastung der exemplarisch genannten Autobahnseiten, z.B. zwischen morgendlichem und abendlichem Berufsverkehr oder zwischen Hin- und Rückreiseverkehr, oder wegen einer unvorhergesehenen Umleitungssituation, kann die Leistungsverteilung geändert werden. Das kann durch die Änderung der Stationsleistungsgrenzen erfolgen.
Das Ändern der Stationsleistungsgrenzen hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise die Aufteilung der Ladestationen beeinflusst werden kann, die Ladestation gleichwohl ein gewisses Maß an Eigenständigkeit seiner Regelung behält.
Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Ladestation als steuerbare Last zu betreiben, indem die entnommene Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz begrenzt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zudem vorgeschlagen, dass das Beziehen der elektrischen Leistung und/oder das Einspeisen elektrischer Leistung in Abhängigkeit eines Netzzustandes und/oder einer Netzeigenschaft und/oder eines Ladestationszustandes gesteuert wird.
Dabei wird als ein Netzzustand ein Zustand des elektrischen Versorgungsnetzes aus der folgenden Liste bezeichnet:

- Eine Netzfrequenz, besonders ihre Abweichung von einer Nennfrequenz wie 50Hz oder 60Hz;
- eine Netzfrequenzänderung, also die Änderung der Netzfrequenz pro Zeit;
- eine Netzspannung;
- eine Netzspannungsänderung, also eine Änderung der Netzspannung pro Zeit;
- ein Netzinnenwiderstand bzw. Netzimpedanz, gemessen zwischen einem Außenleiter und Neutralleiter und/oder eine Schleifenimpedanz gemessen zwischen Außen- und Schutzleiter;
- eine Oberwelligkeit der Netzspannung;
- ein Wirkstrom bzw. eine Wirkleistungsströmung in dem ersten Netzabschnitt; und
- ein Blindstrom bzw. eine Blindleistungsströmung in dem ersten Netzabschnitt.

Als Netzeigenschaft des elektrischen Versorgungsnetzes werden dabei die Netzsensitivität und das Kurzschlussstromverhältnis bezeichnet. Dabei beschreibt die Netzsensitivität eine Spannungsreaktion des elektrischen Versorgungsnetzes an einem Netzanschlusspunkt auf eine geänderte Leistungsentnahme oder Einspeisung der Ladestation am Netzanschlusspunkt.
Als Kurzschlussstromverhältnis wird ein Verhältnis eines am Netzanschlusspunkt maximal durch das elektrische Versorgungsnetz bereitstellbaren Kurzschlussstroms in Bezug auf eine durch die Ladestation entnehmbare Nennleistung verstanden.
Zudem schlägt das erfindungsgemäße Verfahren vor, das Beziehen der elektrischen Leistung und das Einspeisen elektrischer Leistung in Abhängigkeit eines Ladestationszustandes zu steuern. Der Ladestationszustand beschreibt dabei einen aktuellen Zustand der Ladestation, wie eine aktuell bezogene Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz, oder eine zum Laden der angeschlossenen Elektrofahrzeuge aktuell verwendete Ladeleistung. Zudem kommt als Ladestationszustand eine aktuelle Blindleistungseinspeisung in das Versorgungsnetz und/oder eine aktuelle Wirkleistungseinspeisung in das elektrische Versorgungsnetz in Betracht.
Die Wirk- und/oder Blindleistung kann aus einer erfassten Netzspannung und dem zugehörigen, erfassten Strom bestimmt werden, wenn zudem die Phasenlage des erfassten Stromes zur erfassten Netzspannung bekannt ist.
Zudem werden auch die jeweils aktuell an der Ladestation eingestellte Stationsleistungsgrenze sowie - falls ein Energiespeicher in der Ladestation vorhanden ist - ebenfalls die noch vorhandene Energiereserve eines solchen Energiespeichers dem Ladestationszustand zugeordnet. Dabei wird ein Energiespeicher beispielsweise benötigt, wenn eine Wirkleistungseinspeisung in das elektrische Versorgungsnetz durch die Ladestation durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Ladestation bzw. mehrere Ladestationen nicht nur untereinander sondern mit weiteren Netzeinheiten kommunizieren. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Ladestation und die weiteren Netzeinheiten gemeinsam gesteuert werden können. Eine Netzeinheit kann dabei zum Beispiel ein steuerbarer Schalttransformator in einem Netzabschnitt sein, der eine Spannungshöhe in dem jeweiligen Netzabschnitt anpassen kann, in dem der Schalttransformator angeordnet ist. Zudem können weitere Netzeinheiten auch steuerbare Verbraucher und steuerbare Einspeiseeinheiten sein.
Somit können die steuerbaren Verbraucher, wenn zu viel oder zu wenig Leistung im Netz vorhanden ist, bedarfsabhängig koordiniert mit den Ladestationen gesteuert werden bzw. zu- oder abgeschaltet werden.
Gemäß einer Ausführungsform wir vorgeschlagen, dass die Ladestation dazu vorbereitet ist, als vereinheitlichter Leistungsflussregler zu arbeiten, insbesondere um dadurch einen Phasenwinkel eines Stroms im elektrischen Versorgungsnetz zu verändern oder einzustellen. Durch einen solchen vereinheitlichten Leistungsflussregler, der synonym auch als Unified-Power-Flow-Controller bezeichnet werden kann, ist es möglich, den Phasenwinkel eines Stromes im elektrischen Versorgungsnetz, nämlich in dem Netzabschnitt, an den der vereinheitlichte Leistungsflussregler angeschlossen ist, zu verändern. Durch ein solches Verändern des Stromes kann ein Lastfluss beeinflusst werden und somit eine Lastflusssteuerung erreicht werden. Die Ladestation kann somit auf effiziente Weise auch für eine solche Netzstützung bzw. Netzunterstützung oder Netzsteuerung.
Ferner wird erfindungsgemäß eine Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautomobile vorgeschlagen, die dazu vorbereitet ist, ein Verfahren gemäß den vorstehenden Ausführungsformen durchzuführen.
Dabei ist die Ladestation an einem Netzanschlusspunkt mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden, um darüber mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Versorgungsnetz versorgt zu werden, wobei der Netzanschlusspunkt an einem ersten Netzabschnitt des elektrischen Versorgungsnetzes angeordnet ist und wenigstens ein weiterer elektrischer Verbraucher an wenigstens einem zweiten Netzabschnitt des elektrischen Versorgungsnetzes angeschlossen ist und der erste und zweite Netzabschnitt elektrisch verbunden sind, und der wenigstens eine weitere Verbraucher, der auch eine Ladestation sein kann und/oder der wenigstens eine zweite Netzabschnitt über die Ladestation beeinflussbar ist. Relevant sind insoweit nur solche weiteren Verbraucher bzw. Netzabschnitte, die auch so nah zur Ladestation angeordnet und/oder installiert sind, dass eine gegenseitige Beeinflussung überhaupt technisch in Betracht kommt.
Die Ladestation steuert dabei das Beziehen der elektrischen Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz und/oder ein Einspeisen elektrischer Leistung an dem Netzanschlusspunkt in das elektrische Versorgungsnetz. Dabei steuert die Ladestation das Beziehen und das Einspeisen so, dass eine Netzspannung und/oder ein Leistungsfluss in wenigstens einem der beiden Netzabschnitte gesteuert oder beeinflusst wird.
Die Ladestation kann bspw. eine Netzspannung und/oder einen Leistungsfluss an wenigstens einem Netzabschnitt verändern, indem eine Blind- oder Wirkleistung dazu gezielt eingespeist wird oder die Stationsleistungsgrenzen begrenzt wird.
Die Ladestation kann dabei als auch Phasenschieber, zumindest teilweise, arbeiten. Im Gegensatz zu einem konventionellen, reinen Phasenschieber verbraucht die Ladestation beispielsweise elektrische Leistung und verschiebt nicht nur die Phase einer Phasenspannung. Demnach ist die Ladestation vielmehr eine Kombination aus einer steuerbaren Last mit Stationsleistungsgrenzen und ermöglicht durch ihr die Netzeinspeisung einen Phasenschieberbetrieb.
Als weitere Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass für das Beziehen der elektrischen Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz bzw. ggf. auch das Einspeisen elektrischer Leistung an dem Netzanschlusspunkt mittels eines gesteuerten Gleichrichters oder eines bidirektionalen Wechselrichters gesteuert wird. Durch Verwendung eines bidirektionalen Wechselrichters kann die Ladestation elektrische Leistung auch in das elektrische Versorgungsnetz einspeisen und einen solchen Vorgang steuern.
Konventionelle und bereits bekannte Ladesysteme verwenden in der Regel ungesteuerte Gleichrichter um passiv Energie aus dem Versorgungsnetz beziehen zu können. Somit ermöglicht ein gesteuerter Gleichtrichter gegenüber einem ungesteuerten Gleichrichter die Möglichkeit eine Blindleistung in das elektrische Versorgungsnetz über den Netzanschlusspunkt gezielt einspeisen zu können.
Demnach kann der gesteuerte Gleichrichter dazu verwendet werden, das Netz über die Einspeisung am Netzanschlusspunkt aktiv zu verändern bzw. zu beeinflussen. Der bidirektionale Wechselrichter, der sich auch aus einem aktiven Gleichrichter und einem Wechselrichter zusammensetzen kann, ermöglicht zudem eine Wirkleistungseinspeisung.
Ferner wird erfindungsgemäße ein Teilnetz eines elektrischen Versorgungsnetzes mit einer Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautomobile vorgeschlagen, wobei das Teilnetz wenigstens einen ersten Netzabschnitt aufweist, in dem ein erster Leistungsfluss auftritt, wenigstens einen zweiten Netzabschnitt des elektrischen Versorgungsnetzes aufweist, in dem ein zweiter Leistungsfluss auftritt, wobei der erste und der zweite Netzabschnitt elektrisch verbunden sind.
Zudem weist die Ladestationsvorrichtung wenigstens eine Ladestation auf, wobei die Ladestation mit wenigstens einem der beiden Netzabschnitte über einen Netzanschlusspunkt verbunden ist. Ebenfalls werden weitere elektrische Verbraucher in der Ladestationsvorrichtung vorgeschlagen, wobei wenigstens ein weiterer Verbraucher und/oder der wenigstens eine zweite Netzabschnitt über die Ladestation beeinflussbar sind, und wenigstens eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das Beziehen der elektrischen Leistung der Ladestation aus dem elektrischen Versorgungsnetz und/oder das Einspeisen der elektrischen Leistung an dem Netzanschlusspunkt in das Versorgungsnetz zu steuern, wobei eine Netzspannung in wenigstens einem der Netzabschnitte gesteuert wird und/oder ein Leistungsfluss in dem wenigstens einen zweiten Netzabschnitt gesteuert wird.
Eins solches Teilnetz kann dabei besonders gut gesteuert werden und damit effizient betrieben werden. Besonders wird eine solche gute Steuerbarkeit durch wenigstens eine Ladestation erreicht, die nicht nur die für sich selbst benötigte Leistung entnimmt sondern auch Aufgaben der Netzstützung und/oder Beeinflussung eines Leistungsflusses übernimmt.
Vorzugsweise beinhaltet das Teilnetz wenigstens eine Ladestation nach Anspruch 10 oder 11, wobei jede Ladestation eine dezentrale Steuereinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, mit wenigstens einer weiteren Steuereinheit einer anderen Ladestation zu kommunizieren, um das Beziehen der elektrischen Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz und/oder das Einspeisen der elektrischen Leistung koordiniert zu steuern.
Somit wird eine dezentrale Steuerungstopologie vorgeschlagen, bei der die Ladestationen direkt untereinander kommunizieren, um die Netzspannung oder den Leistungsfluss koordiniert steuern zu können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Teilnetz zudem eine zentrale Steuereinheit, wobei die zentrale Steuereinheit ebenfalls dazu eingerichtet ist, mit einer weiteren Steuereinheit zu kommunizieren. Die zentrale Steuereinheit übermittelt dabei bspw. einen Sollwert an wenigstens eine Ladestation, um das Beziehen und/oder das Einspeisen der elektrischen Leistung vorzugeben. Darüber hinaus kann die zentrale Steuereinheit ebenfalls dazu vorgesehen sein, auch andere Steuersignale an die Ladestation vorzugeben, wie beispielsweise die zuvor beschriebenen Ladestationsgrenzen und/oder sonstige Sollwerte, die die Ladestation anpassen sollen.
Demnach umfasst das Teilnetz neben den dezentralen Steuereinheiten der Ladestation auch eine übergeordnete Steuereinheit, also einer Mischtopologie.
Als weitere Variante wird ebenfalls vorgeschlagen, ausschließlich eine zentrale Steuereinheit zu verwenden, wobei dann die Ladestation lediglich aus Stellgliedern besteht und dazu vorbereitet ist, Steuerbefehle von der zentralen Steuereinheit empfangen zu können.
Vorzugsweise weist die Steuereinheit und/oder die Ladestation einen externen Signaleingang auf, um externe Signale empfangen und verarbeiten zu können. Dabei wird insbesondere vorgeschlagen, dass sowohl die dezentrale Steuereinheit wie auch die dezentralen Steuereinheiten einen externen Signaleingang aufweisen können.
Somit wird ein Teilnetz vorgeschlagen, das auch von übergeordneten Reglern oder auch Netzbetreibern über die externe Schnittstelle gesteuert werden kann. Dies ermöglicht Netzbetreibern Steuerbefehle zu verwenden zur Koordination der Lastflüsse in einem Teil des elektrischen Versorgungsnetzes in dem eine Ladestation angeschlossen ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Teilnetzauch Messmittel zum Erfassen eines Netzzustandes und/oder einer Netzeigenschaft und/oder eines Ladestationszustandes in dem Teilnetz, wobei an dieser Stelle auf die zuvor beschriebenen Abhängigkeiten und Bezeichnungen des Netzzustandes, der Netzeigenschaft und/oder des Netzladezustandes verwiesen wird. Insbesondere sind ein Frequenzaufnehmer, ein Strommessmittel und/oder ein Spannungssensor vorgesehen. Mit diesen Sensoren können weitere Größen, wie die Frequenzänderung und/oder Spannungsänderung bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine Ausführungsform eines elektrischen Versorgungsnetzes als Maschennetz.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des elektrischen Versorgungsnetzes als Strangnetz.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Ladestation die als vereinheitlichter Leistungsflussregler arbeiten.
4 zeigt eine Detaildarstellung einer Ladestation.
5 zeigt eine Lastflusssteuerung in einem Netzsegment.

1A zeigt ein elektrisches Versorgungsnetz 100 das über einen Transformator 102 mit einem Netzsegment 104 verbunden ist. Dabei ist das Netzsegment 104 ein Teil bzw. ein Teilbereich des elektrischen Versorgungsnetzes 100. Das Netzsegment 104 kann dabei eine beliebige Form aufweisen, d.h. die Netzanschlussleitungen 106 können beliebig verschaltet bzw. verbunden sein oder weitere Netzanschlussleitung weitere Netzsegmente aufspannen. Zur Veranschaulichung ist das Netzsegment 104 gemäß der Ausführungsform in der 1A stark vereinfacht als eine Masche dargestellt.
Dabei ist die Netzanschlussleitung 106 an den Knotenpunkten 108 und 110 mit einer Netzsammelschiene 112 elektrisch verbunden, so dass eine Netzmasche von der Netzanschlussleitung aufgespannt wird. An diese Netzmasche können beliebige elektrische Netzkomponenten wie Erzeuger oder Verbraucher angeschlossen werden. Zudem können auch weitere Transformatoren im Netzsegment 104 oder zwischen weiteren Netzsegmenten angeordnet sein, genauso wie Sicherheitsschaltschalter und Freischalteinrichtung zu Netzschutzzwecken. Da diese Komponenten für das Prinzip der Erfindung eine untergeordnete Rolle spielen, sind diese zur Veranschaulichung nicht dargestellt.
An die Netzanschlussleitung 106 die als Masche dargestellt ist, sind gemäß der 1A zwei Ladestationen CS1 und CS2 und zwei Verbraucher L1 und L2 angeschlossen. Sowohl die Ladestationen als auch die Verbraucher sind über einen Netzanschlusspunkt PCC (engl.: Point of Common Coupling) mit der Netzanschlussleitung 106 verbunden. Der Übersichtlichkeit halber wurde der PCC nur für die Ladestation CS1 in 1A dargestellt.
Dabei kann die Netzanschlussleitung 106 bzw. die Masche in unterschiedliche Netzabschnitte untergliedert werden, wobei gemäß der 1A zwei Netzabschnitte NS1 und NS2 dargestellt sind. Der erste Netzabschnitt NS1 umfasst dabei eine maximale Leistungsgrenze P_1,max , die Ladestation CS1 sowie einen Verbraucher L1. Der zweite Netzabschnitt NS2 umfasst eine maximale Leistungsgrenze P_2,max , eine weitere Ladestation CS2. Dabei beschreiben die maximalen Leistungsgrenzen P_1,max und P_2,max die maximale Leistung, mit der die Netzanschlussleitung belastet werden darf (Strombelastbarkeit). Diese Grenze ist typischerweise abhängig von dem Leitungsquerschnitt der Netzanschlussleitung, der Anzahl der Leitungen (Phasen), aus der die Netzanschlussleitung besteht, sowie von der vorliegenden Spannung und dem Strom.
Neben den zuvor beschrieben Komponenten sind auch drei Lastflüsse P₁ bis P₃ in der 1A veranschaulicht. Um die Leistungsflüsse im Maschennetz beschreiben zu können, beschreiben die Größenverhältnisse der Pfeile qualitativ die Größe eines Leistungsflusses. Je größer ein Lastflusspfeil dargestellt ist desto mehr Leistung fließt durch den jeweiligen Netzabschnitt.
Demnach ist der dargestellte Leistungsfluss P2 der durch den Netzabschnitt NS2 fließt bzw. dort anliegt in der 1A größer als der anliegende Leistungsfluss P1 im Netzabschnitt NS1. Zudem fließt eine kleine Leistung P3 zwischen den beiden Netzabschnitten NS1 und NS2 in Richtung des zweiten Netzabschnittes.
Die 1A veranschaulicht dabei den ungesteuerten Fall in dem keine Ladestation eine Lastflusssteuerung gemäß einer Ausführungsform durchführt. Die Ladestation CS2 ist dabei in einer Situation, in der sie viel Leistung benötigt. Der Leistungsbedarf der Ladestation CS2 ist hier hoch und wird in dem vorliegend veranschaulichten Fall zu 100% angenommen. Die Ladestation CS2 kann aber aufgrund der begrenzten Kapazität des zweiten Netzabschnitts nur einen Teil davon beziehen. Das ist durch die Leistungsgrenze P_2,max veranschaulicht, die nur ein Beziehen von maximal 50% der gewünschten Leistung über den Netzabschnitt NS2 zulässt. Es ergibt sich ein Leistungsengpass am Knotenpunkt 110 der mit einem Warnsymbol veranschaulicht ist. Die Ladestation möchte aber mehr Leistung aus dem Netz beziehen als sie derzeitig aufgrund der Netzsituation beziehen kann.
Die Ladestation CS1 im Netzabschnitt NS1 ist in diesem Beispiel aber nicht stark ausgelastet, sodass die Leistungsgrenze P_1,max im Netzabschnitt NS1 noch nicht erreicht ist.
Die 1B zeigt nun den Fall, in dem die Ladestation gemäß einer zuvor beschrieben Ausführungsform den Leistungsfluss verändert.
Gemäß der 1B speisen die Ladestationen CS1 und CS2 eine Blindleistung Q1 und Q2 über ihren jeweiligen PCC in das Netzsegment ein. Durch eine Blindleistungseinspeisung stellen sich nun andere Lastflüsse als im ungesteuerten Fall der 1A ein. Dabei erfolgt die Blindleistungseinspeisung der Ladestation CS1 so, dass ein größerer Leistungsfluss P1 durch den Netzabschnitt NS1 fließt als im ungesteuert Fall (1A). Da der Ladestation CS2 aufgrund der Maschenform des Netzsegmentes von zwei Seiten Leistung an den PCC bereitgestellt werden kann, ist es somit möglich, der Ladestation eine vergrößerte Leistung P3 bereitzustellen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1B werden beispielsweise die fehlenden 50% im Vergleich zum ungesteuerten Fall in der 1A über den Leistungsfluss P3 der Ladestation CS2 bereitgestellt. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die prozentual angenommen Werte stark vereinfacht wurden.
Ferner ist in der 1B eine Steuereinheit 105 (CU) eingezeichnet, die dazu vorbereitet ist, den Ladestationen einen Sollwert (Q_soll ) für die Blindleistungseinspeisung vorzugeben, um die Lastflüsse steuern zu können. Die Steuereinheit kann dabei eine übergeordnete, zentrale Steuereinheit sein oder dezentral in der Ladestation angeordnet sein. Ebenfalls sind Mischformen aus zentraler und dezentraler Steuereinheiten denkbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die in den 1A und 1B gezeigten Ladestationen ebenfalls eine Wirkleistungseinspeisung vornehmen, wenn ein geeigneter Energiespeicher innerhalb der Ladestation vorhanden ist. Da Energiespeicher als Pufferspeicher vorgesehen sein können um Spannungsschwankungen im elektrischen Versorgungsnetz vorzubeugen, ist es wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen denkbar, dass die Energiespeicher einer wenig frequentierten Ladestation (CS1) kurzzeitig auch Wirkleistung für eine andere Ladestation oder einen anderen Verbraucher bereitstellen können. Dieser Fall ist in der 1A und 1B nicht gezeigt.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Netzsegment 204 des elektrischen Versorgungsnetzes als Sternnetz ausgebildet und über den Transformator 202 mit dem elektrischen Versorgungsnetz 200 verbunden. Zudem ist das Netzsegment 204 über den Transformator 203 mit dem Netzsegment 104 der 1a und 1b verbunden.
Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der 1 umfasst das Netzsegment 204 demnach drei Stichleitungen k1, k2 und k3 an denen die Ladestationen CS1 - CS3, die Verbraucher L1 - L6 sowie ein Erzeuger G1 angeschlossen sind. In der obersten von den drei Stichleitungen ist gezeigt, dass mehrere Ladestationen hintereinander an eine Stichleitung angeschlossen sein können. In diesem Fall kann die Ladestation CS1 seine bezogene Leistung aus dem Netz begrenzen, damit einer bevorzugten Ladestation CS2 beispielsweise mehr Leistung über die Stichleitung bereitgestellt werden kann. Ebenfalls wird der Fall gezeigt, dass die Ladestation CS1, die einen Energiespeicher aufweist, an der Ladestation CS2 zusätzlich eine Wirkleistung P_CS1 bereitstellen kann. Sind demnach mehrere Ladestationen an einem Netzabschnitt angeschlossen, besteht die Möglichkeit den gesamten verfügbaren Leistungsfluss bzw. die Netzkapazität dynamisch auf die Ladestationen aufzuteilen.
Neben der reinen Lastflusssteuerung ermöglicht die Einspeisung einer Blindleistung ebenfalls eine Spannungsregelung innerhalb des Netzsegmentes 204. In der untersten der drei Stichleitung k1, k2 und k3, nämlich in der Stichleitung k3, ist gemäß der 2 ein großer Verbraucher L6 angedeutet. Verbraucht dieser viel Leistung, besonders Blindleistung, kann eine Unterspannung am Netzanschlusspunkt des Verbrauchers L6 resultieren. Um dieser Unterspannung vorzugbeugen die mit dem Warnsymbol in der 2 angedeutet ist, kann die Ladestation CS3 eine Blindleistung einspeisen und für eine Spannungsstützung der Netzspannung sorgen.
Damit die Lastflüsse innerhalb des Netzsegmentes 204 oder zwischen unterschiedlichen Netzsegmenten (104, 204) bestimmt werden können, sind unterschiedliche Messpunkte mit Messmitteln in den Netzsegmenten vorgesehen. Gemäß der 2 werden beispielsweise Blind- und Wirkleistung sowie eine Netzspannung und eine Netzfrequenz mit Messmitteln an den Messpunkten MP1 und MP2 erfasst. Der Messpunkt MP1 befindet sich dabei am Transformator 202 der das Versorgungsnetz 200 mit dem Netzsegment 204 verbindet. Er ermöglicht eine Messung der Leistungsflüsse, die in das Netzsegment bzw. aus dem Netzsegment in das elektrische Versorgungnetz fließen. Dieser Leistungsfluss ist mit dem Doppelpfeil am Transformator 202 verdeutlicht. Der Messpunkt MP2 befindet sich an dem Knotenpunkt der oberen Stichleitung mit der Sammelschiene 206.
Ferner ist in der 2 eine zentrale Steuereinheit 205 (CCU) dargestellt. Die erfassten Messwerte an den Messpunkten MP1 und MP2 werden dabei der zentralen Steuereinheit 205 übermittelt. Dazu steht ein Kommunikationsnetzwerk 207 zur Verfügung, dass über die gestrichelten und gepunkteten Pfeile angedeutet ist. Dabei beschreiben die gestrichelten Pfeile qualitativ Messsignale wohingegen die gepunkteten Pfeile Steuersignale beschreiben. Es können aber sowohl die Messsignale, als auch die Steuersignale jeweils in beide Richtungen übertragen werden. Die zentrale Steuereinheit 205 koordiniert demnach die Lastflüsse im Netzsegment 204 basierend auf den Messwerten aus dem Netzsegment, wie beispielsweise ein Netzzustand und/oder eine Netzeigenschaft. Unter anderem können die Ladestationen ihren aktuellen Ladestationszustand an wenigstens eine Steuereinheit übermitteln, was mit den zurückgeführten gestrichelten Pfeilen aus der Ladestation CS1 und CS2 veranschaulicht ist. Zudem weist die Steuereinheit 205 (CCU) einen externen Signaleingang 209 auf. Der mit dem EXT-Symbol dargestellt externe Signaleingang 209 ermöglicht dabei der Steuereinheit 205 externe Signale, beispielsweise von einem Netzbetreiber oder einer anderen übergeordneten Regelungseinheit zu empfangen und diese zu verarbeiten.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt somit ein Teilnetz die ein ladestationsübergreifendes Wirk- und Blindleistungsmanagement in dem Netzabschnitt 204 ermöglicht, um Netzverluste reduziert werden können und die vorhandenen Netzkapazitäten möglichst effektiv ausnutzen.
Die 3 zeigt eine Ladestation 300 die an einen Netzabschnitt 301 angeschlossen ist. Dabei umfasst die Ladestation im gezeigten Ausführungsbeispiel einen vereinheitlichten Leistungsflussregler 311, der auch üblicherweise vom Fachmann synonym als Unified-Power-Flow-Controller bzw. UPFC bezeichnet wird. Zur Vereinfachung ist die Ladestation 300 nur mit gestrichelt angedeutet. Die Ladestation umfasst aber noch weitere Komponenten die zur Vereinfachung in der 3 nicht gezeigt sind.
Zu der gezeigten Topologie, gleiches gilt für die nachfolgend noch erläuterte 4, wird vorzugsweise eine bedarfsgerechte Aktivierung des vereinheitlichten Leistungsflussreglers 311 (UPFC) vorgeschlagen. In dem gezeigten Fall können der gesteuerte Gleichrichter 308 und der Wechselrichter 310 jeweils durch einen Schaltschrank realisiert sein.
Somit wären zwei Leistungsschränke 308 und 310 vorhanden, welche im Leistungsbezugsbetrieb, wenn also die Ladestation Leistung aus dem Versorgungsnetz bezieht, beide mit dem Paralleltransformator 304 verbunden sind. Es wird nun vorgeschlagen, dass bei einer schwachen Auslastung die Lastflusssteuerung aktiviert werden kann und dazu ein Schaltschrank, besonders der Wechselrichter 310, mit dem Serientransformator 306 verbunden wird.
Bei einer solchen schwachen Auslastung der Ladestation benötigt diese selbst wenig Leistung und daher auch nicht die volle Kapazität der Schaltschränke. Die Schaltschränke haben dann Kapazitäten frei, Aufgaben des vereinheitlichten Leistungsflussreglers zu übernehmen.
Der vereinheitlichte Leistungsflussregler weist einen Paralleltransformator 304 und einen Serientransformator 306 auf. Der Paralleltransformator 304 ist dabei an einer Nebenleitung 303 angeschlossen, und der Serientransformator 306 ist an einer Hauptleitung 302 angeschlossen. Die Nebenleitung 303 und die Hauptleitung 302 sind über den Anschlussknoten 305 miteinander verbunden.
Der Paralleltransformator 304 ist ladestationsseitig mit einem aktiven Gleichrichter 308 verbunden. Dadurch kann ein Strom und dadurch Leistung aus dem Versorgungsnetz, nämlich der Nebenleitung, bezogen und für den Gleichspannungszwischenkreis 312 gleichgerichtet werden. Der Gleichrichter 308 kann dabei die Phasenlage des bezogenen Stromes steuern und dadurch einen Blindleistungsanteil in der Nebenleitung und damit im Versorgungsnetz steuern. Dadurch kann auch ein Blindleistungsanteil im Netzabschnitt 301 verändert werden.
Der Serientransformator 306 erhält ladestationsseitig von einem Wechselrichter 310 einen gesteuerten Wechselstrom. Dieser gesteuerte Wechselstrom wird in dem Serientransformator 306 transformiert und kann dadurch netzseitig einen Strom beeinflussen, nämlich einen Strom in der Hauptleitung 302. Dadurch kann eine Phasenlage des Stromes in der Hauptleitung 302 verändert werden.
Der vereinheitlichten Leistungsflussregler 311 umfasst den Paralleltransformator 304, den aktiven Gleichrichter 308, den Gleichspannungszwischenkreis 312 mit dem Zwischenkreiskondensator 314, den Wechselrichter 310 und den Serientransformator 306. Die beiden Transformatoren 304 und 306 können somit auch Teil der Ladestation 300 angesehen werden. Statt des aktiven Gleichrichters 308 kann auch ein weiterer Wechselrichter vorgesehen sein.
Es können mit der Ladestation 300, besonders mit dem in 3 gezeigten vereinheitlichten Leistungsflussregler 311, grundsätzlich mehrere Steuerungen auch unabhängig voneinander vorgenommen werden.
Mit dem gesteuerten Gleichrichter 308 und dem Paralleltransformator 304 kann zur Längskompensation der Blindleistung entsprechende Blindleistung im Netz zur Verfügung gestellt werden.
Mit dem Wechselrichter 310 und dem Serientransformator 306 kann eine Querkompensation der Blindleistung gesteuert werden.
Durch eine Wirkleistungsübertragung zwischen den beiden Transformatoren 304 und 306 kann wie bei einem Phasenschieber gezielt ein bestimmter Wirkleistungsfluss in der Hauptleitung bzw. dem Netzabschnitt 301 gesteuert werden.
Bei Dreiphasenanwendung kann auch eine Asymmetrie im Netz durch einen entsprechenden asymmetrischen Betrieb des aktiven Gleichrichters 308 bzw. des Wechselrichters 310 kompensiert werden. Der Leistungsausgleich zwischen den Phasen erfolgt hierbei über einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis.
Die 4 zeigt schematisch eine Ladestation 400, die über einen Netzanschlusspunkt 402 an ein elektrisches Versorgungsnetz 404 angeschlossen ist. Dieses elektrische Versorgungsnetz 404 ist hier nur symbolisch dargestellt und kann vereinfachend auch einfach als Netz bezeichnet werden.
Der Netzanschlusspunkt 402 weist einen Netztrafo 406 auf. Darüber bezieht die Ladestation 400 elektrische Energie aus dem Netz 404. Dies erfolgt im Wesentlichen durch eine gesteuerte Leistungsentnahme. Dazu ist der bidirektionale Wechselrichter 408 vorgesehen. Dieser bidirektionale Wechselrichter 408 wandelt im Normalbetrieb elektrischen dreiphasigen Wechselstrom aus dem Versorgungsnetz 404 in einen Gleichstrom um. Dieser Gleichstrom kann in einem Gleichspannungszwischenkreis 410 bereitgestellt werden, der hier als Ausgang des bidirektionalen Wechselrichters 408 angedeutet ist.
Über diesen bidirektionalen Wechselrichter 408 kann die Entnahme der elektrischen Leistung auch so gesteuert werden, dass ein dafür erforderlicher Entnahmestrom I_V auch in seinem Phasenwinkel φ in Bezug auf die Netzspannung U_N eingestellt werden kann. Die Netzspannung U_N ist hier der Einfachheit halber an einem Messpunkt zwischen dem Netztrafo 406 und dem bidirektionalen Wechselrichter 408 eingezeichnet. Eine entsprechende Netzspannung des elektrischen Versorgungsnetzes 404 an der anderen Seite des Netztrafos 406 ergibt sich entsprechend durch das Übertragungsverhältnis des Netztrafos 406.
Außerdem kann der hier vorgesehene bidirektionale Wechselrichter 408 auch Leistung in das elektrische Versorgungsnetz 404 einspeisen. Der bidirektionale Wechselrichter 408, der hier vereinfachend auch einfach als Wechselrichter bezeichnet werden kann, kann somit einen dem Entnahmestrom I_V entgegengesetzten Einspeisestrom I_e erzeugen. Natürlich fließt nur der Entnahmestrom I_V oder der Einspeisestrom I_e .
Die wesentliche Aufgabe des bidirektionalen Wechselrichters 408 besteht darin, elektrische Energie aus dem Netz 404 zu beziehen, nämlich durch Entnahme elektrischer Leistung aus dem Netz 404. Diese Leistung wird in dem Gleichspannungszwischenkreis 410 bereitgestellt, nämlich im Wesentlichen dem Verteilerblock 412. Der Verteilerblock 412 ist als DC-DC-Wandler dargestellt, um zu veranschaulichen, dass er als Eingang einen Gleichstrom erhält und an einzelne Ladesäulen 414 bedarfsgerecht weitergibt. Veranschaulichend sind drei Ladesäulen 414 dargestellt, die repräsentativ für viele Ladesäulen 414 stehen. An einer Ladesäule 414 soll jeweils ein Elektrofahrzeug 416 zurzeit geladen werden. Grundsätzlich kommt natürlich auch in Betracht, dass nicht immer an jeder Ladesäule 414 auch ein Elektrofahrzeug 416 zum Laden angeschlossen ist.
Die Verteilung mittels des Verteilerblocks 412 ist ebenfalls nur veranschaulichend zu verstehen und es kommt auch in Betracht, dass beispielsweise durch eine zentrale Steuerung jede Ladesäule 414 für sich ihre Ladesteuerung und auch ein ihr zur Verfügung stehendes Energiekontingent steuert und dazu könnte eine solche Ladesäule 414 auch jeweils unmittelbar an den Gleichspannungszwischenkreis 410 angeschlossen sein. Vorzugsweise wird aber ein solcher Verteilerblock 412 vorgeschlagen, der auch eine Spannungsabsenkung auf die Spannungshöhe eines Elektrofahrzeugs 416 durchführt.
Zusätzlich zu diesem Verteilerblock 412, der die Ladesäulen 414 versorgt, ist auch noch eine Batteriebank 418 dargestellt, die ebenfalls an dem Gleichspannungszwischenkreis 410 angeschlossen sein kann. Dieser Batterieblock 418 ist somit ein elektrischer Speicher. Er kann zum Puffern von Energie dienen, um Ladespitzen durch das Laden der Elektrofahrzeuge 416 auszugleichen, so dass solche Ladespitzen, nämlich Leistungsspitzen, nicht, zumindest nicht in voller Höhe, an das elektrische Versorgungsnetz 404 weitergereicht werden. Die Batteriebank 418, die hier repräsentativ für einen elektrischen Speicher steht, kann aber auch dafür verwendet werden, elektrische Leistung in das elektrische Versorgungsnetz 404 einzuspeisen, nämlich durch den Einspeisestrom I_e . Durch eine solche Batteriebank 418 ist somit auch ein Betrieb im ersten und vierten Quadranten gemäß dem Diagramm der 3 möglich.
Außerdem ist an dem Gleichspannungszwischenkreis 410 ein Choppersystem 420 angeschlossen. Dieses Choppersystem 420 weist vereinfachend einen Halbleiterschalter 422 und einen Widerstand 424 auf. Durch dieses Choppersystem 420 kann somit kurzfristig Leistung aus dem Gleichspannungszwischenkreis 410 verbraucht werden. Der Halbleiterschalter 422 kann dafür pulsartig angesteuert werden, um entsprechend Strompulse von dem Gleichspannungszwischenkreis 410 durch den Widerstand 424 zu steuern. Der Widerstand 424 wird dabei heiß und kann dadurch die zugeführte Leistung verbrauchen. Das Ansteuern dieses Choppersystems 420 ist besonders für eine kurzfristige Leistungsentnahme zur Netzstützung vorgesehen. Der bidirektionale Wechselrichter 408 kann dafür entsprechend so gesteuert werden, dass er die zu verbrauchende Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz 404 entnimmt und das Choppersystem 420 diese bzw. einen Anteil davon wie beschrieben verbraucht.
Zur Steuerung der Ladestation 400 ist besonders eine Zentralsteuereinrichtung 426 vorgesehen. Diese Zentralsteuereinrichtung 426 koordiniert grundsätzlich die entsprechenden Elemente der Ladestation 400. Dazu sind veranschaulichend interne Datenübertragungsleitungen 428 vorgesehen, die hier der Einfachheit halber jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind, um dadurch deutlich zu machen, dass dies interne Datenübertragungsleitungen betrifft, die innerhalb der Ladestation 400 Daten übertragen, insbesondere nämlich in beide Richtungen, also sowohl von der Zentralsteuereinrichtung 426 als auch zur Zentralsteuereinrichtung 426. Die Zentralsteuereinrichtung 426 ist somit über eine interne Datenübertragungsleitung 428 jeweils verbunden mit dem bidirektionalen Wechselrichter 408, der Batteriebank 418, dem Choppersystem 420, jeder Ladesäule 414 und dem Verteilerblock 412.
Entsprechend kann die Zentralsteuereinrichtung 426 besonders den Ladebetrieb der Ladestation 400 steuern, wie beispielsweise gegebenenfalls eine Ladeleistungszuweisung für jede Ladesäule 414 und das entsprechende Entnehmen elektrischer Leistung aus dem Versorgungsnetz 404. Es kann aber auch die Batteriebank 418 zum Puffern gesteuert werden und das Zuordnen der Leistung kann auch über eine Steuerung des Verteilerblocks 412 erfolgen. Besonders können solche Steuerungen kombiniert werden. Im Übrigen können auch weitere Datenübertragungsleitungen vorgesehen sein, wie beispielsweise zwischen den Ladesäulen 414 und dem Verteilerblock 412. Solche Datenübertragung kann auch zentral über die Zentralsteuereinrichtung 426 erfolgen. Es kommen grundsätzlich aber auch andere Datennetztopologien zur Kommunikation innerhalb der Ladestation 400 in Betracht.
Besonders wird aber vorgeschlagen, dass die Zentralsteuereinrichtung 426 den bidirektionalen Wechselrichter 408 steuert, um gegebenenfalls eine Netzstützung dadurch zu steuern. Je nach Art der Netzstützung kann dabei eine entsprechende Steuerung bzw. Anpassung der Steuerung innerhalb der Ladestation 400 erforderlich sein. Beispielsweise kann erforderlich sein, die Batteriebank 418 anzusteuern, wenn der bidirektionale Wechselrichter 408 Wirkleistung in das Netz 404 einspeisen soll. Bei einer Vorgabe der Leistung, die aus dem Netz 404 zu entnehmen ist, kann gegebenenfalls eine Steuerung des Choppersystems 420 erforderlich sein. Auch eine angepasste Steuerung der Ladevorgänge der Elektrofahrzeuge 416, die an die Ladesäulen angeschlossen sind, kommt in Betracht.
Um auch unmittelbare Vorgaben durch einen Netzbetreiber berücksichtigen zu können, ist zudem eine externe Datenübertragungsleitung 430 vorgesehen. Eine solche externe Datenübertragungsleitung 430 ist hier zu einer Netzsteuereinheit 432 dargestellt. Diese Netzsteuereinheit 432 kann auch repräsentativ für einen Netzbetreiber stehen, der das elektrische Versorgungsnetz 404 betreibt. Ein solcher Netzbetreiber bzw. die Netzsteuereinheit 432 kann beispielsweise eine Wirkleistungseinspeisung anfordern. Um das oder Weiteres zu steuern, kann auch die Zentralsteuereinrichtung 426 der Ladestation 400 eine Information über die externe Datenübertragungsleitung 430 an die Netzsteuereinheit 432 geben, die mitteilt, wie viel Leistungskapazität die Ladestation 400 und damit insbesondere die Batteriebank 418 überhaupt zur Verfügung hat. Die Netzsteuereinheit 432 kann beispielsweise aber auch Grenzwerte vorgeben. Solche Grenzwerte können beispielsweise eine maximale Wirkleistungsentnahme für die Ladestation 400 bedeuten, oder eine Gradientenbegrenzung zur maximalen Änderung einer Wirkleistungsentnahme, um nur zwei Beispiele zu nennen.
4 veranschaulicht außerdem ein Kraftwerk 434, das über einen Kraftwerkstrafo 436 an das elektrische Versorgungsnetz 404 angeschlossen ist. Vorsorglich wird darauf hingewiesen, dass auch weitere Transformatoren 438 vorgesehen sein können, auf die es hier aber nicht ankommt. Ein solcher weiterer Trafo 438 ist nur zur Veranschaulichung eingezeichnet, um deutlich zu machen, dass in dem elektrischen Versorgungsnetz 404 auch unterschiedliche Spannungshöhen existieren können.
Jedenfalls kann das Kraftwerk 434 als konventionelles Kraftwerk vorgesehen sein, wie beispielsweise ein Kohlekraftwerk oder ein Kernkraftwerk. Weiterhin ist veranschaulichend ein Windpark 440 dargestellt, der über einen Parktrafo 442 an das elektrische Versorgungsnetz 404 angeschlossen ist. Sowohl das konventionelle Kraftwerk 434 als auch der Windpark 440 können ebenfalls über externe Datenübertragungsleitungen 430 mit der Netzsteuereinheit 432 kommunizieren. Für den Windpark 440 ist zudem vorgesehen, dass dieser unmittelbar mit der Zentralsteuereinrichtung 426 und damit der Ladestation 400 kommunizieren bzw. Daten austauschen kann.
Besonders soll die 4 veranschaulichen, dass der Windpark 440 und die Ladestation 400 in dem elektrischen Versorgungsnetz 404 im Wesentlichen nahe beieinander angeordnet sind. Sie sind auch an einem Netzabschnitt gleicher Spannungshöhe angeordnet. Durch entsprechende Punkte zwischen dem weiteren Transformator 438 und dem Kraftwerkstrafo 436 soll auch eine entsprechend große Entfernung zu dem Kraftwerk 434 veranschaulicht werden.
Der Windpark 440 ist also vergleichsweise nah an der Ladestation 400 angeordnet, jedenfalls in Bezug auf die Verbindung zwischen der Ladestation und dem Windpark über einen Abschnitt des elektrischen Versorgungsnetzes 404. Dieser Abschnitt ist hier als Verbindungsabschnitt 444 angedeutet und bezeichnet den Bereich zwischen dem Parktrafo 442 und dem Netztrafo 406 der Ladestation 400. Ein solcher Verbindungsabschnitt muss aber nicht als unmittelbare und direkte Verbindungsleitung vorgesehen sein, sondern kann auch weitere Abzweigungen zu anderen Verbrauchern oder dezentralen Einspeisern beinhalten.
Jedenfalls sind die Ladestation 400 und der Windpark 440 so nah beieinander, dass der Windpark 440 die Spannung am Netzanschlusspunkt 402 der Ladestation 400 beeinflussen kann. Genauso kann die Ladestation 400 eine Spannung an dem Parktrafo 442 beeinflussen.
In Kenntnis dieser Nähe zwischen Windpark 440 und Ladestation 400 wird nun vorgeschlagen, dass diese sich besonders hinsichtlich einer Netzstützung koordinieren. Dazu ist eine Kommunikation zwischen dem Windpark 440 und der Ladestation 400 vorgesehen, die hier durch eine externe Datenübertragungsleitung 430 zur Zentralsteuereinrichtung 426 veranschaulicht wird. Eine solche Koordination kann auch die Umsetzung einer Anforderung eines Netzbetreibers durch die Netzsteuereinheit 432 betreffen. Gibt also der Netzbetreiber dadurch beispielsweise eine Anforderung an eine Wirkleistungsreduzierung im elektrischen Versorgungsnetz 404 vor, so kann diese Wirkleistungsreduzierung dadurch koordiniert werden, dass der Windpark 440 einen Teil davon, beispielsweise die Hälfte, weniger einspeist und die Ladestation 400 davon einen Teil zusätzlich entnimmt, zum Beispiel die verbleibende Hälfte.
Eine Koordination kommt aber auch für andere Aufgaben in Betracht, wie beispielsweise eine Spannungsregulierung mittels Blindleistungseinspeisung. Besonders kann hier vorgesehen sein, dass sowohl der Windpark 440 als auch die Ladestation 400 einen Teil einer geforderten Blindleistungseinspeisung übernehmen. Das kann den Vorteil haben, dass keine von beiden, also weder der Windpark 440 noch die Ladestation 400, einen sehr großen Phasenwinkel steuern müssen, was ineffizient sein kann, sondern dass sie sich so aufteilen können, dass beide einen Teil der Blindleistung einspeisen und damit jeweils keinen zu großen Phasenwinkel steuern müssen.
Ferner ist in der 4 ein vereinheitlichter Leistungsflussregler 411 dargestellt, der den Netztransformator 406, der hier auch als Paralleltransformator bezeichnet werden kann, und einen Serientransformator 407. Weiterhin weist der vereinheitlichte Leistungsflussregler einen Gleichspannungszwischenkreis 410 sowie einen Gleichrichter 409 und einen Wechselrichter 408 auf.
5 zeigt eine Lastflusssteuerung in einem Netzsegment 504. Das Netzsegment 504 weist gemäß 5A einen Transformator 502, eine Sammelschiene 512, vier Netzimpedanzen Z1 bis Z4 sowie zwei Ladestationen CS1 und CS2 auf. Dabei ist das Netzsegment 504 über den Transformator 502 mit einem elektrischen Versorgungsnetz 500 verbunden.
Zudem ist gemäß der 5A die Netzanschlussleitung 506 maschenförmig an die Sammelschiene 512 angeschlossen, so dass die Netzimpedanzen Z1 bis Z4 sowie die Ladestationen CS1 und CS2 ringförmig in Reihe geschaltet angeordnet sind. Über den vier Netzimpedanzen Z1 bis Z4 fallen jeweils die Spannungen UZ1 bis UZ4 ab, wobei diese zur besseren Beschreibung jeweils in einen Realteil und einen Imaginärteil aufgeteilt sind.
Zusätzlich weist das Netzsegment 504 vier Knotenpunkte U_SS , U_LP1 , U_M und U_LP2 als Spannungsbezugspunkte auf. Das Bezugspotential 0 ist mit einem Symbol für die elektrische Erdung dargestellt.
5B und 5C zeigen die abfallenden Spannungen U_Z1 bis U_Z4 an den Netzimpedanzen Z₁ bis Z₄ in vektorieller Darstellung. Zusätzlich sind die absoluten Spannungen an den Knotenpunkten U_SS , U_LP1 , U_M und U_LP2 in Bezug auf das Bezugspotential 0 in Vektorform dargestellt.
Die 5B zeigt die Spannungen U_Z1 -U_Z4 für den Fall, dass der Lastfluss nicht von wenigstens einer der beiden Ladestationen gesteuert wird. Die Spannungsvektoren U_Z1 bis U_Z3 weisen sowohl einen Realteil als auch einen Imaginärteil auf, auf die zur Vereinfachung als Quer- und Längskomponenten Bezug genommen werden kann.
Vergleicht man die Spannungszeiger U_Z1 -U_Z3 mit dem Zeiger U_Z4 , ist zu erkennen, dass die Länge der Quer- und Längskomponenten l1 und l2 von U_Z4 in 5B wesentlich länger sind als bei U_Z1 -U_Z3 .
Demnach fällt im gezeigten Ausführungsbeispiel die größte Spannung am Widerstand Z4 ab. Folglich fließt auch dort der größte Leistungsfluss.
5C zeigt die Spannungsvektoren, wenn die Ladestation CS1 eine Blindleistung derart einspeist, dass die Imaginärteile der Spannungen UZ1 und UZ2 kompensiert werden. Eine solche Blindleistungseinspeisung kann durch einen vereinheitlichten Leistungsflussregler (UPFC) einer Ladestation bewirkt werden. Durch die Reduzierung bzw. Kompensation der Imaginärteile der Spannungen UZ1 und UZ2 stellen sich gemäß der Kirchhoffschen Maschenregeln entsprechend geänderte Spannungen UZ3 und UZ4 ein.
Das ist in 5C zu erkennen, demnach die Quer- und Längskomponenten der Spannung U_Z3 im Vergleich zu 5B größer geworden sind. Die Quer- und Längskomponenten l3 und l4 der Spannung U_Z4 sind dagegen kürzer geworden.
Somit ist die Spannung bzw. die Leistung an Z4 kleiner und an Z3 größer geworden. Es fließt somit ein größerer Lastfluss durch den oberen Teil der Masche und die Netzimpedanz Z₃ als im ungesteuerten Fall. Durch das gezielte Einspeisen von Blindleistung durch die Ladestation CS1 in dem Netzabschnitt mit den Netzimpedanzen Z₁ und Z₂ kann somit ein Leistungsfluss zumindest teilweise gesteuert werden,
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8981708 [0008]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautomobile, wobei - die Ladestation an einem Netzanschlusspunkt mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden ist, um darüber mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Versorgungsnetz versorgt zu werden, - der Netzanschlusspunkt an einem ersten Netzabschnitt des Versorgungsnetzes angeordnet ist und - wenigstens ein weiterer elektrischer Verbraucher an wenigstens einem zweiten Netzabschnitt des Versorgungsnetzes angeschlossen ist, - der erste und der zweite Netzabschnitt miteinander verbunden sind, - der wenigstens eine weitere Verbraucher und/oder der wenigstens eine zweite Netzabschnitt über die Ladestation beeinflussbar sind, - die Ladestation so gesteuert wird, dass - eine Netzspannung in wenigstens einem der Netzabschnitte gesteuert wird, und/oder - ein Leistungsfluss wenigstens in dem wenigstens einen zweiten Netzabschnitt gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Ladestation vorgesehen ist, und - die Ladestationen miteinander in Beziehung stehen, insbesondere gemeinsam gesteuert werden und/oder miteinander kommunizieren und/oder zwischen einander Leistung austauschen, insbesondere über gekoppelte Gleichspannungszwischenkreise , - wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass auch die wenigstens eine weitere Ladestation - ein Beziehen elektrischen Leistung aus dem Versorgungsnetz und/oder ein Einspeisen elektrischer Leistung in das Versorgungsnetz so steuert, dass - eine Netzspannung in wenigstens einem der Netzabschnitte gesteuert wird, und/oder - ein Leistungsfluss wenigstens in dem wenigstens einen zweiten Netzabschnitt gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - eine bzw. die wenigstens eine weitere Ladestation an dem ersten Netzabschnitt angeschlossen ist und - der Netzabschnitt eine Leistungsbegrenzung aufweist, die eine zu den angeschlossenen Ladestationen übertragbare Gesamtleistung begrenzt, wobei - zur Einhaltung der maximalen Gesamtleistung jede Ladestation eine Stationsleistungsgrenze aufweist und - die Stationsleistungsgrenzen der Ladestationen des Netzabschnitts in Abhängigkeit von einander eingestellt werden, so dass die Summe der Stationsleistungsgrenzen des Netzabschnitts die maximale Gesamtleistungsgrenze nicht überschreitet, - vorzugsweise werden die Stationsleistungsgrenzen bedarfsabhängig gesteuert, insbesondere so, dass eine Ladestation ihre Stationsleistungsgrenze bedarfsabhängig reduziert, so dass eine andere Ladestation desselben Netzabschnitts ihre Ladestationsgrenze erhöht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - jede Ladestation eine vorgegebene Stationsleistungsgrenze aufweist und die Summe der vorgegebenen Stationsleistungsgrenzen der Ladestationen des Netzabschnitts die maximale Gesamtleistungsgrenze nicht überschreitet, und - jede Ladestation eine steuerbare variable Stationsleistungsgrenze aufweist und bedarfsabhängig eine Ladestation ihre variablen Stationsleistungsgrenze unter ihre vorgegebene Stationsleistungsgrenze verringert, so dass eine andere Ladestation ihre variable Stationsleistungsgrenze über ihre vorgegebene Stationsleistungsgrenze erhöht, wobei die Summe der variablen Stationsleistungsgrenzen die maximale Gesamtleistungsgrenze des Netzabschnitts nicht überschreitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der erste Netzabschnitt einen ersten Leistungsfluss und - der zweite Netzabschnitt einen zweiten Leistungsfluss aufweist, und wobei - die Ladestation bzw. wenigstens eine der Ladestationen das Beziehen oder Einspeisen elektrischer Leistung so steuert, dass dadurch eine Leistungsaufteilung übertragener Leistung zwischen dem ersten und zweiten Leistungsfluss zumindest teilweise gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuerung der Leistungsaufteilung so erfolgt, dass eine Spannung in einem der Netzabschnitte derart verändert wird, dass dadurch der Leistungsfluss in dem Netzabschnitt erhöht bzw. gesenkt wird, wobei - das Verändern der Spannung in dem Netzabschnitt dadurch gesteuert wird, dass eine Blindleistung oder ein Blindleistungsanteil in den Netzabschnitt eingespeist wird, insbesondere durch eine kapazitive oder induktive Einspeisung einer Blindleistung oder eines Blindleistungsanteil.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuerung der Leistungsaufteilung so erfolgt, dass eine Spannung in einem der Netzabschnitte erhöht oder gesenkt wird, um dadurch den Leistungsfluss in dem Netzabschnitt zu erhöhen bzw. zu senken, wobei - das Erhöhen bzw. Senken der Spannung in dem Netzabschnitt dadurch gesteuert wird, dass die steuerbare variable Stationsleistungsgrenze wenigstens einer Ladestation erhöht oder reduziert wird, um die bezogene Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz zu erhöhen oder zu reduzieren.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beziehen elektrischer Leistung und/oder das Einspeisen elektrischer Leistung in Abhängigkeit eines Netzzustandes und/oder einer Netzeigenschaft und/oder eines Ladestationszustands gesteuert wird, wobei - ein Netzzustand einen Zustand des elektrischen Versorgungsnetzes bezeichnet, ausgewählt aus der Liste aufweisend: - eine Netzfrequenz, - eine Netzfrequenzänderung, - eine Netzspannung, - eine Netzspannungsänderung, - eine Netzinnenwiderstand und/oder Schleifenimpedanz, - eine Oberwelligkeit der Netzspannung, - ein Wirkstrom bzw. eine Wirkleistungsströmung in dem ersten Netzabschnitt, und - ein Blindstrom bzw. eine Blindleistungsströmung in dem ersten Netzabschnitt, und/oder - eine Netzeigenschaft eine Eigenschaft des elektrischen Versorgungsnetzes bezeichnet, ausgewählt aus der Liste aufweisend: - eine Netzsensitivität, die besonders eine Spannungsreaktion des elektrischen Versorgungsnetz am Netzanschlusspunkt auf eine geänderte Leistungsentnahme der Ladestation am Netzanschlusspunkt definiert ist, und - ein Kurzschlussstromverhältnis, das ein Verhältnis eines am Netzanschlusspunkt maximal durch das elektrische Versorgungsnetz bereitstellbaren Kurzschlussstrom in Bezug auf eine durch die Ladestation entnehmbare Nennleistung bezeichnet, und/oder - ein Ladestationszustand einen Zustand der Ladestation bezeichnet, ausgewählt aus der Liste aufweisend: - eine bezogene Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz, - eine zum Laden an der Ladestation angeschlossener Elektrofahrzeuge verwendete Ladeleistung, - eine Blindleistungseinspeisung in das elektrische Versorgungsnetz, - eine Stationsleistungsgrenze, - eine Energiereserve eines Energiespeichers der Ladestation.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation mit weiteren Netzeinheiten in Beziehung steht, insbesondere dass die Ladestation und die weiteren Netzeinheiten gemeinsam gesteuert werden und/oder miteinander kommunizieren, und die weiteren Netzeinheiten ausgewählt sind aus der Liste aufweisend: - einen steuerbaren Schalttransformator der eine Spannungshöhe in dem ersten oder zweiten Netzabschnitt steuern kann, - einen steuerbaren Verbraucher zum Verbrauchen elektrischer Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz, - einen steuerbarer Einspeiser zum Einspeisen elektrischer Leistung in das elektrische Versorgungsnetz, insbesondere eine Windenergieanlage und/oder ein Windpark und - eine weitere Ladestation.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation dazu vorbereitet ist, als vereinheitlichter Leistungsflussregler zu arbeiten, insbesondere um dadurch einen Phasenwinkel eines Stroms im elektrischen Versorgungsnetz zu verändern oder einzustellen.
Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautomobile, vorbereitet zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, - die Ladestation an einem Netzanschlusspunkt mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden ist, um darüber mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Versorgungsnetz versorgt zu werden, - der Netzanschlusspunkt an einem ersten Netzabschnitt des Versorgungsnetzes angeordnet ist und - wenigstens ein weiterer elektrischer Verbraucher an wenigstens einem zweiten Netzabschnitt des Versorgungsnetzes angeschlossen ist, und - der erste und zweite Netzabschnitt elektrisch verbunden sind, und - der wenigstens eine weitere Verbraucher und/oder der wenigstens eine zweite Netzabschnitt über die Ladestation beeinflussbar sind, wobei - die Ladestation ein Beziehen der elektrischen Leistung aus dem Versorgungsnetz und/oder ein Einspeisen elektrischer Leistung an dem Netzanschlusspunkt in das Versorgungsnetz so steuert, dass - eine Netzspannung in wenigstens einem der Netzabschnitte gesteuert wird, und/oder - ein Leistungsfluss wenigstens in dem wenigstens einen zweiten Netzabschnitt gesteuert wird.
Ladestation nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beziehen der elektrischen Leistung aus dem Versorgungsnetz an dem Netzanschlusspunkt ein gesteuerter Gleichrichter oder eine bidirektionalen Wechselrichters vorgesehen ist.
Teilnetz eines elektrischen Versorgungsnetzes und das Teilnetz umfasst: - wenigstens einen ersten Netzabschnitt eines elektrischen Versorgungsnetzes, in dem ein erster Leistungsfluss auftritt; - wenigstens einen zweiten Netzabschnitt des elektrischen Versorgungsnetz in dem ein zweiter Leistungsfluss auftritt, wobei der erste und der zweite Netzabschnitt elektrisch miteinander verbunden sind; - wenigstens eine Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautomobile, wobei die Ladestation mit wenigstens einem der beiden Netzabschnitte über einen Netzanschlusspunkt verbunden ist; - wenigstens ein weiterer elektrischer Verbraucher, wobei der wenigstens eine weitere Verbraucher und/oder der wenigstens eine zweite Netzabschnitt über die Ladestation beeinflussbar sind, - wenigstens eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, - ein Beziehen einer elektrischen Leistung der Ladestation aus dem Versorgungsnetz und/oder ein Einspeisen elektrischer Leistung an dem Netzanschlusspunkt in das Versorgungsnetz zu steuern, wobei - eine Netzspannung in wenigstens einem der Netzabschnitte gesteuert wird, und/oder - ein Leistungsfluss wenigstens in dem wenigstens einen zweiten Netzabschnitt gesteuert wird.
Teilnetz nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass - wenigstens eine Ladestation nach Anspruch 11 oder 12 verwendet wird, und/oder - jede Ladestation eine dezentrale Steuereinheit aufweist, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist mit wenigstens einer weiteren Steuereinheit zu kommunizieren, um das Beziehen und/oder das Einspeisen der elektrischen Leistung koordiniert zu steuern.
Teilnetz nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zentrale Steuereinheit aufweist, wobei die zentrale Steuereinheit dazu eingerichtet ist mit wenigstens einer weiteren Steuereinheit zu kommunizieren und einen Sollwert an eine Ladestation zu übermitteln, um das Beziehen und/oder das Einspeisen der elektrischen Leistung koordiniert zu steuern.
Teilnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit und/oder die Ladestation einen externen Signaleingang aufweist, um ein externes Signal zu empfangen und zu verarbeiten.
Teilnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch Messmittel zum Erfassen eines Netzzustandes und/oder einer Netzeigenschaft und/oder eines Ladestationszustands, wobei - ein Netzzustand einen Zustand des elektrischen Versorgungsnetzes bezeichnet, ausgewählt aus der Liste aufweisend: - eine Netzfrequenz, - eine Netzfrequenzänderung, - eine Netzspannung, - eine Netzspannungsänderung, - eine Netzinnenwiderstand und/oder Schleifenimpedanz, - eine Oberwelligkeit der Netzspannung, - ein Wirkstrom bzw. eine Wirkleistungsströmung in dem ersten Netzabschnitt, und - ein Blindstrom bzw. eine Blindleistungsströmung in dem ersten Netzabschnitt, und/oder - eine Netzeigenschaft eine Eigenschaft des elektrischen Versorgungsnetzes bezeichnet, ausgewählt aus der Liste aufweisend: - eine Netzsensitivität, die besonders eine Spannungsreaktion des elektrischen Versorgungsnetz am Netzanschlusspunkt auf eine geänderte Leistungsentnahme der Ladestation am Netzanschlusspunkt definiert ist, und - ein Kurzschlussstromverhältnis, das ein Verhältnis eines am Netzanschlusspunkt maximal durch das elektrische Versorgungsnetz bereitstellbaren Kurzschlussstrom in Bezug auf eine durch die Ladestation entnehmbare Nennleistung bezeichnet, und/oder - ein Ladestationszustand einen Zustand der Ladestation bezeichnet, ausgewählt aus der Liste aufweisend: - eine bezogene Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz, - eine zum Laden an der Ladestation angeschlossener Elektrofahrzeuge verwendete Ladeleistung, - eine Blindleistungseinspeisung in das elektrische Versorgungsnetz, - eine Stationsleistungsgrenze, - eine Energiereserve eines Energiespeichers der Ladestation.
Ladestation nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation einen vereinheitlichten Leistungsflussregler aufweist, um dadurch einen Phasenwinkel eines Stroms im elektrischen Versorgungsnetz zu verändern oder einzustellen.