DE102018128735A1 - Substation of an energy supply network and a method for operating a substation - Google Patents

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Abstract

Umspannanlage mit einem Transformator mit einem primärseitigen Anschluss an ein Energieversorgungsnetz und einem sekundärseitigen Anschluss an eine Wechselspannungsverteilung, einem die Wechselspannungsverteilung von dem Energieversorgungsnetz trennenden Schalter, einem Anschluss einer sekundärtechnischen Schalteinheit an die Wechselspannungsverteilung, einem Anschluss eines ersten Gleichrichters einer Kommunikationseinheit an die Wechselspannungsverteilung, und einem Anschluss eines Batteriewechselrichters eines Energiespeichers an die Wechselspannungsverteilung. Ein geregelter Netzwiederaufbau wird dadurch unterstützt, dass der Schalter bei einem Abfall einer eingangsseitigen Spannung unter einen unteren Grenzwert öffnet, dass der Batteriewechselrichter abhängig von der Schalterstellung des Schalters eine Frequenz in die Wechselspannungsverteilung einprägt und dass ein netzgeführter Wechselrichter abhängig von der eingeprägten Frequenz eine elektrische Leistung eines Generators in die Wechselspannungsverteilung einspeist.Substation with a transformer with a primary-side connection to an energy supply network and a secondary-side connection to an AC voltage distribution, a switch separating the AC voltage distribution from the energy supply network, a connection of a secondary switching unit to the AC voltage distribution, a connection of a first rectifier of a communication unit to the AC voltage distribution, and one Connection of a battery inverter of an energy store to the AC voltage distribution. A regulated grid reconstruction is supported by the switch opening when the input voltage drops below a lower limit, the battery inverter to impress a frequency into the AC voltage distribution depending on the switch position of the switch, and by the fact that a grid-controlled inverter generates electrical power depending on the impressed frequency of a generator into the AC voltage distribution.

Description

Der Gegenstand betrifft eine Umspannanlage eines Energieversorgungsnetzes sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Umspannanlage.The subject matter relates to a substation of an energy supply network and a method for operating a substation.

Durch die zunehmende Digitalisierung der Stromnetze und dem steigenden Anteil volatiler, erneuerbarer Energieerzeuger ist das Risiko eines großflächigen, überregionalen Netzausfalls in den letzten Jahren stark gestiegen. Um das Stromnetz auch in Zukunft nach einem Ausfall wieder systematisch aufbauen zu können, müssen neue Strategien entwickelt werden.Due to the increasing digitalization of the power grids and the increasing share of volatile, renewable energy producers, the risk of a large, national grid failure has increased significantly in recent years. In order to be able to systematically rebuild the power grid in the future after a failure, new strategies must be developed.

Der Netzwiederaufbau erfordert die Durchführung einer Vielzahl von Schalthandlungen. Hierfür müssen der netzführenden Stelle des Netzbetreibers Informationen aus den Umspannanlagen zur Verfügung stehen. Gleichzeitig muss der Fernzugriff auf die Schaltgeräte der Umspannanlagen durch die netzführende Stelle gewährleistet sein. Für die Aufrechterhaltung dieser Schnittstelle muss eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zumindest der Leittechnik und der Nachrichtentechnik, vorzugsweise auch der Schutztechnik sichergestellt sein.Network restoration requires a large number of switching operations to be carried out. For this, the network operator of the network operator must have information from the substations available. At the same time, remote access to the switching devices of the substations must be guaranteed by the network-managing body. In order to maintain this interface, an uninterruptible power supply must be ensured for at least the control technology and communications technology, preferably also the protection technology.

Innerhalb einer Umspannanlage wird die Versorgung der Schutz-, Leit- und Nachrichtentechnik im Normalbetriebszustand häufig durch einen Transformator sichergestellt. Dem Transformator nachgelagert befindet sich die Drehstromverteilung der Umspannanlage. In der Drehstromverteilung befinden sich neben Drehstromverbrauchern in der Regel zwei Gleichstromrichter mit unterschiedlicher Ausgangsspannung, welche die Schutz- und Leittechnik sowie die Nachrichtentechnik jeweils mit der entsprechend erforderlichen Gleichspannung versorgen. Jeder Gleichspannungsebene ist in der Regel eine Bleibatterie zugeordnet, welche eine unterbrechungsfreie Stromversorgung von zwölf Stunden gewährleistet.Within a substation, the supply of protection, control and communication technology in normal operating conditions is often ensured by a transformer. The three-phase distribution of the substation is located downstream of the transformer. In addition to three-phase consumers, there are usually two direct current converters with different output voltages in the three-phase distribution system, each of which supplies the protection and control technology as well as the communications technology with the required DC voltage. A lead-acid battery is generally assigned to each DC voltage level, which guarantees an uninterrupted power supply of twelve hours.

Nach aktuellen anerkannten Regeln der Technik ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung in Umspannanlagen von zwölf Stunden vorgeschrieben. Unter Berücksichtigung der oben genannten veränderten Rahmenbedingungen ist davon auszugehen, dass das Stromnetz nach einem überregionalen Ausfall nicht innerhalb dieser Zeit wiederaufgebaut werden kann.According to current recognized rules of technology, an uninterruptible power supply in substations of twelve hours is mandatory. Taking into account the above-mentioned changed framework conditions, it can be assumed that the electricity grid cannot be rebuilt within this time after a national failure.

Daher lag dem Gegenstand die Aufgabe zu Grunde, die unterbrechungsfreie Stromversorgung in Umspannanlagen im Netzwiederaufbaufall zu erhöhen.The object was therefore based on the task of increasing the uninterruptible power supply in substations in the event of network restoration.

Diese Aufgabe wird gegenständlich durch eine Umspannanlage nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 17 gelöst.This object is achieved by a substation according to claim 1 and a method according to claim 17.

Die aus dem Stand der Technik bekannte Wechselstromverteilung, die insbesondere eine Drehstromverteilung ist, wird gegenständlich modifiziert, so dass eine längere Zeit eine unterbrechungsfreie Stromversorgung möglich ist.The alternating current distribution known from the prior art, which is in particular a three-phase current distribution, is objectively modified so that an uninterruptible power supply is possible for a long time.

Um die Versorgung der für den Netzwiederaufbau notwendigen Verbraucher bei einem Netzausfall zu gewährleisten, wird die Energieversorgung über den Generator, der insbesondere aus einer erneuerbaren Energiequelle gespeist werden kann, und den Energiespeicher gewährleistet. Hierfür wird vorgeschlagen, eine Netztrennung mit dem Schalter durchzuführen. Die Netztrennung führt dazu, dass nach einem Netzausfall die Wechselspannungsverteilung von dem Energieversorgungsnetz getrennt ist. In diesem Fall wird über den Batteriewechselrichter des Energiespeichers eine Frequenz in der Wechselspannungsverteilung vorgegeben und es entsteht ein Inselnetz. Durch die Frequenzvorgabe wird sichergestellt, dass der Wechselrichter des Generators weiter in die Wechselspannungsverteilung einspeisen kann.In order to ensure the supply of the consumers necessary for the network restoration in the event of a network failure, the energy supply via the generator, which can in particular be supplied from a renewable energy source, and the energy store are guaranteed. For this purpose, it is proposed that the switch be disconnected from the mains. The grid separation means that the AC voltage distribution is disconnected from the power supply network after a power failure. In this case, a frequency in the AC voltage distribution is specified via the battery inverter of the energy store and an island grid is created. The frequency specification ensures that the generator's inverter can continue to feed into the AC voltage distribution.

Auch wird vorgeschlagen, die Wechselspannungsverteilung zu unterteilen. In einer vorgelagerten Spannungsverteilung können solche Verbraucher, auf die bei einem Netzausfall verzichtet werden kann, integriert werden. Dieser Spannungsverteilung ist die gegenständliche Wechselspannungsverteilung nachgelagert, an welche die Verbraucher angeschlossen sind, die bei einem Netzausfall weiterhin versorgt werden sollten. Es wird vorgeschlagen, zwischen diesen beiden Verteilungen den Schalter anzuordnen. Der Generator als auch der Energiespeicher werden bevorzugt an die nachgelagerte Wechselspannungsverteilung angeschlossen.It is also proposed to subdivide the AC voltage distribution. Such consumers, which can be dispensed with in the event of a power failure, can be integrated in an upstream voltage distribution. This voltage distribution is followed by the AC voltage distribution to which the consumers are connected, which should continue to be supplied in the event of a power failure. It is proposed to place the switch between these two distributions. The generator and the energy store are preferably connected to the downstream AC voltage distribution.

Innerhalb einer Umspannanlage kann ein Transformator angeordnet sein, der zur Versorgung der Schutz-, Leit- und Nachrichtentechnik dient. Ein solcher Transformator kann als Eigenbedarfstransformator gebildet sein. Ausgangsseitig des Transformators befindet sich die Wechselspannungsverteilung, über welche die Sekundärtechnik der Umspannanlage versorgt wird. Es wird vorgeschlagen, den Transformator primärseitig an ein Energieversorgungsnetz anzuschließen und sekundärseitig mittelbar oder unmittelbar an die Wechselspannungsverteilung.A transformer can be arranged within a substation, which serves to supply the protection, control and communications technology. Such a transformer can be designed as an in-house transformer. On the output side of the transformer is the AC voltage distribution, via which the secondary technology of the substation is supplied. It is proposed to connect the transformer on the primary side to an energy supply network and indirectly or directly on the secondary side to the AC voltage distribution.

Über die Wechselspannungsverteilung werden schutz-, leit- und nachrichtentechnische Komponenten der Umspannanlage mit elektrischer Energie versorgt.Protection, control and communications components of the transformer station are supplied with electrical energy via the AC voltage distribution.

Um sicher zu stellen, dass im Falle des Netzausfalls diese sekundärtechnischen Komponenten unabhängig vom Netz mit elektrischer Energie versorgt werden können, wird vorgeschlagen, dass mit einem Schalter die Wechselspannungsverteilung von dem Energieversorgungsnetz getrennt werden kann. Der Schalter kann dabei mittelbar oder unmittelbar an dem sekundärseitigen Anschluss des Transformators angeordnet sein. Auch ist es möglich, den Schalter primärseitig an dem Transformator anzuordnen.In order to ensure that in the event of a grid failure, these secondary technical components can be supplied with electrical energy independently of the grid, it is proposed that with a switch the AC voltage distribution can be separated from the power supply network. The switch can be arranged indirectly or directly on the secondary connection of the transformer. It is also possible to arrange the switch on the primary side of the transformer.

An der Wechselspannungsverteilung ist zumindest eine sekundärtechnische Schalteinheit angeschlossen. Eine sekundärtechnische Schalteinheit kann dabei insbesondere eine Mittelspannungsfeldanschalteinheit oder eine kompakte Feldanschalteinheit sein. Über die sekundärtechnische Schalteinheit kann Primärtechnik, insbesondere ein Trafosteller und/oder ein Motorantrieb betrieben werden. Die sekundärtechnische Schalteinheit kann als sogenannter Verbraucher der Priorität 1 angesehen werden, welcher im Falle des Netzwiederaufbaus angesteuert werden muss.At least one secondary switching unit is connected to the AC voltage distribution. A secondary technical switching unit can in particular be a medium-voltage field switching unit or a compact field switching unit. Primary technology, in particular a transformer actuator and / or a motor drive, can be operated via the secondary technical switching unit. The secondary switching unit can be regarded as a so-called priority 1 consumer, which must be activated in the event of a network restoration.

An der Wechselspannungsverteilung ist ein Anschluss eines Batteriewechselrichters eines Energiespeichers angeschlossen. Über die Wechselspannungsverteilung sind somit zumindest eine sekundärtechnische Schalteinheit sowie ein Energiespeicher über einen Batteriewechselrichter unmittelbar oder mittelbar angeschlossen. Zur Einhaltung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung über einen Zeitraum von mehr als zwölf Stunden ist darüber hinaus ein netzgeführter Wechselrichter des Generators an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen.
Zur Sicherstellung der Funktion der Umspannanlage wird vorgeschlagen, dass der Schalter bei einem Abfall einer eingangsseitigen Spannung unter einem unteren Grenzwert öffnet. Der untere Grenzwert kann dabei, insbesondere bei einem Netzausfall auch 0 V sein. Auch wird vorgeschlagen, dass der Batteriewechselrichter abhängig von der Schalterstellung des Schalters eine Frequenz in die Wechselspannungsverteilung einprägt. Wird der Schalter geöffnet, schaltet der Batteriewechselrichter in einen selbstgeführten Betrieb und kann eine Frequenz für die Wechselspannungsverteilung vorgeben. Wird der Schalter bei einer wiederkehrenden Spannung des Energieversorgungsnetzes, insbesondere über einen oberen Grenzwert oder bei einer wiederkehrenden Frequenz des Energieversorgungsnetzes, insbesondere über einen oberen Grenzwert, wieder geschlossen, so wird während oder kurz vor dem Schließen des Schalters der Batteriewechselrichter abgeschaltet und von einem selbstgeführten Betrieb in einen netzgeführten Betrieb umgeschaltet. Dadurch kann die Wechselspannungsverteilung von dem Inselbetrieb in den Netzbetrieb wechseln und es findet eine Frequenzsynchronisation statt.A connection of a battery inverter of an energy store is connected to the AC voltage distribution. At least one secondary switching unit and an energy store are thus connected directly or indirectly via a battery inverter via the AC voltage distribution. In order to maintain an uninterruptible power supply for a period of more than twelve hours, a grid-guided inverter of the generator is also connected to the AC voltage distribution.
To ensure the function of the substation, it is proposed that the switch open when a voltage on the input side drops below a lower limit. The lower limit can also be 0 V, especially in the event of a power failure. It is also proposed that the battery inverter impresses a frequency in the AC voltage distribution depending on the switch position of the switch. If the switch is opened, the battery inverter switches to self-controlled operation and can specify a frequency for the AC voltage distribution. If the switch is closed again at a recurring voltage of the energy supply network, in particular above an upper limit value or at a recurring frequency of the energy supply network, in particular above an upper limit value, the battery inverter is switched off during or shortly before the switch is closed and by self-controlled operation switched to a network-operated operation. As a result, the AC voltage distribution can switch from island operation to network operation and frequency synchronization takes place.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass ein netzgeführter Wechselrichter abhängig von der durch den Batteriewechselrichter eingeprägten Frequenz eine elektrische Leistung eines Generators in die Wechselspannungsverteilung einspeist. An der Wechselspannungsverteilung ist ein netzgeführter Wechselrichter angeschlossen, der eingangsseitig mit einem Generator verbunden ist und somit elektrische Leistung in die Wechselspannungsverteilung einspeisen kann.In addition, it is proposed that a grid-guided inverter depending on the frequency impressed by the battery inverter feeds an electrical power of a generator into the AC voltage distribution. A grid-connected inverter is connected to the AC voltage distribution, which is connected on the input side to a generator and can thus feed electrical power into the AC voltage distribution.

Öffnet der Schalter, so ist die Umspannanlage von dem Energieversorgungsnetz getrennt. Dies ist regelmäßig der Fall, wenn die Umspannanlage in einem räumlichen Bereich eines ausgefallenen Energieversorgungsnetzes liegt. In einem solchen Netzbereich fällt am Umspannwerk die Eingangsspannung und/oder die Eingangsfrequenz unter einen unteren Grenzwert. Der untere Grenzwert kann dabei insbesondere auch 0 Volt und/oder 0 Hertz sein. Der Schalter wird bei Detektion des unteren Grenzwertes geöffnet. Daraufhin, insbesondere ausgelöst durch die geöffnete Schalterstellung, gibt der Batteriewechselrichter eine Frequenz für die Wechselspannungsverteilung vor. Diese Frequenz ist in der Regel die Netzfrequenz, welche in Europa 50 Hz, in den USA 60 Hz beträgt.If the switch opens, the substation is disconnected from the power supply network. This is regularly the case if the substation is located in a spatial area of a failed power supply network. In such a network area, the input voltage and / or the input frequency at the substation falls below a lower limit. The lower limit can in particular also be 0 volts and / or 0 hertz. The switch opens when the lower limit is detected. Thereupon, in particular triggered by the open switch position, the battery inverter specifies a frequency for the AC voltage distribution. This frequency is usually the network frequency, which is 50 Hz in Europe and 60 Hz in the USA.

Durch die vorgegebene Netzfrequenz kann der netzgeführte Wechselrichter Leistung des Generators in die Wechselspannungsverteilung einspeisen und somit Verbraucher an der Wechselspannungsverteilung speisen, als auch den Ladezustand des Energiespeichers verändern, insbesondere den Energiespeicher laden.By means of the predetermined grid frequency, the grid-guided inverter can feed the generator power into the AC voltage distribution and thus feed consumers at the AC voltage distribution, and can also change the state of charge of the energy store, in particular charge the energy store.

Durch das Trennen der Wechselspannungsverteilung von dem Energieversorgungsnetz und dem gleichzeitigen Einprägen der Frequenz in die Wechselspannungsverteilung ist der Generator im Falle eines Netzausfalls in der Lage, die notwendigen sekundärtechnischen Komponenten mit Energie zu versorgen, um somit die Verfügbarkeit der Umspannanlage im Netzwiederaufbaufall zu erhöhen.By disconnecting the AC voltage distribution from the power supply network and at the same time impressing the frequency into the AC voltage distribution, the generator is able to supply the necessary secondary technical components with energy in the event of a power failure, in order to increase the availability of the substation in the event of a network restoration.

Auch wird vorgeschlagen, dass die sekundärtechnische Schalteinheit zumindest ein Schutzleitmodul oder eine Feldanschalteinheit, insbesondere umfassend eine Feldeinheit und/oder ein Schutzmodul, umfasst. Ein Schutzleitmodul kann Teil einer Mittelspannungsfeldanschalteinheit sein. Eine Feldanschalteinheit kann Leittechnik und Schutztechnik vorhalten.It is also proposed that the secondary switching unit comprises at least one protective control module or one field connection unit, in particular comprising a field unit and / or a protective module. A protective control module can be part of a medium-voltage field connection unit. A field interface unit can provide control and protection technology.

Über eine Feldanschalteinheit können primärtechnische Schaltgeräte angesteuert werden. Hierbei können insbesondere Stellmotoren der E-Spulen und Trafos angesteuert und mit elektrischer Energie versorgt werden.Primary technical switching devices can be controlled via a field connection unit. In particular, servomotors of the electric coils and transformers can be controlled and supplied with electrical energy.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Mehrzahl von sekundärtechnischen Schalteinheiten an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen sein. Hierbei kann neben der Feldanschalteinheit auch Schutztechnik an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen sein.According to one exemplary embodiment, a plurality of secondary switching units can be connected to the AC voltage distribution. In addition to the field interface unit protection technology must also be connected to the AC voltage distribution.

Um zu gewährleisten, dass die Umspannstation aus der Ferne bedienbar ist, wird neben den sekundärtechnischen Schalteinheiten auch Kommunikationstechnik benötigt. Die Stationsleittechnik fasst die Datenströme der Umspannstation zusammen und überträgt diese an das Netzleitsystem und empfängt von dem Netzleitsystem Schaltbefehle. Hierdurch kann die Netzleitstelle den Ist-Zustand der Umspannanlage, z.B. Schaltstellungen und Lastflüsse erfassen und darauf basierend Entscheidungen treffen und gegebenenfalls entsprechende Schalthandlungen auslösen. Zur Sicherstellung der Kommunikation wird vorgeschlagen, dass eine Kommunikationstechnik, insbesondere nachrichtentechnische Komponenten und/oder leittechnische Komponenten über einen ersten Gleichrichter an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist.To ensure that the substation can be operated remotely, communication technology is required in addition to the secondary switching units. The station control system combines the data streams from the substation and transmits them to the network control system and receives switching commands from the network control system. As a result, the network control center can check the current status of the substation, e.g. Record switching positions and load flows and make decisions based on them and, if necessary, trigger appropriate switching actions. To ensure communication, it is proposed that communication technology, in particular communications technology components and / or I&C components, be connected to the AC voltage distribution via a first rectifier.

In einer Umspannanlage sind in der Regel eine Mehrzahl an primärtechnischen Schalteinheiten und Komponenten vorgesehen, die jeweils über sekundärtechnische Schalteinheiten angesteuert werden. Zur Erhaltung der Betriebsbereitschaft der Umspannanlage im Falle des Netzausfalls sind alle maßgeblichen sekundärtechnischen Schalteinheiten an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen.A substation generally has a plurality of primary technical switching units and components, each of which is controlled by secondary technical switching units. To maintain the operational readiness of the substation in the event of a power failure, all relevant secondary switching units are connected to the AC voltage distribution.

Neben den sekundärtechnischen Schalteinheiten können ebenfalls Komponenten der Schutztechnik an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass diese Schutztechnik über einen zweiten Gleichrichter an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist. Schutztechnik schützt die in der Umspannanlage verbauten Betriebsmittel vor unzulässig hohen Belastungen, insbesondere im Fall von Kurzschlüssen und Erdschlüssen. Schutztechnik kann insbesondere ein Leitungsschutz, ein Transformatorschutz und ein Sammelschienenschutz sein. Schutztechnik wird in der Regel auf einer anderen Spannungsebene betrieben als die Spannungsebene der Wechselspannungsverteilung. Die Schutztechnik besteht insbesondere aus Gleichstromkomponenten, die über den in der Wechselspannungsverteilung angeschlossenen Gleichrichter direkt mit Gleichspannung versorgt werden.In addition to the secondary switching units, components of the protective technology can also be connected to the AC voltage distribution. According to one exemplary embodiment, it is proposed that this protection technology be connected to the AC voltage distribution via a second rectifier. Protection technology protects the equipment installed in the substation against impermissibly high loads, especially in the event of short circuits and earth faults. Protection technology can in particular be line protection, transformer protection and busbar protection. Protection technology is usually operated at a different voltage level than the voltage level of the AC voltage distribution. The protection technology consists in particular of direct current components which are supplied with direct voltage directly via the rectifier connected in the alternating voltage distribution.

Um die Verfügbarkeit der Umspannanlage weiter zu erhöhen, ist die Schutztechnik abschaltbar. Im Falle des Netzausfalls ist Schutztechnik in der Regel nicht notwendig. Da im Falle des Netzausfalls weder ein Erdschluss noch ein Kurzschluss auftreten kann, und auch ein Leitungsschutz oder ein Berührschutz nicht notwendig ist, da das Energieversorgungsnetz ohnehin spannungslos ist, kann die Schutztechnik im Falle des Netzausfalls auch außer Betrieb genommen werden. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass die Schutztechnik abhängig von einer Spannung und/oder einer Frequenz in der Wechselspannungsverteilung oder abhängig von einem Ladezustand des Energiespeichers abschaltbar ist. Auch kann die Schutztechnik in ihrer Spannungsebene eine eigene Spannungsversorgung haben. Das Abschalten der Schutztechnik kann auch abhängig von einem Ladezustand eines solchen Energiespeichers sein.To further increase the availability of the substation, the protection technology can be switched off. In the event of a power failure, protective technology is generally not necessary. Since neither a ground fault nor a short circuit can occur in the event of a power failure, and line protection or touch protection is not necessary, since the power supply network is already dead, the protection technology can also be taken out of operation in the event of a power failure. For this reason, it is proposed that the protection technology can be switched off depending on a voltage and / or a frequency in the AC voltage distribution or depending on a state of charge of the energy store. The protection technology can also have its own power supply in its voltage level. Switching off the protection technology can also depend on the state of charge of such an energy store.

Der Energiespeicher ist im Normalbetriebsfall, also wenn Netzspannung anliegt, bevorzugt vollständig geladen. Der Energiespeicher entlädt sich in einem solchen Fall bevorzugt nicht. Im Falle des Netzausfalls aber, sofern vom Generator nicht ausreichend elektrische Leistung in die Wechselspannungsverteilung eingespeist wird, speist der Energiespeicher die an die Wechselspannungsverteilung angeschlossenen schutz-, leit- und/oder nachrichtentechnischen Komponenten und entlädt sich. Der Ladezustand des Energiespeichers sinkt daher ab. Tritt ein solches Absinken des Ladezustands ein, kann die Schutztechnik beispielsweise ab einem bestimmten Ladezustand des Energiespeichers abgeschaltet werden.The energy store is preferably fully charged in normal operation, that is to say when mains voltage is present. In such a case, the energy store preferably does not discharge. In the event of a power failure, however, if the generator does not feed sufficient electrical power into the AC voltage distribution, the energy store feeds the protection, control and / or communications components connected to the AC voltage distribution and discharges. The state of charge of the energy store therefore drops. If such a drop in the state of charge occurs, the protection technology can be switched off, for example, from a certain state of charge of the energy store.

Die Schutztechnik kann beispielsweise abschaltbar sein, wenn zunächst die notwendige Bedingung erfüllt ist, dass ein Netzausfall eingetreten ist, insbesondere dass der Schalter geöffnet ist und darüber hinaus die hinreichende Bedingung, dass eine Spannung und/oder eine Frequenz innerhalb der Wechselspannungsverteilung und/oder ein Ladezustand des Energiespeichers unterhalb eines Grenzwertes fällt. Sind beide Bedingungen erfüllt, kann die Schutztechnik abgeschaltet werden. Durch das Abschalten der Schutztechnik verbraucht diese keine weitere elektrische Energie und der Energiespeicher wird somit langsamer entladen. Dadurch gelingt es, den Leistungsbedarf der Umspannanlage im Netzwiederaufbau signifikant zu verringern und die Überbrückungszeit zu erhöhen. Insbesondere werden bei den oben genannten Bedingungen Gleichstromverbraucher der Schutztechnik abgeschaltet.The protection technology can be switched off, for example, if the necessary condition that a power failure has occurred is met, in particular that the switch is open, and also the sufficient condition that a voltage and / or a frequency within the AC voltage distribution and / or a state of charge of the energy storage falls below a limit value. If both conditions are met, the protection technology can be switched off. By switching off the protection technology, it does not consume any further electrical energy and the energy storage is thus discharged more slowly. This makes it possible to significantly reduce the power requirement of the substation in the network restoration and to increase the bridging time. In particular, direct current consumers of protective technology are switched off under the above-mentioned conditions.

Die nachrichtentechnischen Komponenten werden bevorzugt auf einem anderen Gleichspannungsniveau betrieben als die Schutztechnik. Daher wird vorgeschlagen, dass der erste Gleichrichter eine erste Ausgangsspannung hat und/oder dass der zweite Gleichrichter eine zweite von der ersten Ausgangsspannung verschiedene Ausgangsspannung hat. Dabei ist die erste Ausgangsspannung beispielsweise im Bereich zwischen 40 V und 60 V, beispielsweise 48 V und die zweite Ausgangsspannung beispielsweise im Bereich zwischen 150 V und 300 V, beispielsweise 212 V. Die Wechselspannungsverteilung wird beispielsweise bei einer Spannung von 400 V betrieben.The communications technology components are preferably operated at a different DC voltage level than the protection technology. It is therefore proposed that the first rectifier have a first output voltage and / or that the second rectifier have a second output voltage that is different from the first output voltage. The first output voltage is, for example, in the range between 40 V and 60 V, for example 48 V, and the second output voltage, for example in the range between 150 V and 300 V, for example 212 V. The AC voltage distribution is operated, for example, at a voltage of 400 V.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Energiespeicher ein Lithium-Ionen Speicher. Da im Falle eines Netzausfalls eine Vielzahl an Ladezyklen durch den Generator durchlaufen wird, ist ein solcher Energiespeicher besser geeignet, als beispielsweise ein Bleisäure-Akkumulator. According to one embodiment, the energy store is a lithium-ion store. Since the generator will run through a large number of charging cycles in the event of a power failure, such an energy store is more suitable than, for example, a lead acid accumulator.

Um zu verhindern, dass im Normalbetriebsfall, also wenn kein Netzausfall vorliegt, elektrische Leistung vom Generator in das Energieversorgungsnetz fließt, wird zwischen der Wechselspannungsverteilung und dem Energieversorgungsnetz ein Leistungsflusswächter vorgesehen. Mit Hilfe des Leistungsflusswächters ist es möglich, einen Leistungsfluss zwischen der Wechselspannungsverteilung und dem Energieversorgungsnetz zu überwachen. Im Verbraucherzählpfeilsystem fließt im Normalbetriebsfall elektrische Leistung aus dem Energieversorgungsnetz in die Wechselspannungsverteilung. Im Falle eines Spannungsabfalls im Energieversorgungsnetz würde elektrische Leistung vom Generator über den Wechselrichter und die Wechselspannungsverteilung in das Energieversorgungsnetz fließen. Dies wird mittels des Leistungsflusswächters verhindert. Misst der Leistungsflusswächter beispielsweise einen negativen Leistungsfluss, kann er den Schalter öffnen. Der Leistungsflusswächter kann beispielsweise durch ein Smart Meter gebildet sein.In order to prevent electrical power from the generator from flowing into the power supply network during normal operation, i.e. when there is no power failure, a power flow monitor is provided between the AC voltage distribution and the power supply network. With the help of the power flow monitor, it is possible to monitor a power flow between the AC voltage distribution and the energy supply network. In the consumer arrow system, normal power flows from the power supply network into the AC voltage distribution during normal operation. In the event of a voltage drop in the power supply network, electrical power would flow from the generator via the inverter and the AC voltage distribution into the power supply network. This is prevented by the power flow monitor. If the power flow monitor measures a negative power flow, for example, it can open the switch. The power flow monitor can be formed, for example, by a smart meter.

Über die Wechselspannungsverteilung werden Komponenten wie Motoren mit elektrischer Energie versorgt. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass die Wechselspannungsverteilung dreiphasig ist und insbesondere, dass der Batteriewechselrichter die Wechselspannungsverteilung dreiphasig speist. Die Wechselspannungsverteilung ist dann eine Drehstromverteilung. Dies ist insbesondere für motorische Stellelemente, beispielsweise eines Trafostellers oder eines motorisch betriebenen Schalters sinnvoll.Components such as motors are supplied with electrical energy via the AC voltage distribution. For this reason, it is proposed that the AC voltage distribution be three-phase, and in particular that the battery inverter feed the AC voltage distribution three-phase. The AC voltage distribution is then a three-phase distribution. This is particularly useful for motorized control elements, for example a transformer actuator or a motor-operated switch.

Die sekundärtechnische Schalteinheit ist bevorzugt dreiphasig an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen. Hierdurch sind dreiphasig betriebene Motoren der sekundärtechnischen Schalteinheiten über die Wechselspannungsverteilung betreibbar.The secondary technical switching unit is preferably connected to the AC voltage distribution in three phases. As a result, three-phase motors of the secondary switching units can be operated via the AC voltage distribution.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Generator eine Photovoltaikanlage umfasst. Mit Hilfe der Photovoltaikanlage ist es möglich, elektrische Energie aus Sonnenenergie zu gewinnen und diese in die Wechselspannungsverteilung einzuspeisen. Im Falle des Netzausfalls wird über die Photovoltaikanlage eine Speisung der Verbraucher an der Wechselspannungsverteilung bewirkt. Hierdurch wird der Energiespeicher, der während der Überbrückungszeit im des Netzausfalls die Wechselspannungsverteilung elektrisch speist, entlastet. Die Umspannanlage verfügt daher über eine längere Verfügbarkeit im des Netzausfalls, so dass der Netzwiederaufbau für eine längere Zeit möglich ist.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the generator comprise a photovoltaic system. With the help of the photovoltaic system, it is possible to obtain electrical energy from solar energy and feed it into the AC voltage distribution. In the event of a power failure, the photovoltaic system feeds the consumers to the AC voltage distribution. This relieves the load on the energy store which supplies the AC voltage distribution electrically during the bridging period in the event of a power failure. The substation therefore has a longer availability in the event of a power failure, so that the network can be rebuilt for a longer time.

Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

  • 1 eine Umspannanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel.
The subject is explained in more detail below with reference to a drawing showing exemplary embodiments. The drawing shows:
  • 1 a substation according to an embodiment.

1 zeigt beispielhaft eine 10 kV Umspannanlage 2 mit einer Schaltanlage 4. Für die weitere Betrachtung werden lediglich die für den Gegenstand relevanten Komponenten der Umspannanlage 2 gezeigt. Ein Eigenbedarfstransformator 6 ist primärseitig einphasig oder dreiphasig an das Energieversorgungsnetz in der Schaltanlage 4 angeschlossen. 1 shows an example of a 10 kV substation 2nd with a switchgear 4th . For further consideration, only the components of the substation that are relevant to the object are used 2nd shown. An in-house transformer 6 is on the primary side single-phase or three-phase to the power supply network in the switchgear 4th connected.

Der Eigenbedarfstransformators 6 ist sekundärseitig dreiphasig an eine erste Wechselspannungsverteilung angeschlossen. Die Wechselspannung der ersten Wechselspannungsverteilung kann bei beispielsweise 400 V liegen. An der Wechselspannungsverteilung, die über zumindest eine Sammelschiene realisiert sein kann, können verschiedenste Verbraucher 8 angeschlossen sein, welche nicht sicherheitsrelevant sind und somit keine unterbrechungsfreie Stromversorgung im Fall des Netzausfalls benötigen.The in-house transformer 6 is connected in three phases on the secondary side to a first AC voltage distribution. The AC voltage of the first AC voltage distribution can be, for example, 400 V. A wide variety of consumers can be connected to the AC voltage distribution, which can be implemented via at least one busbar 8th connected, which are not safety-relevant and therefore do not require an uninterruptible power supply in the event of a power failure.

Darüber hinaus sind ein Leistungsflusswächter 10 sowie ein Schalter 12 mit ihren Eingängen an den sekundärseitigen Ausgang des Eigenbedarfstransformators 6 und/oder die erste Wechselspannungsverteilung angeschlossen.They are also a power flow monitor 10th as well as a switch 12 with their inputs to the secondary-side output of the in-house transformer 6 and / or the first AC voltage distribution is connected.

Ausgangsseitig des Schalters 12 und des Leistungsflusswächters 10 ist eine Wechselspannungsverteilung 14, beispielsweise über eine Sammelschiene, einphasig oder dreiphasig angeschlossen. An der Wechselspannungsverteilung 14 sind sekundärtechnische Schalteinheiten 16 unmittelbar angeschlossen. Der Anschluss der Schalteinheiten 16 kann einphasig und/oder dreiphasig sein. Gezeigt ist eine einzige Schalteinheit 16, es ist jedoch eine Vielzahl an Schalteinheiten 16 möglich. Mit Hilfe der Schalteinheiten 16 können Komponenten der Prozessebene unmittelbar angesteuert werden. Über die Schalteinheiten 16 können Elemente der Primärtechnik, wie z.B. Motoren der Transformatorstufenschalter und der E-Spulen angesteuert werden.Output side of the switch 12 and the power flow monitor 10th is an AC voltage distribution 14 , for example connected via a busbar, single-phase or three-phase. At the AC voltage distribution 14 are secondary switching units 16 immediately connected. The connection of the switching units 16 can be single-phase and / or three-phase. A single switching unit is shown 16 , however, it is a variety of switching units 16 possible. With the help of the switching units 16 components of the process level can be controlled directly. About the switching units 16 elements of primary technology, such as motors of the transformer tap changer and the E-coils can be controlled.

Darüber hinaus ist über einen ersten Gleichrichter 18 ein Anschluss von nachrichtentechnischen Komponenten 20 realisiert. Die nachrichtentechnischen Komponenten 20 werden bei Gleichspannung, insbesondere bei einer Spannung zwischen 30 V DC und 60 V DC, insbesondere 48 V DC betrieben.It also has a first rectifier 18th a connection of information technology components 20th realized. The communications components 20th are at DC voltage, especially at a voltage between 30 V DC and 60 V DC , especially 48 V DC operated.

Über die nachrichtentechnische Komponenten 20 ist es möglich, eine Datenübertragung zwischen der Netzleitebene und der Stationsleitebene, insbesondere über ein Weitverkehrsnetz zu realisieren. Ferner ermöglichen die nachrichtentechnische Komponenten 20 eine Kommunikation zwischen der Stationsleitebene und der Feldleitebene, insbesondere über ein lokales Kommunikationsnetz. Die Kommunikation zwischen Netzleitebene und Stationsleitebene erfolgt über Lichtwellenleiter und/oder über Kupferkabel. Die Kommunikation zwischen der Stationsleitebene und der Feldleitebene erfolgt über Lichtwellenleiter und/oder Kupferkabel. About the communications components 20th it is possible to implement data transmission between the network control level and the station control level, in particular via a wide area network. Furthermore, the communication technology components enable 20th communication between the station control level and the field control level, in particular via a local communication network. Communication between the network control level and the station control level takes place via optical fibers and / or via copper cables. Communication between the station control level and the field control level takes place via optical fibers and / or copper cables.

Im Falle eines Netzausfalls ist es notwendig, dass die Netzleitebene Informationen über die einzelnen Stationen und deren Zustände hat. Daher ist es notwendig, dass die nachrichtentechnischen Komponenten 20 über die Wechselspannungsverteilung 14 mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung verbunden sind. Ferner ist es notwendig, dass die Netzleitebene und/oder die Stationsleitebene auf die Feldleitebene zugreifen kann und dort Schalthandlungen auslösen können. Auch für diese Rückwirkung aus der Leitebene ist es notwendig, dass die nachrichtentechnischen Komponenten 20 eine unterbrechungsfreie Stromversorgung aufweisen.In the event of a network failure, it is necessary for the network control level to have information about the individual stations and their status. Therefore, it is necessary that the communications components 20th about the AC voltage distribution 14 connected to an uninterruptible power supply. Furthermore, it is necessary for the network control level and / or the station control level to be able to access the field control level and to trigger switching operations there. For this retroactive effect from the management level, it is necessary that the communications components 20th have an uninterruptible power supply.

Die unterbrechungsfreie Stromversorgung wird zunächst über einen Batteriewechselrichter 22 realisiert. Der Batteriewechselrichter 22 ist bidirektional betreibbar. Dies ermöglicht es, einen Energiespeicher 24, insbesondere einen Lithium Ionen Speicher zu laden und zu entladen.The uninterruptible power supply is first of all via a battery inverter 22 realized. The battery inverter 22 can be operated bidirectionally. This enables an energy store 24th , in particular to charge and discharge a lithium ion storage device.

Darüber hinaus sind Schutzmodule vorgesehen, wie beispielsweise ein Erdschlussdetektor, ein Kurzschlussdetektor, ein Leiterschutz und/oder dergleichen. Diese Schutztechnik ist jedoch nur notwendig, wenn in dem jeweils zu schützenden Feld der Umspannanlage 2 tatsächlich elektrische Spannung anliegt. Aus diesem Grunde sind schutztechnische Komponenten 26 über eine sogenannten TENAB Schaltung 28 und einen zweiten Gleichrichter 30 an die Wechselspannungsverteilung 14 angeschlossen.In addition, protection modules are provided, such as an earth fault detector, a short circuit detector, a conductor protection and / or the like. However, this protection technology is only necessary if in the respective field of the substation to be protected 2nd there is actually an electrical voltage. For this reason, protection components are 26 via a so-called TENAB circuit 28 and a second rectifier 30th to the AC voltage distribution 14 connected.

Die Schutztechnik 26 wird mit einer höheren Gleichspannung betrieben als die nachrichtentechnische Komponenten 20, die Gleichspannung liegt beispielsweise zwischen 150 V DC und 300 V DC, insbesondere bei 212 V DC.The protection technology 26 is operated with a higher DC voltage than the communications components 20th , The DC voltage is between 150 V, for example DC and 300 V DC , especially at 212 V. DC .

Die TENAB Schaltung 28 kann beispielsweise abhängig von der Frequenz auf der Wechselspannungsverteilung 14 und/oder dem Ladezustand des Lithium-Ionen-Speichers 24 und/oder der Schalterstellung des Schalters 12 aktiviert sein, derart, dass beispielsweise bei einem geöffneten Schalter 12 und einem unterem Ladezustand des Energiespeichers 24 und/oder einer unteren Frequenz der Wechselspannungsverteilung 14 die TENAB Schaltung 28 öffnet und dadurch die daran angeschlossene Schutztechnik 26 abgeschaltet wird. Dies führt dazu, dass im Falle eines Netzausfalls die Überbrückungszeit erheblich erhöht wird, da die Schutztechnik 26 keine weitere Leistung bezieht und der Energiespeicher 24 weniger Leistung zur Verfügung stellen muss.The TENAB circuit 28 can, for example, depend on the frequency on the AC voltage distribution 14 and / or the state of charge of the lithium-ion storage 24th and / or the switch position of the switch 12 be activated such that, for example, with an open switch 12 and a lower state of charge of the energy store 24th and / or a lower frequency of the AC voltage distribution 14 the TENAB circuit 28 opens and thereby the connected protection technology 26 is switched off. This means that in the event of a power failure, the bridging time is increased considerably, as the protection technology 26 no further power draws and the energy storage 24th has to provide less power.

Schließlich ist an der Wechselspannungsverteilung 14 ein netzgeführter Wechselrichter 32 angeschlossen, der mit einem Generator 34, beispielsweise vorliegend einer Photovoltaikanlage verbunden ist. Der Wechselrichter 32 speist elektrische Leistung des Generators 34 in die Wechselspannungsverteilung 14 mit der durch den Batteriewechselrichter 22 vorgegebenen Frequenz ein.Finally, there is AC voltage distribution 14 a grid-controlled inverter 32 connected to a generator 34 , for example in the present case a photovoltaic system is connected. The inverter 32 feeds electrical power of the generator 34 into the AC voltage distribution 14 with that through the battery inverter 22 predetermined frequency.

Im Normalbetriebsfall ist der Schalter 12 geschlossen. Der Energiespeicher 24 wird durch elektrische Leistung von dem Energieversorgungsnetz geladen und sein Ladezustand wird auf einem bestimmten Niveau, beispielsweise 90% oder höher gehalten. Das Laden des Energiespeichers 24 erfolgt bedarfsweise auch über den Generator 34.The switch is in normal operation 12 closed. The energy storage 24th is charged by electrical power from the power supply network and its state of charge is kept at a certain level, for example 90% or higher. Charging the energy storage 24th if necessary, this is also done via the generator 34 .

Mittels des Leistungsflusswächters 10 ist feststellbar, wenn ein negativer Leistungsfluss (im Verbraucherzählpfeilsystem) zwischen der Schaltanlage 4 und der Wechselspannungsverteilung 14 anliegt, das heißt, dass Strom bzw. elektrische Leistung, die durch den Generator 34 und/oder den Energiespeicher 24 in die Wechselspannungsverteilung 14 eingespeist wurde, von der Wechselspannungsverteilung 14 über den Transformator 6 in das übergelagerte Energieversorgungsnetz geleitet wird. In einem solchen Fall kann der Schalter 12 geöffnet werden, um ein Rückspeisen von elektrischer Leistung in das vorgelagerte Energieversorgungsnetz zu verhindern.Using the power flow monitor 10th can be determined if there is a negative power flow (in the consumer arrow system) between the switchgear 4th and the AC voltage distribution 14 is present, that is, that electricity or electrical power generated by the generator 34 and / or the energy store 24th into the AC voltage distribution 14 was fed from the AC voltage distribution 14 via the transformer 6 is routed into the higher-level energy supply network. In such a case, the switch 12 be opened to prevent electrical power from being fed back into the upstream energy supply network.

Im Falle eines Netzausfalls kommt es zu einem Spannungseinbruch in der Umspannanlage 2, insbesondere der Schaltanlage 4. Dieser Spannungseinbruch geht bis zu 0 V. Über den Leistungsflusswächter 10, der beispielsweise zumindest ein Smart Meter aufweisen kann, lässt sich dieser Spannungsabfall messen und daraus schließen, dass ein Netzausfall eingetreten ist. Der Schalter 12 wird daraufhin geöffnet. Auch ein negativer Leistungsfluss, wie oben beschrieben, kann das Auslösekriterium des Schalters 12 sein, da auch im Falle eines Netzausfalls ein oben beschriebener Leistungsfluss eintritt.In the event of a power failure, there is a voltage drop in the substation 2nd , especially the switchgear 4th . This voltage drop goes up to 0 V. Via the power flow monitor 10th , which can have at least one smart meter, for example, this voltage drop can be measured and it can be concluded that a power failure has occurred. The desk 12 will then be opened. A negative power flow, as described above, can also trigger the switch 12 because the power flow described above also occurs in the event of a power failure.

Bei geöffnetem Schalter 12 wird die Wechselspannungsverteilung 14 zunächst über den Energiespeicher 24 betrieben. Der Energiespeicher 24 speist elektrische Leistung mittels des Batteriewechselrichters 22 in die Wechselspannungsverteilung 14 ein und betreibt somit die Komponenten 16, 20, 26, 28.With the switch open 12 becomes the AC voltage distribution 14 initially via the energy storage 24th operated. The energy storage 24th feeds electrical power using the battery inverter 22 into the AC voltage distribution 14 and thus operates the components 16 , 20th , 26 , 28 .

Da der Batteriewechselrichter 22 eine Frequenz in der Wechselspannungsverteilung 14 vorgibt, kann auch der Generator 34 über den netzgeführten Wechselrichter 32 elektrische Leistung in die Wechselspannungsverteilung 14 einspeisen.Because the battery inverter 22 a frequency in the AC voltage distribution 14 the generator can also specify 34 via the grid-controlled inverter 32 electrical power in the AC voltage distribution 14 feed.

Es kann dazu kommen, dass die Leistung des Generators 34 größer ist, als von den Komponenten 16, 20, 26, 28 benötigt wird. In diesem Fall wird der Energiespeicher 24 durch den Generator 34 geladen, so dass der Energiespeicher 24 eine längere Zeit die unterbrechungsfreie Stromversorgung der Wechselspannungsverteilung 14 aufrechterhalten kann.It can happen that the performance of the generator 34 is larger than the components 16 , 20th , 26 , 28 is needed. In this case, the energy storage 24th through the generator 34 charged so that the energy storage 24th the uninterruptible power supply of the AC voltage distribution for a long time 14 can maintain.

Kommt es zum Netzausfall, das heißt bei geöffnetem Schalter 12, dazu, dass der Ladezustand des Energiespeicher 24 einen unteren Grenzwert unterschreitet, kann dies als Auslösesignal für die TENAB Schaltung 28 gewertet werden. Daraufhin können die Komponenten der Schutztechnik 26 durch die TENAB Schaltung 28 von der Wechselspannungsverteilung 14 getrennt werden, so dass die Leistungsaufnahme an der Wechselspannungsverteilung 14 reduziert wird. Auch hierdurch wird die Zeit der unterbrechungsfreien Stromversorgung erhöht, da einerseits weniger Leistung vom Energiespeicher 24 abgerufen wird und andererseits mehr der elektrischen Leistung, welche von dem Generator 34 zur Verfügung gestellt wird, zum Laden des Energiespeichers 24 genutzt werden kann.If there is a power failure, that is when the switch is open 12 , that the state of charge of the energy storage 24th falls below a lower limit value, this can be a trigger signal for the TENAB circuit 28 get ranked. Then the components of the protection technology 26 through the TENAB circuit 28 from the AC voltage distribution 14 be separated so that the power consumption at the AC voltage distribution 14 is reduced. This also increases the time of the uninterruptible power supply, because on the one hand less power from the energy store 24th and on the other hand more of the electrical power generated by the generator 34 is made available for charging the energy storage 24th can be used.

Die Zustände der ’kompakten Feldanschalteinheit 16 werden über die nachrichtentechnischen Komponenten 20 an die Stationsleitebene und/oder die Netzleitebene übermittelt. Die Netzleitebene ermöglicht es, Schaltzustände abzufragen und Schaltvorgänge durchzuführen. Hierbei werden über die nachrichtentechnische Komponenten 20 Schaltbefehle empfangen, welche über die kompakten Feldanschalteinheit 16 im Feld ausgeführt werden. Dies ermöglicht es, die Umspannanlage 2 im Netzwiederaufbaufall anzusteuern und somit einen geregelten Netzwiederaufbau zu ermöglichen. Dieser geregelte Netzwiederaufbau ist durch die beschriebene unterbrechungsfreie Stromversorgung über einen längeren Zeitraum möglich. Eine gegenständlich betriebene Umspannanlage 2 kann auch nach einem Netzausfall von mehr als 12 oder 24 Stunden geschaltet werden und trägt somit zu einem geregelten Netzwiederaufbau bei.The states of the 'compact field interface unit 16 are about the communications components 20th transmitted to the station control level and / or the network control level. The network control level enables switching states to be queried and switching operations to be carried out. Here, the information technology components 20th Receive switching commands via the compact field connection unit 16 run in the field. This enables the substation 2nd to be controlled in the case of network restoration and thus to enable a regulated network restoration. This regulated network restoration is possible over a longer period of time thanks to the described uninterruptible power supply. A substation operated in this way 2nd can also be switched after a power failure of more than 12 or 24 hours and thus contributes to a regulated network restoration.

BezugszeichenlisteReference symbol list

22nd
UmschaltanlageSwitchgear
44th
SchaltanlageSwitchgear
66
EigenbedarfstransformatorIn-house transformer
88th
Verbraucherconsumer
1010th
LeistungsflusswächterPower flow monitor
1212
Schaltercounter
1414
WechselspannungsverteilungAC voltage distribution
1616
SchalteinheitenSwitching units
1818th
GleichrichterRectifier
2020th
nachrichtentechnische Komponentetelecommunications component
2222
BatteriewechselrichterBattery inverter
2424th
EnergiespeicherEnergy storage
2626
SchutztechnikProtection technology
2828
TENAB SchaltungTENAB circuit
3030th
GleichrichterRectifier
3232
WechselrichterInverter
3434
Generatorgenerator

Claims (17)

Umspannanlage mit - einem eine Wechselspannungsverteilung von einem Energieversorgungsnetz trennenden Schalter, - einem Anschluss einer sekundärtechnischen Schalteinheit an die Wechselspann ungsverteilung, - einem Anschluss eines Batteriewechselrichters eines Energiespeichers an die Wechselspann ungsverteilung, dadurch gekennzeichnet, - dass der Schalter bei einem Abfall einer eingangsseitigen Spannung unter einen unteren Grenzwert öffnet, - dass der Batteriewechselrichter abhängig von der Schalterstellung des Schalters eine Frequenz der Wechselspannungsverteilung vorgibt und - dass ein netzgeführter Wechselrichter abhängig von der Frequenz der Wechselspannungsverteilung eine elektrische Leistung eines Generators in die Wechselspannungsverteilung einspeist.Substation with - a switch that separates an AC voltage distribution from an energy supply network, - a connection of a secondary switching unit to the AC voltage distribution, - a connection of a battery inverter of an energy storage device to the AC voltage distribution, characterized in that - the switch in the event of a drop in an input-side voltage below one The lower limit opens - that the battery inverter specifies a frequency of the AC voltage distribution depending on the switch position of the switch and - that a grid-controlled inverter feeds electrical power from a generator into the AC voltage distribution depending on the frequency of the AC voltage distribution. Umspannanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - ein Transformator primärseitig an ein Energieversorgungsnetz und sekundärseitigen an den Schalter angeschlossen ist, wobei der Transformator insbesondere ein Eigenbedarfstransformator ist.Substation after Claim 1 , characterized in that - a transformer is connected on the primary side to an energy supply network and on the secondary side to the switch, the transformer being in particular an in-house transformer. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Wechselspannungsverteilung eine zumindest dreiphasige Drehstromverteilung ist.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that the alternating voltage distribution is an at least three-phase three-phase distribution. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die sekundärtechnische Schalteinheit zumindest ein Schutzleitmodul oder eine Feldanschalteinheit, insbesondere umfassend eine Feldeinheit und/oder ein Schutzmodul, umfasst. Substation according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary technical switching unit comprises at least one protective control module or one field connection unit, in particular comprising a field unit and / or a protective module. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die sekundärtechnische Schalteinheit Schaltgeräte umfasst, mit denen primärtechnische Schaltanlagen angesteuert werden.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that - the secondary technical switching unit comprises switching devices with which primary technical switching systems are controlled. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass eine Mehrzahl von sekundärtechnischen Schalteinheiten an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that - a plurality of secondary switching units is connected to the AC voltage distribution. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass eine Kommunikationstechnik, insbesondere nachrichtentechnische Komponenten und/oder leittechnische Komponenten über einen ersten Gleichrichter an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that a communication technology, in particular communications technology components and / or I&C components, is connected to the AC voltage distribution via a first rectifier. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass eine Schutztechnik über einen zweiten Gleichrichter an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that a protective technique is connected to the AC voltage distribution via a second rectifier. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Schutztechnik und/oder Leittechnik in der Feldebene abhängig von einer Spannung und/oder einer Frequenz in der Wechselspannungsverteilung oder abhängig von einem Ladezustand des Energiespeichers und/oder abhängig von einem Ladezustand eines unmittelbar an der Schutztechnik und/oder Leittechnik angeordneten Energiespeichers abschaltbar ist.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that the protection technology and / or control technology in the field level depends on a voltage and / or a frequency in the alternating voltage distribution or depending on a state of charge of the energy store and / or depending on a state of charge of one directly the protection technology and / or control technology arranged energy storage can be switched off. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der erste Gleichrichter eine erste Ausgangsspannung hat und/oder dass der zweite Gleichrichter eine zweite, von der ersten Ausgangsspannung verschiedene Ausgangsspannung hat, insbesondere dass die erste Ausgangsspannung eine erste Spannung ist und dass die zweite Ausgangsspannung eine höhere als die erste Spannung ist.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that - the first rectifier has a first output voltage and / or that the second rectifier has a second output voltage different from the first output voltage, in particular that the first output voltage is a first voltage and that the second Output voltage is higher than the first voltage. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Energiespeicher ein Lithium-Ionen Speicher ist.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that the energy store is a lithium-ion store. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass zwischen der Wechselspannungsverteilung und dem Energieversorgungsnetz ein Leistungsflusswächter angeordnet ist.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that - a power flow monitor is arranged between the AC voltage distribution and the energy supply network. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Wechselspannungsverteilung Komponenten der Feldleitebene versorgt.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that - the alternating voltage distribution supplies components of the field control level. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Batteriewechselrichter dreiphasig an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that - the battery inverter is connected in three phases to the AC voltage distribution. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass zumindest eine sekundärtechnische Schalteinheit dreiphasig an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that - at least one secondary switching unit is connected in three phases to the AC voltage distribution. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Generator eine Photovoltaikanlage umfasst.Substation according to one of the preceding claims, characterized in that the generator comprises a photovoltaic system. Verfahren zum Betreiben einer Umspannanlage bei dem - eine Wechselspannungsverteilung von einem Energieversorgungsnetz durch einen Schalter getrennt wird, - die Wechselspannungsverteilung durch einen Batteriewechselrichter eines Energiespeichers, der an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist, gespeist wird und - eine sekundärtechnischen Schalteinheit über die Wechselspannungsverteilung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, - dass der Schalter bei einem Abfall einer eingangsseitigen Spannung unter einen unteren Grenzwert geöffnet wird, - eine Frequenz durch den Batteriewechselrichter abhängig von der Schalterstellung des Schalters in der Wechselspannungsverteilung vorgegeben wird, und - elektrische Leistung eines Generators durch einen netzgeführten Wechselrichter abhängig von der vorgegebenen Frequenz in die Wechselspannungsverteilung eingespeist wird.Method for operating a transformer station in which: - is separated, an AC voltage distribution of a power supply system by a switch, - the AC voltage distribution is fed by a battery inverter of an energy store, which is connected to the AC power distribution, and - a secondary technical switching unit is powered by the alternating current distribution, characterized , - that the switch is opened when the input-side voltage drops below a lower limit, - a frequency is specified by the battery inverter depending on the switch position of the switch in the AC voltage distribution, and - electrical power of a generator by a grid-controlled inverter depending on the specified Frequency is fed into the AC voltage distribution.
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