DE102019202211A1 - Device for symmetrizing a current consumption from external conductors of a multi-phase low-voltage network - Google Patents

Device for symmetrizing a current consumption from external conductors of a multi-phase low-voltage network Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Symmetrisierung einer Stromabnahme von Au-ßenleitern (9 bis 11) eines mehrphasigen Niederspannungsnetzes (2) hat eine Trenntransformator-Einrichtung (5) für jeden Außenleiter (9 bis 11). Eine AC/DC-Wandler-Einrichtung (12) ist der Trenntransformator-Einrichtung (5) sekundärseitig für jeden Außenleiter (9 bis 11) nachgeschaltet und mit jeweils einem Leiter (13 bis 15) eines Gleichspannungsnetzes (4) verbunden. Eine Leistungs-Überwachungs-Einrichtung (20) dient zur Erfassung von Leistungsflüssen durch die Außenleiter (9 bis 11). Eine zentrale Steuereinrichtung (25) steht mit der Leistungs-Überwachungs-Einrichtung (20) in Signalverbindung. Die zentrale Steuereinrichtung (25) steht mit der AC/DC-Wandler-Einrichtung (12) in Signalverbindung. Es resultiert eine Symmetrisierungsvorrichtung für eine Stromabnahme von Niederspannungsnetz-Außenleitern, die betriebssicher ist.

Figure DE102019202211A1_0000
A device (1) for symmetrizing a current consumption from outer conductors (9 to 11) of a multi-phase low-voltage network (2) has an isolating transformer device (5) for each outer conductor (9 to 11). An AC / DC converter device (12) is connected downstream of the isolating transformer device (5) on the secondary side for each outer conductor (9 to 11) and is connected to a respective conductor (13 to 15) of a DC voltage network (4). A power monitoring device (20) is used to record power flows through the outer conductors (9 to 11). A central control device (25) is in signal connection with the power monitoring device (20). The central control device (25) is in signal connection with the AC / DC converter device (12). The result is a symmetrizing device for current consumption from low-voltage network external conductors, which is operationally reliable.
Figure DE102019202211A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Symmetrisierung einer Stromabnahme von Außenleitern eines mehrphasigen, Wechselspannung führenden Niederspannungsnetzes.The invention relates to a device for symmetrizing a current consumption of outer conductors of a polyphase, alternating voltage carrying low voltage network.

Aus der EP 3 389 160 A1 ist ein automatischer Stromausgleich für Energiesysteme im Zusammenhang mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung bekannt.From the EP 3 389 160 A1 an automatic current equalization for energy systems in connection with an uninterruptible power supply is known.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine betriebssichere Symmetrisierungsvorrichtung für eine Stromabnahme von Niederspannungsnetz-Außenleitern zu schaffen.It is an object of the present invention to provide an operationally reliable balancing device for drawing current from low-voltage network external conductors.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved according to the invention by a device with the features specified in claim 1.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass mithilfe einer Trenntransformator-Einrichtung, einer AC/DC-Wandler-Einrichtung, einer Leistungs-Überwachungs-Einrichtung und einer zentralen Steuereinrichtung eine betriebssichere Symmetrisierungsvorrichtung realisiert werden kann. Die Trenntransformator-Einrichtung sorgt für eine galvanische Trennung zwischen dem Niederspannungsnetz einerseits und dem Gleichspannungsnetz andererseits. Die AC/DC-Wandler-Einrichtung ermöglicht über entsprechende Leistungssteller eine Vorgabe einer Stromabnahme vom jeweiligen Außenleiter.According to the invention, it was recognized that an operationally reliable balancing device can be implemented with the aid of an isolating transformer device, an AC / DC converter device, a power monitoring device and a central control device. The isolating transformer device ensures galvanic isolation between the low-voltage network on the one hand and the direct voltage network on the other. The AC / DC converter device enables a current consumption to be specified from the respective outer conductor via appropriate power controllers.

Über die Leistungs-Überwachungs-Einrichtung und die zentrale Steuereinrichtung ist eine Symmetrisierung der Stromabnahme von den Außenleitern des Niederspannungsnetzes über einen entsprechenden Regelprozess möglich. Die Symmetrisierung kann insbesondere als Feedback-Regelung realisiert werden.The power monitoring device and the central control device can be used to symmetrize the current consumption from the outer conductors of the low-voltage network using a corresponding control process. The symmetrization can in particular be implemented as a feedback control.

Über die Symmetrisierungs-Vorrichtung kann ein Neutralleiter bzw. ein Sternpunkt des Niederspannungsnetzes entlastet werden.A neutral conductor or a star point of the low-voltage network can be relieved via the balancing device.

Bei der zentralen Steuereinrichtung kann es sich um eine programmierbare Steuereinrichtung oder auch um eine CPU (Central Processing Unit) handeln.The central control device can be a programmable control device or also a CPU (Central Processing Unit).

Eine Symmetrisierung kann zu Stromabnahmen von den Außenleitern des Niederspannungsnetzes führen, die, was die abgenommene Leistung angeht, voneinander um weniger als 10 %, um weniger als 5 %, um weniger als 2 %, um weniger als 1 %, um weniger als 0,5 %, um weniger als 0,25 %, um weniger als 0,1 % oder auch um eine noch geringere Differenz abweichen. Eine absolute Leistungsabweichung zwischen den Außenleitern des Niederspannungsnetzes kann geringer sein als 10 kVA, kann geringer sein als 5 kVA und kann insbesondere geringer sein als 4,6 kVA.Symmetrization can lead to current draws from the external conductors of the low-voltage network which, in terms of the drawn power, differ from each other by less than 10%, by less than 5%, by less than 2%, by less than 1%, by less than 0, 5%, by less than 0.25%, by less than 0.1% or by an even smaller difference. An absolute power deviation between the outer conductors of the low-voltage network can be less than 10 kVA, can be less than 5 kVA and in particular can be less than 4.6 kVA.

Bei dem Niederspannungsnetz kann es sich um ein Netz handeln, welches Dreiphasen-Wechselstrom liefert.The low-voltage network can be a network that supplies three-phase alternating current.

Ausführungen der Trenntransformator-Einrichtung nach Anspruch 2 haben sich in der Praxis bewährt.Designs of the isolating transformer device according to claim 2 have proven themselves in practice.

Entsprechendes gilt für die Ausführungen der AC/DC-Wandler-Einrichtung nach Anspruch 3.The same applies to the designs of the AC / DC converter device according to claim 3.

Ein Leistungsfluss-Sensor nach Anspruch 4 ermöglicht eine präzise Messung eines Außenleiter-Leistungsflusses und damit einer Stromabnahme von den jeweiligen Außenleitern. Dies kann als Eingangsgröße für die Symmetrisierung durch die zentrale Steuereinrichtung genutzt werden.A power flow sensor according to claim 4 enables a precise measurement of an outer conductor power flow and thus a current decrease from the respective outer conductors. This can be used as an input variable for the symmetrization by the central control device.

Ein Leistungsfluss-Sensor nach Anspruch 5 führt zu einer besonders sicheren Symmetrisierung.A power flow sensor according to claim 5 leads to a particularly reliable symmetrization.

Ein Gleichspannungsnetz-seitiger Leistungsfluss-Sensor nach Anspruch 6 ermöglicht eine Leistungsmessung einer Stromeinspeisung und/oder einer Stromentnahme auf Seiten von Gleichspannungsnetz-Verbrauchern. Dies kann insbesondere genutzt werden, um eine Rückspeisevergütung zu berechnen.A DC voltage network-side power flow sensor according to claim 6 enables a power measurement of a current feed and / or a current consumption on the part of DC voltage network consumers. This can be used in particular to calculate a feed-in tariff.

Die vorstehend erläuterten Leistungsfluss-Sensoren können auch in Kombination bei der Symmetrisierung genutzt werden.The power flow sensors explained above can also be used in combination for symmetrization.

Eine Rückspeiseinstallation nach Anspruch 7 ermöglicht eine entsprechend symmetrisierte Rückspeisung von Strom, der über Gleichspannungs-Stromquellen im Gleichspannungsnetz erzeugt wird. Die Strom-Rückspeisung über das Gleichspannungsnetz kann so sein, dass unter Berücksichtigung einer gegebenenfalls asymmetrischen Stromentnahme aus dem kundenseitigen Niederspannungsnetz eine Symmetrisierung der Stromabnahme von den Außenleitern des öffentlichen Teils des Niederspannungsnetzes erreicht wird. Eine entsprechend asymmetrische Verbrauchssituation beim kundenseitigen Niederspannungsnetz und/oder beim kundenseitigen Gleichspannungsnetz vorausgesetzt, kann die Rückspeisung im Gleichspannungsnetz auch asymmetrisch erfolgen, um entnahmeseitige Asymmetrien auszugleichen. Die Vorteile einer derartigen Rückspeiseinstallation entsprechen denjenigen, die vorstehend im Zusammenhang mit der Symmetrisierungs-Vorrichtung bereits erläutert wurden.A feedback installation according to claim 7 enables a correspondingly symmetrized feedback of current that is generated via direct voltage current sources in the direct voltage network. The power feed back via the DC voltage network can be such that, taking into account any asymmetrical current consumption from the customer's low-voltage network, a symmetrization of the current consumption from the external conductors of the public part of the low-voltage network is achieved. Assuming a corresponding asymmetrical consumption situation in the customer's low-voltage network and / or in the customer's DC voltage network, the feedback in the DC voltage network can also take place asymmetrically in order to compensate for asymmetries on the extraction side. The advantages of such a feedback installation correspond to those which have already been explained above in connection with the balancing device.

Eine elektronische Trenneinrichtung nach Anspruch 8 ist kostengünstig. Alternativ kann auch die Rückspeise-Trenneinrichtung entweder als Gruppe einphasiger Trenntransformatoren oder als mehrphasiger Trenntransformator ausgeführt sein, entsprechend dem, was vorstehend im Zusammenhang mit der Trenntransformator-Einrichtung bereits erläutert wurde. An electronic separation device according to claim 8 is inexpensive. Alternatively, the feedback isolating device can also be designed either as a group of single-phase isolating transformers or as a multi-phase isolating transformer, in accordance with what has already been explained above in connection with the isolating transformer device.

Vorteile der Ausführungen der DC/AC-Wandler-Einrichtung nach Anspruch 9 sowie der Rückspeise-Leistungs-Überwachungs-Einrichtungen nach den Ansprüchen 10 und 11 entsprechen denen, die vorstehend im Zusammenhang mit den Ansprüchen 3 bis 6 bereits erläutert wurden.Advantages of the designs of the DC / AC converter device according to claim 9 and of the regenerative power monitoring devices according to claims 10 and 11 correspond to those that have already been explained above in connection with claims 3 to 6.

Die Vorteile eines Gebäudeinstallationssystems nach Anspruch 12 entsprechen denen, die vorstehend im Zusammenhang mit der Symmetrisierungsvorrichtung bereits erläutert wurden. Eine entsprechende Gebäude- bzw. Hausinstallation kann Normungs-Anforderungen entsprechen.The advantages of a building installation system according to claim 12 correspond to those which have already been explained above in connection with the symmetrization device. A corresponding building or house installation can meet standardization requirements.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Symmetrisierung einer Stromabnahme von den Au-ßenleitern eines mehrphasigen Niederspannungsnetzes. Diese Symmetrisierungs-Vorrichtung ist Teil eines Hausinstallationssystems zur Integration eines Gleichspannungsnetzes.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The only 1 shows a block diagram of a device for symmetrizing a current consumption from the outer conductors of a multi-phase low-voltage network. This balancing device is part of a house installation system for the integration of a DC voltage network.

Die Symmetrisierungs-Vorrichtung 1 ist zwischen ein mehrphasiges Niederspannungsnetz 2, das von einem öffentlichen Netz 3 gespeist wird, und ein Gleichspannungsnetz 4 einer Haus- bzw. Gebäudeinstallation geschaltet. Bei dem Niederspannungsnetz 2 handelt es sich um ein Wechselspannungsnetz. Dem öffentlichen Netz 3 ist im Stromweg hin zur Symmetrisierungs-Vorrichtung 1 zunächst ein Hausanschlusskasten 3a nachgeordnet. Zwischen letzterem und einem Kunden-Zählerkasten 3b verläuft eine in der 1 gestrichelt bei 3c angedeutete Trennung zwischen dem öffentlichen Netz 3 und einem kundenseitigen Netz, zu dem das Niederspannungsnetz 2 und das Gleichspannungsnetz 4 gehören.The balancing device 1 is between a multi-phase low voltage network 2 coming from a public network 3 is fed, and a DC voltage network 4th a house or building installation. With the low voltage network 2 it is an alternating voltage network. The public network 3 is in the current path to the balancing device 1 first a house connection box 3a subordinate. Between the latter and a customer meter box 3b runs one in the 1 dashed line at 3c indicated separation between the public network 3 and a customer-side network to which the low-voltage network 2 and the DC voltage network 4th belong.

An das kundenseitige Niederspannungsnetz 2 angeschlossen sind Wechselstrom-Verbraucher 2a, für die in der 1 schematisch angedeutet sind eine Lichtquelle 2b, eine Steckdose 2c und ein Maschinenverbraucher 2d. Ein Anschlusspunkt 2e, über den die Symmetrisierungs-Vorrichtung 1 elektrisch mit dem Niederspannungsnetz 2 verbunden ist, liegt zwischen dem Kunden-Zähler 3b und den Wechselstrom-Verbrauchern 2a.To the customer's low-voltage network 2 AC loads are connected 2a , for those in the 1 a light source is indicated schematically 2 B , a socket 2c and a machine consumer 2d . A connection point 2e through which the balancing device 1 electrically with the low voltage network 2 connected, lies between the customer counter 3b and the AC consumers 2a .

Das Niederspannungsnetz 2 hat eine Mehrzahl von Außenleitern, was in der 1 nur schematisch dargestellt ist. Auch das Gleichspannungsnetz 4 hat eine entsprechende Anzahl stromführender Leiter. Das Gleichspannungsnetz 4 kann beispielsweise zwei bis vier stromführende Leiter aufweisen.The low voltage network 2 has a plurality of outer conductors what in the 1 is only shown schematically. Also the direct voltage network 4th has a corresponding number of live conductors. The DC voltage network 4th can for example have two to four current-carrying conductors.

Bei dem Niederspannungsnetz 2 kann es sich um ein Netz handeln, welches einen Dreiphasen-Wechselstrom zur Verfügung stellt. In diesem Fall hat das Niederspannungsnetz 2 genau drei Außenleiter.With the low voltage network 2 it can be a network that provides three-phase alternating current. In this case, the low voltage network 2 exactly three outer conductors.

Die Symmetrisierungs-Vorrichtung 1 hat eine Trenntransformator-Einrichtung 5 für jeden Außenleiter des Niederspannungsnetzes 2. Die Trenntransformator-Einrichtung 5 ist in der Ausführung nach 1 ausgeführt als Gruppe von jeweils einphasigen Trenntransformatoren 6, 7, 8, wobei jeweils einer der Trenntransformatoren 6 bis 8 mit jeweils einem der Außenleiter 9, 10, 11 des Niederspannungsnetzes 2 verbunden ist. Alternativ ist es möglich, die Trenntransformator-Einrichtung als mehrphasigen Trenntransformator auszuführen, der mit allen Außenleitern 9 bis 11 verbunden ist.The balancing device 1 has an isolating transformer device 5 for each outer conductor of the low-voltage network 2 . The isolation transformer device 5 is in execution according to 1 designed as a group of single-phase isolating transformers 6th , 7th , 8th , with each one of the isolating transformers 6th to 8th with one of the outer conductors each 9 , 10 , 11 of the low voltage network 2 connected is. Alternatively, it is possible to design the isolating transformer device as a multi-phase isolating transformer with all external conductors 9 to 11 connected is.

Die Symmetrisierungs-Vorrichtung 1 hat weiterhin eine AC/DC-Wandler-Einrichtung 12, die der Trenntransformator-Einrichtung 5 sekundärseitig für jeden Außenleiter 9 bis 11 nachgeschaltet und mit jeweils einem Leiter 13, 14, 15 des Gleichspannungsnetzes 4 verbunden ist. Bei der in der 1 dargestellten Ausführung ist die AC/DC-Wandler-Einrichtung 12 als Gruppe von jeweils einphasigen AC/DC-Wandlern 17, 18, 19 ausgeführt. Jeweils einer der AC/DC-Wandler 17 bis 19 ist mit jeweils einem der Leiter 13 bis 15 des Gleichspannungsnetzes 4 verbunden. Alternativ kann die AC/DC-Wandler-Einrichtung 12 als mehrphasiger AC/DC-Wandler ausgeführt sein, der mit allen Leitern 13 bis 15 des Gleichspannungsnetzes 4 verbunden ist.The balancing device 1 also has an AC / DC converter device 12 that the isolation transformer facility 5 on the secondary side for each outer conductor 9 to 11 downstream and with one conductor each 13th , 14th , 15th of the DC voltage network 4th connected is. In the case of the 1 The version shown is the AC / DC converter device 12 as a group of single-phase AC / DC converters 17th , 18th , 19th executed. One of the AC / DC converters each 17th to 19th is with one of the leaders 13th to 15th of the DC voltage network 4th connected. Alternatively, the AC / DC converter device 12 be designed as a multi-phase AC / DC converter with all conductors 13th to 15th of the DC voltage network 4th connected is.

Die Symmetrisierungs-Vorrichtung 1 hat weiterhin eine Leistungs-Überwachungs-Einrichtung 20 zur Erfassung von Leistungsflüssen durch die Außenleiter 9 bis 11. Die Leistungs-Überwachungs-Einrichtung 20 hat einen Leistungsfluss-Sensor 21, der so angeordnet ist, dass er einen Außenleiter-Leistungsfluss vor der Trenntransformator-Einrichtung 5 misst. Die Leistungs-Überwachungs-Einrichtung 20 hat weiterhin einen Leistungsfluss-Sensor 22, der zwischen dem Kunden-Zähler 3b und dem Anschlusspunkt 2e im Niederspannungsnetz 2 so angeordnet ist, dass er einen Außenleiter-Leistungsfluss nach dem Kunden-Zählerkasten 3b, also eine Stromabnahme von den Außenleitern einerseits durch die Wechselstrom-Verbraucher 2a und andererseits durch das Gleichspannungsnetz 4, gegebenenfalls einschließlich einer nachfolgend noch beschriebenen Gleichspannungs-Rückspeisung, misst. Die Leitungs-Überwachungs-Einrichtung 20 hat weiterhin einen Leistungsfluss-Sensor 23, der so angeordnet ist, dass er einen Leistungsfluss sekundärseitig in den Leitern 13 bis 15 des Gleichspannungsnetzes 4 misst. The balancing device 1 also has a performance monitoring device 20th for recording power flows through the outer conductor 9 to 11 . The performance monitoring device 20th has a power flow sensor 21st , which is arranged so that there is an external conductor power flow before the isolating transformer device 5 measures. The performance monitoring device 20th still has a power flow sensor 22nd that between the customer counter 3b and the connection point 2e in the low voltage network 2 is arranged so that there is an external conductor power flow to the customer meter box 3b , i.e. a current decrease from the outer conductors on the one hand by the AC consumers 2a and on the other hand through the DC voltage network 4th , if necessary including a DC voltage feedback described below. The line monitoring device 20th still has a power flow sensor 23 , which is arranged so that there is a power flow on the secondary side in the conductors 13th to 15th of the DC voltage network 4th measures.

Die Symmetrisierungs-Vorrichtung 1 hat weiterhin eine zentrale Steuereinrichtung 25, die über Signalleitungen 26, 27 und 28 mit den Leistungsfluss-Sensoren 21 bis 23 der Leistungs-Überwachungs-Einrichtung 20 in Signalverbindung steht. Über eine weitere Signalleitung 29 steht die zentrale Steuereinrichtung 25 mit den AC/DC-Wandlern 17 bis 19 der AC/DC-Wandler-Einrichtung12 in Signalverbindung.The balancing device 1 also has a central control device 25th that have signal lines 26th , 27 and 28 with the power flow sensors 21st to 23 the performance monitoring device 20th is in signal connection. Via another signal line 29 is the central control device 25th with the AC / DC converters 17th to 19th the AC / DC converter device 12 in signal connection.

Die Symmetrisierungs-Vorrichtung 1 misst mithilfe der Leistungsfluss-Sensoren 21 und 23 einerseits eine Stromabnahme von den Außenleitern 9 bis 11 des Niederspannungsnetzes 2 und andererseits einen Stromfluss auf den Leitern 13 bis 15 im Gleichspannungsnetz 4, der über entsprechende Verbraucher der Gebäudeinstallation abgerufen wird. Sofern Ungleichheiten der Stromabnahme von den Außenleitern 9 bis 11, was die über den jeweiligen Außenleiter 9 bis 11 abgenommene Leistung angeht, oberhalb eines vorgegebenen Toleranzwertes, beispielsweise oberhalb eines Unterschieds von +/- 5 % liegen, steuert die zentrale Steuereinrichtung 25 Leistungssteller der AC/DC-Wandler-Einrichtung 12 an, sodass die Wandelleistung und damit der Stromfluss, der von den Außenleitern 9 bis 11 abgerufen wird, zur Einhaltung des Unterschiedsvorgabewerts für die Außenleiter 9 bis 11 individuell angepasst wird. Hierüber kann eine Unsymmetrie einer Stromabnahme in den Außenleitern des Niederspannungsnetzes 2, die hervorgerufen wird durch die Stromabnahme aufgrund der Wechselstrom-Verbraucher 2a sowie durch eine ebenfalls unsymmetrische Belastung des Gleichspannungsnetzes 4, ausgeglichen werden. In diesen Ausgleich kann eine gegebenenfalls asymmetrische Strom-Rückspeisung in das Gleichspannungsnetz 4 einbezogen werden, wie nachfolgend noch beschrieben wird.The balancing device 1 measures using the power flow sensors 21st and 23 on the one hand, a current decrease from the outer conductors 9 to 11 of the low voltage network 2 and on the other hand a current flow on the conductors 13th to 15th in the DC network 4th , which is called up via the corresponding consumers of the building installation. If there are inequalities in the current consumption from the external conductors 9 to 11 what those about the respective outer conductor 9 to 11 The central control device controls the consumed power, are above a predetermined tolerance value, for example above a difference of +/- 5% 25th Power controller of the AC / DC converter device 12 so that the conversion power and thus the current flow from the outer conductors 9 to 11 is called up to comply with the specified difference value for the outer conductors 9 to 11 is customized. This can lead to an asymmetry in the current consumption in the external conductors of the low-voltage network 2 which is caused by the decrease in current due to the alternating current consumers 2a as well as an asymmetrical load on the DC voltage network 4th to be balanced. An asymmetrical current feed back into the DC voltage network can be used in this compensation 4th included, as will be described below.

Resultat ist die Einhaltung einer fortwährend symmetrischen Stromentnahme von den Außenleitern 9 bis 11 des Niederspannungsnetzes 2. Die Stromabnahme kann derart symmetrisiert geschehen, dass insbesondere Norm-Anforderungen Rechnung getragen ist.The result is compliance with a continuously symmetrical current draw from the outer conductors 9 to 11 of the low voltage network 2 . The power consumption can be symmetrized in such a way that, in particular, standard requirements are taken into account.

Die Symmetrisierungs-Vorrichtung 1 ist zusätzlich so ausgeführt, dass hierüber auch eine je nach Bedarf symmetrische oder asymmetrische Stromrückspeisung vom Gleichspannungsnetz 4 in das Niederspannungsnetz 2 erfolgen kann.The balancing device 1 is also designed in such a way that, depending on requirements, symmetrical or asymmetrical power recovery from the DC voltage network 4th in the low voltage network 2 can be done.

Hierzu hat die Symmetrisierungs-Vorrichtung 1 eine Rückspeise-Trenneinrichtung 30 für Rückspeise-Leitungen 31, 32, 33 des Gleichspannungsnetzes 4. Diese Rückspeise-Leitungen 31 bis 33 sind über das Gleichspannungsnetz 4 mit mindestens einer Gleichspannungsquelle 34 verbunden. Hierbei kann es sich um eine Photovoltaik-Anlage und/oder um einen Energiespeicher, beispielswiese in Form einer Puffer-Batterie, und/oder um eine Brennstoffzelle handeln. Über die mindestens eine Gleichspannungsquelle 34 ist eine Strom-Rückspeisung vom Gleichspannungsnetz 4 in das Niederspannungsnetz 2 möglich. Hierzu dienen die Rückspeise-Leitungen 31 bis 33 des Gleichspannungsnetzes 4 und die Rückspeise-Außenleitungen 36 bis 38 des Niederspannungsnetzes 2.The balancing device has for this purpose 1 a regenerative isolating device 30th for feedback lines 31 , 32 , 33 of the DC voltage network 4th . These feedback lines 31 to 33 are via the DC voltage network 4th with at least one DC voltage source 34 connected. This can be a photovoltaic system and / or an energy store, for example in the form of a buffer battery, and / or a fuel cell. Via the at least one DC voltage source 34 is a power feed back from the DC voltage network 4th in the low voltage network 2 possible. The feedback lines are used for this 31 to 33 of the DC voltage network 4th and the external feedback lines 36 to 38 of the low voltage network 2 .

Die Rückspeise-Trenneinrichtung 30 kann als elektronische Trenneinrichtung ausgeführt sein. Alternativ ist es möglich, die Rückspeise-Trenneinrichtung analog zu den Ausführungen zu gestalten, die vorstehend im Zusammenhang mit der Trenn-Transformator-Einrichtung 5 erläutert wurden. Die Rückspeise-Trenneinrichtung kann also auch als Gruppe einphasiger Trenntransformatoren oder als mehrphasiger Trenntransformator ausgeführt sein, wobei die jeweilige Trenntransformator-Einheit jeweils mit dem zugeordneten Gleichspannungsnetz-Leiter 13 bis 15 verbunden ist.The feedback isolating device 30th can be designed as an electronic separator. Alternatively, it is possible to design the feedback isolating device analogously to the statements made above in connection with the isolating transformer device 5 have been explained. The feedback isolating device can thus also be designed as a group of single-phase isolating transformers or as a polyphase isolating transformer, the respective isolating transformer unit in each case with the associated DC voltage network conductor 13th to 15th connected is.

Teil der Rückspeiseinstallation der Symmetrisierungs-Vorrichtung ist eine DC/AC-Wandler-Einrichtung 35, die der Rückspeise-Trenneinrichtung 30 für jeden Gleichspannungsnetz-Leiter nachgeschaltet und über jeweils eine der Gleichspannungsnetz-Rückspeise-Leitungen 31 bis 33 mit jeweils einem Rückspeise-Außenleiter 36, 37, 38 des Niederspannungsnetzes 2 verbunden ist. Die DC/AC-Wandler-Einrichtung 35 ist in der in der 1 dargestellten Ausführung als Gruppe von jeweils einphasigen DC/AC-Wandlern 39, 40, 41 ausgeführt. Jeweils einer der DC/AC-Wandler 39 bis 41 ist über die Rückspeise-Trenneinrichtung 30 mit jeweils einer der Gleichspannungsnetz-Rückspeise-Leitungen 31 bis 33 verbunden. Alternativ ist es auch hier möglich, die DC/AC-Wandler-Einrichtung 35 als mehrphasigen DC/AC-Wandler auszuführen, der mit allen Gleichspannungsnetz-Leitungen 31 bis 33 verbunden ist.A DC / AC converter device is part of the feedback installation of the balancing device 35 that of the regenerative isolating device 30th downstream for each DC voltage network conductor and via one of the DC voltage network feedback lines 31 to 33 each with a regenerative outer conductor 36 , 37 , 38 of the low voltage network 2 connected is. The DC / AC converter device 35 is in the in the 1 Execution shown as a group of single-phase DC / AC converters 39 , 40 , 41 executed. One of the DC / AC converters each 39 to 41 is via the feedback isolating device 30th each with one of the DC power supply lines 31 to 33 connected. Alternatively, it is also possible here to use the DC / AC converter device 35 designed as a multi-phase DC / AC converter that connects to all DC voltage network lines 31 to 33 connected is.

Die Rückspeiseinstallation der Symmetrisierungs-Vorrichtung 1 hat weiterhin eine Rückspeise-Leistungs-Überwachungs-Einrichtung 43 zur Erfassung von Leistungsflüssen durch die Rückspeise-Leitungen 31 bis 33. Die Rückspeise-Leistungs-Überwachungs-Einrichtung 42 steht wiederum mit der zentralen Steuereinrichtung 25 in Signalverbindung. Die Rückspeise-Leistungs-Überwachungs-Einrichtung 42 hat einen Leistungsfluss-Sensor 43, der so angeordnet ist, dass er einen Gleichspannungsnetz-Leiter-Leistungsfluss vor der Rückspeise-Trenneinrichtung 30 misst. Weiterhin hat die Rückspeise-Leistungs-Überwachungs-Einrichtung 42 einen Leistungsfluss-Sensor 44, der so angeordnet ist, dass er einen Leistungsfluss sekundärseitig in den Rückspeise-Leitungen 36 bis 38 des Niederspannungsnetzes 2 misst. Die Leistungsfluss-Sensoren 43, 44 stehen über Signalleitungen 45, 46 mit der zentralen Steuereinrichtung 25 in Signalverbindung.The feedback installation of the balancing device 1 also has a feedback power monitoring device 43 for recording power flows through the feedback lines 31 to 33 . The regenerative power monitoring device 42 stands in turn with the central control device 25th in signal connection. The regenerative power monitoring device 42 has a power flow sensor 43 , which is arranged in such a way that there is a direct current line conductor power flow before the regenerative disconnection device 30th measures. The regenerative power monitoring device also has 42 a power flow sensor 44 , which is arranged so that it has a power flow on the secondary side in the feedback lines 36 to 38 of the low voltage network 2 measures. The power flow sensors 43 , 44 stand over signal lines 45 , 46 with the central control device 25th in signal connection.

Über die Leistungsfluss-Sensoren 43, 44 der Rückspeiseinstallation wird ein Rückspeise-Stromfluss in den Rückspeise-Leitungen 36 bis 38 gemessen und durch Ansteuerung der DC/AC-Wandler-Einrichtung 35 mithilfe der zentralen Steuereinrichtung 25 eine Symmetrisierung dieses Rückspeise-Stromflusses in den Rückspeise-Leitungen 36 bis 38 herbeigeführt, sofern sich die Rückspeiseströme in den Leitungen 36 bis 38 zu stark unterscheiden. Hierbei werden wiederum Leistungssteller der DC/AC-Wandler der DC/AC-Wandler-Einrichtung 35 angesteuert. Hierzu stehen die DC/AC-Wandler 39 bis 41 über entsprechende Signalleitungen 47 mit der zentralen Steuereinrichtung 25 in Signalverbindung. Via the power flow sensors 43 , 44 the regenerative installation, there is a regenerative current flow in the regenerative lines 36 to 38 measured and controlled by the DC / AC converter device 35 using the central control device 25th a symmetrization of this feedback current flow in the feedback lines 36 to 38 brought about, provided that the feedback currents are in the lines 36 to 38 too different. Here, in turn, the power controllers of the DC / AC converter are used as the DC / AC converter device 35 controlled. The DC / AC converters are available for this purpose 39 to 41 via appropriate signal lines 47 with the central control device 25th in signal connection.

Alternativ zu einer symmetrischen Rückspeisung kann über den Leistungsfluss-Sensor 22 in Verbindung mit mindestens einem der Leistungsfluss-Sensoren 21, 23, 43 oder 44 eine asymmetrische Strom-Rückspeisung in den Rückspeise-Leitungen 36 bis 38 bereitgestellt werden, die eine asymmetrische Stromabnahme von den Leitern des Niederspannungsnetzes durch die Wechselstrom-Verbraucher 2a und/oder das Gleichspannungsnetz 4 ausgleicht. Falls zum Beispiel die Wechselstrom-Verbraucher 2a von einem Leiter des Niederspannungsnetzes 2 15 kVA mehr als von den anderen Leitern des Niederspannungsnetzes 2 beziehen, so kann über eine gezielt wiederum um 15 kVA asymmetrische Strom-Rückspeisung über den zugehörigen Rückspeise-Leiter des Gleichspannungsnetzes 4 diese Asymmetrie so ausgeglichen werden, dass eine mit dem Leistungsfluss-Sensor 22 insgesamt gemessenen Symmetrie der Stromabnahme der Außenleiter des Niederspannungsnetzes 2 vorgegebenen Symmetrie-Bedingen entspricht.As an alternative to symmetrical feedback, the power flow sensor 22nd in connection with at least one of the power flow sensors 21st , 23 , 43 or 44 asymmetrical power feedback in the feedback lines 36 to 38 are provided, which is an asymmetrical current consumption from the conductors of the low-voltage network by the alternating current consumer 2a and / or the DC voltage network 4th compensates. If for example the AC consumers 2a from a conductor of the low-voltage network 2 15 kVA more than from the other conductors in the low-voltage network 2 You can use a 15 kVA asymmetrical power feedback via the associated feedback conductor of the DC voltage network 4th this asymmetry can be balanced out in such a way that one with the power flow sensor 22nd overall measured symmetry of the current consumption of the external conductors of the low-voltage network 2 corresponds to given symmetry conditions.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 3389160 A1 [0002]EP 3389160 A1 [0002]

Claims (12)

Vorrichtung (1) zur Symmetrisierung einer Stromabnahme von Außenleitern (9, 10, 11) eines mehrphasigen, Wechselspannung führenden Niederspannungsnetzes (2), - mit einer Trenntransformator-Einrichtung (5) für jeden Außenleiter (9 bis 11) des Niederspannungsnetzes (2), - mit einer AC/DC-Wandler-Einrichtung (12), die der Trenntransformator-Einrichtung (5) sekundärseitig für jeden Außenleiter (9 bis 11) nachgeschaltet und mit jeweils einem Leiter (13, 14, 15) eines Gleichspannungsnetzes (4) verbunden ist, - mit einer Leistungs-Überwachungs-Einrichtung (20) zur Erfassung von Leistungsflüssen durch die Außenleiter (9 bis 11), - mit einer zentralen Steuereinrichtung (25), die mit der Leistungs-Überwachungs-Einrichtung (20) in Signalverbindung steht, - wobei die zentrale Steuereinrichtung (25) mit der AC/DC-Wandler-Einrichtung (12) in Signalverbindung steht.Device (1) for symmetrizing a current consumption from outer conductors (9, 10, 11) of a multi-phase, alternating voltage carrying low voltage network (2), - With an isolating transformer device (5) for each outer conductor (9 to 11) of the low-voltage network (2), - With an AC / DC converter device (12) which is connected downstream of the isolating transformer device (5) on the secondary side for each outer conductor (9 to 11) and is connected to a respective conductor (13, 14, 15) of a DC voltage network (4) is - With a power monitoring device (20) for recording power flows through the outer conductors (9 to 11), - With a central control device (25) which is in signal connection with the power monitoring device (20), - The central control device (25) being in signal connection with the AC / DC converter device (12). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Trenntransformator-Einrichtung (5) als Gruppe von jeweils einphasigen Trenntransformatoren (6, 7, 8) ausgeführt ist, wobei jeweils einer der Trenntransformatoren (6 bis 8) mit jeweils einem der Außenleiter (9 bis 11) verbunden ist, oder - dass die Trenntransformator-Einrichtung als mehrphasiger Trenntransformator ausgeführt ist, der mit allen Außenleitern (9 bis 11) verbunden ist.Device according to Claim 1 - characterized in - that the isolating transformer device (5) is designed as a group of single-phase isolating transformers (6, 7, 8), one of the isolating transformers (6 to 8) being connected to one of the outer conductors (9 to 11) is, or - that the isolating transformer device is designed as a multi-phase isolating transformer which is connected to all outer conductors (9 to 11). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die AC/DC-Wandler-Einrichtung (12) als Gruppe von jeweils einphasigen AC/DC-Wandlern (17, 18, 19) ausgeführt ist, wobei jeweils einer der AC/DC-Wandler (17 bis 19) mit jeweils einem der Leiter (13 bis 15) des Gleichspannungsnetzes (4) verbunden ist, oder - dass die AC/DC-Wandler-Einrichtung als mehrphasiger AC/DC-Wandler ausgeführt ist, der mit allen Leitern (13 bis 15) des Gleichspannungsnetzes (4) verbunden ist.Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the AC / DC converter device (12) is designed as a group of single-phase AC / DC converters (17, 18, 19), one of the AC / DC converters (17 to 19 ) is connected to one of the conductors (13 to 15) of the DC voltage network (4), or - that the AC / DC converter device is designed as a multi-phase AC / DC converter that connects to all conductors (13 to 15) of the DC voltage network (4) is connected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungs-Überwachungs-Einrichtung (20) einen Leistungsfluss-Sensor (21) aufweist, der so angeordnet ist, dass er einen Außenleiter-Leistungsfluss vor der Trenntransformator-Einrichtung (5) misst.Device according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the power monitoring device (20) has a power flow sensor (21) which is arranged such that it measures an external conductor power flow upstream of the isolating transformer device (5). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungs-Überwachungs-Einrichtung (20) einen Leistungsfluss-Sensor (22) aufweist, der so angeordnet ist, dass er einen Außenleiter-Leistungsfluss nach einer Hochspannungstransformation aus einem öffentlichen Netz (3) vor einer Einspeisung in das Niederspannungsnetz (4) misst.Device according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the power monitoring device (20) has a power flow sensor (22) which is arranged so that it detects an external conductor power flow after a high-voltage transformation from a public network (3) before being fed into the low-voltage network (4) measures. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungs-Überwachungs-Einrichtung (20) einen Leistungsfluss-Sensor (23) aufweist, der so angeordnet ist, dass er einen Leistungsfluss sekundärseitig in den Leitern (13 bis 15) des Gleichspannungsnetzes (4) misst.Device according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the power monitoring device (20) has a power flow sensor (23) which is arranged so that it measures a power flow on the secondary side in the conductors (13 to 15) of the DC voltage network (4). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, - mit einer Rückspeise-Trenneinrichtung (30) für jede Rückspeise-Leitung (31 bis 33) des Gleichspannungsnetzes (4), die über das Gleichspannungsnetz (4) mit einer Gleichspannungsquelle (34) elektrisch verbunden ist, - mit einer DC/AC-Wandler-Einrichtung (35), die der Rückspeise-Trenneinrichtung (30) sekundärseitig für jede Gleichspannungsnetz-Leitung (31 bis 33) nachgeschaltet und über jeweils eine der Gleichspannungsnetz-Rückspeise-Leitungen (31 bis 33) mit jeweils einem Rückspeise-Außenleiter (36 bis 38) des Niederspannungsnetzes (2) verbunden ist, - mit einer Rückspeise-Leistungs-Überwachungs-Einrichtung (42) zur Erfassung von Leistungsflüssen durch die Rückspeise-Leitungen (36 bis 38), die mit der zentralen Steuereinrichtung (25) in Signalverbindung steht, - wobei die zentrale Steuereinrichtung (25) mit der DC/AC-Wandler-Einrichtung (35) in Signalverbindung steht.Device according to one of the Claims 1 to 6th - with a feedback isolating device (30) for each feedback line (31 to 33) of the DC voltage network (4), which is electrically connected to a DC voltage source (34) via the DC voltage network (4), - with a DC / AC Converter device (35), which is connected downstream of the feedback isolating device (30) on the secondary side for each DC voltage network line (31 to 33) and via one of the DC voltage network feedback lines (31 to 33) each with a feedback external conductor (36 to 38) of the low-voltage network (2), - with a feedback power monitoring device (42) for detecting power flows through the feedback lines (36 to 38), which is in signal connection with the central control device (25) - The central control device (25) being in signal connection with the DC / AC converter device (35). Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückspeise-Trenneinrichtung (30) als elektronische Trenneinrichtung ausgeführt ist.Device according to Claim 7 , characterized in that the feedback isolating device (30) is designed as an electronic isolating device. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, - dass die DC/AC-Wandler-Einrichtung (35) als Gruppe von jeweils einphasigen DC/AC-Wandlern (39, 40, 41) ausgeführt ist, wobei jeweils einer der DC/AC-Wandler (39 bis 41) über die Rückspeise-Trenneinrichtung (30) mit jeweils einem der Gleichspannungsnetz-Leiter (31 bis 33) verbunden ist, oder - dass die DC/AC-Wandler-Einrichtung als mehrphasiger DC/AC-Wandler ausgeführt ist, der mit allen Gleichspannungsnetz-Leitern verbunden ist.Device according to one of the Claims 7 or 8th , characterized in that the DC / AC converter device (35) is designed as a group of single-phase DC / AC converters (39, 40, 41), one of the DC / AC converters (39 to 41 ) is connected to one of the DC voltage network conductors (31 to 33) via the feedback isolating device (30), or - that the DC / AC converter device is designed as a multi-phase DC / AC converter that is connected to all DC voltage network Ladders connected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückspeise-Leistungs-Überwachungs-Einrichtung (42) einen Leistungsfluss-Sensor (43) aufweist, der so angeordnet ist, dass er einen Gleichspannungsnetz-Leiter-Leistungsfluss vor der Rückspeise-Trenneinrichtung (30) misst. Device according to one of the Claims 7 to 9 , characterized in that the regenerative power monitoring device (42) has a power flow sensor (43) which is arranged such that it measures a DC voltage network conductor power flow before the regenerative isolating device (30). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückspeise-Leistungs-Überwachungs-Einrichtung (42) einen Leistungsfluss-Sensor (44) aufweist, der so angeordnet ist, dass er einen Leistungsfluss sekundärseitig in den Niederspannungsnetz-Rückspeise-Leitungen (36 bis 38) des Niederspannungsnetzes (2) misst.Device according to one of the Claims 7 to 10 , characterized in that the feedback power monitoring device (42) has a power flow sensor (44) which is arranged such that it generates a power flow on the secondary side in the low-voltage network feedback lines (36 to 38) of the low-voltage network ( 2) measures. Gebäudeinstallationssystem zur Integration eines gebäudeseitigen Gleichspannungsnetzes (4) mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.Building installation system for integrating a building-side DC voltage network (4) with a device (1) according to one of the Claims 1 to 11 .
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