DE102021004783A1

DE102021004783A1 - Verfahren zur Regelung einer Einspeiseleistung

Info

Publication number: DE102021004783A1
Application number: DE102021004783.4A
Authority: DE
Inventors: Boris Klebensberger
Original assignee: Wattando GmbH
Current assignee: Wattando GmbH
Priority date: 2021-09-22
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2023-03-23
Also published as: WO2023046778A1; EP4406086A1; CN117999720A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Einspeiseleistung einer Einspeiseeinrichtung (10) in zumindest eine Phase (L1, L2, L3) eines zumindest einen elektrischen Verbraucher (11) umfassenden elektrischen Verbrauchernetzes (L), umfassend die Schrittea. Erfassung eines ersten Messkennwerts (IM1-3), der eine von der zumindest einen Phase (L1, L2, L3) des elektrischen Verbrauchernetzes (L) zu einem Zeitpunkt (t) aufgenommene oder abgegebene Leistung charakterisiert,b. Erfassung eines zweiten Messkennwerts (IMWR1-3), der eine von der Einspeiseeinrichtung (10) zum Zeitpunkt (t) in die zumindest eine Phase (L1, L2, L3) eingespeiste Einspeiseleistung charakterisiert, als Regelwert,c. Bestimmen eines Sollwerts (IWR Soll1-3) aus dem ersten Messkennwert (IM1-3) und dem Regelwert,d. Regeln der Einspeiseeinrichtung (10) nach Maßgabe des Sollwerts (IWR Soll1-3) zur Bereitstellung einer dem Sollwert (IWR Soll1-3) entsprechenden Einspeiseleistung unde. Einspeisen der Einspeiseleistung in einen, insbesondere einer Zählereinheit (N2) des Verbrauchernetzes (L) nachgeschalteten, elektrischen Anschluss (D1, D2, D3) des Verbrauchernetzes (L), der mit zumindest einer Phase (L1, L2, L3) elektrisch verbunden ist und für Wechselspannungen zwischen 100 bis 500 V ausgelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Einspeiseleistung einer Einspeiseeinrichtung in zumindest eine Phase eines zumindest einen elektrischen Verbraucher umfassenden elektrischen Verbrauchernetzes. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Regeleinrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind Einspeiseeinrichtungen, wie etwa Photovoltaikanlagen mit steuerbaren Wechselrichtern bekannt, welche eine elektrische Leistung in ein Hausnetz einspeisen. So ist beispielsweise ein Verfahren zum Steuern einer Stromzufuhr in bereits bestehende Leitungen bekannt, bei dem der Wechselrichter einen Leistungssollwert und eine damit verbundene Zeitdauer übermittelt bekommt. Der Wechselrichter speist so lange ein, bis er innerhalb der vergebenen Zeitdauer eine neue Vorgabe erhält oder er die Einspeisung selbstständig beendet. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass zur Ausführung des Verfahrens die Steuersoftware des Wechselrichters so angepasst werden muss, dass der Wechselrichter nach Ablauf der Zeitspanne selbständig abschaltet. Diese ist jedoch oftmals nicht verfügbar, sodass der Einsatzbereich des Verfahrens gering ist. Darüber hinaus besteht ein Nachteil des Verfahrens darin, dass Fehlfunktionen des Wechselrichters und damit ggf. verbundenen Einspeisungen nicht gemessen oder direkt überwacht werden, sondern lediglich indirekt über eine Messeinrichtung an der Phase erfasst werden.
Bekannte Einspeiseeinrichtungen sind typischerweise dazu ausgebildet, einen Einspeisestrom bzw. eine Einspeiseleistung nach Maßgabe eines Steuersignals, welches beispielsweise von einem intelligenten bzw. digitalen Stromzähler (englisch: smart meter) übermittelt wird, bereitzustellen und diesen direkt in das Hausnetz einzuspeisen. Für die Einspeisung muss eine separate, mit einem Überlastschutz abgesicherte Leitung verlegt werden, die den Wechselrichter mit einem Haussicherungskasten elektrisch verbindet. Das Verlegen einer Leitung ist jedoch aufwendig oder oftmals nicht möglich. Dies vor dem Hintergrund, dass für das Verlegen der Leitung die Berechtigung des Besitzers benötigt wird, um diese Änderungen an Zähler, Haus und Sicherungsvorrichtung vornehmen zu dürfen.
Zudem ist erforderlich, dass die Steuerung der Einspeiseleistung Sicherheitskriterien hinsichtlich des Überlastschutzes erfüllt, welche in verschiedenen Ländern unterschiedlich vorgegeben werden. Da die von Photovoltaikanlagen bereitgestellte Einspeiseleistung im Allgemeinen nicht immer innerhalb des Haushaltsnetzes vollständig verbraucht wird, können Situationen entstehen, in denen Leistung an ein Versorgungsnetz, an welches das Hausnetz angeschlossen ist, abgegeben wird. Es ist oftmals wünschenswert, derartige Situationen zu vermeiden, da eine Rückspeisung in ein öffentliches Netz gesetzlichen Regulatorien unterworfen ist und/oder zusätzlichen behördlichen Aufwand bedeutet und/oder aus wirtschaftlicher Sicht unattraktiv erscheint oder nicht erlaubt ist. Es besteht somit Bedarf an Steuerungen insbesondere für Photovoltaikanlagen, die eine Rückspeisung in das Versorgungsnetz unterbinden und somit eine Nulleinspeisung sicherstellen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Regelung der Einspeiseleistung einer Einspeiseeinrichtung anzugeben, welches die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Regelung einer Einspeiseleistung einer Einspeiseeinrichtung in zumindest eine Phase eines zumindest einen elektrischen Verbraucher umfassenden elektrischen Verbrauchernetzes, umfassend die Schritte

a. Erfassung eines ersten Messkennwerts, der eine von der zumindest einen Phase des elektrischen Verbrauchernetzes zu einem Zeitpunkt aufgenommene oder abgegebene Leistung charakterisiert,
b. Erfassung eines zweiten Messkennwerts, der eine von der Einspeiseeinrichtung zum Zeitpunkt in die zumindest eine Phase eingespeiste Einspeiseleistung charakterisiert, als Regelwert,
c. Bestimmen eines Sollwerts aus dem ersten Messkennwert und dem Regelwert,
d. Regeln der Einspeiseeinrichtung nach Maßgabe des Sollwerts zur Bereitstellung einer dem Sollwert entsprechenden Einspeiseleistung und
e. Einspeisen der Einspeiseleistung in einen, insbesondere einer Zählereinheit des Verbrauchernetzes (L) nachgeschalteten, elektrischen Anschluss des Verbrauchernetzes, der mit zumindest einer Phase elektrisch verbunden ist und für Wechselspannungen zwischen 100 bis 500 V ausgelegt ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Regelungseinrichtung anzugeben, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Regeleinrichtung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens einem der vorherigen Ansprüche, umfassend
wenigstens eine Eingangsschnittstelle zum Empfangen eines ersten Messkennwerts, der eine von der zumindest einen Phase des elektrischen Verbrauchernetzes zu einem Zeitpunkt aufgenommene oder abgegebene Leistung charakterisiert, und zum Empfangen eines zweiten Messkennwerts (I_MWR1-3), der eine von der Einspeiseeinrichtung zum Zeitpunkt in die zumindest eine Phase eingespeiste Einspeiseleistung charakterisiert, als Regelwert,
eine Auswerteeinheit zum Bestimmen des Sollwerts aus dem Messkennwert und dem Regelwert,
eine Ausgangsschnittstelle zur Ausgabe eines Ausgangssignals zum Regeln der Einspeiseeinrichtung nach Maßgabe des Sollwerts und
einen elektrischen Regeleinrichtungsanschluss zum Einspeisen der von der Einspeiseeinrichtung bereitgestellten Einspeiseleistung in die zumindest eine Phase, insbesondere in einen mit der Phase elektrisch verbundenen elektrischen Anschluss, des Verbrauchernetzes, wobei der Regeleinrichtungsanschluss für Wechselspannungen zwischen 100 bis 500 V ausgelegt ist.
Im Kern wird eine Regelung der Einspeiseleistung vorgeschlagen, bei der eine Erfassung der Einspeiseleistung, beispielsweise durch Messung eines von der Einspeisevorrichtung, insbesondere eines Wechselrichters, eingespeisten Einspeisestromes, erfolgt und als Regelgröße bzw. als Regelwert bei der Sollwertbestimmung herangezogen wird. Auf diese Weise kann eine größere Kontrolle über das Regelverhalten von Einspeiseeinrichtungen, wie insbesondere Photovoltaikanlagen mit Wechselrichtern, sichergestellt werden, da eine Messung der von der Photovoltaikanlage bereitgestellten Einspeiseleistung erfolgt.
Die Erfassung der tatsächlich von der Einspeiseeinrichtung bereitgestellte Einspeiseleistung als Regelwert ermöglicht auf besonders einfache Weise, die Regelung flexibel zu parametrisieren und insbesondere auf die bauseits vorhandene Installation des Verbrauchernetzes, insbesondere eines Gebäudenetzes, anzupassen. Beispielsweise kann die vorgeschlagene Regelung zum Sicherstellen eines hinreichenden Überlastschutzes das Alter der im Verbrauchernetz, insbesondere Gebäudenetz, verlegten Sammel- und Unterleitungen berücksichtigen und/oder das Abschaltverhalten der Einspeiseeinrichtung bei hoher Last geeignet vorgeben.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Verfahren in seinen Regel- und Sicherheitsfunktionen autark und unabhängig von der verwendeten Einspeiseeinrichtung, insbesondere vom Wechselrichter, funktioniert. Damit sind eine große Vielzahl von Systemkonfigurationen, mit und ohne Batteriesystemen, Notstromversorgung usw. realisierbar. Da die Erfindung nicht auf einer Anpassung des Wechselrichter-Steuer-/Software beruht kann diese mit einer sehr großen Anzahl von Standardwechselrichtern zusammenarbeiten.
Außerdem muss zum Ausführen des Verfahrens die Steuersoftware des Wechselrichters nicht geändert werden. Insofern kann die Regeleinrichtung mit einer großen Anzahl von Standardwechselrichtern zusammenarbeiten. Darüber hinaus kann durch das Berücksichtigen der Ausgangsgröße des Wechselrichters, nämlich der Einspeiseleistung bzw. des Einspeisestroms, auch eine Fehlfunktion des Wechselrichters erkannt und somit gefährliche Situationen verhindert werden.
Der Einbau der Regeleinrichtung ist minimal invasiv in das Verbrauchernetz und reversibel. Insofern ist der Einbau genehmigungsfrei oder weitgehend genehmigungsfrei. Darüber hinaus können mit der Regeleinrichtung legale Erfordernisse, wie die Einhaltung von lokalen gesetzlichen Normen und Vorschriften, zum Beispiel zum Überlastschutz und/oder zur Nulleinspeisung, erfüllt werden. Dies wird weiter unten näher erläutert.
Als Verbrauchernetz wird ein Netz verstanden, das wenigstens einen Verbraucher aufweist, der von wenigstens einer Phase mit elektrischer Leistung versorgt wird. Das Verbrauchernetz kann ein Gebäudenetz sein. Als Gebäudenetz wird ein Netz verstanden, das mit einem Versorgungsnetz, insbesondere einem öffentlichen Netz, elektrisch verbunden ist. Das Gebäudenetz kann einen Gebäudestromzähler umfassen, der einem Netzübergabepunkt zwischen dem Gebäudenetz und dem Versorgungsnetz nachgeschaltet ist und einer Gebäudesicherung vorgeschaltet ist. Ein Gebäude ist ein Bauwerk, das Räume einschließt und dem Aufenthalt von Menschen und/oder Tieren und/oder der Lagerung von Sachen dient. Ein Gebäude kann ein Haus oder ein Wohnhaus sein.
Das Verbrauchernetz kann eine Wechselspannung im Bereich zwischen 100 bis 500 V (Volt) aufweisen. Dabei kann das Verbrauchernetz eine Spannung von 100 bis 120 V oder 220 bis 240V aufweisen. Dies ist der Fall, wenn das Verbrauchernetz einphasig begrenzt ist. Für den Mehrphasenfall kann das Verbrauchernetz eine Spannung von 400V aufweisen. Die Frequenz im Verbrauchernetz kann zwischen 45 bis 67 Hz (Hertz), insbesondere zwischen 50-60 Hz sein.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Einspeisung der Einspeiseleistung in einen elektrischen Anschluss des Verbrauchernetzes erfolgt. Die Einspeiseleistung kann in einem Bereich zwischen 800 Watt bis 20KW liegen. Dabei kann der elektrische Anschluss eine Dose sein. Die Dose kann eine Steckdose oder ein Drehstromanschluss sein, der in Gebäuden beispielsweise oftmals bereits vorliegt. Der elektrische Anschluss kann außerdem eine Abzweig- oder Verteilerdose sein, die meist Unterputz oder Aufputz verbaut sind.
Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es nicht notwendig, dass eine separate Leitung in beispielsweise dem Gebäude verlegt wird, die die Einspeiseeinrichtung mit dem Verbrauchernetz elektrisch verbindet. Insbesondere ist es nicht notwendig, dass eine elektrische Leitung verlegt wird, die den Wechselrichter mit einer Gebäudesicherung elektrisch verbindet. Somit kann die Regeleinrichtung nicht invasiv und reversibel, sowie kostengünstig in das Verbrauchernetz integriert werden.
Der elektrische Anschluss, insbesondere die Dose, kann für einen Spannungsbereich zwischen 100 bis 120 V oder zwischen 220 bis 240 V ausgelegt sein. Dosen der hier angesprochenen Art sind gemäß einer Veröffentlichung des US-Handelsministeriums bekannt unter

▪ Dosentyp A
▪ Dosentyp B
▪ Dosentyp C, EN 50075
▪ Dosentyp D
▪ Dosentyp E
▪ Dosentyp E+F, CEE 7/7
▪ Dosentyp E+F, CEE 7/17
▪ Dosentyp F, CEE 7/4
▪ Dosentyp F, GOST 7396
▪ Dosentyp G, BS 1363
▪ Dosentyp H
▪ Dosentyp I
▪ Dosentyp J, SN 441011
▪ Dosentyp K
▪ Dosentyp L
▪ Dosentyp L
▪ Dosentyp M

Die Dose kann einem der zuvor genannten Dosentypen entsprechen. Alternativ oder zusätzlich kann die Dose dem Standard IEC 60906-1 oder der Norm NBR 14136 entsprechen.
Alternativ kann die Dose für Spannungen größer als 240 Volt und kleiner gleich 500 V, insbesondere 400V, ausgelegt sein. Bei diesen Steckern handelt es sich Stecker gemäß dem IEC 60309 Standard oder um einen Stecker gemäß wenigstens einer der Normen DIN 49445, DIN 49446, DIN 49447 und DIN 49448. Alternativ kann der Stecker der Schweizer Norm SN441011 entsprechen. In den zuvor genannten Fällen entspricht die Dose einem Drehstromanschluss.
Der elektrische Anschluss ist derart ausgebildet, dass die elektrische Verbindung mit der Einspeiseeinrichtung, insbesondere zerstörungsfrei, wieder lösbar ist. Die elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Anschluss, insbesondere der Dose, und dem Regeleinrichtungsanschluss kann eine Steckverbindung sein. Der Regeleinrichtungsanschluss, insbesondere Steckanschluss, kann an einem Ende einer elektrischen Leitung angeordnet sein. Der Regeleinrichtungsanschluss dient zum Übertragen der von der Einspeiseeinrichtung bereitgestellten Einspeiseleistung in den elektrischen Anschluss des Verbrauchernetzes. Der Regeleinrichtungsanschluss ist analog zu dem elektrischen Anschluss ausgelegt und/oder ausgebildet, sodass er in dem oben genannten Spannungsbereich, insbesondere in den oben genannten Spannungsbereichen eingesetzt werden kann.
Im Rahmen des Verfahrens können mehrere erste Messkennwerte erfasst werden. Der erste Messkennwert kann jede physikalische Größe sein, die die von einer Phase des elektrischen Verbrauchernetzes aufgenommene oder abgegebene Leistung charakterisiert. Bei Kenntnis von wenigstens eines ersten Messkennwerts kann die Leistung bestimmt werden, die von dem Versorgungsnetz aufgenommen oder in das Versorgungsnetz abgegeben wird. So kann der erste Messkennwert ein Strom sein, der durch die Phase strömt. Der Strom kann mittels einer Stromklammer ermittelt werden. Darüber hinaus kann der erste Messkennwert eine Spannung der Phase sein. Die Leistung kann bei bekannter Spannung und bekanntem Strom ermittelt werden. Alternativ kann die Spannung der Phase angenommen werden, wodurch eine Erfassung der Spannung entfällt. Der erste Messkennwert kann Messwerte umfassen, die vom im Verbrauchernetz bereits vorhandenen Messeinrichtungen, wie Smart Meter, ermittelt werden und die die Leistung und/oder Strom und/oder Spannung charakterisieren.
Im Rahmen des Verfahrens können mehrere zweite Messkennwerte erfasst werden. Der zweite Messkennwert kann jede physikalische Größe sein, die die von der Einspeiseeinrichtung in die Phase eingespeiste Einspeiseleistung charakterisiert. Dies bedeutet, dass bei Kenntnis wenigstens eines zweiten Messkennwerts die Einspeiseleistung bestimmt werden kann. Der zweite Messkennwert kann ein Strom, Spannung, Frequenz, Phase, Wirk-, Blind- oder Scheinleistung sein. Bei Kenntnis von einem oder mehreren der zuvor genannten Werte kann die Einspeiseleistung auf einfache Weise bestimmt werden.
Bei einer möglichen Ausführung kann der erste Messkennwert die von einer einzigen Phase des elektrischen Verbrauchernetzes aufgenommene oder abgegebene Leistung charakterisieren. Insbesondere kann für jede Phase die aufgenommene oder abgegebene Leistung bestimmt werden. Dies ermöglicht eine besonders genaue Bestimmung der in die jeweilige Phase eingespeisten Einspeiseleistung. Alternativ kann der erste Messkennwert die von mehreren Phasen des elektrischen Verbrauchernetzes aufgenommene oder abgegebene Leistung charakterisieren.
Der erste Messkennwert kann einer Differenz zwischen der Last des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers, der an der zumindest einen Phase anliegt, in die die Einspeiseleistung eingespeist wird, und der in die zumindest eine Phase eingespeisten Einspeiseleistung entsprechen. Dieser Fall liegt vor, wenn die Messeinrichtung den ersten Messkennwert an einer Phase erfasst. Dies umfasst auch eine Ausführung, bei der die Phase mehrere Unterleitungen hat und in jeder Unterleitung eine Last von mindestens einem elektrischen Verbraucher angelegt wird.
Darüber hinaus kann der erste Messkennwert einer Differenz zwischen der an wenigstens zwei Phasen anliegenden Last und der von der Einspeiseeinrichtung in die wenigstens zwei Phasen eingespeisten Einspeiseleistung sein. Mittels der Messeinrichtung können einzelne Phasenmessung erfolgen. In diesem Fall wird der erste Messkennwert pro Phase in oben genannter Weise bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann ein saldierter Wert über alle Phasen, oder ein mittlerer Wert der Phasen ermittelt werden. Darüber hinaus können auch Werte erfasst werden, die von einem Versorger oder Messgerätehersteller für richtig erachten werden. Darüber hinaus ist es möglich, dass die Messeinrichtung drei Stromklammern aufweist, um den Strom in den einzelnen Phasen zu messen. Im Ergebnis liefert die Messeinrichtung einen ersten Messkennwert, der pro Phase oder für mehrere Phasen die bezogene oder abgegebene Leistung charakterisiert, egal wie diese in dem Land definiert ist. Der erste Messkennwert und das damit verbundene Zeitintervall dient als Basis für die Regelung. Das Zeitintervall kann von Millisekunden bis Minuten variieren.
Der erste Messkennwert kann durch eine Messeinrichtung erfasst werden. Insbesondere kann die Messeinrichtung dazu ausgebildet sein, zumindest den ersten Messkennwert charakterisierende Messsignale zu erfassen und an wenigstens eine Eingangsschnittstelle der Regeleinrichtung zu übermitteln. Der zweite Messkennwert kann durch eine andere Messeinrichtung erfasst werden. Die andere Messeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, zumindest den zweiten Messkennwert charakterisierende Messsignale zu erfassen und an wenigstens eine Eingangsschnittstelle der Regeleinrichtung zu übermitteln Alternativ kann die Einspeiseeinrichtung der Regeleinrichtung den zweiten Messkennwert übermitteln. In einer derartigen Ausführung weist die Regeleinrichtung keine andere Messeinrichtung zum Erfassen des zweiten Messkennwerts auf. Die Daten können per Protokoll über wenigstens eine elektrische Leitung oder drahtlos übertragen werden.
Bei einer besonderen Ausführung kann, insbesondere die Regeleinrichtung, eine Überlastprüfung durchführen. Die nachfolgend beschriebene Überlastprüfung kann bei einer Regeleinrichtung durchgeführt werden, bei der nur die ersten und zweiten Messkennwerte zur Bestimmung des Sollwerts herangezogen werden werden. Bei der Überlastprüfung kann der Sollwert aus dem ersten Messkennwert und dem Regelwert, insbesondere nach Maßgabe eines Überlastkriteriums, derart bestimmt werden, dass der Sollwert auf Null gesetzt wird, wenn ein aus dem ersten Messkennwert und dem Regelwert abgeleiteter Gesamtleistungskennwert einen oberen Überlastgrenzwert erreicht oder übersteigt.
Der obere Überlastgrenzwert kann nach Inbetriebnahme der Regeleinrichtung durch den Nutzer einfach bestimmt werden. So kann der obere Überlastgrenzwert an einem Überlastschutz angegeben sein. Der obere Überlastgrenzwert kann, wie nachfolgend näher beschrieben ist, mit weiteren Faktoren parametrisiert und damit den örtlichen, regionalen Gegebenheiten oder den gesetzlichen Vorgaben angepasst werden. Bei dem Überlastschutz handelt es sich um denjenigen, der der Phase, in die eingespeist wird, zugeordnet ist. Bei Ausführungen, bei denen die Phase wenigstens eine Unterleitung aufweist, wird auf den Überlastschutz abgestellt, der der Unterleitung zugeordnet ist, in die die Einspeiseleistung eingespeist wird.
Wie nachfolgend näher erläutert ist, wird im Bereich, der den oberen Überlastgrenzwert nicht übersteigt, der Sollwert nach oben begrenzt. Dadurch wird erreicht, dass die Einspeiseleistung so lange so groß wie möglich gehalten wird, insbesondere, solange die Phase nicht überlastet ist. Der obere Überlastgrenzwert definiert somit eine obere Lastgrenze, bei der, beispielsweise aus Gründen des Überlastschutzes, kein Einspeisestrom mehr in das Verbrauchernetz fließen darf bzw. soll.
Beispielsweise erfolgt die Bestimmung des Sollwerts nach Maßgabe des Überlastkriteriums derart, dass eine den Sollwert in Abhängigkeit des Gesamtleistungskennwerts beschreibende Kennlinie in einem Auslöseintervall, welches von einem unteren Überlastgrenzwert nach unten und vom oberen Überlastgrenzwert nach oben begrenzt ist, monoton, insbesondere linear, auf Null abfällt. Im Auslöseintervall wird somit die Einspeiseeinrichtung bei steigender Last linear auf Null abgeregelt. Der untere Überlastgrenzwert markiert den Punkt, ab dem die Einspeiseleistung reduziert wird.
Die Breite des Auslöseintervalls kann in Abhängigkeit eines eine Schaltcharakteristik definierenden Auslösefaktors vorgegeben oder begrenzt. Der Auslösefaktor kann beispielsweise so gewählt werden, dass das Abschaltverhalten der Regeleinrichtung im Wesentlichen einer Auslösecharakteristik, die einer Sicherung nachempfunden ist, entspricht. Im Auslöseintervall kann jedoch beispielsweise von der zumindest einen Phase des elektrischen Verbrauchernetzes, in die Einspeiseleistung eingespeist werden kann, Leistung aufgenommen werden. Dabei kann von der Phase Leistung von dem mit dem elektrischen Verbrauchernetz elektrisch verbundenen Versorgungsnetz, insbesondere Niederspannungsnetz, aufgenommen werden. Dies bedeutet, dass im Auslöseintervall der Gesamtleistungskennwert einen Anteil aufweist, der aus der in die Phase eingespeisten Einspeiseleistung resultiert, und einen anderen Anteil aufweist, der aus der vom Versorgungsnetz aufgenommenen Leistung resultiert.
Die den Sollwert in Abhängigkeit des Gesamtleistungskennwerts beschreibende Kennlinie hat beispielsweise in einem anderen Betriebsintervall, welches nach oben vom unteren Überlastgrenzwert begrenzt ist, einen zumindest abschnittsweise linearen Verlauf. Das andere Betriebsintervall kann somit einen Bereich umfassen, bei dem keine Lastanforderung durch den oder die elektrischen Verbraucher erfolgt und ist nach oben hin durch den unteren Überlastgrenzwert begrenzt. Optional kann der Sollwert in dem anderen Betriebsintervall dem Gesamtleistungskennwert entsprechen oder kleiner als der Gesamtleistungskennwert sein. Im Ergebnis kann sich der Gesamtleistungskennwert in einem Lastbereich unterhalb des unteren Überlastwerts nur aus eingespeisten Einspeiseleistung zusammensetzen und in einem Bereich oberhalb des oberen Überlastgrenzwerts nur aus der vom Versorgungsnetz aufgenommenen Leistung.
Der Gesamtleistungskennwert kann einer Summe vom Regelwert und dem ersten Messkennwert entsprechen. Somit kann bei Fällen, bei denen der Sollwert dem Gesamtleistungskennwert entspricht, keine Leistungseinspeisung durch das Versorgungsnetz in das Verbrauchernetz erfolgen. Dagegen kann in Fällen, bei denen der Sollwert kleiner ist als der Gesamtleistungskennwert zusätzlich zu der Einspeiseleistung durch die Einspeiseeinrichtung eine Leistungseinspeisung durch das Versorgungsnetz in das Verbrauchernetz erfolgen. Alternativ kann eine Leistungseinspeisung nur durch das Versorgungsnetz erfolgen. Die Regelung kann derart ausgeführt sein, dass der Gesamtleistungskennwert dem Lastwert aller elektrischer Verbraucher (also der Summe der Lasten der elektrischen Verbraucher) entspricht, die eine Last an die Phase anlegen, in die eingespeist wird oder, soweit zulässig, kann der Gesamtleistungskennwert dem Lastwert aller elektrischen Verbraucher an allen Phasen entsprechen.
Der obere und/oder der untere Überlastgrenzwert kann in Abhängigkeit zumindest eines installationsbedingten Sicherheitsparameters und/oder in Abhängigkeit des die Schaltcharakteristik definierenden Auslösefaktors vorgegeben werden. Dabei kann der installationsbedingte Sicherheitsparameter von dem Überlastschutz, wie beispielsweise einer Sicherung, abhängen, der einer Phase zugeordnet ist, in die eingespeist wird. So kann der Sicherheitsparameter von einem Nennstrom des Überlastschutzes abhängen. Alternativ oder zusätzlich kann der installationsbedingte Sicherheitsparameter von einer Strombelastbarkeit und/oder Dimensionierung der Phase abhängen.
Dabei kann auf den Überlastschutz abgestellt werden, der der Phase zugeordnet ist, in die eingespeist wird. Sofern die Phase eine Sammelleitung und Unterleitungen aufweist, kann auf den Überlastschutz abgestellt werden, der der Unterleitung zugeordnet ist, in die eingespeist wird. Bei einer Ausführung, bei der nur eine Messeinrichtung in der Phase vorgesehen ist, kann auf den der Unterleitung der Phase, in die eingespeist wird, zugeordneten Überlastschutz abgestellt werden.
Bei Verbrauchernetzen mit Unterverteilung der Phasen können installationsbedingte Sicherheitsparameter von Überlastschutzen bestimmt werden, welche insbesondere auch Unterleitungen zugeordnet sein können. So kann wenigstens ein installationsbedingter Sicherheitsparameter bestimmt werden, der von dem Überlastschutz abhängig ist, der der Unterleitung der Phase zugeordnet ist, in die eingespeist wird. Darüber hinaus kann wenigstes ein installationsbedingter Sicherheitsparameter bestimmt werden, der vom Überlastschutz abhängt, der einer Sammelleitung der Phase zugeordnet ist, in die eingespeist wird.
Bei einer besonderen Ausführung kann, insbesondere die Regeleinrichtung, eine Nulleinspeiseprüfung durchführen. Bei der Nulleinspeiseprüfung kann der Sollwert, insbesondere nach Maßgabe eines Nulleinspeisekriteriums, bestimmt werden, insbesondere derart, dass der Sollwert kleiner oder gleich wenigstens einer Last des elektrischen Verbrauchers ist, die an der zumindest einen Phase anliegt. Sofern die Phase Unterleitungen hat, setzt sich die Last aus der Last der in den Unterleitungen anliegenden Lasten der elektrischen Verbraucher zusammen. Alternativ kann der Sollwert kleiner oder gleich einer Last der elektrischen Verbraucher sein, wobei die Last einem, insbesondere saldierten, Mittelwert der an den einzelnen Phasen, insbesondere inklusive der in den Phasen jeweils vorhandenen Unterleitungen, jeweils anliegenden Last entspricht.
Wenn die Einspeiseleistung stets kleiner oder gleich der Last der zumindest einen Phase, in die die Einspeiseleistung eingespeist wird, oder der Last der Phasen ist, in die die Einspeiseleistung jeweils eingespeist wird, so liegt Nulleinspeisung vor. Bei der Nulleinspeisung wird keine Leistung, insbesondere es fließt kein Strom, vom Verbrauchernetz in das mit diesem elektrisch verbundenes externe Versorgungsnetz, insbesondere Niederspannungsnetz, abgegeben. Der Sollwert kann, insbesondere nach Maßgabe des Nulleinspeisekriteriums, auch derart bestimmt werden, dass der Sollwert die Last, die an der zumindest einen Phase anliegt, in die eingespeist wird, zumindest nicht übersteigt. In diesem Fall ist die Last an der zumindest einen Phase des Verbrauchernetzes ebenfalls stets größer als die von der Einspeiseeinrichtung bereitgestellte Einspeiseleistung, so dass die Sollwertvorgabe der vorgeschlagenen Regelung einer Nulleinspeisung entspricht.
Im Rahmen der Nulleinspeiseprüfung können nationale Besonderheiten berücksichtigt werden. So kann ein Vorliegen einer Nulleinspeisung in unterschiedlichen Ländern unterschiedlich beurteilt werden. Auch können Parameter, die von einem Netzversorger und/oder Normen im Rahmen der Nulleinspeiseprüfung berücksichtigt werden.
Bei der Nulleinspeiseprüfung kann anhand des ersten Messkennwerts geprüft werden, ob zum Zeitpunkt t Leistung von der Phase, an welcher die Einspeiseeinrichtung anliegt, an das mit dem elektrischen Verbrauchernetz elektrisch verbundene Netz, insbesondere an das vorstehend bereits genannte externe Versorgungsnetz, abgegeben wird. Anhand des ersten Messkennwerts kann bestimmt werden, ob die Phase des Verbrauchernetzes, in die eingespeist wird oder werden soll, zum Zeitpunkt t bezüglich des externen Versorgungsnetzes Leistung aufgenommen oder abgegeben wird. Alternativ oder zusätzlich kann anhand des ersten Messkennwerts zu jeder Zeit oder nach Maßgabe hinsichtlich Messgröße, und/oder Zeit und/oder Dauer der regionalen oder nationalen Versorger oder Gesetze bestimmt werden, ob vom externen Netz Leistung aufgenommen oder in das externe Netz Leistung abgegeben wird.
Eine Einspeisung in das Verbrauchernetz kann erfolgen, wenn Nulleinspeisung vorliegt, also wenn das Verbrauchernetz vom externen Versorgungsnetz Leistung bezieht. Mit anderen Worten wird die nach Maßgabe des Sollwerts bereitgestellte Einspeiseleistung in die zumindest eine Phase des Verbrauchernetzes eingespeist, wenn bestimmt wird, dass vom Verbrauchernetz, insbesondere zum Zeitpunkt t, Leistung vom externen Versorgungsnetz, wie beispielsweise dem Niederspannungsnetz, aufgenommen wird. Es versteht sich, dass insbesondere eine Nulleinspeisung optional ist bzw. nicht notwendigerweise implementiert werden muss, insbesondere wenn eine Rückspeisung in das externe Versorgungsnetz, an welches das Verbrauchernetz angeschlossen ist, problemlos möglich oder sogar gewünscht ist.
Bei einer besonderen Ausführung kann die Regeleinrichtung wenigstens eine weitere Messeinrichtung zum Messen eines dritten Messkennwerts aufweisen. Insbesondere kann die weitere Messeinrichtung dazu ausgebildet sein, zumindest den dritten Messkennwert charakterisierende Messsignale zu erfassen und an wenigstens eine Eingangsschnittstelle zu übermitteln. Die Regeleinrichtung kann somit zusätzlich zu dem ersten Messkennwert und dem zweiten Messkennwert einen dritten Kennwert erfassen. Das Vorsehen einer weiteren Messeinrichtung und das Erfassen eines dritten Messkennwerts bietet den Vorteil, dass eine Einspeiseleistung in einem größeren Betriebsbereich in die Phase eingespeist werden kann, als bei der oben beschriebenen Ausführung, bei der die Regeleinrichtung nur die ersten und zweiten Messkennwerte erfasst.
Der dritte Messkennwert kann von einer in eine Unterleitung einer Phase des Verbrauchernetzes eingespeisten Einspeiseleistung und der in der Unterleitung der Phase, in die die Einspeiseleistung eingespeist wird, anliegenden Last wenigstens eines elektrischen Verbrauchers abhängen. Insbesondere kann der dritte Messkennwert einer Differenz zwischen der in der Unterleitung der Phase, in die die Einspeiseleistung eingespeist wird, anliegenden Last wenigstens eines elektrischen Verbrauchers und der in die Unterleitung der Phase eingespeisten Einspeiseleistung entsprechen. Die weitere Messeinrichtung kann in einer Unterleitung einer Phase angeordnet sein.
Die Regeleinrichtung kann, insbesondere zusätzlich zu der oben beschriebenen Überlastprüfung und/oder Nulleinspeiseprüfung, wenigstens eine weitere Überlastprüfung durchführen. Bei der weiteren Überlastprüfung kann der Sollwert zusätzlich aus einem dritten Messkennwert und dem Regelwert derart bestimmt werden, dass der Sollwert auf Null gesetzt wird, wenn ein aus dem dritten Messkennwert und dem Regelwert abgeleiteter Gesamtleistungskennwert den oberen Überlastgrenzwert erreicht oder übersteigt. Der obere Überlastgrenzwert kann abhängig von einem Überlastschutz sein, der einer Sammelleitung der Phase zugeordnet ist, in die eingespeist wird.
Im Rahmen des Verfahrens können mehrere dritte Messkennwerte durch die weitere Messeinrichtung erfasst werden. Der dritte Messkennwert kann jede physikalische Größe sein, die die in die Unterleitung, in der die weitere Messeinrichtung angeordnet ist, aufgenommene oder abgegebene Leistung charakterisiert. Bei Kenntnis von wenigstens eines dritten Messkennwerts kann die Leistung bestimmt werden, die von der Unterleitung aufgenommen oder aus der Unterleitung ausgegeben wird. So kann der dritte Messkennwert ein Stromwert eines Stroms sein, der durch die Unterleitung strömt. Der Strom kann mittels einer Stromklammer ermittelt werden. Darüber hinaus kann der dritte Messkennwert eine Spannung der Unterleitung sein. Die Leistung kann bei bekannter Spannung und bekanntem Strom ermittelt werden. Alternativ kann die Spannung der Unterleitung angenommen werden, wodurch eine Erfassung der Spannung entfällt.
Die Bestimmung des Sollwerts kann derart erfolgen, dass eine den Sollwert in Abhängigkeit des Gesamtleistungskennwerts beschreibende Kennlinie in einem Auslöseintervall, welches von einem anderen unteren Überlastgrenzwert nach unten und vom oberen Überlastgrenzwert nach oben begrenzt ist, monoton, insbesondere linear, auf Null abfällt. Der Sollwert wird auf Null gesetzt, wenn der Gesamtleistungskennwert größer ist als der obere Überlastgrenzwert.
Auch bei der weiteren Überlastprüfung ist die Breite des Auslöseintervalls in Abhängigkeit eines eine Schaltcharakteristik definierenden Auslösefaktors vorgegeben. Der obere und/oder der andere untere Überlastgrenzwert sind in Abhängigkeit zumindest eines installationsbedingten Sicherheitsparameters und/oder in Abhängigkeit des die Schaltcharakteristik definierenden Auslösefaktors vorgegeben oder begrenzt. Zu dem Auslösefaktor und dem installationsbedingten Sicherheitsparameter wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Bei der weiteren Überlastprüfung kann der Sollwert in einem Intervall, das nach unten von dem unteren Überlastgrenzwert und nach oben von dem anderen unteren Überlastgrenzwertbeschränkt ist, konstant sein. Dabei ist der andere untere Überlastgrenzwert von dem Überlastschutz abhängig, der der Sammelleitung der Phase zugeordnet ist, in die Einspeiseleistung eingespeist wird, und der untere Überlastgrenzwert ist von dem Überlastschutz abhängig, der der Unterleitung der Phase zugeordnet ist, in die Einspeiseleistung eingespeist wird. Darüber hinaus kann die den Sollwert in Abhängigkeit des Gesamtleistungskennwerts beschreibende Kennlinie in einem anderen Betriebsintervall, welches nach oben vom anderen unteren Überlastgrenzwert begrenzt ist, einen zumindest abschnittsweise linearen Verlauf haben.
Der Sollwert entspricht einem Lastwert des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers oder ist kleiner als ein Lastwert des elektrischen Verbrauchers, wobei der wenigstens eine elektrische Verbraucher Last an die Phase anlegt, in die die Einspeiseleistung eingespeist wird. Die Regelung ist derart ausgeführt, dass der Gesamtleistungskennwert dem Lastwert des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers entspricht, wobei es sich um den elektrischen Verbraucher handelt, der eine Last an die Phase anlegt, in die die Einspeiseleistung eingespeist wird.
Bei einer besonderen Ausführung kann die Bestimmung des Sollwerts im Rahmen einer Kriteriumprüfung erfolgen. Insbesondere kann der Sollwert zusätzlich unter Berücksichtigung von wenigstens einem zusätzlichen vorgebbaren Kriterium, insbesondere mehreren Kriterien, erfolgen. So können bei der Bestimmung des Sollwerts örtliche Gegebenheiten als Kriterium oder Kriterien berücksichtigt werden. Insbesondere können Gesetze, Normen oder weitere Sicherheitsmerkmale, insbesondere lokale Sicherheitsanforderungen, bei der Bestimmung des Sollwerts als Kriterien berücksichtigt werden. So können im Rahmen der Kriteriumprüfung Kriterien, wie länderspezifische Kriterien, Kostenkriterien, etc., berücksichtigt werden. Dies bietet den Vorteil, dass das Verfahren in unterschiedlichen Regionen mit unterschiedlichen Anforderungen, insbesondere gesetzlichen Anforderungen, eingesetzt werden kann.
Dabei kann die Bestimmung des Sollwerts im Rahmen der zuvor genannten Prüfungen bevorzugt parallel bzw. zeitsynchron, beispielsweise mittels der Regeleinrichtung oder einer andern geeigneten, insbesondere elektronischen Auswerteeinheit, durchgeführt werden. Die Prüfungen können die Kriteriumprüfung, die wenigstens eine Überlastprüfung und/oder die Nulleinspeiseprüfung und/oder die weitere Überlastprüfung umfassen. Die Auswerteeinheit kann einen Prozessor aufweisen. Im Rahmen der Regelung ist denkbar, dass zusätzlich zu den oben genannten Prüfungen weitere Prüfungen parallel oder zeitsynchron durchgeführt werden, in denen jeweils der Sollwert bestimmt wird. Bei einer zeitsynchronen Prüfung erfolgen die Prüfungen nacheinander, beziehen sich jedoch auf denselben Zeitpunkt.
In Ausgestaltungen wird zum Regeln der Einspeiseeinrichtung der im Rahmen der Prüfungen bestimmte Sollwert herangezogen, der den kleineren Zahlenwert aufweist. Verschiedene Bedingungen bzw. Kriterien können im Rahmen der vorgestellten Regelung so modelliert werden, dass im Rahmen der Prüfungen den Sollwerten Zahlenwerte zugeordnet werden, und zwar unabhängig davon, ob für den vorliegenden Lastfall die Bedingungen erfüllt sind oder nicht. Der Sollwert, welcher tatsächlich zum Regeln der Einspeiseeinrichtung an diese übermittelt wird, entspricht dem kleinsten der Zahlenwerte. Auf diese Weise wird stets der Sollwert ausgewählt, für den alle Bedingungen, insbesondere Nulleinspeise- und/oder Überlastkriterien und/oder vorgebbare Kriterien, erfüllt sind. Darüber hinaus ist auf einfache Weise eine Sicherheitsfunktion realisiert, die verhindert, dass die in das Netz eingespeiste Leistung zu hoch ist.
Die Regeleinrichtung ist zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens ausgeführt. Darüber hinaus kann die Regeleinrichtung mit der Messeinrichtung, der anderen Messeinrichtung und/oder der weiteren Messeinrichtung kommunizieren. Insbesondere kann der Regeleinrichtung die von den Messeinrichtungen erfassten Messkennwerte übermittelt werden.
Vorzugsweise erfolgt die Datenübertragung bzw. Datenkommunikation, insbesondere zwischen der Eingangsschnittstelle und der Messeinrichtung und/oder zwischen der Eingangsschnittstelle und der anderen Messeinrichtung und/oder zwischen der Eingangsschnittstelle und der weiteren Messeinrichtung, über ein fehlersicheres Datenaustauschprotokoll. Hierzu kann beispielsweise bei der Übertragung von Daten, insbesondere zwischen den Messeinrichtungen und der Regeleinrichtung, Zeitstempel oder dergleichen verwendet werden, anhand derer seitens der Auswerteeinrichtung überprüft werden kann, ob die entsprechende Messeinrichtung regelmäßig Daten versendet und somit ordnungsgemäß funktioniert. Darüber hinaus kann durch Verwendung der Zeitstempel oder dergleichen die Regelung zeitsynchron gestaltet werden und Übertragungsfehler zwischen den Messeinrichtungen und der Regeleinrichtung können vermieden werden. Bei einem erkannten Fehlverhalten kann beispielsweise aus Sicherheitsgründen eine Notabschaltung der Einspeiseeinrichtung bzw. Trennung der Einspeisung erfolgen. Alternativ kann der Sollwert verkleinert oder auf Null gesetzt werden. Die Notabschaltung kann autark erfolgen oder durch einen Benutzer der Regeleinrichtung manuell erfolgen. Alterativ oder zusätzlich kann die Notabschaltung durch den Versorger erfolgen. Dabei kann eine autarke Sicherheitsschaltung vorhanden sein, die die fehlerfreie Kommunikation zwischen den Messeinrichtungen, der Einspeiseeinrichtung und der Regeleinrichtung sowie die Datenkonsistenz der Messkennwerte und Sollwerte überwacht.
Die Kommunikation zwischen der Einspeiseeinrichtung und der Regeleinrichtung kann über eine bidirektionale Datenschnittstelle erfolgen. Dabei kann eine Kommunikation über die Datenschnitte über die RS485 und ein Modbus Datenprotokoll hier bevorzugt das Sunspec Modbus Datenprotokoll erfolgen. Die Regeleinrichtung überträgt mit dieser Schnittstelle die Sollwerte und kann alternativ von der Einspeiseeinrichtung den dritten Messkennwert oder andere Daten empfangen, welche zur Regelung der Einspeiseeinrichtung benötigt werden. Die Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten der Regeleinrichtung kann drahtlos, insbesondere über WLAN, und/oder Kabel und/oder Bluetooth erfolgen.
Der Regeleinrichtunsanschluss kann ein Steckanschluss sein. Der Steckanschluss kann an den oben beschriebenen elektrischen Anschluss des Verbrauchernetzes angeschlossen werden. Insbesondere kann der Steckanschluss an die Dose, insbesondere Steckdose, des elektrischen Verbrauchernetzes angeschlossen werden. Dies bedeutet, dass die von der Einspeiseeinrichtung bereitgestellte Leistung in die Dose des elektrischen Verbrauchernetzes eingespeist wird. Die zum direkten Einspeisen in das Verbrauchernetz einzuhaltenden Sicherheitskriterien können durch die vorstehend beschriebene Regelung einfach implementiert werden und insbesondere auf installationsbedingte Gegebenheiten angepasst werden.
In einer Weiterbildung kann eine Trennprüfung durchgeführt werden. Sofern bei der Trennprüfung ermittelt wird, dass ein Trennkriterium vorliegt, wird die Einspeisevorrichtung von dem Verbrauchernetz getrennt. Die Trennung kann elektronisch, insbesondere basierend auf einem durch die Auswerteeinrichtung ermittelten Ergebnisses, erfolgen. In diesem Fall unterbindet die Regeleinrichtung, insbesondere eine autarke Sicherheitsschaltung, ein Einspeisen der Einspeiseleistung in das Verbrauchernetz. Die Trennkriterien können durch eine Norm vorgegeben sein.
Die Trennung kann erfolgen, wenn der zweite Messkennwert einen unerwarteten Wert aufweist, sodass eine defekte Einspeiseeinrichtung vorliegt. Alternativ oder zusätzlich kann die Regeleinrichtung ein Einspeisen der Einspeiseleistung unterbinden, wenn weitere Kriterien erfüllt sind, anhand derer rückgeschlossen werden kann, dass ein Defekt vorliegt und/oder ein Einspeisen von Einspeiseleistung nicht gewünscht ist. Darüber hinaus kann die Trennung erfolgen, wenn nach einer vorgegebenen Zeitdauer keine Messkennwerte mehr erfasst und/oder keine Sollwerte mehr erzeugt werden.
Alternativ kann eine Trennung mechanisch erfolgen. Dazu kann eine Trennvorrichtung, insbesondere ein Schalter oder Taster, vorhanden sein. Die Trennprüfung durch die Trennvorrichtung kann unabhängig von der Verarbeitung durch die Regeleinrichtung erfolgen. Dies bedeutet, dass die Trennvorrichtung autark von der Regeleinrichtung ist. Somit kann die Einspeisevorrichtung von dem Verbrauchernetz mittels der Trennvorrichtung getrennt werden, auch wenn die Auswerteeinrichtung keine Trennung für notwendig erachtet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren illustriert sind, näher erläutert, wobei identische oder insbesondere hinsichtlich ihrer Funktion einander entsprechende Teile in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen schematisch:

1 ein schematisches Schaltbild eines Gebäudenetzes mit einer einphasig einspeisenden Einspeiseeinrichtung und eine die Einspeiseeinrichtung ansteuernde Regeleinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 ein schematisches Schaltbild eines dreiphasigen Gebäudenetzes, mit einer dreiphasig einspeisenden Einspeiseeinrichtung und eine die Einspeiseeinrichtung ansteuernde Regeleinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 ein schematisches Schaltbild eines Gebäudenetzes mit Unterverteilung, einer einphasig einspeisenden Einspeiseeinrichtung und eine die Einspeiseeinrichtung ansteuernden Regeleinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
4 ein schematisches Schaltbild eines Gebäudenetzes mit Unterverteilung, einer dreiphasig einspeisenden Einspeiseeinrichtung und eine die Einspeiseeinrichtung ansteuernden Regeleinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
5 eine Kennlinie, welche die Sollwertvorgabe für die bereitzustellende Einspeiseleistung in Abhängigkeit einer Last charakterisiert;
6 ein Blockdiagramm des Verfahrens zur Regelung einer Einspeiseleistung einer Einspeiseeinrichtung, insbesondere mit paralleler Nullspeiseprüfung und Sollwertvorgabe.
7 ein schematisches Schaltbild eines Gebäudenetzes mit Unterverteilung, einer einphasig einspeisenden Einspeiseeinrichtung und eine die Einspeiseeinrichtung ansteuernden Regeleinrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
8 ein schematisches Schaltbild eines Gebäudenetzes mit Unterverteilung, einer dreiphasig einspeisenden Einspeiseeinrichtung und eine die Einspeiseeinrichtung ansteuernden Regeleinrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
9 eine Kennlinie, welche die Sollwertvorgabe für die bereitzustellende Einspeiseleistung in Abhängigkeit einer Last charakterisiert.

1 zeigt ein Schaltbild eines dreiphasigen Verbrauchernetzes, das als ein Gebäudenetz L ausgeführt ist. Das Gebäudenetz L weist eine Einspeiseeinrichtung 10 auf, welche eine elektrische Leistung in zumindest eine Phase L1, L2, L3 des Gebäudenetzes einspeist. Im in 1 gezeigten Fall wird ein Einspeisestrom I_WR3 in einen elektrischen Anschluss D3 der Phase 3 eingespeist. Der elektrische Anschluss D3 kann eine Steckdose sein, die mit dem Gebäudenetz L elektrisch verbunden ist. Jede der Phasen L1-L3 weist mindestens einen derartigen elektrischen Anschluss D1, D2, D3 auf. Der elektrische Anschluss D1-D3 ist jeweils für Spannungen im Bereich zwischen 100 bis 500 Volt ausgelegt. Die Einspeiseeinrichtung 10 ist beispielsweise als Photovoltaikanlage mit steuerbarem Wechselrichter und optional einem Energiespeicher, insbesondere Batterie, ausgebildet. In 1 ist lediglich der Wechselrichter der Einspeiseeinrichtung 10 dargestellt.
Die von der Einspeiseeinrichtung 10 bereitzustellende bzw. einzuspeisende elektrische Leistung, welche im Folgenden als Einspeiseleistung bezeichnet wird, kann entsprechend einer Sollwertvorgabe erfolgen, welche die Kennlinie I_{WR Soll1-3} der 5 charakterisiert. Das Bestimmen eines von der Einspeiseeinrichtung 10 einzustellenden Sollwerts I_{WR Soll3} für die Einspeiseleistung erfolgt mittels einer Steuereinrichtung 1. Die Steuereinrichtung 1 bestimmt den Sollwerts I_{WR Soll3} in Abhängigkeit von Messkennwerten, die die von der Einspeiseeinrichtung 10 zum Zeitpunkt t eingespeiste Einspeiseleistung und die von einem externen, insbesondere öffentlichen, Versorgungsnetz N zum Zeitpunkt t bezogene, also aufgenommene oder abgegebene Leistung charakterisieren.
Im Allgemeinen kann Leistung vom Gebäudenetz L an das externe Versorgungsnetz N abgegeben oder Leistung von dem externen Versorgungsnetz N aufgenommen werden. In Ausgestaltungen ist insbesondere vorgesehen, den Sollwert I_{WR Soll} so vorzugeben, dass die von der Einspeiseeinrichtung 10 in die Phase L1, L2, L3 bereitgestellte Einspeiseleistung stets kleiner oder gleich der an der jeweiligen Phase L1, L2, L3 anliegenden Last I_Last1-3 ist. Die Last wird durch elektrische Verbraucher 11 angelegt. Dabei kann im Rahmen des Verfahrens zur Regelung einer Einspeiseleistung der Einspeiseeinrichtung 10 als Last die an einer Phase anliegende Last wenigstens eines elektrischen Verbrauchers herangezogen werden, wie dies bei der in 1 dargestellten Ausführung der Fall ist.
Typischerweise sind sowohl das Gebäudenetz L als auch das externe Versorgungsnetz N Niederspannungsnetze mit einer Netzspannung von etwa 100V bis 500V. Das Gebäudenetz L kann beispielsweise auch mehrere Gebäude, insbesondere einer industriellen Anlage oder einer Wohnlage umfassen.
Die Regeleinrichtung 1 weist eine Messeinrichtung M zum Erfassen eines ersten Messkennwerts I_M3 auf. Die Messeinrichtung M ist einer Zählereinheit, insbesondere einem Gebäudestromzähler N2, und einem Netzübergabepunkt N1, welcher die Verbindung zum externen Versorgungsnetz N bereitstellt, nachgeschaltet. Mittels der Messeinrichtung M kann eine Stromstärke des in der Phase L3, insbesondere in einem der Phase L3 zugeordneten Überlastschutz SL3, fließenden Stroms erfasst werden. Diese Stromstärkemessung bestimmt einen ersten Messkennwert I_M3, der die an der Phase L3 anliegende Nettolast, also die an Phase L3 anliegende Last I_Last3 abzüglich des von der Einspeiseeinrichtung 10 bereitgestellten Einspeisestroms charakterisiert. Die Messeinrichtung M ist nicht nur auf die Stromstärkemessung begrenzt, sondern mittels der Messeinrichtung kann eine die Leistung und/oder den Leistungsfluss charakterisierende Messgröße gemessen werden. Bei einer alternativen nicht dargestellten Ausführung kann die Messeinrichtung M einen ersten Messkennwert bestimmen, der die Nettolast über alle drei Phase charakterisiert. Die Bestimmung eines derartigen ersten Messkennwerts kann analog erfolgen wie die Bestimmung des ersten Messekennwerts bei der nachstehend beschriebenen in 2 gezeigten Ausführung.
Die Regeleinrichtung 1 kann außerdem eine zweite Messeinrichtung M_WR zum Erfassen eines zweiten Messkennwerts I_MWR3 aufweisen. Insbesondere kann mittels der zweiten Messeinrichtung M_WR die Stromstärke des von der Einspeiseeinrichtung 10 bereitgestellten Einspeisestroms I_WR3 erfasst werden. Alternativ kann bei einer nicht dargestellten Ausführung die Regeleinrichtung 1 die Stromstärke des Einspeisestroms I_WR3 von der Regeleinrichtung 1 empfangen werden. Dies ist möglich, weil die Regeleinrichtung 1 mit der Einspeiseeinrichtung 10 datentechnisch kommunizieren kann. Der zweite Messkennwert I_MWR3 charakterisiert die von der Einspeiseeinrichtung 10 in das Gebäudenetz L eingespeiste Einspeiseleistung.
Die Erfassung der zum Zeitpunkt t von der Einspeiseeinrichtung 10 bereitgestellten Einspeiseleistung erfolgt, wie zuvor beschrieben ist, durch Messung wenigstens eines zweiten Messkennwerts I_MWR3, wie des Einspeisestroms, der zum Zeitpunkt t von der Einspeiseeinrichtung 10 zum Einspeiseknoten des Gebäudenetzes L fließt. Diese Messung des zweiten Messkennwerts legt einen Regelwert fest, der nach Maßgabe des Sollwerts I_{WR Soll3} einzustellen ist. Mit anderen Worten der Regelwert entspricht bei der vorliegenden Ausführung dem von der Einspeiseeinrichtung 10 bereitgestellten Einspeisestrom und die Steuereinrichtung 1 bewirkt im Rahmen eines Regelvorgangs, dass die von der Einspeiseeinrichtung 10 bereitgestellte Einspeiseleistung dem Sollwert I_{WR Soll3} entspricht oder diesen nicht übersteigt.
Die Regeleinrichtung 1 weist eine Auswerteeinheit 5 auf. Der Sollwert I_{WR Soll3} wird mittels der Auswerteeinheit 5, insbesondere Controller oder Mikrocontroller, anhand des ersten Messkennwerts I_M3 und des zweiten Messkennwerts I_MWR3, insbesondere des Regelwerts, ermittelt. Darüber hinaus werden Parametrisierungseingaben bei Inbetriebnahme, wie der Nennstrom wenigstens eines Überlastschutzes, etc., ermittelt. Bei der in 1 dargestellten Ausführung erfolgt die Einspeisung in die Phase L3, sodass nur ein einziger Sollwert I_{WR Soll3} ermittelt wird. Die Regeleinrichtung 1 ist dazu ausgebildet, die Einspeiseeinrichtung 10 nach Maßgabe des Sollwerts I_{WR Soll3} zur Bereitstellung einer entsprechenden Einspeiseleistung insbesondere anzusteuern und die bereitgestellte Leistung in das Gebäudenetz L, insbesondere in die Phase L3, einzuspeisen. Zur Ansteuerung der Einspeiseeinrichtung 10 ist eine Ausgangsschnittstelle 7 vorgesehen, die beispielsweise über gebräuchliche Datenaustauschprotokolle mit der Einspeiseeinrichtung 10 kommuniziert. Zum Erfassen bzw. Empfangen von Messsignalen insbesondere der Messeinrichtungen M, M_WR weist die Regeleinrichtung 1 bzw. die Auswerteeinheit 5 zumindest eine Eingangsschnittstelle 3 auf. Die Messeinrichtung M überträgt die erfassten Daten per Funk an die Auswerteeinheit 5. Alternativ ist in einer nicht dargestellten Ausführung auch eine Verbindung über eine elektrische Leitung möglich. Die andere Messeinrichtung M_WR überträgt die erfassten zweiten Messkennwerte I_MWR3 an die Auswerteeinheit 5.
Die Einspeisung erfolgt vorzugsweise mittels eines Regeleinrichtungsanschlusses, insbesondere Steckanschlusses, der Regeleinrichtung 1, welcher zur Verbindung an den elektrischen Anschluss D1, D2, D3 des Gebäudenetzes L ausgebildet ist. Zur Einspeisung in mehrere Phasen L1, L2, L3 sind in Ausgestaltungen entsprechend mehrere Regeleinrichtungsanschlusses vorgesehen (vgl. insbesondere 2 bis 4). Die elektrischen Anschlüsse D1, D2, D3 sind stromabwärts des Gebäudestromzählers N2 angeordnet.
In 1 ist ein dreiphasiges Gebäudenetz L ohne Unterverteilung gezeigt, bei der die Einspeisung an dem elektrischen Anschluss D3 der Phase L3 erfolgt. Stromabwärts des elektrischen Anschlusses D3 steht eine Gesamtleistung zur Verfügung, die sich aus der durch die von der Einspeiseeinrichtung 10 in eine Phase L3 eingespeiste Einspeiseleistung und die vom externen Versorgungsnetz N in die Phase L3 aufgenommene Leistung zusammensetzt. Die Regelung ist derart ausgelegt, dass ein Gesamtleistungskennwert IG_1-3 der an dem Verbraucher anliegenden Last I_Last1-3 entspricht. In den anderen Phasen, die die Dosen D1, D2 aufweisen, setzt sich die Gesamtleistung maximal aus der von dem externen Versorgungsnetz N in die jeweiligen Phasen L1, L2 bezogenen Leistung zusammen, weil in diese Phasen L1, L2 keine von der Einspeiseeinrichtung 10 bereitgestellte Einspeiseleistung eingespeist wird. Den Phasen L1, L2, L3 ist jeweils eine Sicherung bzw. ein Überlastschutz SL1, SL2, SL3 zugeordnet. Die elektrischen Anschlüsse D1, D2, D3 sind stromabwärts der Überlastschütze SL1, SL2, SL3 angeordnet.
Die andere Messeinrichtung M_WR und die Auswerteeinheit 5 kommunizieren miteinander. So wird der mittels der anderen Messeinrichtung M_WR erfasste zweite Messkennwert I_MWR3, insbesondere die Einspeisestromstärke, an die Auswerteeinheit 5 übermittelt. Die andere Messeinrichtung M_WR ist mit dem elektrischen Anschluss D3 elektrisch verbunden. Insbesondere wird der von der Einspeiseeinrichtung 10 ausgegebene Einspeisestrom über eine Ausgabeschnittstelle 7 der Regeleinrichtung 1 an den elektrischen Anschluss D3 ausgegeben. Die Auswerteinheit 5 analysiert die von der anderen Messeinrichtung M_WR erfassten Daten und die Ausgangsschnittstelle 7 gibt einen Steuerbefehl an die Einspeiseeinrichtung 10 aus, damit die von der Einspeiseeinrichtung 10 ausgegebene Einspeiseleistung dem Sollwert entspricht.
Darüber hinaus kann die Auswerteeinheit 5 der anderen Messeinrichtung M_WR nach Analyse der empfangenen Daten mitteilen, dass ein Fehlerfall vorliegt, sodass keine Einspeiseleistung an das Gebäudenetz L abgegeben wird. Insofern kann die Regeleinrichtung 1 die elektrische Verbindung zwischen der Einspeiseeinrichtung 10 und dem Gebäudenetz L trennen.
Dazu weist die Regeleinrichtung 1 eine Trennvorrichtung 8 auf. Die Trennvorrichtung 8 weist einen Schalter auf, mittels dem eine elektrische Verbindung zwischen der Einspeiseeinrichtung 10 und dem Gebäudenetz L getrennt, insbesondere freigeschaltet, werden kann. Dabei kann die Trennvorrichtung 8 die elektrische Verbindung autark von der Verarbeitung der Daten in der Auswerteeinrichtung 5 trennen. Dazu weist die Trennvorrichtung eine Sicherheitseinrichtung 2 auf. Die Sicherheitseinrichtung 2 ist derart konfiguriert, dass sie die elektrische Verbindung auch dann trennen kann, wenn durch die Auswerteeinrichtung 5 kein Fehlerfall ermittelt wird. Die Trennvorrichtung 8 stellt somit eine redundante Trennmöglichkeit zu der oben beschriebenen Trennung durch die Auswerteeinrichtung 5 dar. Mit anderen Worten, die Regeleinrichtung 1 ist doppelt fehlergesichert. Die Trennvorrichtung 8 kann derart ausgebildet sein, dass die elektrische Verbindung zwischen der Einspeiseeinrichtung 10 und dem Gebäudenetz L galvanisch, mechanisch getrennt werden kann.
In 2 sind ein dreiphasiges Gebäudenetz L ohne Unterverteilung und eine dreiphasige Einspeiseeinrichtung 10 dargestellt. Die Steuereinrichtung 1 speist entsprechend der Sollwertvorgabe die von der Einspeiseeinrichtung 10 bereitgestellten Einspeiseleistung, insbesondere Einspeisestrom, in den elektrischen Anschluss D1 der Phase L1, in den elektrischen Anschluss D2 der Phase L2 und in den elektrischen Anschluss D3 der Phase L3 ein. Die Regeleinrichtung 1 insbesondere die andere Messeinrichtung M_WR empfängt pro Phase eine von der Einspeiseeinrichtung 10 bereitgestellte Einspeiseleistung, die durch den zweiten Messkennwert I_MWR1-3 charakterisiert ist. In der in 2 dargestellten Ausführung wird davon ausgegangen, dass kein Fehlerfall vorliegt, sodass die Einspeiseleistung in die einzelnen Phasen L1, L2, L3 eingespeist wird.
Der Sollwert I_WRSoll1-3 wird für jede einspeisende Phase L1, L2, L3 ermittelt. Der zweite Messkennwert I_MWR1-3 wird dabei für jede einspeisende Phase L1, L2, L3 bestimmt. Die Bestimmung des ersten Messkennwerts I_M1-3 erfolgt in der Messeinrichtung M und die Bestimmung des zweiten Messkennwerts I_M1-3, I_MWR3 erfolgt in einer anderen Messeinrichtung M_WR. Die Bestimmung des ersten und zweiten Messkennwerts I_M1-3, I_MWR3 können, wie oben bereits beschrieben ist, mittels eigens dafür vorgesehenen Messeinrichtungen erfolgen, in Ausgestaltungen können hierfür auch typischerweise bereits vorhandene Messgeräte wie etwa Stromzähler und insbesondere digitale Stromzähler genutzt werden. Dabei kann die von der Einspeiseeinrichtung 10 bereitgestellte Einspeiseleistung alternativ per Protokoll übertragen werden. In dieser Ausführung wird keine andere Messeinrichtung M_WR benötigt.
Die Messeinrichtung M misst wenigstens einen ersten Messkennwert I_M1-3 bezüglich der Phasen L1, L2, L3. So kann bei einer Ausführung die Messeinrichtung M derart ausgebildet sein, dass einzelne Phasenmessungen erfolgen. In diesem Fall liegen drei Phasenmessungen als erste Messkennwerte I_M1, I_M2, I_M3 vor. Die ersten Messkennwerte dienen als Eingangsgrößen für die vorstehend beschriebene Regelung. Der erste Messkennwert hängt von einer Differenz zwischen einer an den Phasen L1, L2, L3 jeweils anliegende Last und der von der Einspeiseeinrichtung 10 in die jeweiligen Phasen L1, L2, L3 eingespeisten Einspeiseleistung ab. Dabei kann der erste Messkennwert analog zu der in 1 dargestellten Ausführung eine Stromstärke sein. Die Messeinrichtung M kann drei Stromklammern aufweisen, um den Strom in den einzelnen Phasen zu messen. Insbesondere kann jeder Phase L1, L2, L3 eine Stromklammer zugeordnet sein. Die Stromklammern sind in 2 durch die gestrichelten Linien in der Messeinrichtung M symbolisiert.
Die Auswerteeinrichtung 5 empfängt die ersten Messkennwerte I_M1-3 und bestimmt die Sollwerte I_{WR Soll1-3} für die drei Phasen L1-L3. Dies Sollwerte werden an die Einspeiseeinrichtung 10 übermittelt, die einen der Phase L1-L3 jeweils zugeordnete Einspeiseleistung, insbesondere Einspeisestrom, bestimmt, der in der anderen Messeinrichtung M_WR als zweiter Messkennwert I_MWR1-3 gemessen wird.
Bei einer anderen nicht dargestellten Ausführung kann der erste Messkennwert auf andere Weise bestimmt werden. Insbesondere erfolgt bei dieser Ausführung keine Bestimmung des ersten Messkennwerts für jede Phase L1, L2, L3, sondern es wird ein erster Messkennwert ausgegeben, der alle drei Phase L1, L2, L3 charakterisiert. Insbesondere kann ein saldierter Wert über alle drei Phasen, oder ein mittlerer Wert der Phasen ermittelt und als erster Messkennwert ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Wert als erster Messkennwert erfasst werden, der von einem Versorger oder Messgerätehersteller für richtig erachten werden. Der ausgegebene Messekennwert wird dann zur Bestimmung der Sollwerte I_WRSoll1-3 für die drei Phase L1, L2, L3 herangezogen.
Bei dieser Ausführung kann der Fall auftreten, dass in der Phase, in der Einspeiseleistung eingespeist wird, eine Einspeisung in das Versorgungsnetz erfolgt, weil an einer anderen Phase Leistung aus dem Versorgungsnetz N bezogen wird. Die Summe der in das Versorgungsnetz eingespeisten oder bezogenen Leistung ist Null oder innerhalb eines erlaubten Rahmens. Diese Ausführung kann daher in Ländern eingesetzt werden, bei denen ein eine saldierende Erfassung des Netzbezuges erlaubt oder angewendet wird.
In beiden oben beschriebenen Ausführungen liefert die Messeinrichtung M wenigstens einen ersten Messkennwert, der die bezogene oder abgegebene Leistung charakterisiert, egal wie diese in dem Land definiert ist. Der erste Messkennwert und das damit verbundene Zeitintervall dient als Basis für die Regelung in der Regeleinrichtung 1. Das Zeitintervall kann von Millisekunden bis Minuten variieren.
3 und 4 zeigen ein Gebäudenetz mit Unterverteilungen. Im dritten Ausführungsbeispiel weist die Phase L3 des Gebäudenetzes L eine Unterverteilung in Unterleitungen L3/1, L3/2, L3/3 auf, die über jeweils zugeordnete Überlastschutze SL3/1, SL3/2, SL3/3 abgesichert sind. Darüber hinaus weist die Phase L3 eine Sammelleitung 12 auf, die mit den Unterleitungen L3/1, L3/2, L3/3 elektrisch verbunden ist. Der Sammelleitung ist der Überlastschutz SL3 zugeordnet. Die Einspeisung erfolgt in die Phase L3 an der Unterleitung L3/3.
Im vierten Ausführungsbeispiel weist jede Phase L1, L2, L3, des dreiphasigen Gebäudenetzes L eine Unterverteilung auf. Lediglich exemplarisch ist eine simultane Einspeisung in die Phase L1 am UnterleiterL1/1, in die Phase L2 am Unterleiter L2/1 und in die Phase L3 am Unterleiter L3/3 gezeigt. Darüber hinaus weist die Phase L2 eine Sammelleitung 13 auf, die mit den Unterleitern L2/1, L2/2 elektrisch verbunden ist. Die Phase L1 weist eine Sammelleitung 14 auf, die mit den Unterleitern L1/1, L1/2 elektrisch verbunden ist. Der Überlastschutz SL1 ist der Sammelleitung 14 der Phase L1 und der Überlastschutz SL2 ist der Sammelleitung 13 der Phase L2 zugeordnet.
In beiden Ausführungen sind die elektrischen Verbraucher 11 nicht eingezeichnet. Die Messeinrichtung M ist in beiden Ausführungen stromaufwärts einer Verzweigung der Sammelleitung 12 der Phase L3 in die Unterleitungen angeordnet. Bei der in 3 dargestellten Ausführung wird der erste Messkennwert I_M3 analog zu der in 1 beschriebenen Weise bestimmt. Dabei entspricht der erste Messkennwert I_M3 einer Differenz der in der Phase L3 inklusive ihrer Unterleitungen L3/1, L3/2, L3/3 anliegenden Lasten und der von der Einspeiseeinrichtung 10 in die Unterleitung L3/3 eingespeisten Einspeiseleistung, insbesondere dem Einspeisestrom. Wie in 1 bereits beschrieben ist, ist es alternativ möglich, dass die Messeinrichtung M den ersten Messkennwert analog zu der in 2 dargestellten Ausführung durch Saldierung und/oder Mittelwertbildung und/oder über ein Zeitintervall bestimmt unter Berücksichtigung der Last der drei Phasen L1, L2, L3. Bei der in 4 dargestellten Ausführungen kann die Bestimmung des ersten Messkennwerts analog zu der Bestimmung des ersten Messkennwerts in der in 2 gezeigten Ausführung erfolgen.
Insbesondere zur Vermeidung einer Überlast im Gebäudenetz L erfolgt die Vorgabe des Sollwerts I_{WR Soll1-3} mittels der Regeleinrichtung 1 dergestalt, dass diese einem Überlastkriterium entspricht. Das Überlastkriterium legt fest, dass der Sollwert I_{WR Soll1-3} auf Null gesetzt wird, wenn ein aus dem ersten Messkennwert I_M1-3 und dem zweiten Messkennwert I_WR1-3, insbesondere Regelwert, abgeleiteter Gesamtleistungskennwert I_G1-3 einen oberen Überlastgrenzwert G2 erreicht oder übersteigt. In einem Bereich, der kleiner ist als der Überlastgrenzwert G2, wird der Sollwert I_{WR Soll1-3} nach oben begrenzt. Die obere Begrenzung des Sollwerts ist aus 5 ersichtlich.
Der Gesamtleistungskennwert IG_1-3 charakterisiert den gesamten in einer Phase L1, L2, L3 jeweils strömenden elektrischen Strom. Er setzt sich pro Phase aus dem der jeweiligen Phase zugeordneten ersten Messkennwert I_M1-3 und den der jeweiligen Phase zugeordneten zweiten Messkennwert I_MWR1-3 zusammen. Insbesondere entspricht der Gesamtleistungskennwert pro Phase der Summe der der Phase jeweils zugeordneten Messkennwerte. Sofern zulässig können auch saldierte Messkennwerte zur Berechnung des Gesamtleistungskennwerts herangezogen werden. Der so ermittelte Gesamtleistungskennwert I_G1-3 entspricht außerdem der Last I_Last1-3 die in der jeweilige Phase L1, L2 bzw. L3 anliegt, in die eingespeist wird. Die in den Phasen L1, L2, L3 jeweils anliegenden Lasten können sich voneinander unterscheiden. In diesem Fall wird eine Nulleinspeisung dadurch implementiert, dass der Sollwert I_{WR Soll1-3} für die in die entsprechende Phase L1, L2, L3 einzuspeisende Einspeiseleistung kleiner oder gleich dem Gesamtleistungskennwert IG_1-3 ist. Bei Phasen, die mehrere Unterleitungen aufweisen, entspricht der Gesamtleistungskennwert pro Phase der Summe der in den Unterleitungen der Phase anliegenden Lasten der elektrischen Verbraucher.
Eine sicherheitskonforme Implementierung des Überlastkriteriums berücksichtigt vorzugsweise installationsbedingte Sicherheitsparameter, welche insbesondere das bauseits vorhandene Gebäudenetz L inklusive vorhandener Überschutzeinrichtungen SL3, SL2, SL3 charakterisieren. Solche Sicherheitsparameter sind beispielsweise durch Nennströme von vorhandenen Sicherungen oder von der Strombelastbarkeit der betreffenden Leitungsabschnitte vorgegeben oder können insbesondere die altersbedingte Qualität der verbauten Leitungen geeignet parametrisieren.
Die Regelung der Einspeiseleistung legt insbesondere fest, wie die Einspeiseeinrichtung 10 abgeregelt wird, wenn sich der Gesamtleistungskennwert I_G1-3 dem oberen Überlastgrenzwert G2 annähert. Dies wird nachfolgend anhand 5 näher erläutert.
5 zeigt eine Kennlinie, welche die Sollwertvorgabe für die von der Einspeiseeinrichtung 10 bereitzustellende Einspeiseleistung in Abhängigkeit einer Last charakterisiert. Insbesondere ist auf der vertikalen Achse der Gesamtleistungskennwert I_G und auf der horizontalen Achse die von den elektrischen Verbrauchern angelegte Last I_Last aufgetragen.
Der Sollwert I_{WR Soll3} (in 5 mit durchgezogener Linie dargestellt) steigt in Abhängigkeit der Last I_Last zunächst in einem Betriebsintervall 0 < I_Last ≤ G1 bis zu einem Maximalwert I_{WR Max} linear an und sinkt dann im daran angrenzenden Auslöseintervall G1 < I_Last ≤ G2 linear bis auf Null ab.
Der in 5 dargestellte Verlauf des Sollwerts stellt die obere Begrenzung des Sollwerts dar. Dies bedeutet, dass im Betrieb eine Regelung auf einen Sollwert erfolgen kann, der kleiner ist als der in 5 dargestellte Sollwert. Insbesondere ist im Betriebsintervall 0 < I_Last ≤ G1 die Höhe durch die Nulleinspeisungsprüfung begrenzt. Ein höherer Sollwert würde in diesem Bereich dazu führen, dass Leistung in das externe Versorgungsnetz N abgegeben wird, was gegen die Nulleinspeiseprüfung verstoßen würde. Die Nulleinspeisungsprüfung erfolgt durch die dem Gebäudestromzähler N2 des externen Versorgungsnetzes N am nächsten liegende Messeinrichtung, was in den Ausführungsbeispielen die Messeinrichtung M ist.
Der per Norm, Vorschrift oder Gesetz vorgeschriebene Überlastschutz wird durch die Überlastprüfung realisiert. Die Regeleinheit 1 regelt und überwacht die eingespeiste Einspeiseleistung, insbesondere den eingespeisten Einspeisestrom, derart, dass die eingeleitete Einspeiseleistung, insbesondere Einspeisestrom, einen maximal zulässigen Wert nicht übersteigen. Der maximal zulässige Wert liegt bei dem unteren Überlastgrenzwert G1 vor. Der untere Überlastgrenzwert G1 ist durch die Beziehung G1 = f₂I_nLx/y gegeben. Die maximal von der Einspeiseeinrichtung 10 eingespeiste Einspeiseleistung liegt bei dem unteren Überlastgrenzwert G1 vor.
Der installationsbedingte Sicherheitsparameter I_nLx/y beschreibt den Nennstrom oder Bemessungsstrom einer Sicherung bzw. eines Überlastschutzes SLx, welcher der Phase Lx=L1, L2, L3, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Unterverteilung y, in die die Einspeiseleistung eingespeist wird, zugeordnet ist. Der Nennstrom I_nLx/y ist vorgegeben und kann aus entsprechenden Datenblättern von Sicherungen entnommen werden. Im Ergebnis wird somit die maximal zulässige Einspeiseleistung, insbesondere Einspeisestrom, auf den Bemessungsstrom der Sicherung begrenzt. Dabei wird auf die Sicherung abgestellt, die in der Phase oder in der Unterleitung angeordnet ist, in die eingespeist wird.
Ein installationsbedingter Sicherheitsparameter ist durch einen dimensionslosen Korrekturfaktor f₂ gegeben, der die Qualität der Leitungen des Gebäudenetzes L beschreibt und insbesondere einen Wert zwischen 0 und 1 annimmt. Beispielsweise ist der Korrekturfaktor f₂ bei neuen Leitungen 1, Leitungen von guter Qualität werden beispielsweise mit einem Korrekturfaktor f₂ von 0,85 und Leitungen von hinreichender Qualität beispielsweise mit einem Korrekturfaktor f₂ von 0,65 beschrieben. Der Korrekturfaktor kann auch größer als 1, insbesondere 2, sein, wenn ein Elektriker bestimmt, dass eine Phase, insbesondere eine Sammelleitung und/oder eine Unterleitung, einen höheren Strom als den Nennstrom oder Bemessungsstrom des der Phase zugeordneten Überlastschutzes aushält.
Für den Fall steigender Last über den unteren Überlastgrenzwert G1 hinaus wird der Einspeisestrom, also im Rahmen der Regelung der Sollwert, bis zum oberen Grenzwert G2 linear fallend auf Null reduziert. Der obere Überlastgrenzwert G2 ist durch die Beziehung G₂ = f₁f₂I_nLx/y gegeben. Damit wird sicher erreicht, dass der jeweilige Überlastschutz SLx der Phase, in die eingespeist wird den vollen Laststrom der jeweiligen Leitung ab dem Moment sieht, an dem der Laststrom den oberen Überlastgrenzwert G2 überschreitet. Die ist laut der nachstehend genannten Norm der Fall an dem der Überlastschutz zum Schutze der Phase trennen kann aber noch nicht muss. Diese gesetzliche/normative Vorgabe wird durch die Regelung vollumfänglich sichergestellt.
Die lineare Abregelung erfolgt innerhalb des Auslöseintervalls, das nach unten vom unteren Überlastgrenzwert G1 und nach oben vom oberen Überlastgrenzwert G2 begrenzt ist. Der untere Überlastgrenzwert G1 markiert die Lage des Maximalwerts I_{WR Max} und bestimmt somit die maximal von der Einspeiseeinrichtung 10 bereitzustellende Einspeiseleistung. Die Breite des Auslöseintervalls ist vom Auslösefaktor f₁ vorgegeben, der die Schaltcharakteristik bei der Abregelung der Einspeiseeinrichtung 10 definiert.
Der Auslösefaktor f₁ ist beispielsweise ein dimensionsloser Faktor größer 1, beispielsweise 1,13, um das gewünschte Regelverhalten zu bestimmen und insbesondere nationalen oder internationalen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Nach IEC 60989-1 oder DIN EN 60898-1 ist der Auslösefaktorein Faktor der beschreibt, ab wann eine Leitungsschutzschalter dem Grunde nach auslösen kann, aber nicht muss. Das bedeutet das beispielsweise im Falle das der Faktor f2=0 ist, die Regeleinrichtung den Sollwert I_WRsoll ab einem Laststrom I_last=f1*I_nLx/y gleich Null ist. Dadurch ist gewährleistet, dass der Überlastschutz im Falle einer Last >f1 *ln stehts den gesamten Laststrom der Phase führt und damit die Sicherheit der Phase gegen Überlast im Auslösefall auch selbständig und autark sicherstellen kann.
In 5 ist ebenfalls der Verlauf des ersten Messkennwerts I_M1-3, der vorliegend dem Stromverlauf entspricht, gestrichelt gezeigt, der bei der entsprechenden Last vom Versorgungsnetz N bezogen wird. Im Auslöseintervall steigt der erste Messkennwert I_M1-3, insbesondere der Strom, an, das Gebäudenetz L bezieht somit effektiv Leistung vom Versorgungsnetz N.
In einer möglichen Parametrisierung ist die Bestimmung des Sollwerts I_{WR Soll} zum Zeitpunkt t bei einer Überlastprüfung durch folgende Beziehungen gegeben: $I_{W R S o l l x} = I_{W R x} + I_{M x} = I_{L a s t x}, wenn 0 \leq I_{L a s t x} \leq G_{1}$
$I_{W R S o l l x} = \frac{ƒ_{2} * I_{n L x / y}}{ƒ_{1} - 1} (ƒ_{1} - \frac{I_{E R x} + I_{M x}}{ƒ_{2} * I_{n L x / y}}), wenn G_{1} \leq I_{L a s t x} \leq G_{2}$
$I_{W R S o l l x} = 0 sonst, also wenn I_{L a s t x} < 0 oder I_{L a s t x} > G_{2}$
In den oben dargestellten Formeln bezieht sich der Parameter „x“ auf die Phase Lx= L1, L2, L3, in die der Einspeisestrom eingespeist wird. Der Parameter „y“ kennzeichnet eine Unterverteilung der Phase Lx, in die Einspeisestrom eingespeist wird.
Hinsichtlich des ersten Kennwerts I_MX ist zu berücksichtigen, dass, wie oben zu den einzelnen Ausführungen bereits beschrieben ist, die Messeinrichtung einen jeder Phase L1, L2, L3 zugeordneten ersten Messkennwert liefern kann. In diesem Fall entspricht der Parameter „x“ bei I_MX der der Phase L1, L2, L3 jeweils zugeordnetem ersten Messkennwert. Alternativ kann der erste Kennwert, wie oben zu 2 bereits beschrieben ist, durch Mittelwertbildung und/oder Saldierung ermittelt werden.
Im ersten Ausführungsbeispiel der 1 entspricht I_nLx/y dem Nennstrom des Überlastschutzes SL3. Im zweiten Ausführungsbeispiel der 2 wird in die Phase L1, L2 und L3 entsprechend dem bereits beschriebenen Verfahren eingespeist, wobei entsprechend die Nennströme von Überlastschutz SL1, SL2 und SL3 berücksichtigt werden.
Die in 3 illustrierte Ausgestaltung entspricht im Wesentlichen der Ausführung der 1 mit dem Unterschied, dass in eine Unterleitung L3/3 der Phase L3 eingespeist wird. Der installationsbedingte Sicherheitsparameter I_nLx/y ist in diesem Fall einem Überlastschutz SL3/3 der Unterleitung L3/3 zugeordnet.
In dem vierten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Einspeisung in die Unterleitung L1/1 der Phase L1, in die Unterleitung der Phase L2/1 der Phase L2 und in die Unterleitung L3/3 der Phase L3, so dass entsprechend jeweils der Nennstrom des Überlastschutzes SL1/1, SL2/1 bzw. SL3/3 berücksichtigt wird. Es versteht sich, dass die Phase L1, L2, L3, in die eingespeist wird, beliebig ist und beliebige Unterverteilungen aufweisen kann.
Die 5 zeigt den Verlauf des Gesamtleistungskennwerts, also den in einer Phase L1, L2, L3 strömenden elektrischen Strom, über eine in der Phase L1, L2, L3 anliegende Last. Dabei bezieht sich 5 auf die in 3 dargestellte Ausführung, bei der die Einspeisung in die Unterleitung L3/3 der Phase L3 erfolgt. Insofern weisen in der Figur die Parameter „x“ und „y“ jeweils den Wert 3 auf.
6 illustriert ein Blockdiagramm des Verfahrens zur Steuerung der Einspeiseleistung der Einspeiseeinrichtung 10 und insbesondere die Nulleinspeiseprüfung mit paralleler Sollwertvorgabe.
Nach Initialisierung 1000 erfolgt eine zeitsynchrone Abfrage 1001 vom Messsignalen, die den ersten Messkennwert I_Mx und den zweiten Messkennwert I_WRx, insbesondere Regelwert, charakterisieren und in einem Speicher 1050 hinterlegt sind. Anschließend erfolgt parallel eine Nulleinspeiseprüfung 1010 und eine Überlastprüfung 1020.
Bei der Nulleinspeiseprüfung 1010 wird geprüft, ob das Gebäudenetz L bzw. die Phase oder Phasen L1, L2, L3, in die eingespeist werden soll bzw. sollen, zum Zeitpunkt t Leistung vom Versorgungsnetz N bezieht. Dies erfolgt durch Abfrage der Nulleinspeisebedingung 1011, die insbesondere durch die Bedingung 0 ≤ I_Mx gegeben ist. Ist dies erfüllt, so wird ein erster Zahlenwert für den Sollwert I_{WR Soll} im Schritt 1012 bestimmt gemäß I_WRSollx = I_WRx + I_MX = I_Lastx und es erfolgt eine Freigabe für die Einspeisung. Dabei entspricht bei der in 1 dargestellten Ausführung die Last ILastx der an der Phase Lx anliegenden Last. Bei der in 2 dargestellten Ausführung kann die Last I_Lastx durch Mittelwertbildung und/oder Saldierung der an den Phasen L1, L2, L3 anliegenden Lasten bestimmt werden. In diesem Fall wird im Rahmen der Regelung die Einspeiseleistung erhöht, sodass weniger Leistung vom externen Netz N bezogen wird.
Andernfalls, also wenn die Nulleinspeisebedingung 1011 nicht erfüllt ist, wenn also effektiv ein Strom in Richtung Netz N fließt, wird ein zweiter Zahlenwert für den Sollwert I_{WR Sollx} im Schritt 1013 bestimmt gemäß I_WRSollx = I_WRx + I_Mx = I_Lastx. In diesem Fall wird die Einspeiseleistung verringert, sodass keine Leistung in das externe Versorgungsnetz N abgegeben wird.
Bei der Überlastprüfung 1020 wird als erste Überlastbedingung 1021 geprüft, ob für den Lastwert I_Lastx = I_WRx+I_Mx gilt: 0 ≤ I_Lastx ≤ G₁. Ist dies erfüllt, so wird ein dritter Zahlenwert für den Sollwert I_{WR Sollx} im Schritt 1022 bestimmt gemäß I_WRSollx = I_WRx + I_Mx = I_Lαstx, andernfalls erfolgt die Prüfung einer zweiten Überlastbedingung 1023.
Die zweite Überlastbedingung 1023 lautet G₁ ≤ I_Lastx ≤ G₂. Bei einer positiven Prüfung wird im Schritt 1024 ein vierter Zahlenwert für den Sollwert I_{WR Soll} in einer möglichen Parametrisierung als $I_{W R S o l l x} = \frac{ƒ_{2} * I_{n L x / y}}{ƒ_{1} - 1} (ƒ_{1} - \frac{I_{W R x} + I_{M x}}{ƒ_{2} * I_{n L x / y}})$
bestimmt. Andernfalls, also wenn sowohl die erste als auch die zweite Überlastbedingung 1021, 1023 nicht erfüllt ist, wird der ein fünfter Zahlenwert für den Sollwert I_{WR Sollx} im Schritt 1025 gleich Null bestimmt. Die Überlastprüfung erfolgt dabei für die Phase (1, 2) oder die Unterverteilung (3), in die eingespeist wird.
Die Bestimmung der Zahlenwerte für die Sollwerte I_{WR Sollx} in den Schritten 1013, 1012, 1022, 1024, 1025 kann parallel oder zeitsynchron erfolgen. Im Auswerteschritt 1030 wird der kleinste der in den Schritten 1013, 1012, 1022, 1024, 1025 bestimmten Zahlenwerte für die Sollwerte I_{WR Soll} ausgewählt und als Sollwert I_{WR Soll} an Einspeiseeinrichtung 10 zur Bereitstellung einer entsprechenden Einspeiseleistung übermittelt. Eine Einspeisung erfolgt bei positiver Nulleinspeiseprüfung 1010.
Im Schritt 1031 werden die Messwerte und die Regeldaten, insbesondere I_{WR Sollx}, I_WRx und I_Mx und/oder I_Lastx in einem Speicher 1050 der Steuereinrichtung 1 abgelegt. Das oben genannte Verfahren erfolgt für jede Phase L1, L2, L3, in die eingespeist wird.
Auch wenn in 6 nur die Nulleinspeiseprüfung und die Überlastprüfung dargestellt sind, können weitere Prüfungen durchgeführt werden, um den Sollwert zu bestimmen. So ist denkbar, dass Prüfungen auf vorgegebenen Kriterien basieren. Diese Prüfung erfolgt parallel oder zeitsynchron zu den beiden zuvor genannten Prüfungen.
7 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Gebäudenetzes L mit Unterverteilung, einer einphasig einspeisenden Einspeiseeinrichtung 10 und eine die Einspeiseeinrichtung 10 ansteuernden Regeleinrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in 3 dargestellten dritten Ausführung darin, dass eine weitere Messeinrichtung M_E enthalten ist.
Die weitere Messeinrichtung M_E ist stromabwärts des Überlastschutzes SL3/3 im Unterleiter L3/3 angeordnet. Die weitere Messeinrichtung M_E erfasst einen dritten Messkennwert I_ME3 und übermittelt ihn der Regeleinrichtung 1. Analog zu der 3 beschriebenen Ausführung wird für die Sammelleitung 12 der Phase L3 eine Überlastprüfung und eine Nulleinspeiseprüfung durchgeführt. Weitere Informationen zur Überlastprüfung finden sich in den 5 und 6 und der dazugehörigen Beschreibung.
Im Unterschied zu der in 3 dargestellten Ausführung erfolgt bei der in 7 dargestellten Ausführung zusätzlich noch eine weitere Überlastprüfung. Der Unterschied besteht darin, dass die weitere Überlastprüfung für die Unterleitung L3/3 der Phase L3, in die eingespeist wird, durchgeführt wird. Die Nulleinspeisungsprüfung für die Unterleitung L3/3 ist nicht notwendig, da ein Stromfluss in die weiteren Unterleitungen der Phase L3 gewollt ist.
In einer möglichen Parametrisierung der Überlastprüfung für eine Unterleitung Lx/x einer Phase Lx ist die Bestimmung des Sollwerts I_{WR Sollx} zum Zeitpunkt t durch folgende Beziehungen gegeben: $I_{W R S o l l x} = I_{W R x} + I_{M E x} wenn 0 \leq I_{W R x} + I_{E x} \leq G_{1}$
$I_{W R S o l l x} = \frac{ƒ_{2} * I_{n L x / y}}{ƒ_{1} - 1} (ƒ_{1} - \frac{I_{E R x} + I_{M x}}{ƒ_{2} * I_{n L x / y}}) wenn G_{1} \leq I_{W R x} + I_{E x} \leq G_{1 a}$
$I_{W R S o l l x} = 0 sonst, also wenn I_{W R x} + I_{E x} < 0 oder I_{W R x} + I_{E x} > G_{2}$
Zu der Bedeutung der Parameter „x“ und „y“ und die Berechnung des ersten Messkennwerts I_Mx wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Der untere Überlastgrenzwert G1 ist in dieser Parametrisierung durch die Beziehung G₁ = f₂I_nLx/y und der obere Überlastgrenzwert G2 durch die Beziehung G₂ = f₁f₂I_nLX gegeben. Somit hängt der untere Grenzwert vom Nennstrom oder Bemessungsstrom des Überlastschutzes SLx/y ab, die der Unterleitung Lx/y zugeordnet ist, in die eingespeist wird. Dagegen hängt der obere Überlastgrenzwert vom Nennstrom oder Bemessungsstrom des Überlastschutzes SLx ab, der der Sammelleitung der Phase Lx zugeordnet ist, in die eingespeist wird.
Der andere untere Überlastgrenzwert G1a ist durch die Beziehung G_1a = f₂I_nLx gegeben. Somit hängt der andere untere Grenzwert G1a von dem Nennstrom oder Bemessungsstrom des Überlastschutzes SLx ab, der der Sammelleitung der Phase Lx zugeordnet ist, in die eingespeist wird.
Zum Auslöseintervall und dem wenigstens einen installationsbedingten Sicherheitsparameter wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Der insbesondere nach Maßgabe des Überlastkriteriums ermittelte Sollwerts I_{WR Sollx} wird der Einspeiseeinrichtung 10 zur Bereitstellung einer entsprechenden Einspeiseleistung übermittelt.
Da die Einspeiseleistung in die Phase L3, insbesondere die Unterleitung L3/3, erfolgt, weisen die Parameter x und y bei der in 7 gezeigten Ausführung jeweils den Wert 3 auf. Hingegen erfolgt bei der in 8 die Einspeisung in die Phasen L1, L2 und L3. Daher werden drei Berechnungen durchgeführt, wobei die Parameter x und y abhängig von der Phase, für die die Berechnung durchgeführt wird, jeweils die Werte 1 bis 3 aufweisen.
8 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Gebäudenetzes mit Unterverteilung, einer dreiphasig einspeisenden Einspeiseeinrichtung und eine die Einspeiseeinrichtung ansteuernden Steuereinrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Das sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in 4 dargestellten vierten Ausführung darin, dass mehrere weitere Messeinrichtung M_E1-3 enthalten sind. Insbesondere sind drei weitere Messeinrichtungen M_E1-3 enthalten. Ein weiterer Unterschied ist, dass die Messeinrichtung M analog zu 2 ausgebildet ist.
Jede der weiteren Messeinrichtungen M_E1-3 erfasst einen dritten Messkennwert I_ME1-3 und übermittelt ihn an die Regeleinrichtung 1, wobei sich die erfassten dritten Messkennwerte I_ME1-3 voneinander unterscheiden können. Die weiteren Messeinrichtungen sind in unterschiedlichen Unterleitungen der Phasen L1, L2, L3 angeordnet. Darüber hinaus sind die weiteren Messeinrichtungen M_E1-3 stromabwärts des jeweils in der Unterleitung angeordneten Überlastschutzes SL1/1, SL2/1, SL3/1 angeordnet.
In der Regeleinrichtung 1 wird basierend auf den von den weiteren Messeinrichtungen M_E1-3 erfassten dritten Messkennwerte jeweils eine weitere Überlastprüfung durchgeführt. Jede der weiteren Überlastprüfungen erfolgt dabei analog zu der in 7 beschriebenen weiteren Überlastprüfung. Dabei wird für jede Phase L1, L2, L3 eine Überlastprüfung und eine weitere Überlastprüfung analog zu der in 7 beschriebenen Weise durchgeführt und für jede Phase L1, L2, L3 ein Sollwert I_WRSoll1-3 bestimmt.
9 zeigt eine Kennlinie, welche die Sollwertvorgabe für die bereitzustellende Einspeiseleistung in Abhängigkeit einer Last I_Last eines elektrischen Verbrauchers charakterisiert. Dabei zeigt 9 den Kennlinienverlauf für Ausführungen, die die weitere Messeinrichtung M_E1-3 enthalten, also für die in den 7 und 8 dargestellten Ausführungen. Dabei zeigt 9 den Kennlinienverlauf für die in 7 dargestellte Ausführung, bei der eine Einspeisung in die Phase L3 erfolgt. Die Regelung ist derart ausgebildet, dass sich ein, insbesondere im Wesentlichen, gleicher Kennlinienverlauf ergibt, wenn in eine andere Phase eingespeist wird, wie dies beispielsweise bei der in 8 dargestellten Ausführung der Fall ist.
In 9 ist auch der ab dem unteren Überlastgrenzwert G1 abfallende Kennlinienverlauf für den Sollwert dargestellt, der in 5 gestrichelt dargestellt. Aus 9 ist ersichtlich, dass der Kennlinienverlauf für den Sollwert verschoben wurde, was insofern vorteilhaft ist, als dass die Einspeiseleistung auch bei höheren Lastwerten eingespeist werden kann. Die Verschiebung des abfallenden Kennlinienverlaufs ist durch den Pfeil symbolisiert und ergibt sich, weil die andere Messeinrichtung M_E vorgesehen ist.
Der Sollwert I_WRSOLL3 wird im Betrieb bis zum unteren Überlastgrenzwert G1 ausschließlich durch die Begrenzung durch Nulleinspeisung in das externe Versorgungsnetz begrenzt. Beim Überlastgrenzwert G1 ist die maximale zulässige Einspeiseleistung erreicht. Dieser ergibt sich aus der Überlastprüfung für die Unterleitung L3/3. Der in die Unterleitung L3/3 eingespeiste Einspeisestrom kann in die anderen Unterleitungen L3/2 fließen, was die Verschiebung der abfallenden Flanke in Bezug auf die in 5 dargestellte Ausführung dargestellt.
Die Höhe des Sollwerts wird durch die Überlastprüfung für die Unterleitung L3/3 begrenzt, sodass der Sollwert zwischen dem unteren Überlastgrenzwert G1 und dem anderen unteren Überlastgrenzwert G1a konstant ist.
Die Verschiebung endet, sobald die Überlastgrenze des Gesamtstromes für die Sammelleitung 12 der Phase L3 erreicht wird. Dies ist bei dem anderen unteren Überlastgrenzwert G1a der Fall. Bei weiter ansteigenden Lasten der Sollwert aufgrund der Überlastprüfung bezüglich der Sammelleitung 12 der Phase L3 bis auf Null beim oberen Überlastgrenzwert G2. Ab dem oberen Überlastgrenzwert G2 kann dann der der Phase L3 zugeordnete Überlastschutz SL3 trennen.
Bezugszeichenliste

1: Regeleinrichtung
2: Sicherheitseinrichtung
3: Eingangsschnittstelle
5: Auswerteeinheit
7: Ausgangsschnittstelle
8: Trennvorrichtung
10: Einspeiseeinrichtung
11: elektrische Verbraucher
12: Sammelleitung der Phase L3
13: Sammelleitung der Phase L2
14: Sammelleitung der Phase L1
M: Messeinrichtung
MWR: andere Messeinrichtung
ME: weitere Messeinrichtung
N: (externes) Versorgungsnetz
N1: Netzübergabepunkt
N2: Zählereinheit
L: Verbrauchernetz
L1: Phase
L2: Phase
L3: Phase
D1: elektrischer Anschluss (Phase L1)
D2: elektrischer Anschluss (Phase L2)
D3: elektrischer Anschluss (Phase L3)
SL1: Überlastschutz (Sammelleitung 14 der Phase L1)
SL2: Überlastschutz (Sammelleitung 13 der Phase L2)
SL3: Überlastschutz (Sammelleitung 12 der Phase L3)
L1/1: Unterleitung (Phase L1)
L1/2: Unterleitung (Phase L1)
L1/3: Unterleitung (Phase L1)
SL1/1: Überlastschutz (Unterleitung L1/1)
SL1/2: Überlastschutz (Unterleitung L1/2)
SL1/3: Überlastschutz (Unterleitung L1/3)
L2/1: Unterleitung (Phase L2)
L2/2: Unterleitung (Phase L2)
L2/3: Unterleitung (Phase L2)
SL2/1: Überlastschutz (Unterleitung L2/1)
SL2/2: Überlastschutz (Unterleitung L2/2)
SL2/3: Überlastschutz (Unterleitung L2/3)
L3/1: Unterleitung (Phase L3)
L3/2: Unterleitung (Phase L3)
L3/3: Unterleitung (Phase L3)
SL3/1: Überlastschutz (Unterleitung L3/1)
SL3/2: Überlastschutz (Unterleitung L3/2)
SL3/3: Überlastschutz (Unterleitung L3/2)
IG1-3: Gesamtleistungskennwert (Phasen 1 bis 3)
IM1-3: erster Messkennwert (Phasen 1 bis 3)
IMWR1-3: zweiter Messkennwert (Phasen 1 bis 3)
IME1-3: dritter Messkennwert (Phasen 1 bis 3)
IWR Soll1-3: Sollwert (Phasen 1 bis 3)
ILast1-3: Last (Phasen 1 bis 3)
IWR1-3: Einspeisestrom (Phasen 1 bis 3)
ILast: Last des elektrischen Verbrauchers
G1: unterer Überlastgrenzwert
G1a: anderer unterer Überlastgrenzwert
G2: oberer Überlastgrenzwert
1000: Initialisierung
1001: Abfrage Messsignale
1010: Nulleinspeiseprüfung
1011: Nulleinspeisebedingung
1012: Schritt
1013: Schritt
1020: Überlastprüfung
1021: erste Überlastbedingung
1022: Schritt
1023: zweite Überlastbedingung
1024: Schritt
1025: Schritt
1030: Auswerteschritt
1050: Speicher

Claims

Verfahren zur Regelung einer Einspeiseleistung einer Einspeiseeinrichtung (10) in zumindest eine Phase (L1, L2, L3) eines zumindest einen elektrischen Verbraucher (11) umfassenden elektrischen Verbrauchernetzes (L), umfassend die Schritte a. Erfassung eines ersten Messkennwerts (I_M1-3), der eine von der zumindest einen Phase (L1, L2, L3) des elektrischen Verbrauchernetzes (L) zu einem Zeitpunkt (t) aufgenommene oder abgegebene Leistung charakterisiert, b. Erfassung eines zweiten Messkennwerts (I_MWR1-3), der eine von der Einspeiseeinrichtung (10) zum Zeitpunkt (t) in die zumindest eine Phase (L1, L2, L3) eingespeiste Einspeiseleistung charakterisiert, als Regelwert, c. Bestimmen eines Sollwerts (I_{WR Soll1-3}) aus dem ersten Messkennwert (I_M1-3) und dem Regelwert, d. Regeln der Einspeiseeinrichtung (10) nach Maßgabe des Sollwerts (I_{WR Soll1-3}) zur Bereitstellung einer dem Sollwert (I_WRSoll1-3) entsprechenden Einspeiseleistung und e. Einspeisen der Einspeiseleistung in einen, insbesondere einer Zählereinheit (N2) des Verbrauchernetzes (L) nachgeschalteten, elektrischen Anschluss (D1, D2, D3) des Verbrauchernetzes (L), der mit zumindest einer Phase (L1, L2, L3) elektrisch verbunden ist und für Wechselspannungen zwischen 100 bis 500 V ausgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. der erste Messkennwert (I_M1-3) eine von einer einzigen Phase (L1, L2, L3) des elektrischen Gebäudenetzes (L) aufgenommene oder abgegebene Leistung charakterisiert und/oder dass b. der erste Messkennwert (I_M1-3) die von mehreren Phasen des elektrischen Gebäudenetzes (L) aufgenommene oder abgegebene Leistung charakterisiert und/oder dass c. der erste Messkennwert (I_M1-3) einer Differenz zwischen der Last des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers (11), der an der zumindest einen Phase (L1, L2, L3) anliegt, in die die Einspeiseleistung eingespeist wird, und der in die zumindest eine Phase (L1, L2, L3) eingespeisten Einspeiseleistung ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überlastprüfung durchgeführt wird, bei der der Sollwert (I_{WR Soll1-3}) aus dem ersten Messkennwert (I_M1-3) und dem Regelwert derart bestimmt wird, dass der Sollwert (I_{WR Soll1-3}) auf Null gesetzt wird, wenn ein aus dem ersten Messkennwert (I_M1-3) und dem Regelwert abgeleiteter Gesamtleistungskennwert (I_G1-3) einen oberen Überlastgrenzwert (G2) erreicht oder übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Sollwerts derart erfolgt, dass eine den Sollwert (I_{WR Soll1-3}) in Abhängigkeit des Gesamtleistungskennwerts (I_G1-3) beschreibende Kennlinie in einem Auslöseintervall, welches von einem unteren Überlastgrenzwert (G1) nach unten und vom oberen Überlastgrenzwert (G2) nach oben begrenzt ist, monoton, insbesondere linear, auf Null abfällt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Breite des Auslöseintervalls in Abhängigkeit eines eine Schaltcharakteristik definierenden Auslösefaktors (f₁) vorgegeben wird und/oder dass b. im Auslöseintervall von der zumindest einen Phase (L1, L2, L3) des elektrischen Verbrauchernetzes (L) Leistung, insbesondere Leistung von dem mit dem elektrischen Verbrauchernetz (L) elektrisch verbundenen Versorgungsnetz (N), aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass a. die den Sollwert (I_{WR Soll1-3}) in Abhängigkeit des Gesamtleistungskennwerts (I_G1-3) beschreibende Kennlinie in einem Betriebsintervall, welches nach oben vom unteren Überlastgrenzwert (G1) begrenzt ist, einen zumindest abschnittsweise linearen Verlauf hat und/oder dass b. der Sollwert (I_{WR Soll1-3}) in einem Betriebsintervall, welches nach oben vom unteren Überlastgrenzwert (G1) begrenzt ist, einer Last (I_Last1-3) des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers (11) entspricht oder kleiner als eine Last (I_Last1-3) des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers (11) ist und/oder dass c. der Gesamtleistungskennwert (I_G1-3) einer Summe vom Regelwert und dem ersten Messkennwert (I_M1-3) entspricht und/oder dass d. die Regelung derart ausgeführt wird, dass der Gesamtleistungskennwert (I_G1-3) dem Lastwert (I_Last1-3) des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers (11) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der obere und/oder der untere Überlastgrenzwert (G2, G1) in Abhängigkeit zumindest eines installationsbedingten Sicherheitsparameters (f2, I_nLx, I_nLx/y, I_zLx/y) und/oder in Abhängigkeit des die Schaltcharakteristik definierenden Auslösefaktors (f₁) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der installationsbedingte Sicherheitsparameter (f₂, I_nLx,, I_nLx/y, I_zLx/y) in Abhängigkeit eines der zumindest einen Phase (L1, L2, L3) zugeordneten Überlastschutzes (SL1, SL2, SL3) und/oder in Abhängigkeit einer Strombelastbarkeit von zumindest einer Unterleitung (L_x/y) der Phase (L1, L2, L3) des elektrischen Verbrauchernetzes (L) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nulleinspeiseprüfung durchgeführt wird, bei der a. der Sollwert (I_{WR Soll1-3}) derart bestimmt wird, dass der Sollwert (I_{WR Soll1-3}) kleiner oder gleich einer Last (I_last1-3) des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers (11) ist, die an der zumindest einen Phase (L1, L2, L3) anliegt und/oder dass bei der b. der Sollwert (I_{WR Soll1-3}) derart bestimmt wird, dass der Sollwert (I_{WR Soll1-3}) kleiner oder gleich einer Last (I_Last1-3) des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers (11) ist, wobei die Last (I_Last1-3) einem Mittelwert der an die einzelnen Phasen (L1, L2, L3) anliegenden Last entspricht und/oder bei der c. anhand des ersten Messkennwerts (I_M1-3) geprüft wird, ob zum Zeitpunkt (t) Leistung von der zumindest einen Phase (L1, L2, L3) des elektrischen Gebäudenetzes (L) an ein mit dem elektrischen Verbrauchernetz (L) elektrisch verbundenes Netz (N) abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die nach Maßgabe des Sollwerts (I_WRSoll1-3) bereitgestellte Einspeiseleistung in die zumindest eine Phase (L1, L2, L3) des Gebäudenetzes (G) eingespeist wird, wenn bestimmt wird, dass vom Gebäudenetz (L) zum Zeitpunkt (t) Leistung aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass a. ein dritter Messkennwert (I_ME1-3), der von einer in eine Unterleitung einer Phase (L1, L2, L3) des Verbrauchernetzes (L) eingespeisten Einspeiseleistung und der in der Unterleitung der Phase (L1, L2, L3), in die die Einspeiseleistung eingespeist wird, anliegenden Last wenigstens eines elektrischen Verbrauchers (11) abhängt und/oder dass b. ein dritter Messkennwert (IM_E1-3) einer Differenz zwischen der in der Unterleitung der Phase (L1, L2, L3), in die die Einspeiseleistung eingespeist wird, anliegenden Last wenigstens eines elektrischen Verbrauchers (11) und der von einer in eine Unterleitung einer Phase (L1, L2, L3) des Verbrauchernetzes (L) eingespeisten Einspeiseleistung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Überlastprüfung durchgeführt wird, bei der der Sollwert (I_{WR Soll1-3}) aus dem dritten Messkennwert (IM_E1-3) und dem Regelwert derart bestimmt wird, dass der Sollwert (I_{WR Soll1-3}) auf Null gesetzt wird, wenn ein aus dem dritten Messkennwert (IM_E1-3) und dem Regelwert abgeleiteter Gesamtleistungskennwert (I_G1-3) einen oberen Überlastgrenzwert (G2) erreicht oder übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Bestimmung des Sollwerts derart erfolgt, dass eine den Sollwert (I_WRSoll1-3) in Abhängigkeit des Gesamtleistungskennwerts (I_G1-3) beschreibende Kennlinie in einem Auslöseintervall, welches von einem anderen unteren Überlastgrenzwert (G1a) nach unten und vom oberen Überlastgrenzwert (G2) nach oben begrenzt ist, monoton, insbesondere linear, auf Null abfällt und/oder dass b. der Sollwert in einem Intervall, das nach unten von einen unteren Überlastgrenzwert (G1) und nach oben von dem anderen unteren Überlastgrenzwert (G1a) beschränkt ist, konstant ist, wobei sich der untere Überlastgrenzwert (G1) auf die Unterleitung der Phase (L1, L2, L3) bezieht, in die Einspeiseleistung eingespeist wird, und sich der andere untere Überlastgrenzwert (G1a) auf die Sammelleitung (12, 13, 14) der Phase (L1, L2, L3) bezieht, in die Einspeiseleistung eingespeist wird und/oder dass c. die Bestimmung des Sollwerts derart erfolgt, dass die den Sollwert (I_{WR Soll1-3}) in Abhängigkeit des Gesamtleistungskennwerts (I_G1-3) beschreibende Kennlinie in einem Betriebsintervall, welches nach oben vom unteren Überlastgrenzwert (G1) begrenzt ist, einen zumindest abschnittsweise linearen Verlauf
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kriteriumprüfung durchgeführt wird, bei der der Sollwert (I_WRSoll1-3) zusätzlich unter Berücksichtigung von wenigstens einem vorgebbaren Kriterium bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Prüfungen zur Bestimmung des Sollwerts (I_{WR Solll-3}) parallel oder zeitsynchron durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass für das Regeln der Einspeiseeinrichtung (10) der im Rahmen der Prüfungen bestimmte Sollwert (I_{WR Soll1-3}) herangezogen wird, der den kleineren Zahlenwert aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennprüfung durchgeführt wird und dass die Einspeiseeinrichtung (10) von dem Gebäudenetz (L) getrennt wird, wenn ein Trennkriterium vorliegt.
Regeleinrichtung (1), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens einem der vorherigen Ansprüche, umfassend wenigstens eine Eingangsschnittstelle (3) zum Empfangen eines ersten Messkennwerts (I_M1-3), der eine von der zumindest einen Phase (L1, L2, L3) des elektrischen Verbrauchernetzes (L) zu einem Zeitpunkt (t) aufgenommene oder abgegebene Leistung charakterisiert, und zum Empfangen eines zweiten Messkennwerts (I_MWR1-3), der eine von der Einspeiseeinrichtung (10) zum Zeitpunkt (t) in die zumindest eine Phase (L1, L2, L3) eingespeiste Einspeiseleistung charakterisiert, als Regelwert, eine Auswerteeinheit (5) zum Bestimmen des Sollwerts (I_{WR Soll1-3}) aus dem Messkennwert (I_M1-3) und dem Regelwert, eine Ausgangsschnittstelle (7) zur Ausgabe eines Ausgangssignals zum Regeln der Einspeiseeinrichtung (10) nach Maßgabe des Sollwerts (I_WRSoll1-3) und einen elektrischen Regeleinrichtungsanschluss zum Einspeisen der von der Einspeiseeinrichtung bereitgestellten Einspeiseleistung in die zumindest eine Phase (L1, L2, L3), insbesondere in einen mit der Phase (L1, L2, L3) elektrisch verbundenen elektrischen Anschluss (D1, D2, D3), des Verbrauchernetzes (L), wobei der Regeleinrichtungsanschluss für Wechselspannungen zwischen 100 bis 500 V ausgelegt ist.
Regeleinrichtung (1) nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch a. zumindest eine Messeinrichtung (M), welche dazu ausgebildet ist, zumindest den ersten Messkennwert (I_M1-3) charakterisierende Messsignale zu erfassen und an wenigstens eine Eingangsschnittstelle (3) zu übermitteln und/oder durch b. zumindest eine andere Messeinrichtung (M_WR), welche dazu ausgebildet ist, zumindest den zweiten Messkennwert (I_MWR1-3) charakterisierende Messsignale zu erfassen und an wenigstens eine Eingangsschnittstelle (3) zu übermitteln und/oder durch c. zumindest eine weitere Messeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, zumindest den dritten Messkennwert (IM_E1-3) charakterisierende Messsignale zu erfassen und an wenigstens eine Eingangsschnittstelle (3) zu übermitteln.
Regeleinrichtung (1) nach einem Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung, insbesondere zwischen der wenigstens einen Eingangsschnittstelle (3) und der anderen Messeinrichtung (M_WR) und/oder der Messeinrichtung (M) und/oder der weiteren Messeinrichtung (M_E) über ein fehlersicheres Datenaustauschprotokoll erfolgt.
Regeleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) eine Trennvorrichtung (8) zum Trennen der Einspeiseeinrichtung (10) von dem Verbrauchernetz (L) aufweist.