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Die Erfindung betrifft ein Steuer/Regel-System für ein Stromnetz.
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Ein Steuer/Regel-System für ein Stromnetz ist bekannt aus der
US2010/0076615A1 und aus der
DE102015206510A1 .
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Die
EP1683681B1 beschreibt ein System und ein Verfahren zum Regeln von Leistung in einem Kraftfahrzeugbordnetz. Der Einsatz einer Brennstoffzelle als Gleichspannungsversorger in einem Stromnetz ist bekannt aus der
DE102013220300 A1 und aus der
DE102013209396 A1 .
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuer/Regel-System für ein Stromnetz derart weiterzubilden, dass es an sich ändernde Netzgegebenheiten flexibel anpassbar ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein modulares Steuer/Regel-System mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein modularer Aufbau des Systems, bei dem Wechselspannungskomponenten, Gleichspannungskomponenten und Energiespeicherkomponenten in verschiedenen Modulebenen untergebracht sind, einen Systemaufbau ermöglicht, der sich flexibel an sich ändernde Systemgegebenheiten anpassen lässt. Das System kann beispielsweise ohne großen Aufwand mit einem neuen Wechselspannungsmodul ausgerüstet werden, dessen Ladenetzteil und Wechselrichter an einen sich entsprechend geänderten Versorgungsknoten eines Wechselspannungsnetzes angepasst sind. Entsprechende Änderungen sind auch innerhalb des Gleichspannungsmoduls möglich, welches beispielsweise an einen anderen Gleichspannungsversorger angepasst werden kann. Gleiches gilt für das Energiespeichermodul. Das Ladenetzteil kann so ausgeführt sein, dass ein Laden des insbesondere öffentlichen Wechselspannungsnetzes über das Gleichspannungsmodul nicht erfolgen kann. Eine derartige Ausführung des Ladenetzteils vereinfacht einen regulatorischen Aufwand bei einer Installation des Systems. Beim Gleichspannungsversorger kann es sich um eine Fotovoltaikanlage und/oder z.B. um eine Brennstoffzelle handeln. Die Gleichstrom-Netzregeleinrichtung kann eine Mehrzahl von Gleichstrom-Ports aufweisen, die bei Bedarf parallel zusammengeschaltet werden können. Bei den Gleichstrom-Verbrauchern kann es sich um eine Beleuchtung mit Gleichspannungs-Lichtquellen, zum Beispiel LEDs und/oder um einen Rechner und/oder um Ladestationen für Elektro- oder Hybridfahrzeuge handeln. Das Steuer/Regelmodul betreibt ein Netz- und Lastmanagement des Gleichspannungsnetzes. Das Steuer/Regelmodul einerseits und die Gleichstrom-Netzregeleinrichtung andererseits können zueinander in einem Master/Slave-Verhältnis stehen.
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Mindestens eine Netz-Isolationseinrichtung nach Anspruch 2 erhöht eine Betriebssicherheit des Systems. Die Netz-Isolationseinrichtung kann dem Personen- und/oder Anlagenschutz dienen.
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Eine Datenschnittstelle nach Anspruch 3 verbessert über den Zugriff beispielsweise auf Wetter-Prognosedaten das Netz- und Lastmanagement des Steuer/Regelmoduls. Bei den versorgungs- oder bedarfsrelevanten Informationen kann es sich neben Wetterdaten auch um Fuhrparkinformationen in Bezug auf Elektro- oder Hybridfahrzeuge als Verbraucher oder auch um Strompreisinformationen zum nachladbaren Wechselstrom handeln.
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Mindestens eine lokale Wetterstation nach Anspruch 4 führt zu entsprechenden Vorteilen und kann durch die Unabhängigkeit von externen Daten eine zusätzliche Sicherheit bieten.
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Ein Smartmeter nach Anspruch 5 ermöglicht aktuelle Strompreisinformationen, die dem Regelalgorithmus des Steuer/Regelmoduls zugrunde gelegt werden können. So kann bei höherem Strompreis ein Niveau des Energiespeichers, bei dessen Unterschreitung ein Nachladen aus dem Wechselstromnetz erfolgt, abgesenkt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 in einer schematischen Blockdarstellung ein modulares Steuer/Regelsystem für ein Stromnetz einschließlich eines Steuer/Regelmoduls;
- 2 einer eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweisenden Energiespeicher eines Energiespeichermoduls des Steuer/Regelsystems nach 1, wobei verschiedene Energiespeicher-Niveaus, die Steueraktivitäten des Steuer/Regelmoduls auslösen, skaliert dargestellt sind; und
- 3 ein Anschlussschema eines elektronischen Bauelements des Steuer/Regelmoduls, wobei das Bauelement als Verbraucherbaustein ausgeführt ist.
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Ein modulares Steuer/Regelsystem 1 für ein Stromnetz ist unterteilt in mehrere Modulebenen und umfasst ein Wechselspannungsmodul 2, ein Gleichspannungsmodul 3, ein Energiespeichermodul 4, ein Steuer/Regelmodul 5 und ein Netzwerkmodul 6. Die Module 2 bis 6 können in voneinander getrennten Komponenten untergebracht sein, beispielsweise in verschiedenen Schaltschränken. Eine Trennung zwischen den Modulen 2 bis 6 ist in der 1 durch gestrichelte Linien angedeutet.
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Das Wechselspannungsmodul beinhaltet ein Ladenetzteil 7, über welches auf Abruf von einer Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 (vergleiche Signalverbindung 9) Strom aus einem öffentlichen Wechselspannungsnetz 10 gleichgerichtet in ein Gleichspannungsnetz 11 des Gleichspannungsmoduls 3 geladen werden kann. Das Ladenetzteil 7 steht über ein Smartmeter 12 mit einem Einspeiseknoten 13 des Wechselspannungsnetzes 10 in Leitungsverbindung. Über das Smartmeter 12 kann ein Preis des jeweils über das Ladenetzteil nachladnachbaren Wechselstroms abgerufen werden. Über ein Gateway 14 und eine Signalverbindung 15 steht das Smartmeter 12 mit der Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 in Verbindung.
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Das Wechselspannungsmodul 2 hat weiterhin einen Wechselrichter 16, über den auf Abruf vom Steuer/Regelmodul 5 (vergleiche Signalverbindung 17) Gleichstrom aus dem Gleichspannungsnetz 11 des Gleichspannungsmoduls 3 in Wechselstrom für Wechselstrom-Verbraucher 18, 19, 20, 21 umgewandelt wird. Der Wechselrichter 16 verbindet also das Gleichspannungsnetz 11 mit einem Wechselspannungs-Versorgungsnetz 22 des Wechselspannungsmoduls 2 für die Wechselstrom-Verbraucher 18 bis 21.
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Das Wechselspannungs-Versorgungsnetz 22 des Wechselspannungsmoduls 2 weist eine Netz-Isolationseinrichtung 23 zum Personen- und Anlagenschutz der am Wechselspannungs-Versorgungsnetz 22 angeschlossenen Netzkomponenten, also der Wechselstrom-Verbraucher 18 bis 21 auf. Entsprechend beinhaltet die Netz-Isolationseinrichtung 23 eine Leckstromüberwachungseinheit 24 und einen Trennschalter 25.
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Beim Wechselstrom-Verbraucher 18 kann es sich um kann es sich um eine Netzwerkkomponente, ein Datenverarbeitungsgerät, beispielsweise um einen Rechner, um eine Steuer/Regeleinheit um einen Server und/oder um eine Telefonanlage handeln. Beim Wechselstrom-Verbraucher 19 kann es sich um Verbraucher handeln, die über Haushaltssteckdosen an das Wechselspannungs-Versorgungsnetz 22 angeschlossen sind. Beim Wechselstrom-Verbraucher 20 kann es sich um eine Wechselstrom-Beleuchtungsanlage handeln. Beim Wechselstrom-Verbraucher 21 kann es sich um eine Ladestelle beziehungsweise Ladestation für ein Elektrofahrzeug handeln. Der Wechselstrom-Verbraucher 18 kann für eine maximale Leistungsentnahme von 0,1 kW ausgelegt sein. Der Wechselstrom-Verbraucher 19 kann für eine maximale Leistungsentnahme von 0,9 kW ausgelegt sein. Der Wechselstrom-Verbraucher 20 kann für eine maximale Leistungsentnahme von 3,2 kW ausgelegt sein. Der Wechselstrom-Verbraucher 21 kann für eine maximale Leistungsentnahme von 3,7 kW ausgelegt sein. Die Leistungsentnahme-Kennzahlen für die Wechselstrom-Verbraucher 18 bis 21 können im Bereich zwischen 0,05 kW und 500 kW liegen.
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Die Wechselstrom-Verbraucher 18 bis 21 weisen jeweils einen Schalter 26 auf, über den diese mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz 22 verbunden bzw. von diesem getrennt werden können. Diese Schalter 26 können über die Signalverbindung 17 von der Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 betätigt werden.
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Teil des Gleichspannungsmoduls 3 ist ein Gleichspannungsversorger 27. Hierbei kann es sich um eine Fotovoltaikanlage handeln. Auch eine Brennstoffzelle ist als Gleichspannungsversorger 27 möglich. Über Gleichstromleitungen 28, 29 steht der Gleichspannungsversorger 27 mit einer Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 des Gleichspannungsmoduls 3 in Leitungsverbindung. Die Gleichstromleitungen 28, 29 führen zu zwei Eingangsports 31, 32 der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30. Die Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 steht ihrerseits mit dem Gleichspannungsnetz 11 in Leitungsverbindung.
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Zum Gleichspannungsmodul 3 gehören weiterhin Gleichspannungs-Netzteile 33, 34, über welche auf Abruf vom Steuer/Regelmodul 5 (Signalverbindungen 35, 36) eine höhere Netz-Gleichspannung des Gleichspannungsnetzes 11 in eine niedrigere Versorgungs-Gleichspannung für Gleichstrom-Verbraucher 37, 38 umgewandelt wird.
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Das Gleichspannungsnetz 11 kann mit einer Gleichspannung von 380 Volt betrieben werden.
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Die niedrigere Versorgungs-Gleichspannung kann bei 48 V liegen.
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Beim Gleichstrom-Verbraucher 37 kann es sich um eine Netzwerkkomponente, ein Datenverarbeitungsgerät, beispielsweise um einen Rechner, um eine Steuer/Regeleinheit um einen Server und/oder um eine Telefonanlage handeln. Beim Gleichstrom-Verbraucher 38 kann es sich um eine Gleichspannungs-Werkstattbeleuchtung handeln.
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Der Gleichstrom-Verbraucher 37 kann auf eine Leistungsentnahme von 0,35 kW ausgelegt sein. Der Gleichstrom-Verbraucher 38 kann auf eine Leistungsentnahme von 2 kW ausgelegt sein. Leistungs-Kennzahlen der Gleichstrom-Verbraucher 37, 38 können wiederum in einem Bereich zwischen 0,05 kW und 25 kW liegen, wobei ein Gleichstrom-Verbraucher auch auf eine höhere Leistungsentnahme ausgelegt sein. Es können auch Verbraucher z.B. DC/DC-Lader für E-Mobilität direkt oder über die Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 an das Gleichspannungsnetz 11 angeschlossen werden.
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Im Gleichspannungsnetz 11 ist einerseits direkt nach dem Ladenetzteil 7 und andererseits direkt vor der Anbindung der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 jeweils ein Trennschalter 39, 40 einer Netz-Isolationseinrichtung 41 für das Gleichspannungsnetz 11 angeordnet. Die Netz-Isolationseinrichtung 41 hat ihrerseits eine Strom/Leckstrom-Überwachungseinheit 42, mittels der Fehler im Gleichspannungsnetz 11 erfasst werden können und der Personen und Anlagenschutz sichergestellt ist.
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Das Energiespeichermodul 4 des Steuer/Regelsystems 1 beinhaltet einen Energiespeicher 43 mit einer Mehrzahl von Batteriezellen 44. Die Batterie kann eine Kapazität haben, die größer ist als 15 kWh und die bis zu 1 MWh oder auch noch größer sein kann. Über den Energiespeicher 43 kann eine maximale Leitungsentnahme erfolgen, die größer sein kann als 15 kW und die beispielsweise im Bereich von 20 kW liegen kann.
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Sofern der Gleichspannungsversorger 27 als Fotovoltaikanlage ausgeführt ist, kann diese eine Peak-Leistung von mehr als 5 kW, beispielsweise eine Peak-Leistung im Bereich von 8 oder 9 kW, von 10 kW oder auch eine höhere Peak-Leistung bis zu 500 kW oder noch höher haben.
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Der Energiespeicher 43 steht über eine Gleichstromleitung 44a mit drei parallel geschalteten Eingangsports 45, 46, 47 der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 in Leitungsverbindung. Über diese Ports 45 bis 47 der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 ist der Energiespeicher 30 mit dem Gleichspannungsnetz 11 verbunden.
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Über eine weitere Signalverbindung 48 ist die Steuer/Regeleinheit 8 mit der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 verbunden.
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Die Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 dient zur versorgungs- und bedarfsabhängigen Vorgabe:
- - Einer Wechselspannungs-Nachladung über das Ladenetzteil 7;
- - Einer Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom über den Wechselrichter 16;
- - Einer Umwandlung von Netz-Gleichspannung in Versorgungs-Gleichspannung über das mindestens eine Gleichspannungs-Netzteil 33, 34 sowie
- - Einer Gleichspannungs-Ladung des Energiespeichers 43 aus dem Gleichspannungsversorger 27 über die Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30.
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Über eine Datenschnittstelle steht die Steuer/Regeleinheit 8 mit dem Internet 49 zum Abruf von versorgungs-grundbedarfsrelevanten Informationen für das Steuer/Regelsystem 1 in Signalverbindung. Die Datenschnittstelle beinhaltet eine Datenverbindung 50, die als VPN (Virtual Personal Network) ausgeführt sein kann, der Steuer/Regeleinheit 8 mit einem Server 51 sowie eine weitere Datenverbindung 52, die als WAN (Wide Area Network) ausgeführt sein kann, des Servers 51 mit dem Internet 49. Der Server 51 und die Datenverbindungen 50, 52 gehören zum Netzwerkmodul 6 des Steuer/Regelsystems 1.
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Der Server 51 kann auch als Hardware-Firewall zur Absicherung der Steuer/Regeleinheit 8 dienen oder mit einer zusätzlichen Hardware-Firewall ausgestattet werden.
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Das Steuer/Regelmodul 5 beinhaltet weiterhin eine lokale Wetterstation 53, die über eine Datenverbindung 54 mit der Steuer/Regeleinheit 8 verbunden ist.
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Beim Steuer/Regelsystem 1 wird berücksichtigt, dass der Gleichspannungsversorger 27 als Haupt-Energielieferant nicht ständig zur Verfügung steht. Das Steuer/Regelsystem 1 bezieht in seinen Regelalgorithmus die Verbraucher 18 bis 21, 37 und 38, die Möglichkeit der Einspeisung über das öffentliche Wechselspannungsnetz 10 sowie die zur Verfügung stehende Kapazität des Energiespeichers 43 ein.
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Bei der Bewirtschaftung des Energiespeichers 43 erfolgt eine Kostenoptimierung. Stromkosten eines Nachladens über das Wechselspannungsnetz 10 werden mit Speicherkosten im Energiespeicher 43 verglichen. Im Normalbetrieb wird über eine Nachladung über das Ladenetzteil 7 ein Füllstand des Energiespeichers 43 konstant gehalten. Über die Steuer/Regeleinheit 8 wird durch Auswertung von Wetterdaten, wobei einerseits Daten des Internets 49 über das Netzwerkmodul 6 und anders als Daten der lokalen Wetterstation 53 ausgewertet werden, ein Energieeintrag des dann als Fotovoltaikanlage ausgeführten Gleichspannungsversorgers 27 für einen hinsichtlich der Wetterdaten überschaubaren zukünftigen Zeitraum abgeschätzt. In regelmäßigen Abständen wird über das Smartmeter 12 ein aktueller Stromtarif abgerufen, der über den Einspeiseknoten 13 und das Ladenetzteil 7 nachgeladen werden kann. Bei Bedarf werden ebenfalls in regelmäßigen Abständen, beispielsweise täglich, Angebote von Stromlieferanten eingeholt. Soweit Einspeisestrom günstig angeboten wird und die Wettervorhersage sowie der Füllstand des Energiespeichers 43 dies anzeigen, erfolgt eine Nachladung des Energiespeichers 43 über das Ladenetzteil 7, das Gleichspannungsnetz 11, die Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 und die Gleichstromleitung 44. Sobald es anhand der erhobenen Kosten und Vorhersagedaten günstiger ist, Energie aus dem Energiespeicher 43 zu entnehmen, wird die Nachladung über das Ladenetzteil 7 abgeschaltet und eine Stromentnahme erfolgt über den Energiespeicher 43 bzw. direkt über den Gleichspannungsversorger 27.
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In einem Datenspeicher 55 der Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 sind mehrere Energiespeicher-Niveaus abgelegt, die einen relativen Füllstand des Energiespeichers 43 charakterisieren. Diese Energiespeicher-Niveaus werden anhand der 2 erläutert.
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Ein höchstes dieser Niveaus ist ein Maximal-Energiespeicher-Niveau 56, welches einer 100%-Ladung des Energiespeichers 43 entspricht. Um den Energiespeicher 43 zu schonen, kann dieses Maximal-Energiespeicher-Niveau 56 geringer sein als ein chemisch bzw. physikalisch maximal möglicher Voll-Ladezustand des Energiespeichers 43.
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Die Steuer/Regeleinheit 8 ist so ausgeführt, dass beim Laden des Energiespeichers 43 auf das Maximal-Energiespeicher-Niveau (MEN) 56 ein Trennen des Energiespeichers 43 vom Gleichspannungsversorger 27 und/oder vom Ladenetzteil 7 erfolgt. Das Trennen vom Gleichspannungsversorger 27 erfolgt durch Ansteuerung der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 über die Signalverbindung 48. Das Trennen vom Ladenetzteil 7 erfolgt durch direktes Ansteuern über die Signalverbindung 9.
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Ein nächsthöheres Niveau, welches im Datenspeicher 55 abgelegt ist, ist ein Energieverbrauchs-Maximierungs-Energiespeicher-Niveau (EMEN) 57. Solange ein Füllgrad des Energiespeichers 43 höher ist als dieses Niveau EMEN 75 veranlasst die Steuer/Regeleinheit 8 einen Maximalbetrieb der Verbraucher 18 bis 21, 37 und 38.
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Beispielsweise kann in diesem Fall ein maximales Laden von Elektrofahrzeugen über den Wechselstrom-Verbraucher 21 sowie ggf. über einen Gleichstrom-Verbraucher entsprechend den Verbrauchern 37, 38 angesteuert werden. Auch energieintensive Berechnungsaufgaben können dann von einer Rechneranlage durchgeführt werden, die über den Gleichstrom-Verbraucher 37 angeschlossen sind. Es kann auch eine Erwärmung eines Wassertanks und/oder eines Wärmetauschermediums erfolgen. Es kann in einem solchen Fall auch eine Flüssigkeitspumpe betrieben werden, die Flüssigkeit in einen erhöhten Tank zum späteren Nutzen potentieller Energie. Auch eine Klimatisierung kann durch entsprechende Freigabe von Wechselstrom-Verbrauchern oder Gleichstrom-Verbrauchern entsprechend den Verbrauchern 18 bis 21, 37, 38 angesteuert werden.
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Auch ein Betrieb von Kühleinrichtungen kann bei Erreichen des Niveaus EMEN 57 maximiert werden. Derartige Kühleinheiten können dann als Kühlenergiespeicher genutzt werden.
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Das Niveau EMEN 57 liegt beispielsweise bei 90% des Niveaus MEN 56.
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Unterhalb des Niveaus EMEN 57 ist im Datenspeicher 55 ein Unbedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveau (UEN) 58 abgelegt, welches beispielsweise bei 50% des Niveaus MEN 56 liegen kann. Die Steuer/Regeleinheit 8 ist so ausgeführt, dass beim Laden des Energiespeichers 43 über das Niveau UEN 58 ein Verbinden aller Verbraucher 37, 38 des Gleichspannungsmoduls 3 mit dem Gleichspannungsnetz 11 und ein Verbinden aller Verbraucher 18 bis 21 des Wechselspannungsmoduls 2 mit dem Wechselspannungsnetz 10 erfolgt. Dies geschieht durch Ansteuern über die Signalverbindungen 35, 36 einerseits und die mehrpolige, die jeweiligen Schalter 26 unabhängig ansteuernde Signalverbindung 17 andererseits. In diesem Betriebsfall „Erreichen des Niveaus UEN 58“ wird der Energieverbrauch nicht wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Niveau EMEN 57 maximiert, sondern es wird jeder über die Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 aktiv abgerufene Energiebedarf gedeckt und alle Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 können jederzeit zu den Netzen 10, 11 zu- bzw. abgeschaltet werden.
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Unterhalb des Niveaus UEN 58 liegen mehrere Bedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveaus (BEN) 59 bis 61. Die Steuer/Regeleinheit 5 ist so ausgeführt, dass beim Entladen des Energiespeichers 43 auf diese Niveaus BEN 59, 60, 61 ein prioritätsabhängiges Trennen der Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 gemäß einer Prioritätsvorgabe erfolgt.
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Das Niveau BEN 59, welches im Bereich von 40 % des Niveaus EMEN 56 liegt, kann folgende Prioritäten auf sich vereinigen:
- - Priorität „bedingte Abschaltung bei Überlast“
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Bei Lastspitzen im Gleichspannungsnetz 11 können alle mit dieser Priorität gekennzeichneten Verbraucher 37 bzw. 38 kurzzeitig abgeschaltet werden. Eine Dauer einer solchen Kurzzeitabschaltung ist ebenfalls im Datenspeicher 55 der Steuer/Regeleinheit 8 hinterlegt.
- - Priorität „bedingte Abschaltung für ein vorgesehenes Zeitintervall“
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Alle Verbraucher, die mit dieser Priorität gekennzeichnet sind, können für einen Zeitraum abgeschaltet werden, die als Wert „Abschaltdauer“ ebenfalls im Datenspeicher 55 hinterlegt ist. Nach Ablauf der Abschaltdauer werden diese Verbraucher für einen Zeitraum „Einschaltdauer“, der ebenfalls im Datenspeicher 55 hinterlegt ist, wieder zugeschaltet. Jedem Verbraucher können eigene Zeiträume Abschaltdauer/Einschaltdauer zugeordnet werden, die dann verbraucherspezifisch im Datenspeicher 55 hinterlegt sind. Durch eine entsprechende Staffelung der Zeiträume Abschaltdauer/Einschaltdauer können Belastungsspitzen im Gleichspannungsnetz 11 vermieden werden.
- - Priorität „bedingte Abschaltung beispielsweise Netzausfall“
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Alle Verbraucher, die dieser Priorität zugeordnet sind, werden beim Erreichen des Niveaus BEN 59 beim Ausfall einer Versorgung über das Wechselspannungsnetz 10 nach einem vorgegebenen Verzögerungszeitraum abgeschaltet. Auch dieser Verzögerungszeitraum ist im Datenspeicher 55 abgelegt. Verbraucher, denen diese Priorität zugewiesen ist, können beispielsweise die Ladestationen für Elektrofahrzeuge sowie bestimmte Beleuchtungsmodule sein.
- - Priorität „bedingte Abschaltung bei Freigabe“
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Mit einer derartigen Priorität gekennzeichnete Verbraucher entsprechend den Verbrauchern 18 bis 21, 37, 38 werden bei Erreichen des Niveaus BEN 59 nur dann abgeschaltet, wenn gleichzeitig das Vorliegen eines Freigabesignals über einen entsprechenden Eingang der Steuer/Regeleinheit 8 erfasst wird. Ein derartiges Freigabesignal kann als aktives Spannungssignal realisiert sein, sodass ein Fehler in der Freigabeleitung, beispielsweise ein Leitungsbruch, automatisch als nicht vorliegende Freigabe erfasst wird. Ein derartiger Verbraucher kann beispielsweise eine Heizungsanlage sein, die nur dann abgeschaltet wird, wenn dies nicht zu Frostschäden führt. Sobald aufgrund entsprechender Außentemperaturen Frostschäden zu befürchten sind, wird das Freigabesignal, gesteuert, über die Steuer/Regeleinheit 8, die aktiviert, sodass es ab dann bei Erreichen dieses Niveaus BEN 59 nicht möglich ist, einen mit dieser Priorität gekennzeichneten Verbraucher abzuschalten.
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Dem Niveau BEN 60, welches unterhalb des Niveaus BEN 59 bei etwa 30 % des Niveaus MEN 56 liegt, ist folgende Priorität zugeordnet:
- - Priorität „bedingter Notstrombetrieb“
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Bei Ausfall aller Stromlieferanten, also sowohl des Einspeiseknotens 13 als auch des Gleichspannungsversorgers 27 stellt die Steuer/Regeleinheit 8 für alle mit dieser Priorität gekennzeichneten Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 einen Notstrombetrieb für einen eingestellten Notstromzeitraum sicher, der ebenfalls im Datenspeicher 55, abhängig von der Nominalkapazität des Energiespeichers 43, abgelegt ist.
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Dem unterhalb des Niveaus BEN 60 liegenden Niveau BEN 61, welches im Bereich von 20 % des Niveaus MEN 56 liegen kann, ist folgende Priorität zugeordnet:
- - Priorität „unbedingter Notstrombetrieb“
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Bei Ausfall aller Stromlieferanten, also wiederum bei Ausfall des Energieknotens 13 und des Gleichspannungsversorgers 27 stellt die Steuer/Regeleinheit 8 für die mit dieser Priorität gekennzeichneten Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 einen Notstrombetrieb über eine längere und abhängig von der Nominalkapazität des Energiespeichers 43 einstellbare Zeitdauer sicher. Diese Zeitdauer kann ebenfalls im Datenspeicher 55 abgelegt sein.
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Beispielsweise kann einer Kühltruhe als Beispiel für einen der Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 zunächst die Priorität „bedingte Abschaltung für ein vorgesehenes Zeitintervall zugewiesen werden. Unterschreitet ein Füllstand im Energiespeicher 43 das dieser Priorität zugewiesene Niveau BEN 59, wird die Kühltruhe für den vorgegebenen Zeitraum „Abschaltdauer“ abgeschaltet. Erreicht die Kühltruhe ihren Taupunkt, schaltet ein Temperaturwächter des Systems die Priorität der Kühltruhe auf „bedingter Notstrombetrieb“. Die Kühltruhe wird dann weiter betrieben bis zum Erreichen des Energiespeicher-Niveaus BEN 60, bis eine bestimmte, niedrigere Temperatur erreicht ist, woraufhin die Priorität wiederum zurück auf „bedingte Abschaltung für einen vorgesehenen Zeitintervall“ geschaltet wird.
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Unterhalb des Niveaus BEN 61 ist im Datenspeicher 55 der Steuer/Regeleinheit 8 ein Minimal-Energiespeicher-Niveau MIN 62 abgelegt, welches beispielsweise bei 5 % des Niveaus MEN 56 liegen kann.
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Die Steuer/Regeleinheit 8 ist so ausgeführt, dass beim Unterschreiten des Niveaus MIN 62 ein Not-Trennen des Energiespeichers 27 vom Gleichspannungsnetz 11 erfolgt. Dies geschieht wiederum über Ansteuerung der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 über die Signalverbindung 48.
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Zwischen den Niveaus UEN 58 und MIN 62 liegen, wie vorstehend im Zusammenhang mit den Niveaus BEN 59 bis 61 erläutert, also mehrere unterschiedliche bedingt Betriebs-Energiespeicher-Niveaus vor, wobei das Steuer/Regelmodul 5 abhängig vom Erreichen eines Ladezustands, der dem jeweiligen Niveau BEN 59 bis 61 entspricht, ein Verbinden oder Trennen der Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 mit der jeweiligen Priorisierung durchführt.
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Je nach Priorisierung der Verbraucher wird durch das Steuer/Regelmodul 5 beim Entladen des Energiespeichers 43 ein Verbindungszustand des Verbrauchers 18 bis 21, 37, 38 mit dem zugehörigen Netz 10, 11 aufrecht erhalten, bis das der jeweiligen Priorität entsprechende Energiespeicher-Niveau unterschritten wird. Umgekehrt bleibt beim Laden des Energiespeichers 43 ein Verbindungszustand des jeweiligen Verbrauchers prioritätsabhängig getrennt, bis das dieser Priorität zugeordnete Energiespeicher-Niveau überschritten wird.
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3 zeigt schematisch ein Bauelement bzw. ein Logik-Baustein 63 der Steuer/Regeleinheit 8, welches mit dem Datenspeicher 55 in Signalverbindung steht. Dieses Logik-Bauelement 63 hat verschiedene logische Ein- und Ausgänge. Mit P0 bis P6 sind verschiedene logische Prioritäts-Eingänge entsprechend dem vorstehenden Zusammenhang mit den Niveaus BEN 59 bis 61 erläuterten Prioritäten bezeichnet. Soweit ein derartiger Prioritäts-Eingang P0 bis P6 aktiv ist, erfolgt mit dem Steuer/Regelmodul 5 ein Zu- bzw. Abschalten von Verbrauchern, entsprechend dem, was vorstehend erläutert wurde. Ein weiterer Eingang 64 signalisiert das Erreichen des Niveaus EMEN 57. Weitere Eingänge 65, 66 signalisieren eine verbraucherspezifische Abschaltdauer bzw. eine verbraucherspezifische Einschaltdauer. Ein weiterer Eingang 67 signalisiert eine verbraucherspezifische Nennleistung.
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Ein weiterer Eingang 68 stellt ein Freigabesignal für die vorstehend erläuterte Priorität „bedingte Abschaltung bei Freigabe“ dar. Ein weiterer Eingang 69 ermöglicht eine Zwangseinschaltung von Verbrauchern zur Vermeidung einer Überlastung des Energiespeichers 43.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0076615 A1 [0002]
- DE 102015206510 A1 [0002]
- EP 1683681 B1 [0003]
- DE 102013220300 A1 [0003]
- DE 102013209396 A1 [0003]
