EP3895273A1 - Energiequelle für ein gleichspannungsnetz, verfahren zum betrieb einer solchen energiequelle, gleichspannungsnetz mit einer mehrzahl solcher energiequellen und verfahren zum betrieb eines solchen gleichspannungsnetzes - Google Patents

Energiequelle für ein gleichspannungsnetz, verfahren zum betrieb einer solchen energiequelle, gleichspannungsnetz mit einer mehrzahl solcher energiequellen und verfahren zum betrieb eines solchen gleichspannungsnetzes

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Publication number
EP3895273A1
EP3895273A1 EP20706964.2A EP20706964A EP3895273A1 EP 3895273 A1 EP3895273 A1 EP 3895273A1 EP 20706964 A EP20706964 A EP 20706964A EP 3895273 A1 EP3895273 A1 EP 3895273A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy source
connection point
energy
control
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20706964.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Weidauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP3895273A1 publication Critical patent/EP3895273A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of DC sources
    • H02J1/102—Parallel operation of DC sources being switching converters

Definitions

  • Energy source for a direct voltage network method for operating such an energy source, direct voltage network with a plurality of such energy sources and method for operating such a direct voltage network
  • the invention relates to an energy source device, referred to below as an energy source, for a DC voltage network.
  • the energy source device comprises on the one hand the actual energy source, in the case of an energy source device for a direct voltage network, that is to say a direct current or direct voltage source.
  • the energy source device comprises at least electrical or electronic functional units for what is known as primary control, a sensor system for detecting at least one electrical variable in the DC voltage network and / or electrical or electronic functional units for exchanging data with other energy source devices and / or a higher-level unit.
  • energy source instead of “energy source device”. Whenever the term “energy source” is used, the term “energy source device” must always be read along with it.
  • the invention further relates to a method for operating an energy source of the aforementioned type, a DC voltage network with a plurality of such energy sources and finally a method for operating such a DC voltage network.
  • a primary control enables the parallel operation of several energy sources and determines directly or indirectly the respective energy sources. given electrical power.
  • the primary control On the basis of the primary control, the total electrical energy available in the electrical network and / or the power can be commutated from at least one energy source to at least one other energy source.
  • the secondary regulation aims at avoiding or at least reducing load-dependent fluctuations in the electrical network.
  • the tertiary control causes individual energy sources to be switched on or off depending on a power requirement in the electrical network.
  • the secondary control and the tertiary control are implemented in a higher-level unit, referred to below as the control station - the control station is hierarchically superordinate to the energy sources. Due to the secondary or tertiary regulation resulting control signals for the energy sources feeding the electrical network are transmitted from the control station to the respective energy source or the respective energy sources.
  • a bus system for example, can be used for such a transmission.
  • control system fails and / or the communicative connection between the control system and the energy sources fails, the central secondary control and the central tertiary control brought about by the control system are no longer available. This can lead to an overload situation and ultimately to a failure of the electrical network.
  • An object of the invention is based on this, ei ne electrical energy source, in particular an energy source in the form of a direct current or direct voltage source, a method for operating such an energy source, an electrical network with a plurality of such energy sources and a method for operating such a network specify that avoids the risk of a power failure due to a failure of a control system or a failure of a communicative connection to the control system.
  • this task is according to the invention by means of an energy source (energy source device) in the form of a direct current or direct voltage source for a direct voltage network, whereby electrical energy can be fed to a junction point of the direct voltage network by means of the energy source and electrical energy can be fed in during operation by the energy source the connection point is fed in, achieved in that the energy source has a functional unit functioning as a control unit for automatic switching on or off of the energy source, the control unit being determined and set up in such a way that it ensures that it is not the last one remaining before it is switched off Energy source is at the point of connection.
  • this object is achieved according to the invention by the features of the parallel method claim. It is then provided that in a method for operating an energy source (energy source device) in the form of a direct current or direct voltage source and in a direct voltage network by means of the energy source, electrical energy is fed to a junction point of the direct voltage network, so that the energy source has a functional unit that functions as a control unit which generates a switch-on or switch-off signal for the automatic switch-on or switch-off of the energy source, the energy source ensuring that it is not the last remaining energy source at the point of connection before it is switched off.
  • energy source energy source device
  • the invention is also a DC voltage network with, on the one hand, a plurality of energy sources of the type described here and below, connected to a common connection point, and, on the other hand, at least one consumer connected to the connection point.
  • the invention is also a method for loading such a DC voltage network.
  • the invention is in addition, a method for operating a DC voltage network with a plurality of energy sources of the type described here and below connected to a common junction point and at least one consumer connected to the junction point, with different delay times of the control units of all energy sources.
  • the advantage of the solution proposed here is that the tertiary control previously assigned to the control system is now implemented in a decentralized manner, specifically in each energy source by means of a respective control unit. If the control system fails, the central tertiary control previously carried out by a central control station is now still available in the form of a decentralized tertiary control carried out by the respective control units of the energy sources. A central control station is no longer necessary. Because the control system and / or the communication with the control system are often redundant because of the failure of the control system or the communication with the control system, the present invention eliminates the need for such a redundant design.
  • the tertiary control can be implemented as central tertiary control - in the control station - and as decentralized tertiary control - in the energy sources, with the decentralized tertiary control being activated when the control station or the communicative connection to the Control station fails.
  • the control unit assigned to an energy source according to the invention for automatically connecting or disconnecting the energy sources of the DC voltage network is also referred to below as “decentralized tertiary control” or the control unit itself as “decentralized tertiary control unit” because the respective Control units provided control of the supply and Switching off the energy sources of the DC voltage network is similar to a central control system or a control station he brought tertiary control, hereinafter referred to as "central tertiary control" for differentiation, only with the difference that the control proposed here is organized decentrally.
  • the procedure has different aspects in connection with the approach proposed here.
  • an automatic connection or disconnection of an energy source is provided within the scope of the proposed decentralized tertiary control
  • simultaneous connection or disconnection of several energy sources is prevented by various delay times of the decentralized tertiary control units.
  • the decentralized tertiary control units monitor communication with the control station.
  • the decentralized tertiary control is automatically activated by the decentralized tertiary control units of the energy sources. These then take over the tertiary control instead of the control station.
  • the energy source comprises a control unit which is intended and set up to generate a connection signal, the connection signal being generated when the energy source is switched off and a DC voltage amplitude at the node drops below a first comparison value.
  • the control unit If the conditions covered by the connection rule are met, the energy source is automatically switched on or the energy source is automatically switched on at least.
  • the control unit In a corresponding method for operating the energy source, the control unit generates a connection signal for automatic connection of the Energyquel le when the energy source is switched off and a DC voltage amplitude at the node drops below the first comparison value.
  • the energy source comprises a control unit which is intended and set up to generate a switch-off signal, the switch-off signal being generated when the energy source is switched on and either one or the DC voltage amplitude at the node exceeds a second comparison value or an active power output by the energy source falls below a third comparison value.
  • a control unit which is intended and set up to generate a switch-off signal, the switch-off signal being generated when the energy source is switched on and either one or the DC voltage amplitude at the node exceeds a second comparison value or an active power output by the energy source falls below a third comparison value.
  • the control unit With a corresponding Method for operating the energy source, the control unit generates a switch-off signal for automatically switching off the energy source when the energy source is switched on and either the DC voltage amplitude at the point of connection exceeds the second comparison value or the active power output by the energy source falls below the third comparison value.
  • an energy source with such an implementation of a switch-on rule also includes such an implementation of a switch-off rule and vice versa.
  • the switch-on signal and / or the switch-off signal can be output with a time delay by the control unit by a predetermined or predeterminable delay time and is output with a time delay during operation by the delay time. With different delay times, this avoids unintentional simultaneous connection or disconnection of several energy sources.
  • different delay times are guaranteed by the fact that the energy sources included in a DC voltage network are each given different delay times, for example by stamping or loading time values into memory areas provided for this purpose encode the respective delay time, and these time values are each different.
  • the last remaining energy source is prevented from also switching off and the voltage supply thus failing.
  • Each energy source therefore monitors at least in connection with a planned automatic shutdown process to determine whether it is the last remaining energy source at the connection point.
  • an energy source for which an automatic shutdown process is imminent is briefly referred to below as an outgoing energy source.
  • an outgoing energy source no longer takes part in the energy supply at the connection point.
  • An outgoing energy source lowers its power point before it is actually switched off, i.e. H. the power consumption point of a droop function serving the primary control of the energy source, for example via a temporal ramp function.
  • the outgoing energy source activates an automatically activatable and automatically deactivatable shutdown process. This is implemented, for example, as a partial functionality of a standby state, which is activated when the energy source is automatically switched off on the basis of a switch-off signal or a corresponding status of an output signal from the control unit.
  • the power point Due to the activated shutdown process and during the shutdown process, the power point is reduced. If, in addition to the outgoing energy source, at least one other energy source is actively involved in supplying the DC voltage network with electrical energy, the power of the outgoing energy source is automatically commutated to the or every other energy source due to the primary control. This at least one further energy source thus gradually takes over the feeding of the electrical power that is no longer fed in from the outgoing energy source in the course of the decrease in the power consumption point. The outgoing energy source automatically monitors the DC voltage amplitude at its connection point during the shutdown process.
  • the lowering of the Performance point stopped.
  • the process of switching off the energy source recognizes that the energy source is the last remaining energy source at the connection point, and the energy source does not switch off; the shutdown process is ended.
  • the shutdown process is continued and the power fed in by the outgoing energy source drops in the course of the shutdown process, for example to zero.
  • the outgoing energy source can be switched off, which corresponds to an activation of the standby state.
  • an outgoing energy source can also be switched off automatically as part of the shutdown process if commutation to at least one other energy source is detected during the shutdown process when the power consumption point is lowered and the power consumption point falls below a threshold value.
  • the outgoing energy source lowers its power on point as part of the shutdown process. This reduces the voltage amplitude, but not the power of the energy source currently provided at the connection point.
  • the reduction in voltage is limited by a fourth comparison value. When the voltage amplitude of the energy source reaches this fourth comparison value and the power is greater than zero, the energy source is the last remaining source and does not switch off.
  • the shutdown process is exited as follows: The power of the consumers and the power of the energy source currently available at the connection point increase because consumers connected to the connection point increase their output or new consumers are switched on. If the voltage at the connection point falls below the fourth comparison value, the energy source increases its power consumption point, since the voltage is not below the fourth comparison value remains. As a result, the power consumption point increases. Falling below the fourth comparison value or increasing the power consumption point after falling below the fourth comparison value terminates the shutdown process and leads to the standby state being exited. After leaving the standby mode, the energy source is again in the operating mode.
  • the active power at the node i. H. the power of the energy source currently provided at the connection point and / or the power consumption point of the droop function of the outgoing energy source can be compared with further fifth and sixth comparison values, for example also stored in the memory as limit values, and if these comparison values are exceeded, the Shutdown process and leaving the standby mode.
  • the fifth and sixth comparison values must have a reasonable distance from the second and third comparison values so that the energy source does not toggle. After leaving the standby mode, the energy source is again in the operating state.
  • control units listen to every communication with a higher-level control system and activate the decentralized tertiary control by the respective control unit if communication with the control system fails.
  • the decentralized tertiary control is permanently activated in the energy sources.
  • the decentralized tertiary control in the energy sources is preferably activated automatically, through automatic activation of the decentralized tertiary Control function of the control unit if the control system or communication with the control system fails.
  • the criterion for this is, for example, an automatic monitoring of communication with the control system implemented in each energy source, in particular the control unit there.
  • the automatic monitoring of communication with the control system is implemented, for example, in the form of a basically known watchdog function. To do this, the watchdog function listens to the communication between the energy source and the control system. Every communication from the control system and incoming to an energy source, for example a telegram sent by the control system and received by an energy source, is evaluated as a sign of life from the control system, which resets the watchdog of the energy source.
  • the counter on which the watchdog is based ultimately runs down, and a lack of sign of life from the control system and, as a result, a failure of the control system or a failure of communication with the control system are automatically detected.
  • the watchdog expires, the decentralized tertiary control is automatically activated in the energy sources, i.e. the control unit is automatically activated.
  • the control system which also detects a failure of communication to an energy source, activates the decentralized tertiary control in all communicatively still accessible energy sources and thus its own central secondary control and central control Tertiary control deactivated. Then there is no mixed operation between the still accessible and the no longer accessible energy sources.
  • the monitoring of communication with the control system can also be secured by adding a characteristic identifier to each telegram from the control system. holds, for example, the value of a counter that is incremented with each telegram. Then the watchdog of an energy source is only reset on the basis of an incoming telegram, which is automatically recognizable as a follow-up telegram of a previously received telegram based on the characteristic identifier.
  • the control unit of an energy source is preferably implemented in the form of a microcontroller, in the form of a microprocessor together with a memory, in the form of an ASIC, FPGA or the like.
  • the activation or deactivation of the control unit can be implemented, for example, in that the output signals of a deactivated control unit are ineffective, for example due to a corresponding masking.
  • the internal functionality of the control unit is then active regardless of the activation status.
  • the activation state only influences the output of the output signals or the effectiveness of the output signals.
  • control unit which can be integrated, for example, by retrofitting in an energy source that is already in operation, which works according to the method as described here and below, and means for implementing the method includes.
  • the method is preferably implemented in the form of a computer program.
  • the invention is thus on the one hand a Com puterprogram with program code instructions that can be executed by a computer and on the other hand a storage medium with such a computer program, so a computer program product with program code means, and finally also an energy source or a control unit, in the memory as a means to carry out the Method and its Ausgestaltun conditions such a computer program is loaded or loadable.
  • FIG. 1 shows an energy generation system with energy sources
  • FIG 3 droop functions for primary control of an energy source
  • FIG. 4 shows a power generation system as in FIG. 1 with an optional or only temporarily available control station
  • FIG. 5 shows an energy source of an energy generation system as in FIG. 4 with a functional unit functioning as a control unit
  • FIG. 6 shows a logic diagram as an example of a possible implementation of a decentralized tertiary control
  • FIG. 7 shows resulting states of an energy source as part of the decentralized tertiary control as in FIG. 5.
  • the energy generation system 10 comprises a plurality of energy sources 14 connected together at a connection point 12 (symbolically denoted by EQ1, EQ2... EQn).
  • energy consumers 16 (symbolically denoted VI, V2... Vn) connected to the connection point 12 and sometimes briefly referred to below as consumers 16 are supplied with electrical energy.
  • the energy sources 14 jointly ensure the supply of the consumers 16. However, this does not preclude an individual energy source 14 or individual energy sources 14 from being switched on or off as required.
  • a common supply of the loads 16 by means of the energy sources 14 does not mean that all the energy sources 14 connected to the node 12 are permanently active.
  • the energy supply can also be carried out on the basis of DC voltage.
  • the energy sources 14 then provide a DC voltage with a defined amplitude (DC voltage amplitude Eh st ) for the energy consumer 16 at the node 12.
  • the power sources 14 operate either as DC voltage sources or DC current sources.
  • each energy source 14 so as part of the functionality of each energy source 14, the so-called (known per se) primary control is implemented.
  • the primary control made light the parallel operation of several energy sources 14.
  • the primary control is implemented on the basis of so-called (known per se) droop functions 20, 22 (FIG. 2, FIG. 3). These differ depending on the mode of operation of the respective energy source 14.
  • the droop function 20 causes, depending on an active power Pi st , which the energy source 14 provides at its output and thus at the node 12, a reduction in a DC voltage amplitude Usoll output by the energy source 14
  • the droop function 22 causes, depending on a direct voltage amplitude U lst output by the energy source 14, a lowering of the power P soii output by the energy source 14 and thus fed into the node 12 .
  • the representations in FIG. 2 and FIG. 3 each show an example of a droop function 20, 22 for operating an energy source 14 operating as a voltage source (FIG. 2) or for operating an energy source 14 operating as a current source (FIG. 3).
  • Usoll-ku (P 0 - Pist) + Uo are the setpoint amplitude U soii of the direct voltage which is provided by the voltage regulator of the energy source 14, the gradient k u of the droop function 20, the power point Po of the droop function 20, the voltage point Uo of the droop function 20 and the power Pi st currently made available at the node 12 of the energy source 14 (power supplied is positive).
  • P -l / ku (Uo _ U t) + Po are the setpoint P soii of the power which is provided by the power regulator or current regulator of the energy source 14 (delivered power is positive), the gradient 1 / ku of the droop function 22, the Power point Po of the droop function 22, the voltage point Uo of the droop function 22 and the current amplitude of the direct voltage Ui st at the node 12 (power supplied is positive).
  • the control system 24 is a hierarchically superordinate unit to the energy sources 14 connected at a common connection point 12. Depending on a power requirement of the connected consumers 16, energy sources 14 must be switched on and off. This task is taken over by the tertiary regulation.
  • the secondary control which is subordinate to the tertiary control, ensures that the amplitude of the direct voltage provided at the node 12 is constant or at least essentially constant and does not fluctuate as a function of the load. For this purpose, the secondary control varies the parameters of the subordinate primary controls, i.e. the parameters of the respective droop function 20, 22.
  • the secondary control thus shifts the straight line of the respective droop function 20, 22 to the right or left or up or down.
  • the control system 24 is communicatively connected to each energy source 14 in a manner known per se, for example via a field bus.
  • This communicative connection is shown in the presen- tation in FIG. 1 in the form of double arrows between the energy sources 14 and the control system 24.
  • the double arrows illustrate, on the one hand, a communication infrastructure, for example a fieldbus, and, on the other hand, data transmitted in the context of communication, for example telegrams transmitted according to a bus protocol.
  • the functions of the tertiary and secondary control are no longer given or at least no longer fully given.
  • the then missing central tertiary control can lead to an overload of the active energy sources 14 when the load changes and as a result to a protective shutdown of the or each overloaded energy source 14 and thus ultimately lead to a failure of the energy supply as a whole.
  • the approach proposed here relates to an operation of a DC voltage network 30 shown in FIG. 4 on the basis of the illustration in FIG. 1. Specifically, the approach proposed here relates to the operation of a DC voltage network 30 without a superimposed control system 24 or an operation of a DC voltage network 30 in which a superimposed control system 24 is at least temporarily unavailable.
  • the DC voltage network 30 is an energy generation system 10 with a plurality of energy sources 14 connected to a common node 12 in the form of DC voltage or DC current sources.
  • a decentralized tertiary control in all energy sources 14 instead of a central tertiary control of a control system 24 or in addition to a central tertiary control of a control system 24 is provided for operating a DC voltage network 30.
  • the primary control remains as before and takes place, for example, on the basis of droop functions 20, 22 (FIG. 2, FIG. 3).
  • each energy source 14 can, as it were, decide independently when it switches on within the DC voltage network 30 and provides electrical power at the common node 12 of the DC voltage network 30 and when it switches off again.
  • the criteria for the automatic connection or disconnection are based on network variables that all energy sources 14 at their connection point (electrically equivalent to the common Connection point 12) are accessible, derived. This makes use of the fact that the DC voltage amplitude Ui St at node 12 changes due to the primary control in the energy sources 14 depending on the load state at node 12. Previously (in a system with control system 24 and central tertiary and secondary control) the secondary control had a constant DC voltage amplitude Ui St as its goal.
  • the following variables serve an energy source 14 as a decision criterion for automatic switching on or off:
  • control unit 32 is shown schematically simplified as part of an individual energy source 14.
  • the energy source 14 direct current or
  • Each energy source 14 comprises a sensor system that is basically known per se, for example DC voltage sensors for detecting the DC voltage amplitude Ui St at the connection point 12, and DC sensors for detecting the from the direct current Ii St supplied to the energy source 14 and power meters for detecting the active power Pi St supplied by the energy source 14.
  • the active power Pi St can alternatively be derived from the measured
  • the DC voltage Ui st and the measured direct current Ii st are calculated.
  • the recorded values are processed by the control unit 32.
  • the above-mentioned comparison values (first, second, third comparison value) are, for example, impressed into the memory 34 as limit values 36 or loaded into the memory 34 as variable limit values 36.
  • the control unit 32 comprises, in a manner known per se, a comparator 38 or a software or firmware implementation of a comparator. On the basis of an output signal from the comparator 38, at least one output signal from the control unit 32 results.
  • the output signal from the control unit 32 or an output signal from the control unit 32 acts as a switch-on or switch-off signal 40, 42 for the respective energy source 14 and causes an automatic connection or switching off the energy source 14.
  • FIG. 6 shows a schematically simplified logic diagram as an example of a possibility of implementing the automatic generation of a switch-on and switch-off signal 40, 42 on the basis of the variables monitored by the control unit 32 as a decision criterion for the automatic switch-on or switch-off.
  • the representation of the comparator 38 in FIG. 5 can also be understood as a representation of an implementation of the logic diagram shown in FIG. 6 comprising at least one comparator 38.
  • FIG. 7 different operating states 50, 52 of an energy source 14 according to FIG. 5 are shown in a schematically simplified manner.
  • an operating state 50 is activated on the basis of a switch-on signal 40 or a corresponding status of an output signal of the control unit 32.
  • a standby state 52 is activated on the basis of a switch-off signal 42 or a corresponding status of an output signal of the control unit 32.
  • the switch-on or switch-off signals 40, 42 are preferably converted - or generally the or each output signal of the control unit is converted 32 - in the individual energy sources 14 according to a predetermined or predeterminable time delay, the concrete delay times in all energy sources 14 are set differently and have a sufficiently large distance from several seconds to minutes. The order in which the energy sources 14 are switched on and off is determined by the selection of the delay times.
  • This determination of the sequence when switching on and off and the consideration of the established sequence is preferably also done by means of the control unit 32.
  • the memory 34 of each control unit 32 is stamped with a unique time value 54 (FIG. 5) or such a unique time value 54 is loaded into memory 34 as a variable time value 54. If delay times are taken into account in this way, the or each output signal of the control unit 32 is only output after the respective time value 54 has expired.
  • each energy source 14 monitors at least in connection with a planned automatic shutdown process whether it is the last remaining energy source 14 at the connection point 12.
  • An energy source for which an automatic shutdown process is imminent is briefly referred to below as an outgoing energy source 14.
  • An outgoing energy source 14 no longer takes part in the energy input at the node 12 after the shutdown process has been completed.
  • An outgoing energy source 14 lowers its power consumption point Po before the actual shutdown, for example via a temporal ramp function.
  • the outgoing energy source 14 activates an automatically activated and automatically deactivated shutdown process 56. This is implemented, for example, as a partial functionality of the ready state 52.
  • the outgoing energy source 14 automatically monitors the DC voltage amplitude U ist at its connection point 12 during the shutdown process 56.
  • the shutdown process 56 of the energy source 14 recognizes that the energy source 14 is the last remaining energy source 14 at the node 12 and the energy source 14 does not shut down (the shutdown process 56 is ended).
  • the shutdown process 56 is continued, and the power Pi st fed in from the outgoing energy source 14 drops in the course of the shutdown process 56, for example to zero.
  • the outgoing energy source 14 can be switched off (activation of the standby state 52).
  • an outgoing energy source 14 can also be switched off automatically as part of the shutdown process 56 if commutation to at least one further energy source 14 is detected during the shutdown process 56 when the power point Po is lowered and the power point Po falls below a threshold value. In other words, the outgoing energy source 14 lowers its power point Po as part of the shutdown process 56.
  • the shutdown process 56 is exited as follows: The power of consumers 16 and Pi St increase because consumers 18 connected to node 12 increase their output or new consumers 18 are switched on. If the voltage at the connection point falls below the fourth comparison value VG4, the energy source 14 raises its power consumption point Po, since the voltage does not remain below the fourth comparison value VG4. As a result, Po increases. Falling below the fourth comparison value VG4 or increasing the power consumption point Po after falling below the fourth comparison value VG4 terminate the shutdown process 56 and result in the standby state 52 being exited. After leaving the standby state 52, the energy source 14 is again in the operating state 50.
  • the active power Pi st at the connection point and / or the power consumption point Po of the outgoing energy source are compared with further fifth and sixth comparison values VG5 or VG6 (for example also stored in the memory 34 as limit values 36), and one Exceeding these comparison values causes the shutdown process 56 to end and the state of readiness 52 to be exited.
  • the fifth and sixth comparison values VG5 and VG6 must be a reasonable distance from the second and third comparison values VG2 and VG3 so that the energy source 14 does not toggle. After leaving In the standby state 52, the energy source 14 is again in the operating state 50.
  • the decentralized tertiary control in the energy sources 14 is permanently activated.
  • the decentralized tertiary control in the energy sources 14 is preferably automatically activated (by automatic activation of the decentralized tertiary control function of the control unit 32) when the control system 24 or the communication to the Control system 24 fail.
  • the criterion for this is, for example, an automatic monitoring of the communication with the control system 24 implemented in each energy source 14, in particular the control unit 32 there.
  • the automatic monitoring of the communication with the control system 24 is, for example, in the form of a basically known watchdog Function 58 implemented.
  • Each communication from the control system 24 and incoming to an energy source 14, for example a telegram sent by the control system 24 and received by an energy source 14, is evaluated as a sign of life of the control system 24 and resets the watchdog of the energy source 14.
  • the watchdog function 58 listens to the communication with the control system 24, as shown in the illustration in FIG. 4 schematically simplified by an arrow starting from the double arrow and pointing to the watchdog function 58, the double arrow (such as in FIG 1) the communication between the energy source 14 and the control system 24 represents.
  • the counter on which the watchdog is based finally runs down and a lack of sign of life from the control system 24 and, as a result, a failure of the control system 24 or a failure of communication with the control system 24 are automatically detected.
  • the decentralized tertiary control is then automatically activated in the energy sources 14, that is to say the decentralized tertiary control unit 32 is automatically activated.
  • control system 24 which itself recognizes a failure of communication to an energy source 14, activates the decentralized tertiary control in all communicatively still accessible energy sources 14 and thus deactivates its own central secondary control and its own central tertiary control. Then there is no mixed operation between the still accessible and the no longer accessible energy sources.
  • each telegram originating from the control system 24 includes a characteristic identifier, for example the value of a counter incremented with each telegram. Then the watchdog of an energy source 14 is reset only on the basis of an incoming telegram, which is automatically recognizable as a follow-up telegram of a previously received telegram based on the characteristic identifier.
  • control unit 32 of an energy source 14 (control unit 32 of an energy source device 14) is preferably implemented in the form of a microcontroller, in the form of a microprocessor together with a memory 34, in the form of an ASIC, FPGA or the like.
  • the activation or deactivation of the control unit 32 can be implemented, for example, in that in the case of a deactivated control unit 32, the output signals 40, 42 thereof are inoperative (for example due to a corresponding masking).
  • the internal functionality of the control unit 32 is then active regardless of the activation state.
  • the activation status only affects the output of the output Signals 40, 42 or the effectiveness of the output signals 40,
  • An energy source (energy source device) 14 in the form of a direct current or direct voltage source for a direct voltage network 30 and a method for operating it are specified the energy source 14 electrical see energy can be fed to a node 12 of the DC voltage network 30 and is fed in during operation, and the energy source 14 has a control unit 32 for decentralized tertiary control, ie for automatically switching on or off the energy source 14.

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Abstract

Die Erfindung ist eine Energiequelle (14) in Form einer Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle für ein Gleichspannungsnetz (30) und ein Verfahren zu deren Betrieb, wobei mittels der Energiequelle (14) elektrische Energie auf einen Verknüpfungspunkt (12) des Gleichspannungsnetzes (30) einspeisbar ist. Die Energiequelle (14) weist eine Regelungseinheit (32) zum automatischen Zuschalten oder Abschalten der Energiequelle (14) aufweist. Dabei ist die Energiequelle (14) so eingerichtet, dass sie vor ihrem eigenen Abschalten sicherstellt, dass sie nicht die letzte verbliebene Energiequelle (14) am Verknüpfungspunkt (12) ist.

Description

Beschreibung
Energiequelle für ein Gleichspannungsnetz, Verfahren zum Be trieb einer solchen Energiequelle, Gleichspannungsnetz mit einer Mehrzahl solcher Energiequellen und Verfahren zum Be trieb eines solchen Gleichspannungsnetzes
Die Erfindung betrifft eine im Folgenden kurz als Energie quelle bezeichnete Energiequellenvorrichtung für ein Gleich spannungsnetz. Die Energiequellenvorrichtung umfasst zum ei nen die eigentliche Energiequelle, bei einer Energiequellen vorrichtung für ein Gleichspannungsnetz also eine Gleich strom- oder Gleichspannungsquelle. Darüber hinaus umfasst die Energiequellenvorrichtung zumindest elektrische oder elektro nische Funktionseinheiten für eine sogenannte Primärregelung, eine Sensorik zur Erfassung zumindest einer elektrischen Grö ße in dem Gleichspannungsnetz und/oder elektrische oder elektronische Funktionseinheiten zum Datenaustausch mit ande ren Energiequellenvorrichtungen und/oder einer übergeordneten Einheit. Im Interesse einer besseren Lesbarkeit der weiteren Beschreibung wird diese mit dem Begriff „Energiequelle" an stelle von „Energiequellenvorrichtung" fortgesetzt. Bei jeder Verwendung des Begriffs „Energiequelle" ist der Begriff „Energiequellenvorrichtung" stets mitzulesen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Energiequelle der vorgenannten Art, ein Gleichspan nungsnetz mit einer Mehrzahl solcher Energiequellen und schließlich ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Gleich spannungsnetzes .
Energiequellen, welche in einem elektrischen Netz gemeinsam eine Versorgung zumindest eines elektrische Energie benöti genden Verbrauchers sicherstellen, werden überwacht. Bekannt sind insoweit eine Primärregelung, eine Sekundärregelung und eine Tertiärregelung. Die Primärregelung ermöglicht den pa rallelen Betrieb mehrerer Energiequellen und bestimmt mittel bar oder unmittelbar die jeweils von einer Energiequelle ab- gegebene elektrische Leistung. Auf Basis der Primärregelung kann eine Einstellung der insgesamt in dem elektrischen Netz verfügbaren elektrischen Energie und/oder eine Kommutierung der Leistung von zumindest einer Energiequelle zu zumindest einer anderen Energiequelle erfolgen. Die Sekundärregelung hat eine Vermeidung oder zumindest Verringerung lastabhängi ger Schwankungen in dem elektrischen Netz zum Ziel. Die Ter tiärregelung bewirkt ein Zu- oder Abschalten einzelner Ener giequellen in Abhängigkeit von einem Leistungsbedarf in dem elektrischen Netz.
Die Sekundärregelung und die Tertiärregelung sind in einer im Folgenden als Leitstation bezeichneten übergeordneten Einheit - die Leitstation ist den Energiequellen hierarchisch überge ordnet - realisiert. Aufgrund der Sekundär- oder Tertiärrege lung resultierende Steuersignale für die das elektrische Netz speisenden Energiequellen werden von der Leitstation an die jeweilige Energiequelle oder die jeweiligen Energiequellen übermittelt. Für eine solche Übermittlung kommt zum Beispiel ein Bussystem in Betracht.
Bei einem Ausfall des Leitsystems und/oder einem Ausfall der kommunikativen Verbindung zwischen dem Leitsystem und den Energiequellen stehen die zentral durch das Leitsystem er brachte zentrale Sekundärregelung und die zentrale Tertiärre gelung nicht mehr zur Verfügung. Dies kann zu einer Überlast situation und schließlich zu einem Ausfall des elektrischen Netzes führen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht ausgehend davon darin, ei ne elektrische Energiequelle, insbesondere eine Energiequelle in Form einer Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Energiequelle, ein elek trisches Netz mit einer Mehrzahl solcher Energiequellen und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Netzes anzugeben, bei der bzw. bei dem eine Gefahr eines Netzausfalls aufgrund ei nes Ausfalls eines Leitsystems oder eines Ausfalls einer kom munikativen Verbindung zum Leitsystem vermieden wird. Diese Aufgabe wird bezüglich der Energiequelle erfindungsge mäß mittels einer Energiequelle (Energiequellenvorrichtung) in Form einer Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle für ein Gleichspannungsnetz, wobei mittels der Energiequelle elektri sche Energie auf einen Verknüpfungspunkt des Gleichspannungs netzes einspeisbar ist und beim Betrieb durch die Energie quelle elektrische Energie auf den Verknüpfungspunkt einge speist wird, dadurch gelöst, dass die Energiequelle eine als Regelungseinheit fungierende Funktionseinheit zum automati schen Zuschalten oder Abschalten der Energiequelle aufweist, wobei die Regelungseinheit so bestimmt und eingerichtet ist, dass sie vor ihrem eigenen Abschalten sicherstellt, dass sie nicht die letzte verbliebene Energiequelle am Verknüpfungs punkt ist.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des parallelen Verfahrensanspruchs. Danach ist vorgesehen, dass bei einem Verfahren zum Betrieb einer Energiequelle (Energiequellenvorrichtung) in Form einer Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle und in einem Gleich spannungsnetz mittels der Energiequelle elektrische Energie auf einen Verknüpfungspunkt des Gleichspannungsnetzes einge speist wird, dass die Energiequelle eine als Regelungseinheit fungierende Funktionseinheit aufweist, welche zum automati schen Zuschalten oder Abschalten der Energiequelle ein Zu- schalt- oder Abschaltsignal erzeugt, wobei die Energiequelle vor ihrem eigenen Abschalten sicherstellt, dass sie nicht die letzte verbliebene Energiequelle am Verknüpfungspunkt ist.
Die Erfindung ist insgesamt auch ein Gleichspannungsnetz mit einerseits einer Mehrzahl von an einem gemeinsamen Verknüp fungspunkt zusammengeschlossenen Energiequellen der hier und im Folgenden beschriebenen Art sowie andererseits zumindest einem an den Verknüpfungspunkt angeschlossenen Verbraucher.
Die Erfindung ist darüber hinaus auch ein Verfahren zum Be trieb eines solchen Gleichspannungsnetzes. Die Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Betrieb eines Gleichspannungsnet zes mit einer Mehrzahl von an einem gemeinsamen Verknüpfungs punkt zusammengeschlossenen Energiequellen der hier und im Folgenden beschriebenen Art sowie zumindest einem an den Ver knüpfungspunkt angeschlossenen Verbraucher, mit verschiedenen Verzögerungszeiten der Regelungseinheiten aller Energiequel len .
Der Vorteil der hier vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass die bisher dem Leitsystem zugeordnete Tertiärregelung nun dezentral und zwar in jeder Energiequelle mittels einer jeweils eigenen Regelungseinheit implementiert ist. Bei einem Ausfall des Leitsystems steht die bisher von einer zentralen Leitstation durchgeführte zentrale Tertiärregelung nunmehr in Form einer dezentralen Tertiärregelung, durchgeführt von den jeweiligen Regelungseinheiten der Energiequellen, weiterhin zur Verfügung. Eine zentrale Leitstation wird damit entbehr lich. Weil bisher wegen des bei einem Ausfall des Leitsystems oder der Kommunikation mit dem Leitsystem zu besorgenden Aus falls des Gesamtsystems oftmals das Leitsystem und/oder die Kommunikation mit dem Leitsystem redundant ausgeführt sind, entfällt mit der vorliegenden Erfindung die Notwendigkeit ei ner solchen redundanten Ausführung.
Bei einem System, welches eine zentrale Leitstation umfasst, kann die Tertiärregelung als zentrale Tertiärreglung - in der Leitstation - und als dezentrale Tertiärregelung - in den Energiequellen - realisiert sein, wobei die dezentrale Terti ärregelung aktiviert wird, wenn die Leitstation oder die kom munikative Verbindung zur Leitstation ausfällt.
Die durch eine einer erfindungsgemäßen Energiequelle zugeord nete Regelungseinheit zum automatischen Zuschalten oder Ab schalten der Energiequellen des Gleichspannungsnetzes er brachte Regelung wird im Folgenden auch als „dezentrale Ter tiärregelung" bezeichnet bzw. die Regelungseinheit selbst als „dezentrale Tertiärregelungseinheit", weil die durch die je weiligen Regelungseinheiten erbrachte Regelung des Zu- und Abschaltens der Energiequellen des Gleichspannungsnetzes ei ner zentral von einem Leitsystem bzw. einer Leitstation er brachten Tertiärregelung, im Folgenden zur Unterscheidung als „zentrale Tertiärregelung" bezeichnet, ähnelt, nur mit dem Unterschied, dass die hier vorgeschlagene Regelung dezentral organisiert ist.
Das Verfahren hat im Zusammenhang mit dem hier vorgeschlage nen Ansatz unterschiedliche Aspekte. Soweit im Rahmen der vorgeschlagenen dezentralen Tertiärregelung ein automatisches Zuschalten oder Abschalten einer Energiequelle vorgesehen ist, wird ein gleichzeitiges Zuschalten oder Abschalten meh rerer Energiequellen durch verschiedene Verzögerungszeiten der dezentralen Tertiärregelungseinheiten verhindert. Soweit in dem Gleichspannungsnetz eine Leitstation mit einer dort implementierten zentralen Tertiärregelung vorgesehen ist, überwachen die dezentralen Tertiärregelungseinheiten die Kom munikation mit der Leitstation. Bei einem Ausfall der Kommu nikation wird automatisch die dezentrale Tertiärregelung durch die dezentralen Tertiärregelungseinheiten der Energie quellen aktiviert. Diese übernehmen dann anstelle der Leit station die Tertiärregelung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen inner halb der Ansprüche weisen auf die weitere Ausbildung des Ge genstandes des in Bezug genommenen Anspruchs durch die Merk male des jeweiligen abhängigen Anspruchs hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, ge genständlichen Schutzes für die Merkmale oder Merkmalskombi nationen eines abhängigen Anspruchs zu verstehen. Des Weite ren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche sowie der Beschreibung bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem abhängigen Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden An sprüchen sowie einer allgemeineren Ausführungsform der gegen ständlichen Energiequelle oder deren Regelungseinheit sowie des gegenständlichen Betriebsverfahrens nicht vorhanden ist. Jede Bezugnahme in der Beschreibung auf Aspekte abhängiger Ansprüche ist demnach auch ohne speziellen Hinweis ausdrück lich als Beschreibung optionaler Merkmale zu lesen. Schließ lich ist darauf hinzuweisen, dass das hier angegebene Verfah ren auch entsprechend der abhängigen Vorrichtungsansprüche weitergebildet sein kann und umgekehrt.
Bei einer Ausführungsform der Energiequelle umfasst diese ei ne Regelungseinheit, welche zur Erzeugung eines Zuschaltsig nals bestimmt und eingerichtet ist, wobei das Zuschaltsignal erzeugt wird, wenn die Energiequelle ausgeschaltet ist und eine Gleichspannungsamplitude am Verknüpfungspunkt unter ei nen ersten Vergleichswert sinkt. Dies ist eine (dezentrale) Implementation einer Zuschaltregel für die Energiequelle.
Wenn die von der Zuschaltregel umfassten Bedingungen erfüllt sind, erfolgt das automatische Zuschalten der Energiequelle oder das automatische Zuschalten der Energiequelle wird zu mindest eingeleitet. Bei einem entsprechenden Verfahren zum Betrieb der Energiequelle erzeugt die Regelungseinheit ein Zuschaltsignal zum automatischen Zuschalten der Energiequel le, wenn die Energiequelle ausgeschaltet ist und eine Gleich spannungsamplitude am Verknüpfungspunkt unter den ersten Ver gleichswert sinkt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Energiequelle umfasst diese eine Regelungseinheit, welche zur Erzeugung eines Ab- schaltsignals bestimmt und eingerichtet ist, wobei das Ab schaltsignal erzeugt wird, wenn die Energiequelle eingeschal tet ist und entweder eine bzw. die Gleichspannungsamplitude am Verknüpfungspunkt einen zweiten Vergleichswert überschrei tet oder eine von der Energiequelle abgegebene Wirkleistung einen dritten Vergleichswert unterschreitet. Dies ist eine dezentrale Implementation einer Abschaltregel für die Ener giequelle. Wenn die von der Abschaltregel umfassten Bedingun gen erfüllt sind, erfolgt das automatische Abschalten der Energiequelle, oder das automatische Abschalten der Energie quelle wird zumindest eingeleitet. Bei einem entsprechenden Verfahren zum Betrieb der Energiequelle erzeugt die Rege lungseinheit ein Abschaltsignal zum automatischen Abschalten der Energiequelle, wenn die Energiequelle eingeschaltet ist und entweder die Gleichspannungsamplitude am Verknüpfungs punkt den zweiten Vergleichswert überschreitet oder die von der Energiequelle abgegebene Wirkleistung den dritten Ver gleichswert unterschreitet.
Üblicherweise, aber grundsätzlich optional, umfasst eine Energiequelle mit einer solchen Implementation einer Zu schaltregel auch eine solche Implementation einer Abschaltre gel und umgekehrt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Energiequelle oder des Verfahrens zu deren Betrieb ist das Zuschaltsignal und/oder das Abschaltsignal durch die Regelungseinheit um ei ne vorgegebene oder vorgebbare Verzögerungszeit zeitverzögert ausgebbar und wird beim Betrieb um die Verzögerungszeit zeit verzögert ausgegeben. Dies vermeidet bei unterschiedlichen Verzögerungszeiten ein ungewolltes gleichzeitiges Zuschalten oder Abschalten mehrerer Energiequellen.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Energiequelle oder des Verfahrens zu deren Betrieb werden unterschiedliche Ver zögerungszeiten dadurch gewährleistet, dass den von einem Gleichspannungsnetz umfassten Energiequellen jeweils unter schiedliche Verzögerungszeiten vorgegeben sind, zum Beispiel indem in dafür vorgesehene Speicherbereiche Zeitwerte einge prägt sind oder geladen werden, welche eine jeweilige Verzö gerungszeit kodieren, und diese Zeitwerte jeweils unter schiedlich sind.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Energiequelle oder des Verfahrens zu deren Betrieb wird beim eigenständigen Ab schalten der Energiequellen verhindert, dass die letzte ver bliebene Energiequelle ebenfalls abschaltet und damit die Spannungsversorgung ausfällt. Jede Energiequelle überwacht deshalb zumindest im Zusammenhang mit einem geplanten automa- tischen Abschaltprozess, ob sie die letzte verbliebene Ener giequelle am Verknüpfungspunkt ist.
Eine Energiequelle, bei der ein automatischer Abschaltprozess bevorsteht, wird im Folgenden kurz als abgehende Energiequel le bezeichnet. Eine abgehende Energiequelle nimmt nach Voll zug des Abschaltprozesses nicht mehr an der Energieeinspei sung am Verknüpfungspunkt teil. Eine abgehende Energiequelle senkt vor dem eigentlichen Abschalten ihren Leistungsauf punkt, d. h. den Leistungsaufpunkt einer der Primärregelung der Energiequelle dienenden Droopfunktion ab, zum Beispiel über eine zeitliche Rampenfunktion. Dafür ist vorgesehen, dass die abgehende Energiequelle einen automatisch aktivier baren und automatisch deaktivierbaren Abschaltprozess akti viert. Dieser ist zum Beispiel als eine Teilfunktionalität eines Bereitschaftszustands implementiert, welcher beim auto matischen Abschalten der Energiequelle aufgrund eines Ab- schaltsignals oder eines entsprechenden Status eines Aus gangssignals der Regelungseinheit aktiviert wird.
Aufgrund des aktivierten Abschaltprozesses und während des Abschaltprozesses erfolgt ein Absenken des Leistungsaufpunk tes. Ist neben der abgehenden Energiequelle noch zumindest eine weitere Energiequelle aktiv an einer Versorgung des Gleichspannungsnetzes mit elektrischer Energie beteiligt, wird die Leistung der abgehenden Energiequelle automatisch, nämlich aufgrund der Primärregelung, auf die oder jede weite re Energiequelle kommutiert. Diese zumindest eine weitere Energiequelle übernimmt also sukzessive die Einspeisung der jenigen elektrischen Leistung, welche im Zuge des Absinkens des Leistungsaufpunktes nicht mehr von der abgehenden Ener giequelle eingespeist wird. Die abgehende Energiequelle über wacht automatisch während des Abschaltprozesses die Gleich spannungsamplitude an ihrem Anschlusspunkt.
Erreicht die Gleichspannungsamplitude einen zum Beispiel in einem Speicher der Energiequelle als weiteren Grenzwert hin terlegten vierten Vergleichswert, wird die Absenkung des Leistungsaufpunktes gestoppt. Der Abschaltprozess der Ener giequelle erkennt daran, dass die Energiequelle die letzte verbliebene Energiequelle am Verknüpfungspunkt ist, und die Energiequelle schaltet sich nicht ab; der Abschaltprozess wird beendet.
Wenn dagegen eine Kommutierung der Leistung auf die oder jede weitere Energiequelle erfolgt, wird der Abschaltprozess fort gesetzt, und die von der abgehenden Energiequelle eingespeis te Leistung sinkt im Zuge des Abschaltprozesses ab, zum Bei spiel bis auf Null. Wenn die eingespeiste Leistung bis auf Null abgesunken ist, kann die abgehende Energiequelle abge schaltet werden, was einer Aktivierung des Bereitschaftszu stands entspricht. Grundsätzlich kann das Abschalten einer abgehenden Energiequelle im Rahmen des Abschaltprozesses au tomatisch auch dann erfolgen, wenn während des Abschaltpro zesses beim Absenken des Leistungsaufpunkts eine Kommutierung auf zumindest eine weitere Energiequelle festgestellt wird und der Leistungsaufpunkt einen Schwellwert unterschreitet.
Mit anderen Worten ausgedrückt senkt die abgehende Energie quelle im Rahmen des Abschaltprozesses ihren Leistungsauf punkt ab. Damit sinkt die Spannungsamplitude, aber nicht die aktuell am Verknüpfungspunkt bereitgestellte Leistung der Energiequelle. Die Absenkung der Spannung ist durch einen vierten Vergleichswert begrenzt. Wenn die Spannungsamplitude der Energiequelle diesen vierten Vergleichswert erreicht und die Leistung größer als Null ist, ist die Energiequelle die letzte verbliebene Quelle und schaltet nicht ab.
Der Abschaltprozess wird wie folgt verlassen: Die Leistung der Verbraucher und die aktuell am Verknüpfungspunkt bereit gestellte Leistung der Energiequelle steigen, weil am Ver knüpfungspunkt angeschlossene Verbraucher ihre Leistung erhö hen oder neue Verbraucher zugeschaltet werden. Wenn die Span nung am Anschlusspunkt unter den vierten Vergleichswert sinkt, hebt die Energiequelle ihren Leistungsaufpunkt an, da mit die Spannung nicht unter dem vierten Vergleichswert bleibt. Im Ergebnis steigt der Leistungsaufpunkt. Ein Unter schreiten des vierten Vergleichswerts oder ein Anheben des Leistungsaufpunkts nach einer Unterschreitung des vierten Vergleichswerts beenden den Abschaltprozess und führen zum Verlassen des Bereitschaftszustands. Nach dem Verlassen des Bereitschaftszustands befindet sich die Energiequelle wieder im Betriebszustand.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Energiequelle oder des Verfahrens zu deren Betrieb ist vorgesehen, dass die Wirkleistung am Verknüpfungspunkt, d. h. die aktuell am Ver knüpfungspunkt bereitgestellte Leistung der Energiequelle, und/oder der Leistungsaufpunkt der Droopfunktion der abgehen den Energiequelle mit weiteren, zum Beispiel ebenfalls in dem Speicher als Grenzwerte hinterlegten, fünften und sechsten Vergleichswerten verglichen werden, und eine Überschreitung dieser Vergleichswerte bewirkt eines Beendigung des Abschalt prozesses und ein Verlassen des Bereitschaftszustands. Die fünften und sechsten Vergleichswerte müssen einen sinnvollen Abstand zu den zweiten und dritten Vergleichswerten aufwei sen, damit die Energiequelle nicht toggelt. Nach dem Verlas sen des Bereitschaftszustands befindet sich die Energiequelle wieder im Betriebszustand.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Energiequelle oder des Verfahrens zu deren Betrieb hören die Regelungseinheiten gewissermaßen jede Kommunikation mit einem übergeordneten Leitsystem mit und aktivieren bei einem Ausfall der Kommuni kation mit dem Leitsystem die dezentrale Tertiärregelung durch die jeweilige Regelungseinheit.
Bei einem Gleichspannungsnetz mit zumindest einem angeschlos senen Verbraucher ohne ein Leitsystem ist die dezentrale Ter tiärregelung in den Energiequellen dauerhaft aktiviert. Bei einem Gleichspannungsnetz mit zumindest einem angeschlossenen Verbraucher mit einem Leitsystem wird die dezentrale Tertiär regelung in den Energiequellen bevorzugt automatisch akti viert, durch automatische Aktivierung der dezentralen Terti- ärregelungsfunktion der Regelungseinheit, wenn das Leitsystem oder die Kommunikation zum Leitsystem ausfällt. Als Kriterium dafür dient zum Beispiel eine in jeder Energiequelle, insbe sondere der dortigen Regelungseinheit, implementierte automa tische Überwachung der Kommunikation mit dem Leitsystem. Die automatische Überwachung der Kommunikation mit dem Leitsystem ist zum Beispiel in Form einer grundsätzlich an sich bekann ten Watchdog-Funktion implementiert. Dafür hört die Watchdog- Funktion die Kommunikation zwischen der Energiequelle und dem Leitsystem mit. Dabei wird jede vom Leitsystem ausgehende und bei einer Energiequelle eingehende Kommunikation, zum Bei spiel ein vom Leitsystem ausgesandtes und von einer Energie quelle empfangenes Telegramm, als ein Lebenszeichen des Leit systems ausgewertet, welches den Watchdog der Energiequelle zurücksetzt .
Ohne ein solches Lebenszeichen läuft der dem Watchdog zugrun de liegende Zähler schließlich ab, und damit ist automatisch ein ausbleibendes Lebenszeichen des Leitsystems und im Ergeb nis ein Ausfall des Leitsystems oder ein Ausfall der Kommuni kation mit dem Leitsystem erkannt. Mit dem Ablauf des Watch- dogs erfolgt dann die automatische Aktivierung der dezentra len Tertiärregelung in den Energiequellen, also die automati sche Aktivierung der Regelungseinheit.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Energiequelle oder des Verfahrens zu deren Betrieb ist vorgesehen, dass das Leitsystem, welche auch selbst einen Ausfall der Kommunikati on zu einer Energiequelle erkennt, in allen kommunikativ noch erreichbaren Energiequellen die dezentrale Tertiärregelung aktiviert und damit seine eigene zentrale Sekundärregelung und zentrale Tertiärregelung deaktiviert. Dann kommt es nicht zu einem Mischbetrieb zwischen den noch erreichbaren und den nicht mehr erreichbaren Energiequellen.
Die Überwachung der Kommunikation mit dem Leitsystem kann noch zusätzlich abgesichert werden, indem jedes vom Leitsys tem stammende Telegramm eine charakteristische Kennung um- fasst, zum Beispiel den Wert eines mit jedem Telegramm inkre- mentierten Zählers. Dann wird der Watchdog einer Energiequel le nur aufgrund eines eingehenden Telegramms zurückgesetzt, welches anhand der charakteristischen Kennung automatisch als Nachfolgetelegramm eines zuvor empfangenen Telegramms erkenn bar ist.
Die Regelungseinheit einer Energiequelle ist bevorzugt in Form eines Mikrocontrollers, in Form eines Mikroprozessors zusammen mit einem Speicher, in Form eines ASICs, FPGA oder dergleichen implementiert.
Die Aktivierung oder Deaktivierung der Regelungseinheit kann zum Beispiel implementiert sein, indem bei einer deaktivier ten Regelungseinheit deren Ausgangssignale wirkungslos sind, zum Beispiel aufgrund einer entsprechenden Maskierung. Dann ist die interne Funktionalität der Regelungseinheit unabhän gig vom Aktivierungszustand aktiv. Der Aktivierungszustand beeinflusst nur die Ausgabe der Ausgangssignale oder die Wirksamkeit der Ausgangssignale.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch mit einer Regelungs einheit gelöst, welche zum Beispiel im Wege einer Nachrüstung in eine bereits in Betrieb befindliche Energiequelle inte griert werden kann, die nach dem Verfahren wie hier und im Folgenden beschrieben arbeitet und dazu Mittel zur Durchfüh rung des Verfahrens umfasst. Das Verfahren ist zur automati schen Ausführung bevorzugt in Form eines Computerprogramms realisiert. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Com puterprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programm codeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, sowie schließlich auch eine Energie quelle oder eine Regelungseinheit, in deren Speicher als Mit tel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltun gen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist. Wenn im Folgenden Verfahrensschritte oder Verfahrensschritt folgen beschrieben werden, bezieht sich dies auf Aktionen, die aufgrund des Computerprogramms oder unter Kontrolle des Computerprogramms erfolgen, sofern nicht ausdrücklich darauf hingewiesen ist, dass einzelne Aktionen durch einen Benutzer des Computerprogramms veranlasst werden. Zumindest bedeutet jede Verwendung des Begriffs „automatisch", dass die betref fende Aktion aufgrund des Computerprogramms oder unter Kon trolle des Computerprogramms erfolgt.
Anstelle eines Computerprogramms mit einzelnen Programmcode anweisungen kann die Implementierung des hier und im Folgen den beschriebenen Verfahrens auch in Form von Firmware erfol gen. Dem Fachmann ist klar, dass anstelle einer Implementati on eines Verfahrens in Software stets auch eine Implementati on in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware möglich ist. Daher soll für die hier vorgelegte Be schreibung gelten, dass von dem Begriff Software oder dem Be griff Computerprogramm auch andere Implementationsmöglichkei ten, nämlich insbesondere eine Implementation in Firmware o- der in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware, umfasst sind .
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegen stände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Er findung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegen den Offenbarung durchaus auch Ergänzungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche, die zum Beispiel durch Kombina tion oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hin blick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neu en Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.
Es zeigen
FIG 1 ein Energieerzeugungssystem mit Energiequellen und
EnergieVerbrauchern,
FIG 2 und
FIG 3 Droopfunktionen zur Primärregelung einer Energiequel le,
FIG 4 ein Energieerzeugungssystem wie in FIG 1 mit einer optionalen oder nur zeitweise verfügbaren Leitstati on,
FIG 5 eine Energiequelle eines Energieerzeugungssystems wie in FIG 4 mit einer als Regelungseinheit fungierenden Funktionseinheit,
FIG 6 ein Logikdiagramm als Beispiel für eine mögliche Im plementation einer dezentralen Tertiärregelung und
FIG 7 im Rahmen der dezentralen Tertiärregelung resultie rende Zustände einer Energiequelle wie in FIG 5.
FIG 1 zeigt schematisch stark vereinfacht ein Energieerzeu gungssystem 10. Das Energieerzeugungssystem 10 umfasst eine Mehrzahl von an einem Verknüpfungspunkt 12 zusammengeschlos senen Energiequellen 14 (symbolisch mit EQ1, EQ2 ... EQn be zeichnet) . Mittels der Energiequellen 14 werden an den Ver knüpfungspunkt 12 angeschlossene und im Folgenden mitunter kurz als Verbraucher 16 bezeichnete Energieverbraucher 16 (symbolisch mit VI, V2 ... Vn bezeichnet) mit elektrischer Energie versorgt. Die Energiequellen 14 stellen gemeinsam die Versorgung der Verbraucher 16 sicher. Dies schließt aber nicht aus, dass ei ne einzelne Energiequelle 14 oder einzelne Energiequellen 14 bedarfsabhängig zu- oder abgeschaltet werden. Eine gemeinsame Versorgung der Verbraucher 16 mittels der Energiequellen 14 bedeutet also nicht, dass alle an den Verknüpfungspunkt 12 angeschlossenen Energiequellen 14 permanent aktiv sind.
Die Energieversorgung kann auch auf der Basis von Gleichspan nung ausgeführt werden. Dann stellen die Energiequellen 14 am Verknüpfungspunkt 12 eine Gleichspannung mit definierter Amplitude (Gleichspannungsamplitude Ehst) für die Energiever braucher 16 bereit. In einem solchen Energieerzeugungssystem 10 arbeiten die Energiequellen 14 entweder als Gleichspan nungsquellen oder Gleichstromquellen.
In den Energiequellen 14, also als Bestandteil der Funktiona lität jeder Energiequelle 14, ist die sogenannte (an sich be kannte) Primärregelung realisiert. Die Primärregelung ermög licht den Parallelbetrieb mehrerer Energiequellen 14. Die Primärregelung wird auf Basis sogenannter (an sich bekannter) Droopfunktionen 20, 22 (FIG 2, FIG 3) implementiert. Diese unterscheiden sich abhängig von der Betriebsweise der jewei ligen Energiequelle 14.
Bei einem Betrieb einer Energiequelle 14 als Gleichspannungs quelle bewirkt die Droopfunktion 20 in Abhängigkeit von einer Wirkleistung Pist, welche die Energiequelle 14 an ihrem Aus gang und damit am Verknüpfungspunkt 12 bereitstellt, eine Ab senkung einer von der Energiequelle 14 ausgegebenen Gleich spannungsamplitude Usoll ·
Bei einem Betrieb einer Energiequelle 14 als Gleichstromquel le bewirkt die Droopfunktion 22 in Abhängigkeit von einer von der Energiequelle 14 ausgegebenen Gleichspannungsamplitude Ulst eine Absenkung einer von der Energiequelle 14 an ihrem Ausgang abgegebenen und damit in den Verknüpfungspunkt 12 eingespeisten Leistung Psoii . Die Darstellungen in FIG 2 und FIG 3 zeigen jeweils exempla risch eine Droopfunktion 20, 22 für einen Betrieb einer als Spannungsquelle arbeitenden Energiequelle 14 (FIG 2) bzw. für einen Betrieb einer als Stromquelle arbeitenden Energiequelle 14 (FIG 3) .
Die Parameter der in FIG 2 gezeigten Droopfunktion 20
Usoll-ku ( P 0— Pist ) +Uo sind die Sollamplitude Usoii der Gleichspannung, welche vom Spannungsregler der Energiequelle 14 bereitgestellt wird, der Gradient ku der Droopfunktion 20, der Leistungsaufpunkt Po der Droopfunktion 20, der Spannungsaufpunkt Uo der Droopfunk tion 20 und die aktuell am Verknüpfungspunkt 12 bereitge stellte Leistung Pist der Energiequelle 14 (gelieferte Leis tung ist positiv) .
Die Parameter der in FIG 3 gezeigten Droopfunktion 22
P -l / ku (Uo_U t ) + Po sind der Sollwert Psoii der Leistung, welche vom Leistungsreg ler bzw. Stromregler der Energiequelle 14 bereitgestellt wird (gelieferte Leistung ist positiv) , der Gradient 1/ku der Droopfunktion 22, der Leistungsaufpunkt Po der Droopfunktion 22, der Spannungsaufpunkt Uo der Droopfunktion 22 und die ak tuelle Amplitude der Gleichspannung Uist am Verknüpfungspunkt 12 (gelieferte Leistung ist positiv) .
Während die Primärregelung Teil der Funktion einer jeden Energiequelle 14 ist, sind eine sogenannte (an sich bekannte) zentrale Sekundärregelung sowie eine sogenannte (an sich be kannte) zentrale Tertiärregelung in einem Leitsystem 24
(FIG 1) implementiert. Das Leitsystem 24 ist eine den an ei nem gemeinsamen Verknüpfungspunkt 12 zusammengeschlossenen Energiequellen 14 hierarchisch übergeordnete Einheit. In Abhängigkeit von einem Leistungsbedarf der angeschlossenen Verbraucher 16 müssen Energiequellen 14 zu- und abgeschaltet werden. Diese Aufgabe übernimmt die Tertiärregelung. Die der Tertiärregelung unterlagerte Sekundärregelung sorgt dafür, dass die Amplitude der am Verknüpfungspunkt 12 bereitgestell ten Gleichspannung konstant oder zumindest im Wesentlichen konstant ist und nicht lastabhängig schwankt. Dazu variiert die Sekundärregelung die Parameter der unterlagerten Primär regelungen, also die Parameter der jeweiligen Droopfunktion 20, 22. Insoweit kommt zum Beispiel in Betracht, dass die Leistungsaufpunkte der Droopfunktion 20, 22 für alle Energie quellen 14 von der Sekundärregelung verändert werden. Die Se kundärregelung verschiebt damit die Gerade der jeweiligen Droopfunktion 20, 22 nach rechts oder links bzw. nach oben oder unten.
Zum Zu- oder Abschalten einer Energiequelle 14 aufgrund der zentralen Tertiärregelung sowie zum Verändern der Parameter zumindest einer Primärregelung ist das Leitsystem 24 in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise mit jeder Ener giequelle 14 kommunikativ verbunden, zum Beispiel über einen Feldbus. Diese kommunikative Verbindung ist in der Darstel lung in FIG 1 in Form der Doppelpfeile zwischen den Energie quellen 14 und dem Leitsystem 24 gezeigt. Die Doppelpfeile veranschaulichen einerseits eine Kommunikationsinfrastruktur, also zum Beispiel einen Feldbus, und andererseits im Rahmen der Kommunikation übermittelte Daten, also zum Beispiel nach einem Busprotokoll übermittelte Telegramme.
Bei einem Ausfall des Leitsystems 24 und/oder einem Ausfall der Verbindung zwischen Leitsystem 24 und zumindest einer Energiequelle 14 sind die Funktionen der Tertiär- und Sekun därregelung nicht mehr gegeben oder zumindest nicht mehr vollständig gegeben. Speziell die dann fehlende zentrale Ter tiärregelung kann bei sich ändernder Last zu einer Überlas tung der aktiven Energiequellen 14 und in Folge zu einer Schutzabschaltung der oder jeder überlasteten Energiequelle 14 und damit schließlich zu einem Ausfall der Energieversor gung insgesamt führen.
Der hier vorgeschlagene Ansatz betrifft einen Betrieb eines in FIG 4 auf der Basis der Darstellung in FIG 1 gezeigten Gleichspannungsnetzes 30. Konkret betrifft der hier vorge schlagene Ansatz den Betrieb eines Gleichspannungsnetzes 30 ohne ein überlagertes Leitsystem 24 oder einen Betrieb eines Gleichspannungsnetzes 30, in dem ein überlagertes Leitsystem 24 zumindest zeitweise nicht verfügbar ist. Das Gleichspan nungsnetz 30 ist ein Energieerzeugungssystem 10 mit einer Mehrzahl von an einen gemeinsamen Verknüpfungspunkt 12 ange schlossenen Energiequellen 14 in Form von Gleichspannungs oder Gleichstromquellen.
Nach dem hier vorgeschlagenen Ansatz ist für einen Betrieb eines Gleichspannungsnetzes 30 eine dezentrale Tertiärrege lung in allen Energiequellen 14 anstelle einer zentralen Ter tiärregelung eines Leitsystems 24 oder ergänzend zu einer zentralen Tertiärregelung eines Leitsystems 24 vorgesehen.
Die Primärregelung bleibt wie bisher bestehen und erfolgt zum Beispiel auf Basis von Droopfunktionen 20, 22 (FIG 2, FIG 3) .
Die dezentrale Tertiärregelung in allen Energiequellen 14 ist mittels einer Regelungseinheit 32 (FIG 5) in jeder Energie quelle 14 realisiert. Die Regelungseinheit 32 ist dafür be stimmt und eingerichtet, ein automatisches Zuschalten oder ein automatisches Abschalten einer jeweiligen Energiequelle 14 zu bewirken. Mittels ihrer Regelungseinheit 32 kann jede Energiequelle 14 gleichsam selbständig entscheiden, wann sie sich innerhalb des Gleichspannungsnetzes 30 zuschaltet und elektrische Leistung am gemeinsamen Verknüpfungspunkt 12 des Gleichspannungsnetzes 30 bereitstellt und wann sie sich wie der abschaltet.
Die Kriterien für das automatische Zu- oder Abschalten werden aus Netzgrößen, die allen Energiequellen 14 an ihrem An schlusspunkt (elektrisch gleichwertig mit dem gemeinsamen Verknüpfungspunkt 12) zugänglich sind, abgeleitet. Dabei wird ausgenutzt, dass sich die Gleichspannungsamplitude UiSt am Verknüpfungspunkt 12 aufgrund der Primärregelung in den Ener giequellen 14 je nach Lastzustand am Verknüpfungspunkt 12 än dert. Zuvor (bei einem System mit Leitsystem 24 und zentraler Tertiär- und Sekundärregelung) hatte die Sekundärregelung ei ne konstante Gleichspannungsamplitude UiSt zum Ziel. Bei einem System ohne Leitsystem 24, wie dies nach dem hier vorgeschla genen Ansatz vorgesehen oder zumindest möglich ist, existiert keine Sekundärregelung mehr, welche die Gleichspannungs amplitude Uist am Verknüpfungspunkt 12 regelt, so dass die oben genannte Änderung der Gleichspannungsamplitude UiSt je nach Lastzustand am Verknüpfungspunkt 12 auftritt.
Folgende Größen dienen einer Energiequelle 14 als Entschei dungskriterium zum automatischen Zu- oder Abschalten:
Zum Zuschalten einer Energiequelle 14 wird überwacht, ob die Energiequelle 14 ausgeschaltet ist und die Gleichspannungs amplitude Uist am Verknüpfungspunkt 12 unter einen ersten Ver gleichswert sinkt.
Zum Abschalten einer Energiequelle 14 wird überwacht, ob die Energiequelle 14 eingeschaltet ist und die Gleichspannungs amplitude Uist am Verknüpfungspunkt 12 einen zweiten Ver gleichswert übersteigt oder ob die Energiequelle 14 einge schaltet ist und die abgegebene Wirkleistung PiSt einen drit ten Vergleichswert unterschreitet.
In der Darstellung in FIG 5 ist eine Regelungseinheit 32 schematisch vereinfacht als Teil einer einzelnen Energiequel le 14 gezeigt. Die Energiequelle 14 (Gleichstrom- oder
Gleichspannungsquelle) ist mit weiteren gleichartigen Ener giequellen 14 an einen gemeinsamen Verknüpfungspunkt 12 ange schlossen. Jede Energiequelle 14 umfasst eine grundsätzlich an sich bekannte Sensorik, zum Beispiel Gleichspannungssenso ren zur Erfassung der Gleichspannungsamplitude UiSt am Ver knüpfungspunkt 12, Gleichstromsensoren zur Erfassung des von der Energiequelle 14 gelieferten Gleichstromes IiSt und Leis tungsmessgeräte zur Erfassung der von der Energiequelle 14 gelieferten Wirkleistung PiSt . Je nach Ausprägung der Sensorik kann die Wirkleistung PiSt alternativ aus der gemessenen
Gleichspannung Uist und dem gemessenen Gleichstrom Iist berech net werden. Die erfassten Werte werden von der Regelungsein heit 32 verarbeitet. Diese umfasst oder hat Zugriff auf einen Speicher 34. In den Speicher 34 sind zum Beispiel die oben genannten Vergleichswerte (erster, zweiter, dritter Ver gleichswert) als Grenzwerte 36 eingeprägt oder als veränder bare Grenzwerte 36 in den Speicher 34 geladen. Zum Vergleich zumindest einer erfassten Größe mit jeweils einem Grenzwert 36 umfasst die Regelungseinheit 32 in an sich bekannter Art und Weise einen Komparator 38 oder eine Software- oder Firm ware-Implementation eines Komparators. Auf Basis eines Aus gangssignals des Komparators 38 resultiert zumindest ein Aus gangssignal der Regelungseinheit 32. Das Ausgangssignal der Regelungseinheit 32 oder jeweils ein Ausgangssignal der Rege lungseinheit 32 fungiert als Zuschalt- oder Abschaltsignal 40, 42 für die jeweilige Energiequelle 14 und bewirkt ein au tomatisches Zuschalten oder Abschalten der Energiequelle 14.
Die Darstellung in FIG 6 zeigt schematisch vereinfacht ein Logikdiagramm als Beispiel für eine Möglichkeit zur Implemen tation der automatischen Generierung eines Zuschalt- und Ab- schaltsignals 40, 42 auf Basis der als Entscheidungskriterium zum automatischen Zu- oder Abschalten von der Regelungsein heit 32 überwachten Größen.
Der Zustand der Energiequelle 14 (eingeschaltet, ausgeschal tet) wird in der Darstellung in FIG 6 kurz durch den Buchsta ben „S" dargestellt (S=l: Eingeschaltet, S=0: Ausgeschaltet) . Die zum Beispiel in dem Speicher 34 als Grenzwerte 36 hinter legten Vergleichswerte sind als „VG1", „VG2" und „VG3" darge stellt .
Zum automatischen Zuschalten einer Energiequelle 14 und zum Erzeugen des Zuschaltsignals 40 wird überwacht, ob die Ener- giequelle 14 ausgeschaltet (invertierter Eingang der UND- Verknüpfung) ist und die Gleichspannungsamplitude UiSt am Ver knüpfungspunkt 12 unter den ersten Vergleichswert VG1 sinkt. Dieser zum Beispiel mittels eines Komparators 38 implemen tierte Vergleich ist in der Darstellung in FIG 6 nur kurz als „Uist < VG1" dargestellt, wobei „VG1" der erste Vergleichswert ist .
Zum automatischen Abschalten einer Energiequelle 14 und zum Erzeugen des Abschaltsignals 42 wird überwacht, ob die Ener giequelle 14 eingeschaltet ist und die Gleichspannungs amplitude Uist am Verknüpfungspunkt 12 einen zweiten Ver gleichswert VG2 übersteigt („Uist > VG2") oder ob die Energie quelle 14 eingeschaltet ist und die Wirkleistung PiSt einen dritten Vergleichswert VG3 unterschreitet („Pist < VG3") . Al ternativ kann zur Abschaltung auch eine UND-Verknüpfung [ („U— ist > VG2") UND („Pist < VG3")] verwendet werden.
Die Darstellung des Komparators 38 in FIG 5 kann auch als Darstellung einer zumindest einen Komparator 38 umfassenden Implementation des in FIG 6 gezeigten Logikdiagramms aufge fasst werden.
In der Darstellung in FIG 7 sind schematisch vereinfacht un terschiedliche Betriebszustände 50, 52 einer Energiequelle 14 gemäß FIG 5 gezeigt. Beim automatischen Zuschalten der Ener giequelle 14 wird aufgrund eines Zuschaltsignals 40 oder ei nes entsprechenden Status eines Ausgangssignals der Rege lungseinheit 32 ein Betriebszustand 50 aktiviert. Beim auto matischen Abschalten der Energiequelle 14 wird aufgrund eines Abschaltsignals 42 oder eines entsprechenden Status eines Ausgangssignals der Regelungseinheit 32 ein Bereitschaftszu stand 52 aktiviert.
Um ein gleichzeitiges Zu- und Abschalten mehrerer Energie quellen 14 zu verhindern, erfolgt bevorzugt die Umsetzung der Zuschalt- oder Abschaltsignale 40, 42 - oder allgemein die Umsetzung des oder jedes Ausgangssignals der Regelungseinheit 32 - in den einzelnen Energiequellen 14 entsprechend einer vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitverzögerung, wobei die kon kreten Verzögerungszeiten in allen Energiequellen 14 unter schiedlich eingestellt sind und einen hinreichend großen Ab stand von mehreren Sekunden bis Minuten aufweisen. Durch die Wahl der Verzögerungszeiten wird die Reihenfolge beim Zu- und Abschalten der Energiequellen 14 festgelegt.
Diese Festlegung der Reihenfolge beim Zu- und Abschalten und die Berücksichtigung der festgelegten Reihenfolge erfolgt be vorzugt ebenfalls mittels der Regelungseinheit 32. Dafür ist dem Speicher 34 einer jeden Regelungseinheit 32 ein eindeuti ger Zeitwert 54 (FIG 5) eingeprägt oder ein solcher eindeuti ger Zeitwert 54 wird als veränderbarer Zeitwert 54 in den Speicher 34 geladen. Bei einer solchen Berücksichtigung von Verzögerungszeiten wird das oder jedes Ausgangssignals der Regelungseinheit 32 erst nach Ablauf des jeweiligen Zeitwerts 54 ausgegeben.
Beim eigenständigen Abschalten der Energiequellen 14 wird be vorzugt verhindert, dass die letzte verbliebene Energiequelle 14 ebenfalls abschaltet und damit die Spannungsversorgung ausfällt. Jede Energiequelle 14 überwacht deshalb zumindest im Zusammenhang mit einem geplanten automatischen Abschalt prozess, ob sie die letzte verbliebene Energiequelle 14 am Verknüpfungspunkt 12 ist.
Eine Energiequelle, bei der ein automatischer Abschaltprozess bevorsteht, wird im Folgenden kurz als abgehende Energiequel le 14 bezeichnet. Eine abgehende Energiequelle 14 nimmt nach Vollzug des Abschaltprozesses nicht mehr an der Energieein speisung am Verknüpfungspunkt 12 teil.
Eine abgehende Energiequelle 14 senkt vor dem eigentlichen Abschalten ihren Leistungsaufpunkt Po ab, zum Beispiel über eine zeitliche Rampenfunktion. Dafür ist vorgesehen, dass die abgehende Energiequelle 14 einen automatisch aktivierbaren und automatisch deaktivierbaren Abschaltprozess 56 aktiviert. Dieser ist zum Beispiel als Teilfunktionalität des Bereit schaftszustands 52 implementiert.
Aufgrund des aktivierten Abschaltprozesses 56 und während des Abschaltprozesses 56 erfolgt das Absenken des Leistungsauf punkts Po- Ist neben der abgehenden Energiequelle 14 noch zu mindest eine weitere Energiequelle 14 aktiv, wird die Leis tung automatisch, nämlich aufgrund der Primärregelung auf die oder jede weitere Energiequelle 14 kommutiert. Diese über nimmt oder übernehmen also sukzessive die Einspeisung der elektrischen Leistung, welche im Zuge des Absinkens des Leis tungsaufpunkts Po nicht mehr von der abgehenden Energiequelle 14 eingespeist wird. Die abgehende Energiequelle 14 überwacht automatisch während des Abschaltprozesses 56 die Gleichspan nungsamplitude Uist an ihrem Anschlusspunkt 12.
Erreicht die Gleichspannungsamplitude UiSt einen zum Beispiel in dem Speicher 34 als weiteren Grenzwert 36 hinterlegten vierten Vergleichswert VG4, wird die Absenkung des Leistungs aufpunkts Po gestoppt. Der Abschaltprozess 56 der Energie quelle 14 erkennt daran, dass die Energiequelle 14 die letzte verbliebene Energiequelle 14 am Verknüpfungspunkt 12 ist und die Energiequelle 14 schaltet sich nicht ab (der Abschaltpro zess 56 wird beendet) .
Wenn dagegen eine Kommutierung der Leistung erfolgt, wird der Abschaltprozess 56 fortgesetzt, und die von der abgehenden Energiequelle 14 eingespeiste Leistung Pist sinkt im Zuge des Abschaltprozesses 56 ab, zum Beispiel bis auf Null. Wenn die eingespeiste Leistung PiSt bis auf Null abgesunken ist, kann die abgehende Energiequelle 14 abgeschaltet werden (Aktivie rung des Bereitschaftszustands 52) . Grundsätzlich kann das Abschalten einer abgehenden Energiequelle 14 im Rahmen des Abschaltprozesses 56 automatisch auch dann erfolgen, wenn während des Abschaltprozesses 56 beim Absenken des Leistungs aufpunkts Po eine Kommutierung auf zumindest eine weitere Energiequelle 14 festgestellt wird und der Leistungsaufpunkt Po einen Schwellwert unterschreitet. Mit anderen Worten ausgedrückt senkt die abgehende Energie quelle 14 im Rahmen des Abschaltprozesses 56 ihren Leistungs aufpunkt Po ab. Damit sinkt die Spannungsamplitude Uist/ aber nicht die Leistung Pist . Die Absenkung der Spannung Uist ist durch den vierten Vergleichswert VG4 begrenzt. Wenn die Span nungsamplitude Uist der Energiequelle 14 diesen Vergleichswert VG4 erreicht und die Leistung Pist größer als Null ist, ist die Energiequelle 14 die letzte verbliebene Quelle und schal tet nicht ab.
Der Abschaltprozess 56 wird wie folgt verlassen: Die Leistung der Verbraucher 16 und PiSt steigen, weil am Verknüpfungspunkt 12 angeschlossene Verbraucher 18 ihre Leistung erhöhen oder neue Verbraucher 18 zugeschaltet werden. Wenn die Spannung am Anschlusspunkt unter den vierten Vergleichswert VG4 sinkt, hebt die Energiequelle 14 ihren Leistungsaufpunkt Po an, da mit die Spannung nicht unter dem vierten Vergleichswert VG4 bleibt. Im Ergebnis steigt Po. Ein Unterschreiten des vierten Vergleichswerts VG4 oder ein Anheben des Leistungsaufpunkts Po nach einer Unterschreitung des vierten Vergleichswerts VG4 beenden den Abschaltprozess 56 und führen zum Verlassen des Bereitschaftszustands 52. Nach dem Verlassen des Bereit schaftszustands 52 befindet sich die Energiequelle 14 wieder im Betriebszustand 50.
Optional ist vorgesehen, dass die Wirkleistung Pist am Ver knüpfungspunkt und/oder der Leistungsaufpunkt Po der abgehen den Energiequelle mit weiteren (zum Beispiel ebenfalls in dem Speicher 34 als Grenzwerte 36 hinterlegten) fünften und sechsten Vergleichswerten VG5 bzw. VG6 verglichen werden, und eine Überschreitung dieser Vergleichswerte bewirkt eines Be endigung des Abschaltprozesses 56 und ein Verlassen des Be reitschaftszustands 52. Die fünften und sechsten Vergleichs werte VG5 und VG6 müssen einen sinnvollen Abstand zu den zweiten und dritten Vergleichswerten VG2 und VG3 aufweisen, damit die Energiequelle 14 nicht toggelt. Nach dem Verlassen des Bereitschaftszustands 52 befindet sich die Energiequelle 14 wieder im Betriebszustand 50.
Bei einem System (Gleichspannungsnetz 30 mit zumindest einem angeschlossenen Verbraucher 16) ohne ein Leitsystem 24 ist die dezentrale Tertiärregelung in den Energiequellen 14 dau erhaft aktiviert. Bei einem System (Gleichspannungsnetz 30 mit zumindest einem angeschlossenen Verbraucher 16) mit einem Leitsystem 24 wird die dezentrale Tertiärregelung in den Energiequellen 14 bevorzugt automatisch aktiviert (durch au tomatische Aktivierung der dezentralen Tertiärregelungsfunk tion der Regelungseinheit 32), wenn das Leitsystem 24 oder die Kommunikation zum Leitsystem 24 ausfallen. Als Kriterium dafür dient zum Beispiel eine in jeder Energiequelle 14, ins besondere der dortigen Regelungseinheit 32, implementierte automatische Überwachung der Kommunikation mit dem Leitsystem 24. Die automatische Überwachung der Kommunikation mit dem Leitsystem 24 ist zum Beispiel in Form einer grundsätzlich an sich bekannten Watchdog-Funktion 58 implementiert. Dabei wird jede vom Leitsystem 24 ausgehende und bei einer Energiequelle 14 eingehende Kommunikation, zum Beispiel ein vom Leitsystem 24 ausgesandtes und von einer Energiequelle 14 empfangenes Telegramm, als Lebenszeichen des Leitsystems 24 ausgewertet und setzt den Watchdog der Energiequelle 14 zurück.
Dafür hört die Watchdog-Funktion 58 die Kommunikation mit dem Leitsystem 24 mit, wie dies in der Darstellung in FIG 4 sche matisch vereinfacht durch einen von dem Doppelpfeil ausgehen den und zur Watchdog-Funktion 58 weisenden Pfeil veranschau licht ist, wobei der Doppelpfeil (wie in FIG 1) die Kommuni kation zwischen der Energiequelle 14 und dem Leitsystem 24 darstellt .
Ohne ein solches Lebenszeichen läuft der dem Watchdog zugrun de liegende Zähler schließlich ab und damit ist automatisch ein ausbleibendes Lebenszeichen des Leitsystems 24 und im Er gebnis ein Ausfall des Leitsystems 24 oder ein Ausfall der Kommunikation mit dem Leitsystem 24 erkannt. Mit dem Ablauf des Watchdogs erfolgt dann die automatische Aktivierung der dezentralen Tertiärregelung in den Energiequellen 14, also die automatische Aktivierung der dezentralen Tertiärrege lungseinheit 32.
Optional ist vorgesehen, dass das Leitsystem 24, welche auch selbst einen Ausfall der Kommunikation zu einer Energiequelle 14 erkennt, in allen kommunikativ noch erreichbaren Energie quellen 14 die dezentrale Tertiärregelung aktiviert und damit seine eigene zentrale Sekundärregelung und seine eigene zent rale Tertiärregelung deaktiviert. Dann kommt es nicht zu ei nem Mischbetrieb zwischen den noch erreichbaren und den nicht mehr erreichbaren Energiequellen.
Die Überwachung der Kommunikation mit dem Leitsystem 24 kann noch zusätzlich abgesichert werden, indem jedes vom Leitsys tem 24 stammende Telegramm eine charakteristische Kennung um fasst, zum Beispiel den Wert eines mit jedem Telegramm inkre- mentierten Zählers. Dann wird der Watchdog einer Energiequel le 14 nur aufgrund eines eingehenden Telegramms zurückge setzt, welches anhand der charakteristischen Kennung automa tisch als Nachfolgetelegramm eines zuvor empfangenen Tele gramms erkennbar ist.
Die Regelungseinheit 32 einer Energiequelle 14 (Regelungsein heit 32 einer Energiequellenvorrichtung 14) ist bevorzugt in Form eines Mikrocontrollers, in Form eines Mikroprozessors zusammen mit einem Speicher 34, in Form eines ASICs, FPGA o- der dergleichen implementiert.
Die Aktivierung oder Deaktivierung der Regelungseinheit 32 kann zum Beispiel implementiert sein, indem bei einer deakti vierten Regelungseinheit 32 deren Ausgangssignale 40, 42 wir kungslos sind (zum Beispiel aufgrund einer entsprechenden Maskierung) . Dann ist die interne Funktionalität der Rege lungseinheit 32 unabhängig vom Aktivierungszustand aktiv. Der Aktivierungszustand beeinflusst nur die Ausgabe der Ausgangs- Signale 40, 42 oder die Wirksamkeit der Ausgangssignale 40,
42.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das oder die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereich- ten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammen fassen: Angegeben werden eine Energiequelle (Energiequellen vorrichtung) 14 in Form einer Gleichstrom- oder Gleichspan nungsquelle für ein Gleichspannungsnetz 30 und ein Verfahren zu deren Betrieb, wobei mittels der Energiequelle 14 elektri- sehe Energie auf einen Verknüpfungspunkt 12 des Gleichspan nungsnetzes 30 einspeisbar ist und im Betrieb eingespeist wird und wobei die Energiequelle 14 eine Regelungseinheit 32 zur dezentralen Tertiärregelung, d.h. zum automatischen Zu schalten oder Abschalten der Energiequelle 14, aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Energiequelle (14) in Form einer Gleichstrom- oder Gleich spannungsquelle für ein Gleichspannungsnetz (30),
wobei mittels der Energiequelle (14) elektrische Energie auf einen Verknüpfungspunkt (12) des Gleichspannungsnetzes (30) einspeisbar ist,
wobei die Energiequelle (14) eine Regelungseinheit (32) zum automatischen Zuschalten oder Abschalten der Energiequel le (14) aufweist, und
wobei die Energiequelle (14) so eingerichtet ist, dass sie vor ihrem eigenen Abschalten sicherstellt, dass sie nicht die letzte verbliebene Energiequelle am Verknüpfungspunkt (12) ist .
2. Energiequelle (14) nach Anspruch 1,
wobei die Energiequelle (14) so eingerichtet ist, dass sie eine Entscheidung, ob sie die letzte verbliebene Energiequel le am Verknüpfungspunkt (12) ist, als Funktion einer Gleich spannungsamplitude (Uist) am Anschlusspunkt (12) trifft.
3. Energiequelle (14) nach Anspruch 2,
wobei die Energiequelle (14) so eingerichtet ist, dass sie die Entscheidung, ob sie die letzte verbliebene Energiequelle am Verknüpfungspunkt (12) ist, dadurch trifft, dass sie einen Leistungsaufpunkt (Po) einer der Primärregelung der Energie quelle (14) dienenden Droopfunktion (20, 22) absenkt und gleichzeitig eine Gleichspannungsamplitude (UiSt) am An schlusspunkt (12) überwacht und, falls die Gleichspannungs amplitude (Uist) einen vierten Vergleichswert (VG4) erreicht und eine von der Energiequelle (14) am Anschlusspunkt (12) bereitgestellte Wirkleistung (Pist) größer als Null ist, die geplante Abschaltung abbricht.
4. Energiequelle (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Regelungseinheit (32) so eingerichtet ist, dass sie ein Zuschaltsignal (40) generiert, wenn die Energiequelle (14) ausgeschaltet ist und eine Gleichspannungsamplitude (U- ist) am Verknüpfungspunkt (12) unter einen ersten Vergleichs wert (VG1) sinkt.
5. Energiequelle (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Regelungseinheit (32) so eingerichtet ist, dass sie ein Abschaltsignal (42) generiert, wenn die Energiequelle (14) eingeschaltet ist und entweder eine bzw. die Gleichspan nungsamplitude (Ulst) am Verknüpfungspunkt (12) einen zweiten Vergleichswert (VG2) überschreitet oder eine von der Energie quelle (14) abgegebene Wirkleistung (Pist) einen dritten Ver gleichswert (VG3) unterschreitet.
6. Energiequelle (14) nach Anspruch 4 oder 5,
wobei das Zuschaltsignal (40) und/oder das Abschaltsignal (42) durch die Regelungseinheit (32) um eine vorgegebene oder vorgebbare Verzögerungszeit zeitverzögert ausgebbar ist.
7. Gleichspannungsnetz (30) mit einer Mehrzahl von an einem gemeinsamen Verknüpfungspunkt (12) zusammengeschlossenen Energiequellen (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 sowie zumindest einem an den Verknüpfungspunkt (12) angeschlossenen Verbraucher (16) .
8. Verfahren zum Betrieb einer Energiequelle (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei mittels der Energiequelle (14) elektrische Energie auf einen Verknüpfungspunkt (12) des Gleichspannungsnetzes (30) eingespeist wird,
wobei die Energiequelle (14) eine Regelungseinheit (32) aufweist, welche zum automatischen Zuschalten oder Abschalten der Energiequelle (14) ein Zuschalt- oder Abschaltsignal (40, 42) erzeugt,
wobei die Energiequelle (14) vor ihrem eigenen Abschalten sicherstellt, dass sie nicht die letzte verbliebene Energie quelle am Verknüpfungspunkt (12) ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Energiequelle (14) eine Entscheidung, ob sie die letzte verbliebene Energiequelle am Verknüpfungspunkt (12) ist, als Funktion einer Gleichspannungsamplitude (UiSt) am An schlusspunkt (12) trifft.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
wobei die Energiequelle (14) die Entscheidung, ob sie die letzte verbliebene Energiequelle am Verknüpfungspunkt (12) ist, dadurch trifft, dass sie einen Leistungsaufpunkt (Po) einer der Primärregelung der Energiequelle (14) dienenden Droopfunktion (20, 22) absenkt und gleichzeitig eine Gleich spannungsamplitude (Uist) am Anschlusspunkt (12) überwacht und, falls die Gleichspannungsamplitude (UiSt) einen vierten Vergleichswert (VG4) erreicht und eine von der Energiequelle (14) am Anschlusspunkt (12) bereitgestellte Wirkleistung (Pist) größer als Null ist, die geplante Abschaltung abbricht.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
wobei die Regelungseinheit (32) ein Zuschaltsignal (40) zum automatischen Zuschalten der Energiequelle (14) erzeugt, wenn die Energiequelle (14) ausgeschaltet ist und eine bzw. die Gleichspannungsamplitude (Uist) am Verknüpfungspunkt (12) unter einen ersten Vergleichswert (VG1) sinkt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
wobei die Regelungseinheit (32) ein Abschaltsignal (42) zum automatischen Abschalten der Energiequelle (14) erzeugt, wenn die Energiequelle (14) eingeschaltet ist und entweder eine bzw. die Gleichspannungsamplitude (UiSt) am Verknüpfungs punkt (12) einen zweiten Vergleichswert (VG2) überschreitet oder eine von der Energiequelle (14) abgegebene Wirkleistung (Pist) einen dritten Vergleichswert (VG3) unterschreitet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
wobei die Regelungseinheit (32) automatisch aktiviert wird, wenn eine Kommunikation zu einem übergeordneten Leit system (24) ausfällt.
14. Verfahren zum Betrieb eines Gleichspannungsnetzes (30) mit einer Mehrzahl von an einem gemeinsamen Verknüpfungspunkt (12) zusammengeschlossenen Energiequellen (14) nach Anspruch 7, zumindest einem an den Verknüpfungspunkt (12) angeschlos- senen Verbraucher (16) sowie einer den Energiequellen (14) übergeordneten und mit den Energiequellen (14) kommunikativ verbundenen Leitstation (24), wobei die Regelungseinheiten (32) aller Energiequellen (14) die Kommunikation mit der Leitstation (24) überwachen und bei einem Ausfall der Kommu- nikation das automatische Zu- und Abschalten durch die Rege lungseinheiten (32) aktivieren.
15. Computerlesbares Speichermedium mit elektronisch ausles baren Steuersignalen, die bei der Ausführung durch eine Rege- lungseinheit (32) diese veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14 auszuführen.
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