WO2014005642A1 - Verfahren und vorrichtung zur überwachung eines energieeinspeisepunkts eines energieversorgungsnetzes - Google Patents

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WO2014005642A1
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Stefan LANGEMEYER
Johannes Reinschke
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring an energy supply point of a power supply network, in particular in the low-voltage range.
  • a number of first and second nodes can be connected or connectable to the energy supply point, wherein a respective node is a power generator, an energy consumer or a prosumer.
  • first nodes are those nodes which have communication means and can communicate with a device carrying out the method.
  • Second nodes are those nodes which have no means of communication and therefore can not communicate with the device executing the method.
  • a prosumer is understood to mean a component that can both generate energy and feed it into the energy supply network as well as consume energy and absorb it from the energy supply network.
  • An example of this is, for example, electrically powered motor vehicles, which draw energy from the energy supply network for charging their battery or can feed energy from their storage into the energy supply network at peak load times.
  • a plurality of electrical loads or sources can be connected to the energy supply network.
  • Loads and sources represent nodes in the sense of the invention.
  • several charging stations can be used for such an energy infeed point
  • Electric vehicles and / or photovoltaic systems and / or generators to be connected As a rule, not all nodes simultaneously with maximum power consumption or abgäbe ak- tive, the energy supply point of the power grid is often designed so that the summed, maximum possible power consumption or output (or current consumption or output) of all nodes is greater than the maximum possible or permissible power (or current) on Energyeinspeiseddling.
  • a protective device at the energy supply point eg in the form of a fuse or protection, ensures that the maximum permissible power at the energy supply point can not be exceeded.
  • the protection device triggers at the latest when a predetermined maximum current is exceeded, interrupting the electrical connection of the nodes connected to the energy supply point to the energy supply network.
  • the invention provides a method for monitoring a power feed point of a power grid, wherein a number of first and second nodes are connected or connectable to the power feed point, wherein a respective node is a power generator, an energy consumer or a prosumer.
  • the energy supply network is an energy supply network in the low-voltage range.
  • the voltages for a single-phase and three-phase network vary from country to country. In Germany, the voltage is 230 V for a single-phase network and 400 V for a three-phase network. In other countries, other voltage values are sometimes selected.
  • the following steps are carried out: a) At the energy infeed point, an actual current representing the current consumption or output is detected by a measuring and monitoring device.
  • a current information obtained from a first node representing an intended and / or a maximum possible current consumption or output of the first node is processed by checking whether a current value of the current information is a predetermined criterion with respect to a possible current value of the current information Energyeinspeiseddlings met.
  • the invention further provides a device for monitoring an energy supply point of a power supply network, in particular in the low-voltage range, wherein a number of first and second nodes is connected or connectable to the energy supply point, wherein a respective
  • Node is an energy producer, an energy consumer or a prosumer.
  • the device comprises a measuring and monitoring device for measuring an actual current representing the current input or output at the energy supply point.
  • a communication device is provided for exchanging data with the first node.
  • a computing unit is used for processing a current information obtained from one of the first nodes, which represents an intended and / or a maximum possible current consumption or output of the first node. It is verifiable by the arithmetic unit, whether a current value of the current information meets a predetermined criterion with respect to a possible current value of the Energyeinspeiseddlings. In this case, the possible current value can be determined by the arithmetic unit by subtraction of the predetermined maximum current of the energy supply point and the actual current.
  • a message can be transmitted to the first node by the communication device, which message confirms or rejects the power consumption or output to the first node.
  • the proposed procedure allows a dynamic adaptation of the maximum power / power consumption or output at the power supply point. As a result, preventive impending overloads, but also bottlenecks can be detected and avoided.
  • the procedure makes use of the fact that in the future some of the electricity purchasers and / or suppliers have the possibility of using a device for energy input. seyak to communicate.
  • the purpose of the communication is merely to confirm or reject the current consumption or output as a function of the current state on the basis of the metrological detection of the actual current that is being carried out on a continuous basis for individual nodes that wish to connect to the energy supply point. This means that the nodes ask at the energy infeed point whether their intended power input or output is possible.
  • the power supply point decides whether the requesting node can electrically connect to the energy infeed point or not.
  • no control of individual nodes takes place through the energy infeed point or the device monitoring the energy infeed point.
  • the nodes merely receive information as to whether and, if so, in what amount they can receive or deliver electricity. To what extent the nodes implement this information is not influenced by the method or the device. As a result, only a small exchange of data between the device and the requesting node is required. This makes it possible, in particular, for such components, which originate from different manufacturers or find themselves in the sphere of different operators, to communicate with one another. Elaborate, proprietary communication protocols are dispensable.
  • the procedure ensures that at least the first nodes can not cause an overload case. At the same time, however, it is possible to get closer to the load limits of the power supply point while reducing the number of overload power cuts.
  • the consideration of the energy drawn or supplied by these second nodes from the energy supply point is implicitly effected by measuring the actual current on the one hand and the knowledge of the first node connected to the energy supply point and the maximum current reference or output known from previous communication ,
  • the criterion is satisfied if the current value of the current information is smaller than the amount of the possible current value. I want the first
  • Node relate current from the energy supply point, so this indicates by means of the current information a current value, which he wants to relate. If this current value is smaller than a difference value determined from the difference between the predetermined maximum current and the actual current, then the first node can electrically connect to the energy supply point without an overload condition occurring.
  • the criterion is not satisfied if the current value of the current information is greater than the amount of the possible current value.
  • the power feed point is already operating close to or at its load limit.
  • the difference value between the predetermined maximum current and the measured actual current is already so small that the reference of a further current, as transmitted by the current value of the current information, would exceed the maximum current at the energy supply point after electrical connection. This would lead to an undesirable overload case.
  • the above-described steps a) to d) are expediently run through separately for each first node that wishes to receive or deliver current. This allows the device implementing the method of the energy supply For each first node, it decides whether or not it can connect to the energy infeed point.
  • the communication between the first node and the device can be restricted to the exchange of only two messages (a request of the first node and a response of the device to the first node).
  • the dynamics of the current reference or the current output by the energy supply point monitoring device can be kept low.
  • the current information is supplied together with an identifier of the first node. This can be done for example in a local memory of the device performing the method. Alternatively, a central memory of the energy supply network could also be used, in which case the information mentioned must be transmitted to a central processing unit of the central storage.
  • the current information comprises either a current value measured by the first node or a current value stored in the first node or information representing the current value, wherein in the latter case a computing unit of the energy supply point can close the information on the current value.
  • Such information could, for example, be a type designation of the node which is directly linked to a connected value.
  • a database may be provided for this purpose in which the connection values of components from different manufacturers are stored. A corresponding information can then be used to determine the regularly occurring during operation power value.
  • the current consumption or Abgabäbe is transmitted a maximum allowable amount of power consumption or Abgäbe, where at the maximum allowable height is less than or equal to the current value contained in the current information.
  • This embodiment allows the device executing the method not only to confirm or reject a requested current value with only "yes” or "no", but also to transmit a current level deviating from the one in the request of the first node as the maximum allowable current value. If, for example, the first node asks for a current of 50 A, the device can transmit a current value of 25 A to the first node as the maximum allowable current. The first node can then decide for itself whether he wants to carry out the removal of electricity in the amount of 25 A or not. Likewise, a factor can be transmitted in response. For example, "0.6" or "1.3" in response to the requested current of 50A means that 30A (ie, 0.6 times) and 65A (ie, 1.3 times ) may be transferred.
  • an electrical connection of the Energyeinspeiseddlings is separated to the power grid when the measured actual current reaches or exceeds the maximum current. This may be the case, for example, if too large a number of second nodes, which do not communicate with the device carrying out the method with respect to a current input or output, are connected to the energy supply point.
  • an overload case can occur if, according to a further embodiment, a message is transmitted to individual or all first nodes to reduce or terminate the power consumption or output when the actual current has reached a current threshold which is less than or equal to the predetermined maximum Maximum current is. Since the first node can automatically decide on such a message, whether it reduces or terminates the power consumption or Abgabäbe, it can come to disregard the request for the mentioned overload case. In one embodiment, it is possible to transmit the above message for reducing or terminating the power consumption or output as a broadcast message to the first nodes. On the other hand, the communication as to whether a node is allowed to connect to the power supply point for power input or output is done individually.
  • the arithmetic unit at a deviation determined above the predetermined barrier replaces the current information associated with the first node with a current information corrected in accordance with the actual current value determined by the arithmetic unit.
  • Such discrepancies can occur, for example, due to the dynamics of the operation of the first node.
  • such discrepancies can also be efficiency-related.
  • the first node may only perform at a much lower efficiency, e.g. due to external circumstances, the actual current consumption or output may deviate from the previously agreed current value. With such a deviation, the device executing the method is monitored and documented in a memory in order to have an exactly available "remaining flow quantity" for further first nodes.
  • the statistically fluctuating current values of the second nodes can be determined. From the statistics of the fluctuating current value and the measured actual current value of all second nodes can be determined which maximum current value can be released for the sum of all first nodes.
  • the current values of all second nodes can be determined from the difference of the actual current value and the current values stored in the memory for all registered first nodes.
  • the maximum current of the energy supply point is predetermined by a higher-level unit of the energy supply network.
  • the device according to the invention has, via the components mentioned above, a protective device by means of which an electrical connection to the energy supply network can be separated if the actual current measured by the measuring device reaches or exceeds the maximum current.
  • the device has further means for
  • FIG. 1 is a schematic representation of a device according to the invention for monitoring a Energyeinspeiserios a power supply network to which a plurality of nodes are connected, and
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating the procedure of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention for monitoring an energy supply point ESP of a power supply network EVN.
  • the device represents a protection device SG, which can be regarded as a combination of a power monitoring device and a protection switch.
  • the guard SG is arranged between the power supply point ESP and the power supply network EVN.
  • the line between the protective device SG and the power supply point ESP is formed in three phases, which are supplied to the energy supply point ESP nodes KU, K12, K13 and K2, for example, with a voltage of 400 V.
  • the lines connecting the nodes KU, K12, K13, K2 with the protective device SG could be single-phase.
  • the nodes KU, K12, K13, K2 would be supplied with a supply voltage of 230 V, for example.
  • the specified voltage values apply to a low-voltage power supply network in Germany. In other countries, the voltages of a three-phase and a single-phase power supply network are partly chosen differently in a manner known to those skilled in the art.
  • the protective device SG comprises a circuit breaker SV, a communication device KOM, a measuring device ME and a computing unit RE. If in the present description of a circuit breaker SV is mentioned, this can be understood by a controlled switch, but also a fuse or a contactor. Generally come as
  • Circuit breaker such components into consideration, which at a current flowing through the circuit breaker SV current exceeds a predetermined maximum current, disconnect the electrical connection of the Energyeinspeiseddlings to the power supply network EVN.
  • the task of the measuring unit ME is to detect the current flowing through the circuit breaker SV (actual current). This corresponds to the energy input point at the power supply point by current consumption or Abgäbe the nodes KU, K12, K13, K2 flowing stream. If the actual current exceeds the predetermined maximum current, then the circuit breaker SV triggers either independently or disconnects, controlled by the arithmetic unit RE, the connection between the energy supply network EVN and the energy supply point ESP.
  • the communication device KOM is set up to communicate with the first node KU, K12, K13.
  • the first nodes have corresponding communication means (not shown).
  • the node K2 represents, for example, a second node which has no communication means and therefore can not perform the communication described below.
  • the second node K2 could also be designed in such a way that it has communication means which, however, are not suitable for communicating with the communication device KOM of the protection device SG.
  • the communication between the protection device SG and the first node KU, K12, K13 may optionally be circuit-based or wireless.
  • the communication channel is indicated schematically in the figure by L2.
  • the communication between the protection device SG and the first node KU, K12, K13 is based on an open standard, such as a Powerline Communication (PLC), WiFi or ZigBee.
  • PLC Powerline Communication
  • a communication via PLC takes place, in which case the power lines can be used for the transmission of data signals.
  • PLC Powerline Communication
  • the use of an open standard is expedient, since the protection device SG on the one side and the first nodes KU, K12, K13 connected thereto on the other side may belong to different owners or operators, of different types or may be provided by different manufacturers.
  • the protection device SG is operated by the operator of the power supply network EVN or is in its sovereignty.
  • the first and second nodes KU, K12, K13 communicating with the protection device via the communication channel L2 are frequently in the hands of customers of the operator of the energy supply network EVN.
  • the first and second nodes KU, K12, K13, K2 are, for example, either energy producers (for example a photovoltaic system), energy consumers (for example a battery of an electric vehicle to be charged) or a so-called prosumer.
  • a prosumer is a component that consumes energy but can also generate energy and feed it into the power grid.
  • the battery of an electrically operated vehicle can also be used as a source, for example for reducing short-term peak loads.
  • the protection device SG can optionally communicate with a control room (not shown) of the energy supply network EVN.
  • the predetermined maximum current flowing via the energy supply point ESP can be preset or changed via this communication channel LI.
  • the arithmetic unit RE processes the actual current detected by the measuring device ME and the information exchanged in the context of a communication.
  • the sequence of the method for monitoring the energy input point ESP is explained in more detail below with reference to FIG. 2.
  • the procedure assumes that the first nodes KU, K12, K13, which have communication means for exchanging data with the communication device KOM of the protection device SG, at least before their activation, i. Before taking or giving off power, ask the guard SG how much power they can or may transmit.
  • the first nodes KU and K12 as well as the second node K2 are shown by way of example in addition to the protective device SG.
  • the flow of communication takes place in Fig. 2 in chronological order from top to bottom.
  • the first node KU an energy consumer, would like to draw a current of, for example, 50A.
  • the exemplified current value of 50 A is transmitted as current information SI in a message R (SI_K11) to the protection device SG.
  • the current value may correspond to a nominal or maximum current value of the node KU.
  • the current value transmitted to the protection device SG in the message R (SI_K11) can be lower than the nominal or maximum current value, for example because the operation of the first node KU can or should be carried out with this lower current.
  • the protection device SG (ie its arithmetic unit RE) now performs a check as to whether the current value transmitted in the message R (SI_K11) can be released to the first node KU. For this purpose, a difference is first determined from the predetermined maximum current, eg 1000 A, of the energy supply point ESP and the measured actual current at the present time. For example, the actual current current is 800 A, so that until the occurrence of an overload case, a current reference in the amount of 200 A is possible. The release of the current consumption by the first node KU, since the possible current (200 A) is greater than the requested current value (50 A), take place without the overload case occurs.
  • the predetermined maximum current eg 1000 A
  • the actual current current is 800 A, so that until the occurrence of an overload case, a current reference in the amount of 200 A is possible.
  • the requested current of 50 A is released.
  • the release can be done in the simplest variant by a binary information which corresponds to a "yes” or a "no".
  • the maximum current obtainable by the requesting first node KU can be transmitted, in this case 50 A.
  • the setting of a current consumption, SCD1 is effected by the first node KU.
  • the protection device SG stores the current value (50 A) requested by the first node KU or released by the protection device in conjunction with an identifier of the first node KU.
  • the first node K12 for example, would like to obtain current in the amount of 100 A.
  • the current value is transmitted as current information SI of the first node K12 in the detection R (SI_K12) to the protective device SG.
  • SI_K12 current information SI of the first node K12 in the detection R
  • a residual current of 150 A remains until the overload occurs. Since the requested current level is smaller than the difference value of maximum current and actual current, the request of the first node K12 can be granted.
  • Guard SG the requested by the first node K12 or released by the protection device current value (100 A) in conjunction with an identifier of the first node K12. Subsequently, the first node K12 sets a current consumption of 100 A.
  • Information from the requesting first node KU, K12 are transmitted to the protection device SG.
  • a manufacturer and type designation of the first node KU, K12 could be transmitted in the stream information.
  • an assignment of this information to a requested current value for example a rated current, could then take place.
  • the protection device SG checks by analyzing the time course of the actual current, whether the requested by the first node KU, K12 current values are plausible or if there are deviations. In the case of systematic deviations, the protection device can replace the current information assigned to the relevant node by the determined current value. Likewise, correction factors could be used.
  • this means that, for example, the first node K12, which has queried current value of 100 A, actually 80 A current refers. As a result, not only 50 A but also 50 A + 20 A 70 A are actually available as residual current until the overload is reached. Although actually only the current flowing through the power supply point ESP current is determined by the protection device, an assignment to the individual devices is possible, since a sequential communication and connection of individual first node takes place at the Energyeinspeiseddling. For example, the communication or the answer to the request of another first node can only take place if, after a certain grace period, the difference between a requested current level and the actual current reference of the last added node could be determined. In the flowchart of FIG.
  • the second node K2 now goes to the network in the further course and draws a current in a height initially unknown to the protective device SG. It is assumed that the second node is a plurality of smaller loads. These are operated statis- tically. From the difference between that of the
  • the protection device SG measured actual current value and the current information transmitted from the first node, the protection device SG determines the statistically fluctuating current value of all the second node K2. From the statistics of the fluctuating current value and the current actual current value of all non-communicating second nodes, the protection device SG determines which maximum current value it can release for the sum of all communicating loads. For example, the time profile of a fluctuating current value that the current value of the second node varies a maximum of ⁇ 50 A, in a time interval in which the first node can be safely switched off.
  • the current value of the second node is currently, for example, 100 A. This allows the protection device to release up to 850 A current drain or 1050 A backfeed.
  • the additional current reference of the second node K2 causes an imminent overload to be detected, DOTC1. This is done by the evaluation of the actual current value by the protection device SG. Subsequently, the protection device SG transmits a message R1 (RED_K12) targeted to the first node K12 to reduce the power consumption. Since the first nodes KU, K12, K13 are not controlled or regulated by the protection device, the first node KU is free to respond to this request or not.
  • the first node K12 reduces the current consumption by setting a new, lower current reference value SCD2 1 .
  • the second node K2 increases its power consumption.
  • the guard SG registers again an imminent overload, DT0C2.
  • R2 RED_K11
  • R3 (RED_K12) to the first node KU, K12, to reduce the power consumption transmitted. While the first node K12 responds and shuts off, SO, the first node KU does not respond. After the protection SG now has an overload, i. a current of more than 1000 A in the present embodiment, detected (DOC), via the
  • Circuit breaker SV a mains separation, DISC.
  • protection device With the described protection device is the consideration connected that larger loads, such as DC fast charging stations, and sources, such as photovoltaic systems, may only be connected to the power grid EVN, if they have the communication means described. This is to prevent charging stations for electric vehicles with a high power consumption to go online and immediately trigger the circuit breaker SV. This is the case in particular when several charging stations are already active in parallel and the power supply point is loaded with a high current. The same applies in the reverse direction when several energy producers want to feed electricity into the energy supply network via the same energy supply point.
  • the proposed approach allows the maximum power consumption or output of the energy infeed point to be dynamically adjusted.
  • the procedure is advantageous so that the network operator can react preventatively due to overloads or bottlenecks in higher-level subareas of the energy supply network.
  • the protective device can be equipped with a data memory. This can be used for the statistical evaluation of the fluctuating current of non-communicating loads, i. the second node.
  • the memory can be used to detect errors or information about defects
  • the protective device according to the invention makes it possible to go closer to the load limit of the energy distribution network. Likewise, the number of overload-related power shutdowns can be reduced.
  • All components necessary for carrying out the method according to the invention can be integrated in the protective device at the energy infeed point. In this case, a realization with low complexity is possible.
  • the protection device does not directly control the nodes, but only provides them with information regarding the maximum current of a power consumption or Abgäbe.
  • the connected nodes control themselves based on the information received from the protection device.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines Energieeinspeisepunkts (ESP) eines Energieversorgungsnetzes (EVN), insbesondere im Niederspannungsbereich, wobei an den Energieeinspeisepunkt (ESP) eine Anzahl an ersten und zweiten Knoten (K11, K12, K13, K2) angeschlossen ist oder anschließbar ist, wobei ein jeweiliger Knoten (K11, K12, K13, K2) ein Energieerzeuger, ein Energieverbraucher oder ein Prosumer ist. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird an dem Energieeinspeisepunkt (ESP) ein die Stromaufnahme oder -abgabe repräsentierender Iststrom durch eine Mess- und Überwachungseinrichtung erfasst. Eine von einem der ersten Knoten (K11, K12, K13) erhaltene Strominformation (SI), die eine beabsichtigte und/oder eine maximal mögliche Stromaufnahme oder -abgabe des ersten Knotens (K11, K12, K13) repräsentiert, wird verarbeitet, indem überprüft wird, ob ein Stromwert der Strominformation (SI) ein vorgegebenes Kriterium in Bezug auf einen möglichen Stromwert (MW) des Energieeinspeisepunkts (ESP) erfüllt. Der mögliche Stromwert (MW) wird durch eine Differenzbildung aus dem vorgegebenen Maximalstrom des Energieeinspeisepunkts (ESP) und dem Iststrom ermittelt. Schließlich wird in Abhängigkeit der Erfüllung oder Nicht-Erfüllung des Kriteriums an den ersten Knoten (K11, K12, K13) eine Nachricht übertragen, welche dem ersten Knoten (K11, K12, K13) die Stromaufnahme oder -abgabe bestätigt oder ablehnt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Energieeinspeisepunkts eines Energieversorgungsnetzes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Energieeinspeisepunkts eines Energieversorgungsnetzes, insbesondere im Niederspannungsbereich. An den Energieeinspeisepunkt ist eine Anzahl an ersten und an zwei- ten Knoten angeschlossen oder anschließbar, wobei ein jeweiliger Knoten ein Energieerzeuger, ein Energieverbraucher oder eine Prosumer ist.
In der vorliegenden Beschreibung sind erste Knoten solche Knoten, welche über Kommunikationsmittel verfügen und mit einer das Verfahren ausführenden Vorrichtung kommunizieren können. Zweite Knoten sind solche Knoten, die über keine Kommunikationsmittel verfügen und daher auch nicht eine Kommunikation mit der das Verfahren ausführenden Vorrichtung durchfüh- ren können.
Unter einem Prosumer ist eine Komponente zu verstehen, die sowohl Energie erzeugen und in das Energieversorgungsnetz einspeisen kann als auch Energie verbrauchen und aus dem Energieversorgungsnetz aufnehmen kann. Ein Beispiel hierfür sind beispielweise elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge, welche zum Laden ihrer Batterie Energie aus dem Energieversorgungsnetz beziehen oder zu Spitzenlastzeiten Energie aus ihrem Speicher in das Energieversorgungsnetz einspeisen können.
Über einen (zentralen) Energieeinspeisepunkt kann eine Mehrzahl an elektrischen Lasten oder Quellen mit dem Energieversorgungsnetz verbunden sein. Lasten und Quellen stellen Knoten im Sinne der Erfindung dar. Beispielsweise können an ei- nen solchen Energieeinspeisepunkt mehrere Ladestationen für
Elektrofahrzeuge und/oder Photovoltaik-Anlagen und/oder Generatoren angeschlossen sein. Da in der Regel nicht alle Knoten gleichzeitig mit maximaler Leistungsaufnahme bzw. -abgäbe ak- tiv sind, ist der Energieeinspeisepunkt des Energieversorgungsnetzes häufig so ausgelegt, dass die summierte, maximal mögliche Leistungsaufnahme oder -abgäbe (bzw. Stromaufnahme oder -abgäbe) aller Knoten größer ist als die maximal mögli- che bzw. zulässige Leistung (bzw. Strom) am Energieeinspeisepunkt. Ein Schutzgerät am Energieeinspeisepunkt, z.B. in Gestalt einer Schmelzsicherung oder eines Schutzes, sorgt dafür, dass die maximal zulässige Leistung am Energieeinspeisepunkt nicht überschritten werden kann. Das Schutzgerät löst spätes- tens beim Überschreiten eines vorgegebenen Maximalstromes aus und unterbricht damit die elektrische Verbindung der an den Energieeinspeisepunkt angeschlossenen Knoten zu dem Energieversorgungsnetz . Um ein plötzliches Auslösen des Schutzgerätes zu vermeiden, können im einfachsten Fall einzelne Knoten, die an den Energieeinspeisepunkt angeschlossen sind, derart ausgelegt werden, dass die maximale Stromentnahme oder -abgäbe aller Knoten grundsätzlich unterhalb des vorgegebenen Maximalstroms des Energieeinspeisepunkts verbleibt. In diesem Fall ist keine Steuerung erforderlich. Allerdings ist eine derartige Auslegung aus Kostengründen ungünstig.
Ebenso ist es möglich, zum Steuern des Leistungsflusses eine Kommunikation zwischen einer Überwachungseinrichtung am Energieeinspeisepunkt und dem an diesen angeschlossenen Knoten vorzusehen. Eine solche Vorgehensweise erweist sich dann als schwierig, wenn die Knoten und/oder die Überwachungsvorrichtung am Energieeinspeisepunkt in der Sphäre unterschiedlicher Betreiber sind. Hier muss eine reibungslose Kommunikation sichergestellt werden, um aufgrund der zwischen der Überwachungsvorrichtung und dem Knoten durchgeführten Kommunikation einen Überlastfall zu vermeiden. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Energieeinspeisepunkts eines Energieversorgungsnetzes anzugeben, mit denen mit hoher Zuverlässigkeit ein Überlastfall am Energieeinspeisepunkt vermieden werden kann, wobei gleichzeitig jedoch das System möglichst nahe am vorgegebenen Maximalstrom des Energieeinspeisepunkts betrieben werden können soll.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Überwachung eines Energieeinspeisepunkts eines Energieversorgungsnetzes, wobei an den Energieeinspeisepunkt eine Anzahl an ersten und zweiten Knoten angeschlossen ist oder anschließbar ist, wobei ein jeweiliger Knoten ein Energieerzeuger, ein Energieverbraucher oder ein Prosumer ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Energieversorgungsnetz um ein Energieversorgungsnetz im Niederspannungsbereich. Die Spannungen für ein einphasiges und dreiphasiges Netz sind dabei von Land zu Land unterschiedlich. In Deutschland beträgt die Spannung bei einem einphasigen Netz 230 V, bei einem dreiphasigen Netz 400 V. In anderen Ländern sind teilweise andere Spannungswerte gewählt.
Bei dem Verfahren werden nachfolgende Schritte durchgeführt: a) An dem Energieeinspeisepunkt wird ein die Stromaufnahme oder -abgäbe repräsentierender Iststrom durch eine Mess- und Überwachungseinrichtung erfasst.
b) Eine von einem ersten Knoten erhaltene Strominformation, die eine beabsichtigte und/oder eine maximal mögliche Stromaufnahme oder -abgäbe des ersten Knotens repräsentiert, wird verarbeitet, indem überprüft wird, ob ein Stromwert der Strominformation ein vorgegebenes Kriterium in Bezug auf einen möglichen Stromwert des Energieeinspeisepunkts erfüllt.
c) Der mögliche Stromwert wird durch eine Differenzbildung aus dem vorgegebenen Maximalstrom des Energieeinspeisepunkts und dem Iststrom ermittelt. d) Schließlich wird in Abhängigkeit der Erfüllung oder
Nicht-Erfüllung des Kriteriums an den ersten Knoten eine Nachricht übertragen, welche dem ersten Knoten die
Stromaufnahme oder -abgäbe bestätigt oder ablehnt.
Die Erfindung schafft weiter eine Vorrichtung zur Überwachung eines Energieeinspeisepunkts eines Energieversorgungsnetzes, insbesondere im Niederspannungsbereich, wobei an den Energieeinspeisepunkt eine Anzahl an ersten und zweiten Knoten ange- schlössen ist oder anschließbar ist, wobei ein jeweiliger
Knoten ein Energieerzeuger, ein Energieverbraucher oder ein Prosumer ist. Die Vorrichtung umfasst eine Mess- und Überwachungseinrichtung zur Messung eines die Stromaufnahme oder - abgäbe repräsentierenden Iststroms am Energieeinspeisepunkt. Eine Kommunikationseinrichtung ist zum Austausch von Daten mit dem ersten Knoten vorgesehen. Eine Recheneinheit dient zur Verarbeitung einer von einem der ersten Knoten erhaltenen Strominformation, die eine beabsichtigte und/oder eine maximal mögliche Stromaufnahme oder -abgäbe des ersten Knotens repräsentiert. Dabei ist durch die Recheneinheit überprüfbar, ob ein Stromwert der Strominformation ein vorgegebenes Kriterium in Bezug auf einen möglichen Stromwert des Energieeinspeisepunkts erfüllt. Dabei ist der mögliche Stromwert durch die Recheneinheit durch eine Differenzbildung aus dem vorge- gebenen Maximalstrom des Energieeinspeisepunkts und dem Iststrom ermittelbar. Durch die Kommunikationseinrichtung ist in Abhängigkeit der Erfüllung oder Nicht-Erfüllung des Kriteriums an den ersten Knoten eine Nachricht übertragbar, welche dem ersten Knoten die Stromaufnahme oder -abgäbe bestätigt oder ablehnt.
Das vorgeschlagene Vorgehen ermöglicht eine dynamische Anpassung der maximalen Strom-/Leistungsaufnähme bzw. -abgäbe am Energieeinspeisepunkt. Hierdurch können präventiv drohende Überlasten, aber auch Engpässe erkannt und vermieden werden. Das Vorgehen macht sich dabei den Umstand zunutze, dass in Zukunft ein Teil der Strombezieher und/oder Lieferanten die Möglichkeit besitzt, mit einer Vorrichtung am Energieeinspei - sepunkt zu kommunizieren. Die Kommunikation dient dabei lediglich dazu, anhand der permanent durchgeführten messtechnischen Erfassung des Iststromes einzelnen Knoten, die sich mit dem Energieeinspeisepunkt verbinden möchten, die Stromaufnah- me oder -abgäbe in Abhängigkeit des gegenwärtigen Zustandes zu bestätigen oder abzulehnen. Dies bedeutet, die Knoten fragen am Energieeinspeisepunkt, ob die von ihnen beabsichtigte Stromaufnahme oder -abgäbe möglich ist. Anhand des messtechnisch vorhandenen Iststromes entscheidet der Energieeinspei- sepunkt, ob der anfragende Knoten sich elektrisch mit dem Energieeinspeisepunkt verbinden kann oder nicht.
Anstelle der Strombetrachtung könnte auch eine Leistungsbetrachtung erfolgen. Wenn in der nachfolgenden Beschreibung von der Verarbeitung eines Stromes die Rede ist, könnte stattdessen ebenfalls eine Betrachtung der Leistung erfolgen.
Im Gegensatz zu technisch komplexeren Lösungen aus dem Stand der Technik erfolgt dabei keine Steuerung von einzelnen Kno- ten durch den Energieeinspeisepunkt bzw. die den Energieeinspeisepunkt überwachende Vorrichtung. Die Knoten erhalten lediglich eine Information, ob und gegebenenfalls in welcher Höhe sie Strom beziehen oder abgeben können. Inwieweit die Knoten diese Informationen umsetzen, wird nicht durch das Verfahren bzw. die Vorrichtung beeinflusst. Hierdurch ist lediglich ein geringer Datenaustausch zwischen der Vorrichtung und dem anfragenden Knoten erforderlich. Dies ermöglicht es insbesondere auch solchen Komponenten, welche von unterschiedlichen Herstellern stammen oder sich in der Sphäre un- terschiedlicher Betreiber finden, miteinander zu kommunizieren. Aufwändige, proprietäre Kommunikationsprotokolle sind dabei entbehrlich.
Das Vorgehen stellt sicher, dass zumindest durch die ersten Knoten kein Überlastfall auftreten kann. Gleichzeitig ist es jedoch möglich, näher an die Belastungsgrenzen des Energieeinspeisepunkts zu gehen und gleichzeitig die Anzahl von überlastbedingten Netzabschaltungen zu verringern. Wie aus der weiteren Beschreibung besser ersichtlich werden wird, können zudem auch solche Knoten an den Energieeinspeisepunkt angebunden werden, welche sich nicht an der Kommuni - kation mit der Vorrichtung beteiligen können. Die Berücksichtigung der von diesen zweiten Knoten aus dem Energieeinspeisepunkt bezogenen bzw. gelieferten Energie erfolgt auf implizite Weise durch die Messung des Iststroms einerseits und andererseits dem Wissen der an den Energieeinspeisepunkt ange- schlossenen ersten Knoten und deren durch vorhergehende Kommunikation bekannten maximalen Strombezug bzw. -abgäbe.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Kriterium erfüllt, wenn der Stromwert der Strominformation kleiner als der Betrag des möglichen Stromwerts ist. Möchte der erste
Knoten Strom aus dem Energieeinspeisepunkt beziehen, so gibt dieser mittels der Strominformation einen Stromwert an, den er beziehen möchte. Ist dieser Stromwert kleiner als ein sich aus der Differenz des vorgegebenen Maximalstroms und dem Ist- ström ermittelter Differenzwert, so kann sich der erste Knoten mit dem Energieeinspeisepunkt elektrisch verbinden, ohne dass ein Überlastfall eintritt.
Andererseits ist das Kriterium nicht erfüllt, wenn der Strom- wert der Strominformation größer als der Betrag des möglichen Stromwerts ist. In diesem Fall wird der Energieeinspeisepunkt bereits nahe oder an seiner Belastungsgrenze betrieben. Der Differenzwert zwischen dem vorgegebenen Maximalstrom und dem gemessenen Iststrom ist bereits so gering, dass der Bezug ei- nes weiteren Stroms, wie durch den Stromwert der Strominformation übermittelt, den Maximalstrom am Energieeinspeisepunkt nach elektrischer Verbindung überschreiten würde. Dies würde zu einem nicht erwünschten Überlastfall führen. Die oben beschriebenen Schritte a) bis d) werden zweckmäßigerweise für jeden ersten Knoten, der Strom aufnehmen oder abgeben möchte, separat durchlaufen. Hierdurch kann die das Verfahren durchführende Vorrichtung des Energieeinspeise- punkts für jeden ersten Knoten entscheiden, ob er sich mit dem Energieeinspeisepunkt verbinden kann oder nicht. Hierdurch kann die Kommunikation zwischen dem ersten Knoten und der Vorrichtung auf den Austausch von lediglich zwei Nach- richten (einer Anfrage des ersten Knotens und einer Antwort der Vorrichtung an den ersten Knoten) beschränkt werden. Darüber hinaus kann die Dynamik des Strombezugs bzw. der Stromabgabe durch die den Energieeinspeisepunkt überwachende Vorrichtung gering gehalten werden.
Um im Falle einer drohenden Überlast einzelne erste Knoten dezidiert zur Reduktion ihrer Stromaufnahme oder -abgäbe ansprechen zu können, ist vorgesehen, die Strominformation zusammen mit einem Kennzeichner des ersten Knotens abzuspei- ehern. Dies kann beispielsweise in einem lokalen Speicher der das Verfahren ausführenden Vorrichtung erfolgen. Alternativ könnte ebenfalls ein zentraler Speicher des Energieversorgungsnetzes genutzt werden, wobei in diesem Fall die genannten Informationen an eine zentrale Recheneinheit des zentra- len Speichers übertragen werden müssen.
Die Strominformation umfasst entweder einen durch den ersten Knoten gemessenen Stromwert oder einen in dem ersten Knoten hinterlegten Stromwert oder eine den Stromwert repräsentie- rende Information, wobei im letzten Fall eine Recheneinheit des Energieeinspeisepunkts von der Information auf den Stromwert schließen kann. Eine solche Information könnte beispielsweise eine Typbezeichnung des Knotens sein, welche unmittelbar mit einem Anschlusswert verknüpft ist. Beispiels- weise kann hierzu eine Datenbank vorgesehen sein, in der die Anschlusswerte von Komponenten unterschiedlicher Hersteller hinterlegt sind. Eine entsprechende Information kann dann dazu genutzt werden, den im Betrieb regelmäßig anfallenden Stromwert zu ermitteln.
In der Nachricht, welche dem ersten Knoten die Stromaufnahme oder -abgäbe bestätigt oder diese ablehnt, wird eine maximal erlaubte Höhe der Stromaufnahme oder -abgäbe übertragen, wo- bei die maximal erlaubte Höhe kleiner oder gleich dem in der Strominformation enthaltenen Stromwert ist. Diese Ausgestaltung erlaubt es der das Verfahren ausführenden Vorrichtung einen angefragten Stromwert nicht nur lediglich mit „ja" oder „nein" zu bestätigen oder abzulehnen, sondern auch eine von dem in der Anfrage des ersten Knotens abweichende Stromhöhe als maximal erlaubten Stromwert zu übertragen. Fragt beispielsweise der erste Knoten für den Bezug eines Stromes in Höhe von 50 A an, so kann durch die Vorrichtung als maximal erlaubter Strom ein Stromwert in Höhe von 25 A an den ersten Knoten übertragen werden. Der erste Knoten kann dann selbst entscheiden, ob er die Entnahme von Strom in Höhe von 25 A durchführen möchte oder nicht. Ebenso kann ein Faktor als Antwort übertragen werden. Beispielsweise bedeutet „0,6" bzw. „1,3" als Antwort auf den angefragten Strom in Höhe von 50 A, dass 30 A (d.h. das 0,6-fache) bzw. 65 A (d.h. das 1,3 -fache) übertragen werden dürfen.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass eine elektrische Verbindung des Energieeinspeisepunkts zu dem Energieversorgungsnetz aufgetrennt wird, wenn der gemessene Iststrom den Maximalstrom erreicht oder überschreitet. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn eine zu große Anzahl an zweiten Knoten, welche bezüglich einer Stromaufnahme oder -abgäbe nicht mit der das Verfahren ausführenden Vorrichtung kommunizieren, mit dem Energieeinspeisepunkt verbunden ist.
Ebenso kann ein Überlastfall dann auftreten, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung an einzelne oder alle ersten Knoten eine Nachricht übertragen wird, die Stromaufnahme oder - abgäbe zu reduzieren oder zu beenden, wenn der Iststrom einen Stromschwellwert erreicht hat, welcher kleiner als oder maximal gleich dem vorgegebenen Maximalstrom ist. Da der erste Knoten auf eine derartige Nachricht selbsttätig entscheiden kann, ob er die Stromaufnahme oder -abgäbe reduziert oder beendet, kann es bei Nichtbeachtung der Anfrage zu dem erwähnten Überlastfall kommen. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, die obige Nachricht zur Reduzierung oder Beendung der Stromaufnahme oder - abgäbe als Broadcast-Nachricht an die ersten Knoten zu übertragen. Demgegenüber erfolgt die Kommunikation, ob sich ein Knoten mit dem Energieeinspeisepunkt zwecks Stromaufnahme o- der -abgäbe verbinden darf, individuell.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird überprüft, ob im zeitlichen Verlauf eine, insbesondere in etwa konstante, Ab- weichung zwischen dem aus der Strominformation gewonnenen
Stromwert und einem durch die Recheneinheit gemessenen Ist- Stromwert vorliegt, wenn der erste Knoten nach der Nachricht, welche dem ersten Knoten die Stromaufnahme oder -abgäbe bestätigt oder diese ablehnt, entsprechend der Vorgabe der Nach- rieht Strom aufnimmt oder abgibt, wobei die Recheneinheit bei einer oberhalb der vorgegebenen Schranke festgestellten Abweichung die dem ersten Knoten zugeordnete Strominformation durch eine entsprechend dem durch die Recheneinheit ermittelten Ist-Stromwert korrigierte Strominformation ersetzt. Der- artige Diskrepanzen können beispielsweise durch die Dynamik des Betriebs des ersten Knotens auftreten. Ebenso können solche Diskrepanzen jedoch auch wirkungsgradbedingt sein. Kann der erste Knoten beispielsweise nur mit einem wesentlich schlechteren Wirkungsgrad, z.B. aufgrund äußerer Umstände, betrieben werden, so kann die tatsächliche Stromaufnahme oder -abgäbe von dem vorher vereinbarten Stromwert abweichen. Mit einer solchen Abweichung wird die das Verfahren ausführende Vorrichtung überwacht und in einem Speicher dokumentiert, um für weitere erste Knoten eine genaue verfügbare „Reststrom- menge" vorliegen zu haben.
Auf die Stromaufnahme oder -abgäbe der Gesamtheit der zweiten Knoten, welche nicht zur Nachrichtenübertragung oder zum Nachrichtenempfang fähig sind, wird aus der Differenz zwi- sehen dem Iststrom und der Summe der Strominformationen der ersten Knoten, welche Strom aufnehmen oder abgeben, geschlossen. Hierdurch können die statistisch fluktuierenden Stromwerte der zweiten Knoten ermittelt werden. Aus der Statistik des fluktuierenden Stromwertes und dem gemessenen Ist- Stromwert aller zweiten Knoten kann ermittelt werden, welcher maximale Stromwert für die Summe aller ersten Knoten freigegeben werden kann. Die Stromwerte aller zweiten Knoten kann aus der Differenz des Ist-Stromwertes und den in dem Speicher hinterlegten Stromwerten für sämtliche registrierten ersten Knoten ermittelt werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Maximalstrom des Energieeinspeisepunkts durch eine übergeordnete Einheit des Energieversorgungsnetzes vorgegeben wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist über die eingangs erwähnten Komponenten eine Schutzeinrichtung auf, durch die eine elektrische Verbindung zu dem Energieversorgungsnetz auftrennbar ist, wenn der durch die Messeinrichtung gemessene Iststrom den Maximalstrom erreicht oder überschreitet.
Darüber hinaus weist die Vorrichtung weitere Mittel zur
Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens auf .
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines Energieeinspeisepunkts eines Energieversorgungsnetzes, an das mehrere Knoten angeschlossen sind, und
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, das das Vorgehen des erfindungsgemäßen Verfahrens illustriert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines Energieeinspeisepunkts ESP eines Energieversorgungsnetzes EVN. Die Vorrichtung stellt eine Schutzvorrichtung SG dar, welche als Kombination aus einem Leistungsüberwachungsgerät und einem Schutz - Schalter angesehen werden kann. Die Schutzvorrichtung SG ist zwischen dem Energieeinspeisepunkt ESP und dem Energieversorgungsnetz EVN angeordnet. Lediglich beispielhaft ist die Leitung zwischen der Schutzvorrichtung SG und dem Energieeinspeisepunkt ESP dreiphasig ausgebildet, wodurch an den Ener- gieeinspeisepunkt ESP angeschlossene Knoten KU, K12, K13 und K2 beispielsweise mit einer Spannung von 400 V versorgt werden. Ebenso könnten die die Knoten KU, K12, K13, K2 mit der Schutzvorrichtung SG verbindenden Leitungen einphasig ausgeführt sein. In diesem Fall würden die Knoten KU, K12, K13, K2 beispielsweise mit einer VersorgungsSpannung von 230 V versorgt. Die genannten Spannungswerte gelten für ein Energieversorgungsnetz des Niederspannungsbereichs in Deutschland. In anderen Ländern sind die Spannungen eines dreiphasigen und eines einphasigen Energieversorgungsnetzes in einer dem Fachmann bekannten Weise teilweise anders gewählt.
Die Schutzvorrichtung SG umfasst einen Schutzschalter SV, eine Kommunikationseinrichtung KOM, eine Messeinrichtung ME und eine Recheneinheit RE . Wenn in der vorliegenden Beschreibung von einem Schutzschalter SV die Rede ist, so kann hierunter ein gesteuerter Schalter, aber auch eine Schmelzsicherung o- der ein Schütz verstanden werden. Allgemein kommen als
Schutzschalter solche Komponenten in Betracht, welche bei einem über den Schutzschalter SV fließenden Strom, der einen vorgegebenen Maximalstrom übersteigt, die elektrische Verbindung des Energieeinspeisepunkts zu dem Energieversorgungsnetz EVN auftrennen.
Die Aufgabe der Messeinheit ME besteht darin, den über den Schutzschalter SV fließenden Strom (Iststrom) zu erfassen. Dieser entspricht den am Energieeinspeisepunkt sich durch Stromaufnahme oder -abgäbe der Knoten KU, K12, K13, K2 fließenden Strom. Überschreitet der Iststrom den vorgegebenen Maximalstrom, so löst der Schutzschalter SV entweder selbstän- dig aus oder trennt, gesteuert durch die Recheneinheit RE, die Verbindung zwischen dem Energieversorgungsnetz EVN und dem Energieeinspeisepunkt ESP auf. Die Kommunikationseinrichtung KOM ist dazu eingerichtet, mit ersten Knoten KU, K12, K13 zu kommunizieren. Die ersten Knoten verfügen über korrespondierende Kommunikationsmittel (nicht dargestellt) . Demgegenüber stellt der Knoten K2 bei- spielhaft einen zweiten Knoten dar, der über keine Kommunikationsmittel verfügt und daher auch nicht die nachfolgend beschriebene Kommunikation durchführen kann. Der zweite Knoten K2 könnte auch derart ausgebildet sein, dass dieser zwar über Kommunikationsmittel verfügt, welche jedoch nicht geeignet sind, mit der Kommunikationseinrichtung KOM der Schutzvorrichtung SG zu kommunizieren.
Die Kommunikation zwischen der Schutzvorrichtung SG und dem ersten Knoten KU, K12, K13 kann wahlweise leitungsbasiert oder drahtlos sein. Der Kommunikationskanal ist in der Figur schematisch mit L2 gekennzeichnet.
Vorteilhaft basiert die Kommunikation zwischen der Schutzvorrichtung SG und dem ersten Knoten KU, K12, K13 auf einem of- fenen Standard, wie z.B. einer Powerline Communication (PLC) , WiFi oder ZigBee. Bevorzugt erfolgt eine Kommunikation via PLC, wobei hier die Stromleitungen zur Übertragung von Datensignalen genutzt werden können. Die Verwendung eines offenen Standards ist zweckmäßig, da die Schutzvorrichtung SG auf der einen Seite und die daran angeschlossenen ersten Knoten KU, K12, K13 auf der anderen Seite unterschiedlichen Besitzern oder Betreibern gehören können, unterschiedlicher Art oder von unterschiedlichen Herstellern bereitgestellt sein können. Typischerweise wird die Schutzvorrichtung SG vom Betreiber des Energieversorgungsnetzes EVN betrieben bzw. befindet sich in dessen Hoheit. Die mit dem Schutzgerät über den Kommunikationskanal L2 kommunizierenden ersten Knoten KU, K12, K13 befinden sich dahingegen häufig in der Hand von Kunden des Betreibers des Energieversorgungsnetzes EVN. Bei den ersten und dem zweiten Knoten KU, K12, K13, K2 handelt es sich beispielsweise entweder um Energieerzeuger (beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage) , Energieverbraucher (beispielsweise eine zu ladende Batterie eines Elektrofahr- zeugs) oder einen sog. Prosumer. Ein Prosumer ist eine Komponente, die Energie verbrauchen, aber auch Energie erzeugen und in das Energieversorgungsnetz einspeisen kann. Beispielsweise kann die Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs auch als Quelle benutzt werden, beispielsweise zum Ab- bau von kurzzeitigen Lastspitzen.
Über einen schematisch angedeuteten Kommunikationskanal LI, welcher leitungsgebunden oder kabellos sein kann, kann die Schutzvorrichtung SG darüber hinaus optional mit einer nicht dargestellten Leitwarte des Energieversorgungsnetzes EVN kommunizieren. Über diesen Kommunikationskanal LI kann beispielsweise der über den Energieeinspeisepunkt ESP fließende, vorgegebene Maximalstrom vorgegeben oder verändert werden. Die Recheneinheit RE verarbeitet den von der Messeinrichtung ME erfassten Iststrom sowie die im Rahmen einer Kommunikation ausgetauschten Informationen.
Der Ablauf des Verfahrens zur Überwachung des Energieeinspei - sepunkts ESP wird nachfolgend näher anhand von Fig. 2 erläutert. Das Vorgehen geht davon aus, dass die ersten Knoten KU, K12, K13, welche über Kommunikationsmittel zum Austausch von Daten mit der Kommunikationseinrichtung KOM der Schutzvorrichtung SG verfügen, zumindest vor ihrer Aktivierung, d.h. vor der Aufnahme oder Abgabe von Strom, bei der Schutzvorrichtung SG anfragen, wie viel Strom sie übertragen können bzw. dürfen.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ablauf sind neben der Schutz - Vorrichtung SG beispielhaft die ersten Knoten KU und K12 sowie der zweite Knoten K2 dargestellt. Der Ablauf der Kommunikation erfolgt in Fig. 2 in zeitlicher Reihenfolge von oben nach unten. Der erste Knoten KU, ein Energieverbraucher, möchte einen Strom von beispielsweise 50 A beziehen. Der beispielhaft genannte Stromwert in Höhe von 50 A wird als Strominformation SI in einer Nachricht R(SI_K11) an die Schutzvorrichtung SG übertragen. Der Stromwert kann dabei einem Nenn- oder Maximalstromwert des Knotens KU entsprechen. Ebenso kann der Stromwert, der in der Nachricht R(SI_K11) an die Schutzvorrichtung SG übertragen wird, geringer als der Nennoder Maximalstromwert sein, beispielsweise weil der Betrieb des ersten Knotens KU mit diesem geringeren Strom durchge- führt werden kann oder soll.
Die Schutzvorrichtung SG (d.h. deren Recheneinheit RE) nimmt nun eine Überprüfung vor, ob der in der Nachricht R(SI_K11) übertragene Stromwert an den ersten Knoten KU freigegeben werden kann. Hierzu wird zunächst eine Differenzbildung aus dem vorgegebenen Maximalstrom, z.B. 1000 A, des Energieeinspeisepunkts ESP und dem gemessenen Iststrom zum gegenwärtigen Zeitpunkt ermittelt. Beispielsweise beträgt der Iststrom derzeit 800 A, so dass bis zum Eintreten eines Überlastfalles noch ein Strombezug in Höhe von 200 A möglich ist. Die Freigabe der Stromaufnahme durch den ersten Knoten KU kann, da der mögliche Strom (200 A) größer als der angefragte Stromwert (50 A) ist, erfolgen, ohne dass der Überlastfall eintritt. In einer Antwort A(MW_K11) der Schutzvorrichtung SG an den ersten Knoten KU wird daher der angefragte Strom in Höhe von 50 A freigegeben. Die Freigabe kann in der einfachsten Variante durch eine binäre Information, welche einem „ja" o- der einem „nein" entspricht, erfolgen. Ebenso kann der maximal durch den anfragenden ersten Knoten KU beziehbare Strom übertragen werden, in diesem Fall 50 A. Aufgrund der positiven Bestätigung erfolgt durch den ersten Knoten KU das Setzen einer Stromaufnahme, SCD1. Gleichzeitig speichert die Schutzvorrichtung SG den von dem ersten Knoten KU angefragten bzw. durch die Schutzvorrichtung freigegebenen Stromwert (50 A) in Verbindung mit einem Kennzeichner des ersten Knotens KU. Im weiteren Verlauf erfolgt der oben beschriebene Vorgang ebenfalls durch den ersten Knoten K12, der beispielsweise Strom in Höhe von 100 A beziehen möchte. Der Stromwert wird als Strominformation SI des ersten Knotens K12 in der Nach- rieht R(SI_K12) an die Schutzvorrichtung SG übertragen. Entsprechend der oben beschriebenen Überprüfung verbleibt eine Reststrommenge von 150 A bis zum Eintreten des Überlastfalls. Da die angefragte Stromhöhe kleiner als der Differenzwert aus Maximalstrom und Iststrom ist, kann der Anfrage des ersten Knotens K12 stattgegeben werden. Die Schutzvorrichtung SG überträgt in einer Nachricht A(MW_K12) daher den Stromwert MW = 100 A als möglichen Strom. Gleichzeitig speichert die
Schutzvorrichtung SG den von dem ersten Knoten K12 angefragten bzw. durch die Schutzvorrichtung freigegebenen Stromwert (100 A) in Verbindung mit einem Kennzeichner des ersten Knotens K12. Anschließend setzt der erste Knoten K12 eine Stromaufnahme in Höhe von 100 A.
Anstelle der Übertragung eines Stromwertes in der Strominfor- mation könnte ebenfalls eine den Stromwert repräsentierende
Information von dem anfragenden ersten Knoten KU, K12 an die Schutzvorrichtung SG übertragen werden. Beispielsweise könnte eine Hersteller- und Typbezeichnung des ersten Knotens KU, K12 in der Strominformation übertragen werden. Aus einer Ta- belle, welche beispielsweise lokal in der Schutzvorrichtung SG gespeichert ist, könnte dann eine Zuordnung dieser Information zu einem angefragten Stromwert, beispielsweise einem Nennstrom, erfolgen. Die Schutzvorrichtung SG prüft durch Analyse des zeitlichen Verlaufs des Iststroms, ob die von den ersten Knoten KU, K12 angefragten Stromwerte plausibel sind oder ob es Abweichungen gibt. Bei systematischen Abweichungen kann das Schutzgerät die dem betreffenden Knoten zugeordnete Strominformation durch den ermittelten Stromwert ersetzen. Ebenso könnten Korrekturfaktoren eingesetzt werden. Konkret bedeutet dies, dass beispielsweise der erste Knoten K12, der Stromwert in Höhe von 100 A abgefragt hat, tatsächlich Strom in Höhe von 80 A bezieht. Dies hat zur Folge, dass tatsächlich als Reststrommenge bis zum Erreichen des Überlastfalls nicht lediglich 50 A, sondern 50 A + 20 A = 70 A zur Verfügung stehen. Obwohl tatsächlich durch das Schutzgerät lediglich der über den Energieeinspeisepunkt ESP fließende Strom ermittelt wird, ist eine Zuordnung zu den einzelnen Geräten möglich, da eine sequentielle Kommunikation und Zuschaltung einzelner erster Knoten an den Energieeinspeisepunkt erfolgt. Beispielsweise kann die Kommunikation bzw. die Beantwortung der Anfrage ei- nes weiteren ersten Knotens erst dann erfolgen, wenn nach einer bestimmten Karenzzeit der Unterschied zwischen einer angefragten Stromhöhe und dem tatsächlichen Strombezug des zuletzt hinzugekommenen Knotens ermittelt werden konnte. Im Ablaufdiagramm der Fig. 2 geht nun im weiteren Verlauf der zweite Knoten K2 ans Netz und bezieht einen Strom in einer der Schutzvorrichtung SG zunächst nicht bekannten Höhe. Es wird davon ausgegangen, dass es sich bei dem zweiten Knoten um eine Vielzahl kleinerer Lasten handelt. Diese werden sta- tistisch betrieben. Aus der Differenz zwischen dem von der
Schutzvorrichtung SG gemessenen Ist-Stromwert und den von den ersten Knoten übertragenen Strominformationen ermittelt die Schutzvorrichtung SG den statistisch fluktuierenden Stromwert aller zweiten Knoten K2. Aus der Statistik des fluktuierenden Stromwertes und dem aktuellen Ist-Stromwert aller nicht kommunizierenden zweiten Knoten ermittelt die Schutzvorrichtung SG, welchen Maximalstromwert es für die Summe aller kommunizierenden Lasten freigeben kann. Beispielsweise ergibt der zeitliche Verlauf eines fluktuierenden Stromwertes, dass der Stromwert der zweiten Knoten maximal zwischen ±50 A schwankt, in einem Zeitintervall, in dem erste Knoten sicher abgeschaltet werden können. Der
Stromwert der zweiten Knoten beträgt aktuell beispielsweise 100 A. Damit kann die Schutzvorrichtung bis zu 850 A Stromentnahme oder 1050 A Rückspeisung freigeben. Im Beispiel des Ablaufplans gemäß Fig. 2 führt der zusätzliche Strombezug des zweiten Knotens K2 dazu, dass eine drohende Überlast detektiert wird, DOTC1. Dies erfolgt durch die Auswertung des Ist-Stromwertes durch die Schutzvorrichtung SG. Daraufhin überträgt die Schutzvorrichtung SG eine Nachricht R1(RED_K12) gezielt an den ersten Knoten K12 die Stromaufnahme zu reduzieren. Da die ersten Knoten KU, K12, K13 durch die Schutzvorrichtung nicht gesteuert oder geregelt werden, steht es dem ersten Knoten KU frei, auf diese Anfra- ge zu reagieren oder auch nicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel reduziert der erste Knoten K12 die Stromaufnahme durch das Setzen eines neuen, geringeren Strombezugswertes SCD21. Kurz darauf erhöht der zweite Knoten K2 seine Stromaufnahme. Die Schutzvorrichtung SG registriert daraufhin erneut eine drohende Überlast, DT0C2. In kurzer zeitlicher Folge oder gleichzeitig werden nun Nachrichten R2 (RED_K11) und
R3(RED_K12) an die ersten Knoten KU, K12, die Stromaufnahme zu reduzieren, übertragen. Während der erste Knoten K12 reagiert und sich abschaltet, SO, reagiert der erste Knoten KU nicht. Nachdem die Schutzvorrichtung SG nunmehr eine Überlast, d.h. einen Strom von mehr als 1000 A im vorliegenden Ausführungsbeispiel, detektiert (DOC) , erfolgt über den
Schutzschalter SV eine Netztrennung, DISC.
Mit der beschriebenen Schutzvorrichtung ist die Überlegung verbunden, dass größere Lasten, wie z.B. DC- Schnellladestationen, und Quellen, wie z.B. Photovoltaik- Anlagen, nur an das Energieversorgungsnetz EVN angeschlossen werden dürfen, wenn sie über die beschriebenen Kommunikationsmittel verfügen. Hierdurch soll verhindert werden, dass Ladestationen für Elektrofahrzeuge mit einer hohen Leistungsaufnahme ans Netz gehen und sofort den Schutzschalter SV aus- lösen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn bereits mehrere Ladestationen parallel aktiv sind und der Energieeinspeisepunkt mit einem hohen Strom belastet ist. Ähnliches gilt in umgekehrter Richtung, wenn mehrere Energieerzeuger über denselben Energieeinspeisepunkt Strom in das Energieversorgungsnetz einspeisen wollen.
Durch das vorgeschlagene Vorgehen kann die maximale Stromauf- nähme oder -abgäbe des Energieeinspeisepunkts dynamisch ange- passt werden. Das Vorgehen ist vorteilhaft, damit der Netz- betreiber präventiv aufgrund von Überlasten oder Engpässen in übergeordneten Teilbereichen des Energieversorgungsnetzes reagieren kann.
Die Schutzvorrichtung kann mit einem Datenspeicher ausgerüstet sein. Dieser kann für die statistische Auswertung des fluktuierenden Stromes nicht kommunizierender Lasten, d.h. der zweiten Knoten, verwendet werden. Der Speicher kann dazu benutzt werden, um Fehler oder Informationen über defekte
Knoten abzulegen. Damit kann gegebenenfalls auch eine Fehleranalyse nach dem Abschalten realisiert oder eine weitere Abschaltung nach Wiederherstellen einer Netzanbindung verhindert werden.
Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung ermöglicht es, näher an die Belastungsgrenze des Energieverteilnetzes zu gehen. Ebenso kann die Anzahl der überlastbedingten Netzabschaltungen verringert werden.
Sämtliche für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Komponenten können in der Schutzvorrichtung am Energieeinspeisepunkt integriert werden. Hierbei ist eine Realisierung mit geringer Komplexität möglich.
Die Schutzvorrichtung steuert dabei nicht direkt die Knoten, sondern liefert diesen lediglich Informationen bezüglich der maximalen Stromstärke einer Leistungsaufnahme oder -abgäbe. Die angeschlossenen Knoten steuern sich selbst auf Basis der erhaltenen Informationen von der Schutzvorrichtung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung eines Energieeinspeisepunkts (ESP) eines Energieversorgungsnetzes, insbesondere im Nieder- spannungsbereich, wobei an den Energieeinspeisepunkt (ESP) eine Anzahl an ersten und zweiten Knoten (KU, K12, K13, K2) angeschlossen ist oder anschließbar ist, wobei ein jeweiliger Knoten (KU, K12, K13, K2) ein Energieerzeuger, ein Energieverbraucher oder ein Prosumer ist, bei dem:
a) an dem Energieeinspeisepunkt (ESP) ein die Stromaufnahme oder -abgäbe repräsentierender Iststrom durch eine Mess- und Überwachungseinrichtung erfasst wird;
b) eine von einem der ersten Knoten (KU, K12, K13) erhaltene Strominformation (SI) , die eine beabsichtigte und/oder ei- ne maximal mögliche Stromaufnahme oder -abgäbe des ersten
Knotens (KU, K12, K13) repräsentiert, verarbeitet wird, indem überprüft wird, ob ein Stromwert der Strominformation (SI) ein vorgegebenes Kriterium in Bezug auf einen möglichen Stromwert (MW) des Energieeinspeisepunkts (ESP) er- füllt;
c) der mögliche Stromwert (MW) durch eine Differenzbildung aus dem vorgegebenen Maximalstrom des Energieeinspeisepunkts (ESP) und dem Iststrom ermittelt wird;
d) in Abhängigkeit der Erfüllung oder Nicht-Erfüllung des
Kriteriums an den ersten Knoten (KU, K12, K13) eine Nachricht übertragen wird, welche dem ersten Knoten (KU, K12, K13) die Stromaufnahme oder -abgäbe bestätigt oder ablehnt .
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Kriterium erfüllt ist, wenn der Stromwert der Strominformation (SI) kleiner als der Betrag des möglichen Stromwerts (MW) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Kriterium nicht erfüllt ist, wenn der Stromwert der Strominformation
(SI) größer als der Betrag des möglichen Stromwerts (MW) ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schritte a) bis d) für jeden ersten Knoten (KU, K12, K13), der Strom aufnehmen oder abgeben möchte, separat durchlaufen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strominformation (SI) zusammen mit einem Kennzeichner des ersten Knotens (KU, K12, K13) abgespeichert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strominformation (SI) einen durch den ersten Knoten (KU, K12, K13) gemessenen oder in dem ersten Knoten (KU, K12, K13) hinterlegten Stromwert oder eine, einen Stromwert repräsentierende Information umfasst, wobei eine Recheneinheit (RE) des Energieeinspeisepunkts (ESP) von der Information auf den Stromwert schließen kann.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der Nachricht, welche dem ersten Knoten (KU, K12, K13) die Stromaufnahme oder -abgäbe bestätigt oder diese ablehnt, eine maximal erlaubte Höhe der Stromaufnahme oder -abgäbe übertragen wird, wobei die maximal erlaubte Höhe kleiner oder gleich dem in der Strominformation (SI) enthaltenen Stromwert ist .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine elektrische Verbindung des Energieeinspeisepunkts (ESP) zu dem Energieversorgungsnetz (EVN) aufgetrennt wird, wenn der gemessene Iststrom den Maximalstrom erreicht oder über- schreitet.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an einzelne oder alle ersten Knoten (KU, K12, K13) eine Nachricht übertragen wird, die Stromaufnahme oder -abgäbe zu reduzieren oder zu beenden, wenn der Iststrom einen Stromschwellwert erreicht hat, welcher kleiner als der vorgegebene Maximalstrom ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dass die Nachricht als Broad- cast-Nachricht an die ersten Knoten (KU, K12, K13) übertragen wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem überprüft wird, ob im zeitlichen Verlauf eine, insbesondere in etwa konstante, Abweichung zwischen dem aus der Strominformation (SI) gewonnenen Stromwert und einem durch die Recheneinheit gemessenen Ist-Stromwert vorliegt, wenn der erste Knoten nach der Nachricht, welche dem ersten Knoten
(KU, K12, K13) die Stromaufnahme oder -abgäbe bestätigt oder diese ablehnt, entsprechend der Vorgabe der Nachricht Strom aufnimmt oder abgibt, wobei die Recheneinheit bei einer oberhalb einer vorgegebenen Schranke festgestellten Abweichung die dem ersten Knoten (KU, K12, K13) zugeordnete Strominformation (SI) durch eine entsprechend dem durch die Recheneinheit ermittelten Ist-Stromwert korrigierte Strominformation ersetzt .
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf die Stromaufnahme oder -abgäbe der Gesamtheit der zweiten Knoten, welche nicht zur Nachrichtenübertragung oder zum Nachrichtenempfang fähig sind, aus der Differenz zwischen dem Iststrom und der Summe der Strominformationen der ersten Knoten (KU, K12, K13), welche Strom aufnehmen oder abgeben, geschlossen wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Maximalstrom durch eine übergeordnete Einheit des Energieversorgungsnetzes vorgegeben wird.
14. Vorrichtung zur Überwachung eines Energieeinspeisepunkts (ESP) eines Energieversorgungsnetzes (EVN) , insbesondere im Niederspannungsbereich, wobei an den Energieeinspeisepunkt (ESP) eine Anzahl an ersten und zweiten Knoten angeschlossen ist oder anschließbar ist, wobei ein jeweiliger Knoten ein Energieerzeuger, ein Energieverbraucher oder ein Prosumer ist, umfassend: eine Mess- und Überwachungseinrichtung (ME) zur Messung eines die Stromaufnahme oder -abgäbe repräsentierenden Iststroms am Energieeinspeisepunkt (ESP) ;
eine Kommunikationseinrichtung (KOM) zum Austausch von Da- ten mit den ersten Knoten (KU, K12, K13) ;
eine Recheneinheit (RE) zur Verarbeitung einer von einem der ersten Knoten (KU, K12, K13) erhaltenen Strominformation (SI) , die eine beabsichtigte und/oder eine maximal mögliche Stromaufnahme oder -abgäbe des ersten Knotens (KU, K12, K13) repräsentiert,
wobei
durch die Recheneinheit (RE) überprüfbar ist, ob ein Stromwert der Strominformation (SI) ein vorgegebenes Kriterium in Bezug auf einen möglichen Stromwert (MW) des Energieeinspeisepunkts (ESP) erfüllt;
der mögliche Stromwert (MW) durch die Recheneinheit (RE) durch eine Differenzbildung aus dem vorgegebenen Maximalstrom des Energieeinspeisepunkts (ESP) und dem Iststrom ermittelbar ist;
- durch die Kommunikationseinrichtung (KOM) in Abhängigkeit der Erfüllung oder Nicht-Erfüllung des Kriteriums an den ersten Knoten (KU, K12, K13) eine Nachricht übertragbar ist, welche dem ersten Knoten (KU, K12, K13) die Stromaufnahme oder -abgäbe bestätigt oder ab- lehnt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Schutzeinrichtung umfasst, durch die eine elektrische Verbindung zu dem Energieversorgungsnetz auf- trennbar ist, wenn der durch die Messeinrichtung (ME) gemessene Iststrom den Maximalstrom erreicht oder überschreitet.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass diese weitere Mittel zur Durchführung des Ver- fahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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