WO2017001030A1 - Energy management system for an energy generation system - Google Patents

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WO2017001030A1
WO2017001030A1 PCT/EP2016/000440 EP2016000440W WO2017001030A1 WO 2017001030 A1 WO2017001030 A1 WO 2017001030A1 EP 2016000440 W EP2016000440 W EP 2016000440W WO 2017001030 A1 WO2017001030 A1 WO 2017001030A1
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converter
energy
electrical
power
connection line
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PCT/EP2016/000440
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German (de)
French (fr)
Inventor
Olaf Wollersheim
Andreas Gutsch
Michael Rentzsch
Thomas Timke
Original Assignee
Karlsruher Institut für Technologie
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/50—Energy storage in industry with an added climate change mitigation effect

Definitions

  • the invention relates to a DC-coupled energy management system for a power generation plant, in particular a photovoltaic system, a power generation plant with a DC coupled energy management system, a DC / DC converter for a DC coupled energy management system, and a method of operating a power plant with a DC coupled energy management system.
  • PV modules photovoltaic modules
  • strings of a PV unit.
  • the typical current in such an electrical connection line is in the range of 0.1 to 30 A.
  • DC cable connected to a string input of a grid connected inverter The grid-connected inverter may optionally have several such string inputs, to each of which a string can be connected.
  • a power generating device designed as a photovoltaic system with a converter device with DC / DC converter wherein the converter device via a first bidirectional DC connection to a battery for discharging and charging the battery and via a second DC Connection is connected to a grid-connected inverter.
  • the converter device has a third DC connection, with which it is connected directly to the photovoltaic system.
  • the second and third DC connection can be bridged via internal or external switches in such a way that the power of the energy generation device can be fed directly into the supply network-coupled inverter. Further, a switch is disposed between the DC / DC converter and the second DC terminal and the third DC terminal to connect the DC / DC converter of the second DC port and the third DC port to decouple, if z. B. the solar module in the dark state or at night no external voltage tolerates.
  • An object of the invention is therefore to provide a DC coupled power management system which can be easily coupled to a power plant and efficiently operated.
  • Other objects of the invention are to make a power plant capable of being operated efficiently with a DC coupled power management system, to provide a DC / DC converter for such a DC coupled power management system, and to provide a method of operating such a power plant efficient operation possible.
  • the invention is based on a DC-coupled energy management system for a power generation plant, in particular a photovoltaic system comprising a control unit, a sensor unit for measuring an electrical balance between consumers of the power generation plant and a grid connection of a power supply network, and a DC / DC converter having a first terminal is connected to an electrical connection line of the power generation plant between an energy converter and a supply network coupled inverter and with a second connection to at least one energy storage unit.
  • a DC-coupled energy management system for a power generation plant in particular a photovoltaic system comprising a control unit, a sensor unit for measuring an electrical balance between consumers of the power generation plant and a grid connection of a power supply network, and a DC / DC converter having a first terminal is connected to an electrical connection line of the power generation plant between an energy converter and a supply network coupled inverter and with a second connection to at least one energy storage unit.
  • the control unit is in communication with the sensor unit, the energy storage unit and the DC / DC converter.
  • the energy converter is provided for providing a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions.
  • the grid-connected inverter is designed to power one or more loads and connected to the grid connection.
  • the DC / DC converter is bidirectional, so that electrical energy can be removed from the electrical connection line and / or electrical energy can be supplied to the electrical connection line. In this case, the removal or the supply of electrical energy by the DC / DC converter by means of the control unit is controllable, wherein the control unit controls the DC / DC converter according to the electrical balance determined by the sensor unit.
  • the energy supply network can in particular be a public or private, in particular an economically balanced, energy supply network.
  • a PV system with PV modules generates, according to their specific and, if appropriate, material-dependent current / voltage characteristic, a DC voltage and a DC current corresponding to the respective operating state, which is converted into AC by means of the supply-network-coupled inverter.
  • the DC internal resistance of the supply-network-coupled inverter is set by the control logic of the inverter in such a way that a maximum electrical power can be generated in the respectively current operating state of the PV modules.
  • This control strategy is referred to as Maximum Power Point Tracking (MPPT).
  • the MPPT methodology allows the grid-connected inverter to be able to maintain the actual instantaneous power of the PV modules by changing its internal electrical resistance to one power
  • the grid-connected inverter is unable to produce more electrical power than the PV modules can provide in their current operating state at maximum efficiency according to the MPPT method, the instantaneous maximum power of the PV modules This depends mainly on the radiation intensity, the module temperature and the aging state of the modules.When the modules are operated at the MPP point, a further increase in the electrical output of these modules is not possible. This means that it is possible for a conventional grid-connected PV system to the PV To reduce power to zero, but not to provide more AC power, as it is physically possible according to the aforementioned factors.
  • the energy management system according to the invention allows operation of the power generation plant even at reduced power of the energy converter, so that operation of the power generation plant is also possible 24 hours a day and in which the disadvantages of the prior art DC coupling of a connected energy storage can be avoided.
  • an energy converter such as a photovoltaic unit (PV unit)
  • PV unit photovoltaic unit
  • DC / DC converter bidirectional DC-DC converter
  • the T-shaped connection point may expediently have a suitable unidirectional blocking element on the side facing the energy converter, which prevents unwanted feedback from the energy storage unit into the energy converter, in particular a diode or a corresponding circuit which prevents such recovery from the energy storage unit into the energy converter , and which is connected to the energy converter in the reverse direction.
  • the DC / DC converter has a maximum of two power-carrying terminals for one plus and one minus pole.
  • a power-carrying electrical connection is connected to the electrical connection line and the second power-carrying electrical connection is connected to an energy storage unit, for example a rechargeable battery system or a condenser unit.
  • the bidirectional DC / DC converter is able to conduct electrical energy generated in the energy converter to the energy storage unit and / or to conduct electrical energy from the at least one energy storage unit to the grid-coupled inverter.
  • the DC / DC converter is provided for voltage adjustment between the electrical connection line and the energy storage unit.
  • the DC / DC converter and the energy storage unit are one Communication line connected to the central control unit of the energy management system. There is no communication line or other type of communication structure to the grid-coupled inverter.
  • the central control unit is connected to a suitable sensor unit, for example an alternating current (AC) sensor in communication connection.
  • the AC sensor is arranged downstream of the supply-network-coupled inverter in the current flow direction, wherein between the supply network coupled inverter and the AC sensor at least one, preferably all, consumers of the relevant electrical balance space are arranged.
  • the sensor unit detects at a predetermined time resolution in the relevant electrical balance space between the consumers of the power generation plant and the grid connection at least the relevant AC grid data: current and / or voltage and / or frequency in each phase. These data are transmitted via the communication line to the central control unit.
  • the evaluation of these data in the central control unit gives the instantaneous electrical energy flow in the predetermined temporal resolution and thus the net electrical balance of the power generation plant.
  • the control unit is thus able to control the DC / DC converter according to the electrical balance determined by the sensor unit.
  • the internal resistance of the grid-connected inverter via the electrical balance, to which the DC / DC converter is controlled can be suitably influenced as if the entire energy that is supplied to the supply network coupled inverter input side, would come from the energy converter.
  • the DC / DC converter can be designed to emulate a current / voltage characteristic of the energy converter when feeding electrical energy into the electrical connection line.
  • the MPPT method of the grid-connected inverter as above described, is not adversely affected and the grid-connected inverter continues, for example, at night when a PV module generates no energy, the DC / DC converter operates favorably with respect to the target power supply or removal, according to the connection of transported electricity as a function of the voltage according to a current / voltage characteristic of the energy converter, so for example a silicon-based photovoltaic cell or other suitable materials with photovoltaic effect.
  • the electrical connection line may have a unidirectional blocking element, which prevents unwanted feedback from the energy storage unit in the energy converter, in particular a diode or a corresponding circuit that prevents such feedback, which between an output of the energy converter and a connection point of the DC / DC converter is arranged in the electrical connection line and is connected in the reverse direction to the energy converter.
  • a unidirectional blocking element which prevents unwanted feedback from the energy storage unit in the energy converter
  • a diode or a corresponding circuit that prevents such feedback which between an output of the energy converter and a connection point of the DC / DC converter is arranged in the electrical connection line and is connected in the reverse direction to the energy converter.
  • the sensor unit may comprise at least one AC sensor, the sensor unit preferably detecting at least current and / or voltage and / or frequency of the electrical power at the mains connection with a time resolution of less than 200 msec, preferably less than 100 msec.
  • the connected consumers of the power generation plant usually operate as AC powered components because they are connected to a conventional power supply to which the power generation plant is connected via the grid-connected inverter. Therefore, it is advantageous if the AC power of the consumer is detected with a suitable time resolution to represent the electrical balance of the power plant.
  • the energy storage unit may have a rechargeable battery system and / or a capacitor unit and / or a flywheel storage.
  • Storage systems are conceivable, which allow to absorb electrical energy and in a suitable form, possibly also as mechanical or chemical energy, to store and release the stored energy directly as electrical energy or to convert the stored energy form back into electrical energy and deliver it.
  • the DC / DC converter via the second terminal with one or more power generation units in particular a power generation unit of a fuel cell system, an AC block heating, a DC block heating, a motor generator or the like may be connected.
  • the energy management system may have between the DC / DC converter and the energy storage unit on a DC bus another T-shaped connection point as an electrical connection to further electric power generation units.
  • These power generation units may be, for example, wind turbines, fuel cells, biogas plants, micro-block heating or conventional fossil-powered motor generators.
  • These power generation units are advantageously unidirectional, i. operated with power flow to the DC bus out. All of these power generation units are connected to the central control unit of the energy management system.
  • the one or more power generation units may be operable as constant voltage sources.
  • the operation of the AC / DC or DC / DC converter of the power generation units connected to the DC bus of the energy storage unit takes place with respect to the output voltage to the DC bus of the energy storage unit as a quasi-constant voltage source.
  • the energy management system according to the invention is cheap to operate via the controlled by the control unit DC / DC converter.
  • the energy storage unit and / or the DC / DC converter and / or the inverter for the operation of the one or more power generation units can be controlled via the control unit.
  • the power generation units are not connected to the control unit of the grid-connected inverter and receive from there so also no information and also send no signals there.
  • the control unit controls the advantageous use of the various power generation units according to the current operation of Energy converters and consumers according to the current electrical balance determined by the sensor unit.
  • a power generation plant in particular a photovoltaic system, with a DC coupled
  • Energy management system comprising an energy converter, in particular a photovoltaic unit, which is provided for providing a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions, and a supply network coupled inverter, which is provided for feeding one or more consumers and connected to a grid connection of a power grid is.
  • the power generation plant comprises a control unit, a sensor unit for measuring an electrical balance between consumers and the grid connection, and a DC / DC converter connected to a first connection to an electrical connection line between the energy converter and the grid-coupled inverter and to a second terminal at least one energy storage unit is connected.
  • the control unit is designed for communication with the sensor unit, the energy storage unit and the DC / DC converter.
  • the DC / DC converter is bidirectional, so that electrical energy can be removed from the electrical connection line and / or electrical energy can be supplied to the electrical connection line.
  • the removal or supply of electrical energy can be controlled by the DC / DC converter by means of the control unit, wherein the control unit controls the DC / DC converter according to the electrical balance determined by the sensor unit.
  • the electrical connection line may comprise a unidirectional blocking element which prevents unwanted feeding back of the energy storage unit into the energy converter, in particular a diode or a corresponding circuit which prevents such return from the energy storage unit in the energy converter, which between an output of the energy converter and a Connection point of the DC / DC converter is arranged in the electrical connection line and is connected in the reverse direction to the energy converter.
  • a DC / DC converter for a DC-coupled power management system is proposed, with a first terminal connected to an electrical connection line of a
  • Power generation plant between an energy converter and a grid-coupled inverter and with a second terminal which is connected to at least one energy storage unit, wherein a removal of electrical energy from the electrical connection line or supplying electrical energy to the electric
  • Connecting line is controlled by a control unit.
  • the control unit controls the DC / DC converter according to the electrical balance determined by a sensor unit between consumers of the power generation system and a mains connection.
  • at least one load of the power generation plant preferably all consumers of the power generation plant, are advantageously taken into account for detecting the electrical balance.
  • a method for operating a power generation plant with a DC coupled energy management system comprising detecting the electrical balance between consumers of the power generation plant and a grid connection of a power supply network by means of a sensor unit, controlling a DC / DC converter, the at least an energy storage unit is connected by means of a control unit according to the electrical balance determined by the sensor unit, and the removal or supply of electrical energy by the DC / DC converter to an electrical connection line between an energy converter and a power supply system coupled to the grid.
  • the operation of the energy management system according to the invention takes place as in
  • the sensor unit preferably designed as an AC sensor, detects with a temporal resolution of in particular less than 200 msec, preferably less than 100 msec in the relevant electrical balance space between the consumers of the power generation plant and the grid connection at least the relevant AC grid data: current, voltage .
  • the central control unit additionally evaluates all further state variables of the further energy storage devices and energy generation units connected to the DC bus of the energy storage unit and then decides which operation the DC / DC converter should perform in the following rule interval.
  • the decision of the central control unit is based on the consideration of the state variables of the connected components, taking into account the specific instantaneous performance of the connected components and taking into account the specific costs of the electrical energy caused by the various connected components.
  • the aim is to minimize the total costs of the demand-oriented provision of electrical energy from the energy converter, in particular the renewable energy source, and thereby to optimize the overall economy of the power generation plant.
  • the internal resistance of the supply-network-coupled inverter can be suitably influenced as if all the energy supplied to the supply network-coupled inverter on the input side is taken from the Energy converter would come.
  • the bidirectionally formed DC / DC converter then carries out the necessary operation, wherein there are two operating states of the DC / DC converter. These are: to draw electrical energy from the electrical connection line, to supply electrical energy to the electrical connection line.
  • the MPPT method of the grid-connected inverter is not adversely affected and the grid-coupled inverter continues, for example, at night when a PV module does not generate energy, the DC / DC operates With respect to the target power supply or removal, according to the relationship of transported current as a function of voltage according to a current / voltage characteristic of the energy converter, so for example a silicon-based photovoltaic cell.
  • This control strategy of the DC / DC converter in no way adversely affects the MPPT control logic of the grid-connected inverter, so that the grid-connected inverter does not detect a difference between the "true" electrical power of the energy converter and the resulting electrical power provided by the energy management system.
  • each Any utility-coupled inverter can be used for AC supply of any type of renewable electrical energy.
  • the invention is therefore particularly suitable for the further integration of renewable electric power generation units, because no special devices for the DC / AC conversion are necessary and the AC feed is thus based on a device technology that has already been operated successfully over many decades.
  • the operation of the DC / DC converter can take place in parallel with the operation of the energy converter.
  • both operating states of the DC / DC converter namely the removal of electrical energy from the electrical connection line, as well as the supply of electrical energy in the electrical connection line, be carried out in parallel to the operation of the energy converter, so that the converted from the supply network inverter Energy may consist partly of the energy supplied by the energy converter and partly of the energy supplied by the energy storage unit.
  • the energy management system can at least one of the operating states (i) generating electrical energy by the energy converter and supplying electrical energy through the DC / DC converter to the electrical connection line, (ii) generating electrical energy by the energy converter and removing electrical energy the DC / DC converter from the electrical connection line, or (iii) supplying electrical energy to the electrical connection line through the DC / DC converter.
  • These operating states of the energy management system result in particular with regard to the joint operation of energy converters and DC / DC converters, and in particular to the two operating states of the DC / DC converter for removing electrical energy from the electrical connection line, as well as the supply of electrical energy in the electrical connection line.
  • the third operating state of the energy management system (iii) supplying electrical energy to the electrical connection line through the DC / DC converter in particular represents the night mode of the power generation plant.
  • the control unit can control the DC / DC converter with the goal of a zero net electrical balance determined by the sensor unit.
  • Such operation is advantageous because the energy consumed by consumers is completely removed from the operation of the system Energy production plant is removed and no energy from the power grid, such as a public or private, especially economically balanced network must be removed. As a result, the operation of the consumer with respect to the power generation unit is self-sufficient. On the other hand, no energy is supplied to the power grid, which can be favorable under certain conditions, which may depend on corresponding energy supply contracts. Alternatively, it is also conceivable to choose a different target variable instead of the target quantity of a net electrical balance of zero.
  • control unit can also control the DC / DC converter with the aim of maximum power output of the power generation plant on the basis of the available DC power at the input of the supply-network-coupled inverter.
  • Such operation of the energy management system may be advantageous if from the power generation plant to be taken at the time under the given boundary conditions, such as current weather, state of the system, current electricity costs, maximum deliverable power. Thus, possibly a cost-optimal operation of the power generation plant can be realized.
  • Fig. 1 is a block diagram of a power plant with a
  • the sole FIGURE 1 shows a block diagram of a power generation plant 100 with an energy management system 10 according to an embodiment of the
  • the power generation plant 100 which can represent in particular a photovoltaic system, is formed with the DC-coupled energy management system 10.
  • the power generation plant 100 includes the energy converter
  • the power generation plant 100 includes the supply network coupled inverter 14, which is provided for feeding one or more consumers 80 and is connected to the grid connection 20 of the power supply network 200.
  • the supply network coupled inverter 14 which is provided for feeding one or more consumers 80 and is connected to the grid connection 20 of the power supply network 200.
  • three consumers 81, 82, 83 are connected to the line 56 between the output 18 of the supply-network-coupled inverter 14 and the mains connection 20.
  • the DC-coupled energy management system 10 comprises the control unit 30, which is connected via the communication line 36 to the sensor unit 32 for measuring an electrical balance between consumers 80 and the grid connection 20 of the power supply network 200, and the DC / DC converter 22 connected to the first terminal 24 is connected via the T-shaped connection point 54 to the electrical connection line 16 between the output 62 of the power converter 12 and the input 28 of the supply-network-coupled inverter 14 and to the second terminal 26 via the line 60 to the energy storage unit 40.
  • the sensor unit 32 comprises at least one AC sensor, wherein the sensor unit 32 preferably at least current and / or voltage and / or frequency of the electrical power between the consumers 80 and the power supply 20 with a time resolution of less than 200 msec, preferably less than 100 msec detected.
  • the energy storage unit 40 may include a rechargeable battery system and / or a capacitor unit and / or a flywheel storage.
  • the electrical connection line 16 of the power plant 100 includes the unidirectional blocking element 52, such as a diode that prevents unwanted feedback from the energy storage unit 40 into the power converter 12, which is between the output 62 of the power converter 12 and the connection point 54 of the DC / DC converter 22 is arranged in the electrical connection line 16 and is connected in the reverse direction to the energy converter 12 out.
  • the unidirectional blocking element 52 such as a diode that prevents unwanted feedback from the energy storage unit 40 into the power converter 12
  • the connection point 54 of the DC / DC converter 22 is arranged in the electrical connection line 16 and is connected in the reverse direction to the energy converter 12 out.
  • the DC / DC converter 22 is bidirectional, so that electrical energy can be removed from the electrical connection line 16 and / or electrical energy can be supplied to the electrical connection line 16.
  • the removal or supply of electrical energy by the DC / DC converter 22 is by means of
  • Control unit 30 controllable, which control unit 30 controls the DC / DC converter 22 via the communication line 34 according to the determined by the sensor unit 32 between consumers 80 of the power generation plant 100 and the power supply 20 electrical balance.
  • the DC / DC converter 22 is designed to emulate a current / voltage characteristic of the energy converter 12 when electrical energy is fed into the connection line 16. Further, the DC / DC converter 22 is connected through the second terminal 26 at the T-shaped terminal 58 to a plurality of power generating units, here, the fuel cell system 41, the AC block heating power plant 42, the DC block heating power plant 43, and the motor generator 44, which the additional supply of electrical energy via the DC / DC converter 22 in the electrical connection line 16 and thus in the supply network coupled inverter 14 can serve to power consumers 80.
  • the power generation units 41, 42, 43, 44 are operable as constant voltage sources.
  • DC / DC converter 70 and inverter 72 for the operation of the power generation units 41, 42, 43, 44 can also be actuated via the control unit 30 via the communication line 38.
  • the method of operating the power plant 100 with the DC coupled power management system 10 includes sensing the electrical balance between the consumers 80 of the power generation plant 100 and the grid connection 20 of the power supply network 200 by means of the sensor unit 32, the control of the DC / DC converter 22, which is connected to the energy storage unit 40, by the control unit 30 after that of the sensor unit 32nd certain electrical balance, and further the removal or supply of electrical energy through the DC / DC converter 22 on the electrical connection line 16 between the power converter 12 and the grid-connected inverter 14 of the power generation plant 100.
  • the operation of the DC / DC converter 22 can be parallel to operate the energy converter 12 done.
  • the energy management system 10 can thus each have at least one of the operating states (i) generating electrical energy by the energy converter 12 and supplying electrical energy through the DC / DC converter 22 to the electrical connection line 16, (ii) generating electrical energy by the energy converter 12 and withdrawing electrical energy through the DC / DC converter 22 from the electrical connection line 16, or (iii) supplying electrical energy to the electrical connection line 16 through the DC / DC converter 22 perform.
  • the control unit 30 may thus control the DC / DC converter 22 with the goal of a net zero or other target determined by the sensor unit 32.
  • the controller 30 may control the DC / DC converter 22, for example, with the goal of maximum power output of the power plant 100 based on the available DC power at the input 28 of the utility grid coupled inverter 14.

Abstract

The invention relates to a DC-coupled energy management system (10) for an energy generation plant (100), in particular a photovoltaic system, comprising a control unit (30), a sensor unit (32) for measuring an electrical balance between consumer units (80) of the energy generation plant (100) and a mains power connection (20) of an energy supply network (200), and a DC/DC converter (22), which is connected by a first connector (24) to an electrical connecting line (16) of the energy generation plant (100) between an energy converter (12) and an inverter (14) coupled to the supply network, and is also connected by a second connector (26) to at least one energy storage unit (40). The control unit (30) is designed for communication connection to the sensor unit (32), to the energy storage unit (40), and to the DC/DC converter (22). The energy converter (12) is provided in order to supply a variable DC voltage power in accordance with operating conditions and/or environmental conditions. Furthermore, a withdrawal or a delivery of electrical energy by the DC/DC converter (22) can be controlled by means of the control unit (30), wherein the control unit (30) controls the DC/DC converter (22) according to the electrical balance specified by the sensor unit (32). The invention further relates to an energy generation plant (100) comprising such a DC-coupled energy management system (10), to a DC/DC converter for such a DC-coupled energy management system (10), and to a method for operating such an energy generation plant (100) having such a DC-coupled energy management system (10).

Description

Enerqiemanagementsystem für ein Enerqieerzeugungssystem  Energy management system for an energy generation system
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft ein gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem für eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere eine Photovoltaikanlage, eine Energieerzeugungsanlage mit einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem, einen DC/DC-Wandler für ein gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Energieerzeugungsanlage mit einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem. The invention relates to a DC-coupled energy management system for a power generation plant, in particular a photovoltaic system, a power generation plant with a DC coupled energy management system, a DC / DC converter for a DC coupled energy management system, and a method of operating a power plant with a DC coupled energy management system.
Stand der Technik State of the art
Es ist bekannt, Photovoltaik-Module (PV-Module) einer PV-Anlage mittels einer Serien- und/oder Parallelschaltung zu sogenannten Strings einer PV-Einheit elektrisch zu verschalten. Die Spannungslage dieser Strings liegt je nach Größe der PV-Einheit und der verwendeten PV-Module im Bereich von 30 bis 1500 V. Der typische Strom in einer solchen elektrischen Verbindungsleitung liegt im Bereich von 0,1 bis 30 A. Dieser String wird mittels eines DC-Kabels mit einem Stringeingang eines versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters verbunden. Der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter kann ggf. mehrere solcher Stringeingänge aufweisen, an die jeweils ein String angeschlossen werden kann. It is known to electrically connect photovoltaic modules (PV modules) of a PV system by means of a series and / or parallel connection to so-called strings of a PV unit. Depending on the size of the PV unit and the PV modules used, the voltage level of these strings ranges from 30 to 1500 V. The typical current in such an electrical connection line is in the range of 0.1 to 30 A. DC cable connected to a string input of a grid connected inverter. The grid-connected inverter may optionally have several such string inputs, to each of which a string can be connected.
Aus der DE 10 2012 022 729 A1 ist eine als Photovoltaikanlage gestaltete Energieerzeugungseinrichtung mit einer Wandlereinrichtung mit DC/DC-Wandler bekannt, wobei die Wandlereinrichtung über einen ersten bidirektionalen DC- Anschluss an eine Batterie zum Entladen und Laden der Batterie und über einen zweiten DC-Anschluss mit einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter verbunden ist. Die Wandlereinrichtung weist einen dritten DC-Anschluss auf, mit dem dieser direkt mit der Photovoltaikanlage verbunden ist. From DE 10 2012 022 729 A1, a power generating device designed as a photovoltaic system with a converter device with DC / DC converter is known, wherein the converter device via a first bidirectional DC connection to a battery for discharging and charging the battery and via a second DC Connection is connected to a grid-connected inverter. The converter device has a third DC connection, with which it is connected directly to the photovoltaic system.
Der zweite und dritte DC-Anschluss sind über interne oder externe Schalter derart überbrückbar, dass Strom der Energieerzeugungseinrichtung direkt in den versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter geführt werden kann. Des Weiteren ist zwischen dem DC/DC-Wandler und dem zweiten DC-Anschluss sowie dem dritten DC-Anschluss ein Schalter angeordnet, um den DC/DC-Wandler von dem zweiten DC-Anschluss und dem dritten DC-Anschluss zu entkoppeln, falls z. B. das Solarmodul in abgedunkeltem Zustand bzw. nachts keine externe Spannung verträgt. The second and third DC connection can be bridged via internal or external switches in such a way that the power of the energy generation device can be fed directly into the supply network-coupled inverter. Further, a switch is disposed between the DC / DC converter and the second DC terminal and the third DC terminal to connect the DC / DC converter of the second DC port and the third DC port to decouple, if z. B. the solar module in the dark state or at night no external voltage tolerates.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Eine Aufgabe der Erfindung ist daher es, ein gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem zu schaffen, welches auf einfache Weise an eine Energieerzeugungsanlage angekoppelt werden und effizient betrieben werden kann. An object of the invention is therefore to provide a DC coupled power management system which can be easily coupled to a power plant and efficiently operated.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, eine Energieerzeugungsanlage so zu gestalten, dass sie mit einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem effizient betrieben werden kann, einen DC/DC- Wandler für ein solches gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem bereitzustellen, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Energieerzeugungsanlage zu schaffen, welches einen möglichst effizienten Betrieb ermöglicht. Other objects of the invention are to make a power plant capable of being operated efficiently with a DC coupled power management system, to provide a DC / DC converter for such a DC coupled power management system, and to provide a method of operating such a power plant efficient operation possible.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. The objects are achieved by the features of the independent claims. Favorable embodiments and advantages of the invention will become apparent from the other claims, the description and the drawings.
Die Erfindung geht aus von einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem für eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere eine Photovoltaikanlage, umfassend eine Steuereinheit, eine Sensoreinheit zur Messung einer elektrischen Bilanz zwischen Verbrauchern der Energieerzeugungsanlage und einem Netzanschluss eines Energieversorgungsnetzes, sowie einen DC/DC-Wandler, der mit einem ersten Anschluss an eine elektrische Verbindungsleitung der Energieerzeugungsanlage zwischen einem Energiewandler und einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter sowie mit einem zweiten Anschluss an wenigstens eine Energiespeichereinheit angeschlossen ist. The invention is based on a DC-coupled energy management system for a power generation plant, in particular a photovoltaic system comprising a control unit, a sensor unit for measuring an electrical balance between consumers of the power generation plant and a grid connection of a power supply network, and a DC / DC converter having a first terminal is connected to an electrical connection line of the power generation plant between an energy converter and a supply network coupled inverter and with a second connection to at least one energy storage unit.
Die Steuereinheit steht mit der Sensoreinheit, der Energiespeichereinheit und dem DC/DC-Wandler in Kommunikationsverbindung. Der Energiewandler ist zur Bereitstellung einer variablen Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen vorgesehen. Der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter ist zur Speisung von ein oder mehreren Verbrauchern vorgesehen und mit dem Netzanschluss verbunden. Ferner ist der DC/DC-Wandler bidirektional ausgebildet, so dass elektrische Energie aus der elektrischen Verbindungsleitung entnehmbar und/oder elektrische Energie der elektrischen Verbindungsleitung zuführbar ist. Dabei ist das Entnehmen oder das Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC- Wandler mittels der Steuereinheit steuerbar, wobei die Steuereinheit den DC/DC- Wandler nach der von der Sensoreinheit bestimmten elektrischen Bilanz steuert. The control unit is in communication with the sensor unit, the energy storage unit and the DC / DC converter. The energy converter is provided for providing a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions. The grid-connected inverter is designed to power one or more loads and connected to the grid connection. Further, the DC / DC converter is bidirectional, so that electrical energy can be removed from the electrical connection line and / or electrical energy can be supplied to the electrical connection line. In this case, the removal or the supply of electrical energy by the DC / DC converter by means of the control unit is controllable, wherein the control unit controls the DC / DC converter according to the electrical balance determined by the sensor unit.
Das Energieversorgungsnetz kann insbesondere ein öffentliches oder privates, insbesondere ein wirtschaftlich bilanzielles Energieversorgungsnetz sein. Im Betrieb, d.h. also bei Sonneneinstrahlung, erzeugt eine PV-Anlage mit PV- Modulen gemäß ihrer spezifischen und gegebenenfalls materialabhängigen Strom/Spannungskennlinie, eine Gleichspannung und einen dem jeweiligen Betriebszustand entsprechenden Gleichstrom, der mittels des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt wird. Der DC-Innenwiderstand des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters wird dabei durch die Steuerungslogik des Wechselrichters jeweils so eingestellt, dass in dem jeweils momentanen Betriebszustand der PV-Module eine maximale elektrische Leistung erzeugt werden kann. Diese Steuerungsstrategie wird als „Maximum Power Point Tracking" (MPPT) bezeichnet. Im Ergebnis führt das MPPT-Verfahren dazu, dass der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter grundsätzlich in der Lage ist, die momentane Istleistung der PV-Module durch Veränderung seines elektrischen Innenwiderstands bis auf eine Leistung von Null zu reduzieren. Der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter ist jedoch nicht in der Lage, mehr elektrische Leistung zu erzeugen, als die PV-Module in ihrem jeweiligen momentanen Betriebszustand bei maximaler Effizienz nach dem MPPT-Verfahren bereitstellen können. Die jeweilige momentane Maximalleistung der PV-Module hängt im Wesentlichen von der Strahlungsintensität, der Modultemperatur und dem Alterungszustand der Module ab. Werden die Module im MPP-Punkt betrieben, ist eine weitere Steigerung der elektrischen Leistung dieser Module nicht möglich. Bei einer üblichen versorgungsnetzgekoppelten PV- Anlage besteht daher zwar die Möglichkeit, die PV-Leistung bis auf Null zu reduzieren, jedoch nicht, mehr AC-Leistung bereitzustellen, als es gemäß der erwähnten Einflussgrößen physikalisch möglich ist. The energy supply network can in particular be a public or private, in particular an economically balanced, energy supply network. In operation, i. In other words, in the case of solar radiation, a PV system with PV modules generates, according to their specific and, if appropriate, material-dependent current / voltage characteristic, a DC voltage and a DC current corresponding to the respective operating state, which is converted into AC by means of the supply-network-coupled inverter. In each case, the DC internal resistance of the supply-network-coupled inverter is set by the control logic of the inverter in such a way that a maximum electrical power can be generated in the respectively current operating state of the PV modules. This control strategy is referred to as Maximum Power Point Tracking (MPPT). As a result, the MPPT methodology allows the grid-connected inverter to be able to maintain the actual instantaneous power of the PV modules by changing its internal electrical resistance to one power The grid-connected inverter, however, is unable to produce more electrical power than the PV modules can provide in their current operating state at maximum efficiency according to the MPPT method, the instantaneous maximum power of the PV modules This depends mainly on the radiation intensity, the module temperature and the aging state of the modules.When the modules are operated at the MPP point, a further increase in the electrical output of these modules is not possible.This means that it is possible for a conventional grid-connected PV system to the PV To reduce power to zero, but not to provide more AC power, as it is physically possible according to the aforementioned factors.
Aufgrund dieses Zusammenhangs sind versorgungsnetzgekoppelte PV-Anlagen nicht in der Lage, 24 Stunden pro Tag bedarfsgerecht elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Daher wird vielfach versucht, durch den Einsatz von elektrischen Energiespeichern, insbesondere durch den Einsatz von Batterien, das Problem zu lösen. Dabei besteht die Möglichkeit einer DC-Kopplung des Energiespeichers zwischen der PV-Einheit und dem AC-Ausgang des versorgungsnetzgekoppeltem Wechselrichters. Bei der DC-Kopplung wird in Stromflussrichtung vor dem AC-Ausgang des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters, entweder mittels eines bidirektionalen DC/DC-Wandlers oder zweier parallel geschalteter unidirektionaler DC/DC-Wandler, elektrische Leistung für das Laden bzw. Entladen der Batterie ab- bzw. zugeführt. Der Vorteil dieser Technologie ist ein günstiger höherer Wirkungsgrad im Vergleich zu einer bekannten AC-Kopplung des Energiespeichers. Der Nachteil ist jedoch, dass nach dem Stand der Technik das Laden bzw. Entladen der Batterie eineDue to this connection, grid-connected PV systems are not able to provide electrical energy as needed 24 hours a day. Therefore, it is often attempted to solve the problem by the use of electrical energy storage devices, in particular by the use of batteries. There is the possibility of a DC coupling of the energy storage between the PV unit and the AC output of the grid-connected inverter. In DC coupling, in the current flow direction before the AC output of the grid-connected inverter, either by means of a bidirectional DC / DC converter or two parallel-connected unidirectional DC / DC converter, electrical power for charging or discharging the battery off or supplied. The advantage of this technology is a favorable higher efficiency compared to a known AC coupling of the energy storage. The disadvantage, however, is that according to the prior art charging or discharging the battery
Kommunikation mit der zentralen Steuerungslogik des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters notwendig macht, da eine ungesteuerte Leistungszufuhr bzw. Leistungsentnahme auf der DC-Seite des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters zu Strom/Spannung- Konstellationen im DC-String zwischen PV-Einheit und versorgungsnetzgekoppeltem Wechselrichter führen kann, die nicht konform mit der im versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter implementierten Strom/Spannungssteuerung gemäß des MPPT-Steuerungsverfahrens sind. Ein ungesteuerter Eintrag von elektrischer Leistung vor dem AC-Ausgang des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters kann zur vollständigen Leistungs-Communication with the central control logic of the grid-connected inverter is necessary because an uncontrolled power supply on the DC side of the grid-connected inverter can lead to current / voltage constellations in the DC string between the PV unit and the grid-connected inverter that does not conform to are the current / voltage control implemented in the grid-connected inverter according to the MPPT control method. An uncontrolled entry of electrical power in front of the AC output of the grid-connected inverter can lead to the complete performance of
Entkopplung der PV-Einheit führen. Wenn z.B. die Spannung in der elektrischen Verbindungsleitung während des Leistungseintrags aus der Batterie die Stillstandsspannung der PV-Module erreicht, dann wird die Leistung der PV- Module zu Null. Umgekehrt wird bei einem Leistungseintrag deutlich unterhalb des MPPT-Arbeitspunktes der PV-Module, das Leistungspotential der PV-Module nicht vollständig ausgeschöpft, da die Spannung der elektrischen Verbindungsleitung niedriger ist, als es dem MPP-Punkt entsprechen würde. Deshalb ist bei der DC-Kopplung gemäß des Standes der Technik eine Kommunikationsschnittstelle zur Steuerungselektronik des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters notwendig, damit durch denUncouple the PV unit. If e.g. the voltage in the electrical connection line during the power input from the battery reaches the standstill voltage of the PV modules, then the power of the PV modules to zero. Conversely, with a power input well below the MPPT operating point of the PV modules, the power potential of the PV modules is not fully utilized because the voltage of the electrical connection line is lower than would correspond to the MPP point. Therefore, in the DC coupling according to the prior art, a communication interface to the control electronics of the grid-connected inverter is necessary so that through the
Einsatz einer Batterie die volle Leistungsfähigkeit der PV-Einheit unbeeinträchtigt bleibt. Using a battery, the full performance of the PV unit remains unaffected.
Dieser Zusammenhang führt dazu, dass die Integration einer Batterie auf der DC-Seite des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters ohne den Zugang zu der zentralen Steuereinheit des Wechselrichters nur unter erheblichen Einbußen der Leistungsfähigkeit der PV-Einheit bzw. des Gesamtwirkungsgrades des Energieerzeugungssystems möglich ist. Vorteilhaft erlaubt das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem einen Betrieb der Energieerzeugungsanlage auch bei reduzierter Leistung des Energiewandlers, so dass ein Betrieb der Energieerzeugungsanlage auch 24 Stunden pro Tag möglich ist und bei dem die Nachteile der dem Stand der Technik entsprechenden Gleichstromkopplung eines angeschlossenen Energiespeichers vermieden werden. This relationship means that the integration of a battery on the DC side of the grid-connected inverter without access to the central control unit of the inverter is only possible with significant losses of the performance of the PV unit or the overall efficiency of the power generation system. Advantageously, the energy management system according to the invention allows operation of the power generation plant even at reduced power of the energy converter, so that operation of the power generation plant is also possible 24 hours a day and in which the disadvantages of the prior art DC coupling of a connected energy storage can be avoided.
Bei dem erfindungsgemäßen Energiemanagementsystem zur bedarfsgerechten Bereitstellung von elektrischer Energie aus überwiegend erneuerbaren Energiequellen ist an wenigstens eine elektrische Verbindungsleitung eines Energiewandlers, beispielsweise einer Photovoltaik-Einheit (PV-Einheit), zu einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter, beispielsweise über einen T-förmigen Anschlusspunkt, ein bidirektionaler Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) angeschlossen. Die elektrische Verbindungsleitung wird in einer PV-Anlage auch als PV-String bezeichnet, da die PV-Module zu sogenannten Strings einer PV-Einheit parallel und/oder seriell verschaltet daran angeschlossen sind. Der T-förmige Anschlusspunkt kann zweckmäßigerweise auf der dem Energiewandler zugewandten Seite ein geeignetes unidirektionales Sperrelement aufweisen, das ein unerwünschtes Rückspeisen von der Energiespeichereinheit in den Energiewandler verhindert, insbesondere eine Diode oder eine entsprechende Schaltung, die ein solches Rückspeisen von der Energiespeichereinheit in den Energiewandler verhindert, und das zum Energiewandler hin in Sperrrichtung geschaltet ist. In the energy management system according to the invention for the demand-oriented provision of electrical energy from predominantly renewable energy sources to at least one electrical connection line of an energy converter, such as a photovoltaic unit (PV unit), to a supply network coupled inverter, for example via a T-shaped connection point, a bidirectional DC-DC converter (DC / DC converter) connected. The electrical connection line is also called a PV string in a PV system, since the PV modules are connected to so-called strings of a PV unit connected in parallel and / or in series. The T-shaped connection point may expediently have a suitable unidirectional blocking element on the side facing the energy converter, which prevents unwanted feedback from the energy storage unit into the energy converter, in particular a diode or a corresponding circuit which prevents such recovery from the energy storage unit into the energy converter , and which is connected to the energy converter in the reverse direction.
Der DC/DC-Wandler weist maximal zwei leistungstragende Anschlüsse für jeweils einen Plus- und einen Minus-Pol auf. Ein leistungstragender elektrischer Anschluss ist mit der elektrischen Verbindungsleitung verbunden und der zweite leistungstragende elektrische Anschluss ist mit einer Energiespeichereinheit, beispielsweise einem wiederaufladbaren Batteriesystem oder einer Kondensatoreinheit verbunden. The DC / DC converter has a maximum of two power-carrying terminals for one plus and one minus pole. A power-carrying electrical connection is connected to the electrical connection line and the second power-carrying electrical connection is connected to an energy storage unit, for example a rechargeable battery system or a condenser unit.
Der bidirektionale DC/DC-Wandler ist auf diese Weise in der Lage, im Energiewandler erzeugte elektrische Energie an die Energiespeichereinheit zu leiten und/oder elektrische Energie aus der wenigstens einen Energiespeichereinheit an den versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter zu leiten. Der DC/DC-Wandler ist dabei zur Spannungsanpassung zwischen der elektrischen Verbindungsleitung und der Energiespeichereinheit vorgesehen. Weiter sind der DC/DC-Wandler und die Energiespeichereinheit über eine Kommunikationsleitung mit der zentralen Steuereinheit des Energiemanagementsystems verbunden. Dabei besteht keine Kommunikationsleitung oder andersgeartete Kommunikationsstruktur zu dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter. In this way, the bidirectional DC / DC converter is able to conduct electrical energy generated in the energy converter to the energy storage unit and / or to conduct electrical energy from the at least one energy storage unit to the grid-coupled inverter. The DC / DC converter is provided for voltage adjustment between the electrical connection line and the energy storage unit. Further, the DC / DC converter and the energy storage unit are one Communication line connected to the central control unit of the energy management system. There is no communication line or other type of communication structure to the grid-coupled inverter.
Die zentrale Steuereinheit ist mit einer geeigneten Sensoreinheit, beispielsweise einem Wechselstrom (AC)-Sensor in Kommunikationsverbindung verbunden. Der AC-Sensor ist dabei in Stromflussrichtung hinter dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter angeordnet, wobei zwischen dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter und dem AC-Sensor wenigstens ein, bevorzugt alle, Verbraucher des relevanten elektrischen Bilanzraumes angeordnet sind. Die Sensoreinheit erfasst mit einer vorgegebenen zeitlichen Auflösung in dem relevanten elektrischen Bilanzraum zwischen den Verbrauchern der Energieerzeugungsanlage und dem Netzanschluss wenigstens die relevanten AC-Netzdaten: Strom und/oder Spannung und/oder Frequenz in jeder Phase. Diese Daten werden über die Kommunikationsleitung zur zentralen Steuereinheit übermittelt. Die Auswertung dieser Daten in der zentralen Steuereinheit ergibt den momentanen elektrischen Energiefluss in der vorgegebenen zeitlichen Auflösung und damit die elektrische Nettobilanz der Energieerzeugungsanlage. Die Steuereinheit ist damit in der Lage, den DC/DC- Wandler nach der von der Sensoreinheit bestimmten elektrischen Bilanz zu steuern. Damit kann der Innenwiderstand des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters über die elektrische Bilanz, auf welche der DC/DC-Wandler geregelt wird, auf geeignete Weise so beeinflusst werden, als ob die gesamte Energie, die dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter eingangsseitig zugeführt wird, aus dem Energiewandler käme. The central control unit is connected to a suitable sensor unit, for example an alternating current (AC) sensor in communication connection. The AC sensor is arranged downstream of the supply-network-coupled inverter in the current flow direction, wherein between the supply network coupled inverter and the AC sensor at least one, preferably all, consumers of the relevant electrical balance space are arranged. The sensor unit detects at a predetermined time resolution in the relevant electrical balance space between the consumers of the power generation plant and the grid connection at least the relevant AC grid data: current and / or voltage and / or frequency in each phase. These data are transmitted via the communication line to the central control unit. The evaluation of these data in the central control unit gives the instantaneous electrical energy flow in the predetermined temporal resolution and thus the net electrical balance of the power generation plant. The control unit is thus able to control the DC / DC converter according to the electrical balance determined by the sensor unit. Thus, the internal resistance of the grid-connected inverter via the electrical balance, to which the DC / DC converter is controlled, can be suitably influenced as if the entire energy that is supplied to the supply network coupled inverter input side, would come from the energy converter.
Mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Energiemanagementsystem können die oben beschriebenen Nachteile eines AC-gekoppelten und eines DC- gekoppelten Energiespeichers vermieden werden, so dass damit eine Betrieb einer Energieerzeugungsanlage auch bei stark reduziertem Betrieb des Energiewandlers möglich ist und so Verbraucher damit trotzdem gespeist werden können. With the described energy management system according to the invention, the above-described disadvantages of an AC-coupled and a DC-coupled energy storage can be avoided, so that thus an operation of a power generation plant even at greatly reduced operation of the energy converter is possible and so consumers can still be fed with it.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der DC/DC-Wandler ausgebildet sein, bei der Einspeisung elektrischer Energie in die elektrische Verbindungsleitung eine Strom/Spannung-Charakteristik des Energiewandlers nachzubilden. Damit während des Betriebs des DC/DC-Wandlers das MPPT- Verfahren des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters, wie oben beschrieben, nicht ungünstig beeinflusst wird und der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter auch beispielsweise nachts, wenn ein PV-Modul keine Energie erzeugt, weiterläuft, arbeitet der DC/DC-Wandler günstigerweise in Bezug auf die Ziel-Leistungszufuhr bzw. Entnahme, nach dem Zusammenhang von transportiertem Strom als Funktion der Spannung gemäß einer Strom/Spannungscharakteristik des Energiewandlers, also beispielweise einer auf Silizium basierenden photovoltaischen Zelle oder auch anderen geeigneten Materialien mit photovoltaischem Effekt. According to an advantageous embodiment, the DC / DC converter can be designed to emulate a current / voltage characteristic of the energy converter when feeding electrical energy into the electrical connection line. Thus, during operation of the DC / DC converter, the MPPT method of the grid-connected inverter, as above described, is not adversely affected and the grid-connected inverter continues, for example, at night when a PV module generates no energy, the DC / DC converter operates favorably with respect to the target power supply or removal, according to the connection of transported electricity as a function of the voltage according to a current / voltage characteristic of the energy converter, so for example a silicon-based photovoltaic cell or other suitable materials with photovoltaic effect.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die elektrische Verbindungsleitung ein unidirektionales Sperrelement aufweisen, das ein unerwünschtes Rückspeisen von der Energiespeichereinheit in den Energiewandler verhindert, insbesondere eine Diode oder eine entsprechende Schaltung, die ein solches Rückspeisen verhindert, welches zwischen einem Ausgang des Energiewandlers und einem Anschlusspunkt des DC/DC-Wandlers in der elektrischen Verbindungsleitung angeordnet ist und in Sperrrichtung zum Energiewandler hin geschaltet ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die von dem DC/DC-Wandler eingespeiste elektrische Energie zu einer Fehlfunktion des Energiewandlers und/oder des Energiemanagementsystems führen kann, indem dadurch etwa die Ausgangsspannung des Energiewandlers erhöht wird. According to an advantageous embodiment, the electrical connection line may have a unidirectional blocking element, which prevents unwanted feedback from the energy storage unit in the energy converter, in particular a diode or a corresponding circuit that prevents such feedback, which between an output of the energy converter and a connection point of the DC / DC converter is arranged in the electrical connection line and is connected in the reverse direction to the energy converter. In this way, it is possible to prevent the electrical energy fed in by the DC / DC converter from leading to a malfunction of the energy converter and / or of the energy management system, for example, thereby increasing the output voltage of the energy converter.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Sensoreinheit wenigstens einen AC-Sensor umfassen, wobei die Sensoreinheit bevorzugt wenigstens Strom und/oder Spannung und/oder Frequenz der elektrischen Leistung an dem Netzanschluss mit einer zeitlichen Auflösung kleiner als 200 msec, bevorzugt kleiner als 100 msec erfasst. According to an advantageous embodiment, the sensor unit may comprise at least one AC sensor, the sensor unit preferably detecting at least current and / or voltage and / or frequency of the electrical power at the mains connection with a time resolution of less than 200 msec, preferably less than 100 msec.
Die angeschlossenen Verbraucher der Energieerzeugungsanlage arbeiten üblicherweise als wechselstrombetriebene Komponenten, da sie an eine herkömmliche Netzversorgung angeschlossen sind, auf welche die Energieerzeugungsanlage über den versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter aufgeschaltet ist. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn auch die AC-Leistung der Verbraucher mit geeigneter Zeitauflösung erfasst wird, um die elektrische Bilanz der Energieerzeugungsanlage darzustellen.  The connected consumers of the power generation plant usually operate as AC powered components because they are connected to a conventional power supply to which the power generation plant is connected via the grid-connected inverter. Therefore, it is advantageous if the AC power of the consumer is detected with a suitable time resolution to represent the electrical balance of the power plant.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Energiespeichereinheit ein wiederaufladbares Batteriesystem und/oder eine Kondensatoreinheit und/oder einen Schwungradspeicher aufweisen. Dabei sind Speichersysteme denkbar, welche es erlauben, elektrische Energie aufzunehmen und in geeigneter Form, möglicherweise auch als mechanische oder chemische Energie, zu speichern sowie die gespeicherte Energie direkt als elektrische Energie abzugeben oder die gespeicherte Energieform wieder in elektrische Energie umzuwandeln und abzugeben. According to an advantageous embodiment, the energy storage unit may have a rechargeable battery system and / or a capacitor unit and / or a flywheel storage. Storage systems are conceivable, which allow to absorb electrical energy and in a suitable form, possibly also as mechanical or chemical energy, to store and release the stored energy directly as electrical energy or to convert the stored energy form back into electrical energy and deliver it.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der DC/DC-Wandler über den zweiten Anschluss mit einer oder mehreren Energieerzeugungseinheiten, insbesondere einer Energieerzeugungseinheit aus einem Brennstoffzellensystem, einer AC-Blockheizkraftanlage, einer DC- Blockheizkraftanlage, einem Motorgenerator oder dergleichen verbunden sein. Das Energiemanagementsystem kann zwischen dem DC/DC-Wandler und der Energiespeichereinheit auf einem DC-Bus einen weiteren T-förmigen Anschlusspunkt als elektrische Verbindung zu weiteren elektrischen Energieerzeugungseinheiten aufweisen. Diese Energieerzeugungseinheiten können beispielsweise Windkraftanlagen, Brennstoffzellen, Biogasanlagen, Mikro-Blockheizkraftanlagen oder auch konventionelle fossil betriebene motorische Generatoren sein. Diese Energieerzeugungseinheiten werden vorteilhaft unidirektional, d.h. mit Leistungsfluss zum DC-Bus hin betrieben. Sämtliche dieser Energieerzeugungseinheiten sind mit der zentralen Steuerungseinheit des Energiemanagementsystems verbunden. According to an advantageous embodiment, the DC / DC converter via the second terminal with one or more power generation units, in particular a power generation unit of a fuel cell system, an AC block heating, a DC block heating, a motor generator or the like may be connected. The energy management system may have between the DC / DC converter and the energy storage unit on a DC bus another T-shaped connection point as an electrical connection to further electric power generation units. These power generation units may be, for example, wind turbines, fuel cells, biogas plants, micro-block heating or conventional fossil-powered motor generators. These power generation units are advantageously unidirectional, i. operated with power flow to the DC bus out. All of these power generation units are connected to the central control unit of the energy management system.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die eine oder mehreren Energieerzeugungseinheiten als Konstantspannungsquellen betreibbar sein. Der Betrieb der an dem DC-Bus der Energiespeichereinheit angeschlossenen AC/DC- bzw. DC/DC-Wandler der Energieerzeugungseinheiten erfolgt im Hinblick auf die Ausgangsspannung zum DC-Bus der Energiespeichereinheit als Quasi-Konstantspannungsquelle. According to an advantageous embodiment, the one or more power generation units may be operable as constant voltage sources. The operation of the AC / DC or DC / DC converter of the power generation units connected to the DC bus of the energy storage unit takes place with respect to the output voltage to the DC bus of the energy storage unit as a quasi-constant voltage source.
Auf diese Weise ist das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem günstig über den durch die Steuereinheit gesteuerten DC/DC-Wandler zu betreiben.  In this way, the energy management system according to the invention is cheap to operate via the controlled by the control unit DC / DC converter.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Energiespeichereinheit und/oder der DC/DC-Wandler und/oder der Wechselrichter für den Betrieb der einen oder mehreren Energieerzeugungseinheiten über die Steuereinheit ansteuerbar sein. Die Energieerzeugungseinheiten sind nicht mit der Steuerungseinheit des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters verbunden und erhalten von dort also auch keine Informationen und senden ebenfalls keine Signale dorthin. Die Steuereinheit steuert dabei den vorteilhaften Einsatz der verschiedenen Energieerzeugungseinheiten gemäß dem aktuellen Betrieb von Energiewandler und Verbrauchern nach der von der Sensoreinheit bestimmten aktuellen elektrischen Bilanz. According to an advantageous embodiment, the energy storage unit and / or the DC / DC converter and / or the inverter for the operation of the one or more power generation units can be controlled via the control unit. The power generation units are not connected to the control unit of the grid-connected inverter and receive from there so also no information and also send no signals there. The control unit controls the advantageous use of the various power generation units according to the current operation of Energy converters and consumers according to the current electrical balance determined by the sensor unit.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Energieerzeugungsanlage vorgeschlagen, insbesondere eine Photovoltaikanlage, mit einem gleichstromgekoppeltenAccording to a further aspect of the invention, a power generation plant is proposed, in particular a photovoltaic system, with a DC coupled
Energiemanagementsystem, umfassend einen Energiewandler, insbesondere eine Photovoltaikeinheit, welcher zur Bereitstellung einer variablen Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen vorgesehen ist, sowie einen versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter, welcher zur Speisung von ein oder mehreren Verbrauchern vorgesehen ist und mit einem Netzanschluss eines Energieversorgungsnetzes verbunden ist. Weiter umfasst die Energieerzeugungsanlage eine Steuereinheit, eine Sensoreinheit zur Messung einer elektrischen Bilanz zwischen Verbrauchern und dem Netzanschluss, sowie einen DC/DC-Wandler, der mit einem ersten Anschluss an eine elektrische Verbindungsleitung zwischen dem Energiewandler und dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter sowie mit einem zweiten Anschluss an wenigstens eine Energiespeichereinheit angeschlossen ist. Die Steuereinheit ist zur Kommunikationsverbindung mit der Sensoreinheit, der Energiespeichereinheit und dem DC/DC-Wandler ausgebildet. Der DC/DC- Wandler ist bidirektional ausgebildet, so dass elektrische Energie aus der elektrischen Verbindungsleitung entnehmbar und/oder elektrische Energie der elektrischen Verbindungsleitung zuführbar ist. Dabei ist das Entnehmen oder Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler mittels der Steuereinheit steuerbar, wobei die Steuereinheit den DC/DC-Wandler nach der von der Sensoreinheit bestimmten elektrischen Bilanz steuert. Energy management system, comprising an energy converter, in particular a photovoltaic unit, which is provided for providing a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions, and a supply network coupled inverter, which is provided for feeding one or more consumers and connected to a grid connection of a power grid is. Furthermore, the power generation plant comprises a control unit, a sensor unit for measuring an electrical balance between consumers and the grid connection, and a DC / DC converter connected to a first connection to an electrical connection line between the energy converter and the grid-coupled inverter and to a second terminal at least one energy storage unit is connected. The control unit is designed for communication with the sensor unit, the energy storage unit and the DC / DC converter. The DC / DC converter is bidirectional, so that electrical energy can be removed from the electrical connection line and / or electrical energy can be supplied to the electrical connection line. In this case, the removal or supply of electrical energy can be controlled by the DC / DC converter by means of the control unit, wherein the control unit controls the DC / DC converter according to the electrical balance determined by the sensor unit.
Die elektrische Verbindungsleitung kann ein unidirektionales Sperrelement, das ein unerwünschtes Rückspeisen von der Energiespeichereinheit in den Energiewandler verhindert, insbesondere eine Diode oder eine entsprechende Schaltung, die ein solches Rückspeisen von der Energiespeichereinheit in den Energiewandler verhindert, aufweisen, welches zwischen einem Ausgang des Energiewandlers und einem Anschlusspunkt des DC/DC-Wandlers in der elektrischen Verbindungsleitung angeordnet ist und in Sperrrichtung zum Energiewandler hin geschaltet ist. The electrical connection line may comprise a unidirectional blocking element which prevents unwanted feeding back of the energy storage unit into the energy converter, in particular a diode or a corresponding circuit which prevents such return from the energy storage unit in the energy converter, which between an output of the energy converter and a Connection point of the DC / DC converter is arranged in the electrical connection line and is connected in the reverse direction to the energy converter.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein DC/DC-Wandler für ein gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem vorgeschlagen, mit einem ersten Anschluss, der an eine elektrische Verbindungsleitung einerAccording to a further aspect of the invention, a DC / DC converter for a DC-coupled power management system is proposed, with a first terminal connected to an electrical connection line of a
Energieerzeugungsanlage zwischen einem Energiewandler und einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter sowie mit einem zweiten Anschluss, der an wenigstens eine Energiespeichereinheit angeschlossen ist, wobei ein Entnehmen von elektrischer Energie aus der elektrischen Verbindungsleitung oder ein Zuführen von elektrischer Energie zu der elektrischenPower generation plant between an energy converter and a grid-coupled inverter and with a second terminal which is connected to at least one energy storage unit, wherein a removal of electrical energy from the electrical connection line or supplying electrical energy to the electric
Verbindungsleitung mittels einer Steuereinheit steuerbar ist. Die Steuereinheit steuert dabei den DC/DC-Wandler nach der von einer Sensoreinheit zwischen Verbrauchern der Energieerzeugungsanlage und einem Netzanschluss bestimmten elektrischen Bilanz. Dabei werden zur Erfassung der elektrischen Bilanz vorteilhaft wenigstens ein Verbraucher der Energieerzeugungsanlage, bevorzugt alle Verbraucher der Energieerzeugungsanlage berücksichtigt. Connecting line is controlled by a control unit. In this case, the control unit controls the DC / DC converter according to the electrical balance determined by a sensor unit between consumers of the power generation system and a mains connection. In this case, at least one load of the power generation plant, preferably all consumers of the power generation plant, are advantageously taken into account for detecting the electrical balance.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Energieerzeugungsanlage mit einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem vorgeschlagen, umfassend das Erfassen der elektrischen Bilanz zwischen Verbrauchern der Energieerzeugungsanlage und einem Netzanschluss eines Energieversorgungsnetzes mittels einer Sensoreinheit, das Steuern eines DC/DC-Wandlers, der an wenigstens eine Energiespeichereinheit angeschlossen ist, mittels einer Steuereinheit nach der von der Sensoreinheit bestimmten elektrischen Bilanz, sowie das Entnehmen oder Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler an einer elektrischen Verbindungsleitung zwischen einem Energiewandler und einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter der Energieerzeugungsanlage. Der Betrieb des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems erfolgt wie imAccording to a further aspect of the invention, a method for operating a power generation plant with a DC coupled energy management system is proposed, comprising detecting the electrical balance between consumers of the power generation plant and a grid connection of a power supply network by means of a sensor unit, controlling a DC / DC converter, the at least an energy storage unit is connected by means of a control unit according to the electrical balance determined by the sensor unit, and the removal or supply of electrical energy by the DC / DC converter to an electrical connection line between an energy converter and a power supply system coupled to the grid. The operation of the energy management system according to the invention takes place as in
Folgenden beschrieben. Die Sensoreinheit, bevorzugt als AC-Sensor ausgebildet, erfasst mit einer zeitlichen Auflösung von insbesondere kleiner als 200 msec, bevorzugt kleiner als 100 msec in dem relevanten elektrischen Bilanzraum zwischen den Verbrauchern der Energieerzeugungsanlage und dem Netzanschluss wenigstens die relevanten AC-Netzdaten: Strom, Spannung,Described below. The sensor unit, preferably designed as an AC sensor, detects with a temporal resolution of in particular less than 200 msec, preferably less than 100 msec in the relevant electrical balance space between the consumers of the power generation plant and the grid connection at least the relevant AC grid data: current, voltage .
Frequenz in jeder Phase. Diese Daten werden über die Kommunikationsleitung zur zentralen Steuereinheit übermittelt. Die Auswertung dieser Daten in der zentralen Steuereinheit ergibt den momentanen elektrischen Energiefluss in der vorgegebenen zeitlichen Auflösung. Frequency in each phase. These data are transmitted via the communication line to the central control unit. The evaluation of this data in the central control unit gives the instantaneous electrical energy flow in the predetermined temporal resolution.
Die zentrale Steuereinheit wertet neben diesen Daten zusätzlich sämtliche weiteren Zustandsgrößen der an dem DC-Bus der Energiespeichereinheit angeschlossenen weiteren Energiespeicher und Energieerzeugungseinheiten aus und entscheidet dann, welche Operation der DC/DC-Wandler im folgenden Regelintervall durchführen soll. Die Entscheidung der zentralen Steuereinheit beruht dabei auf der Berücksichtigung der Zustandsgrößen der angeschlossenen Komponenten, unter Berücksichtigung der spezifischen momentanen Leistungsfähigkeit der angeschlossenen Komponenten und unter Berücksichtigung der spezifischen Kosten der elektrischen Energie, die die verschiedenen angeschlossenen Komponenten verursachen. Ziel ist dabei, die Gesamtkosten der bedarfsgerechten Bereitstellung von elektrischer Energie aus dem Energiewandler, insbesondere der erneuerbaren Energiequelle, zu minimieren und dadurch die Gesamtwirtschaftlichkeit der Energieerzeugungsanlage zu optimieren. In addition to these data, the central control unit additionally evaluates all further state variables of the further energy storage devices and energy generation units connected to the DC bus of the energy storage unit and then decides which operation the DC / DC converter should perform in the following rule interval. The decision of the central control unit is based on the consideration of the state variables of the connected components, taking into account the specific instantaneous performance of the connected components and taking into account the specific costs of the electrical energy caused by the various connected components. The aim is to minimize the total costs of the demand-oriented provision of electrical energy from the energy converter, in particular the renewable energy source, and thereby to optimize the overall economy of the power generation plant.
Durch die über die mittels der Sehsoreinheit erfasste elektrische Bilanz erfolgende Steuerung des DC/DC-Wandlers über die Steuereinheit kann der Innenwiderstand des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters auf geeignete Weise so beeinflusst werden, als ob die gesamte Energie, die dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter eingangsseitig zugeführt wird, aus dem Energiewandler käme. By controlling the DC / DC converter via the control unit via the electrical balance detected by means of the vision unit, the internal resistance of the supply-network-coupled inverter can be suitably influenced as if all the energy supplied to the supply network-coupled inverter on the input side is taken from the Energy converter would come.
Der bidirektional ausgebildete DC/DC-Wandler führt dann die notwendige Operation aus, wobei es zwei Betriebszustände des DC/DC-Wandlers gibt. Diese sind: elektrische Energie aus der elektrische Verbindungsleitung zu entnehmen, elektrische Energie der elektrischen Verbindungsleitung zuzuführen. The bidirectionally formed DC / DC converter then carries out the necessary operation, wherein there are two operating states of the DC / DC converter. These are: to draw electrical energy from the electrical connection line, to supply electrical energy to the electrical connection line.
Damit während des Betriebs des DC/DC-Wandlers das MPPT-Verfahren des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters, wie oben beschrieben, nicht ungünstig beeinflusst wird und der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter auch beispielsweise nachts, wenn ein PV-Modul keine Energie erzeugt, weiterläuft, arbeitet der DC/DC-Wandler in Bezug auf die Ziel-Leistungszufuhr bzw. Entnahme, nach dem Zusammenhang von transportiertem Strom als Funktion der Spannung gemäß einer Strom/Spannungscharakteristik des Energiewandlers, also beispielweise einer Silizium-basierenden photovoltaischen Zelle. Durch diese Steuerungsstrategie des DC/DC-Wandler wird die MPPT- Steuerungslogik des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters in keiner Weise negativ beeinflusst, so dass der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter keinen Unterschied zwischen der„wahren" elektrischen Leistung des Energiewandlers und der durch das Energiemanagementsystem bereitgestellten resultierenden elektrischen Leistung registriert. Dadurch kann für den Einsatz des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems jeder beliebige versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter zur AC-Einspeisung jeder beliebigen Art von erneuerbaren elektrischen Energie verwendet werden. Die Erfindung ist daher für die weitere Integration von erneuerbaren elektrischen Energieerzeugungseinheiten besonders geeignet, weil keine speziellen Geräte für die DC/AC-Wandlung notwendig sind und die AC-Einspeisung damit auf einer Gerätetechnik beruht, die über viele Jahrzehnte bereits erfolgreich betrieben wurde. Thus, during operation of the DC / DC converter, the MPPT method of the grid-connected inverter, as described above, is not adversely affected and the grid-coupled inverter continues, for example, at night when a PV module does not generate energy, the DC / DC operates With respect to the target power supply or removal, according to the relationship of transported current as a function of voltage according to a current / voltage characteristic of the energy converter, so for example a silicon-based photovoltaic cell. This control strategy of the DC / DC converter in no way adversely affects the MPPT control logic of the grid-connected inverter, so that the grid-connected inverter does not detect a difference between the "true" electrical power of the energy converter and the resulting electrical power provided by the energy management system. As a result, for the use of the energy management system according to the invention each Any utility-coupled inverter can be used for AC supply of any type of renewable electrical energy. The invention is therefore particularly suitable for the further integration of renewable electric power generation units, because no special devices for the DC / AC conversion are necessary and the AC feed is thus based on a device technology that has already been operated successfully over many decades.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Betrieb des DC/DC-Wandlers parallel zum Betrieb des Energiewandlers erfolgen. Dabei können insbesondere beide Betriebszustände des DC/DC-Wandlers, nämlich das Entnehmen von elektrischer Energie aus der elektrischen Verbindungsleitung, sowie das Zuführen von elektrischer Energie in die elektrische Verbindungsleitung, parallel zum Betrieb des Energiewandlers ausgeführt werden, so dass die von dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter gewandelte Energie zu einem Teil aus der von dem Energiewandler gelieferten Energie und zum Teil aus der von der Energiespeichereinheit gelieferten Energie bestehen kann. According to an advantageous embodiment, the operation of the DC / DC converter can take place in parallel with the operation of the energy converter. In this case, in particular both operating states of the DC / DC converter, namely the removal of electrical energy from the electrical connection line, as well as the supply of electrical energy in the electrical connection line, be carried out in parallel to the operation of the energy converter, so that the converted from the supply network inverter Energy may consist partly of the energy supplied by the energy converter and partly of the energy supplied by the energy storage unit.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Energiemanagementsystem wenigstens einen der Betriebszustände (i) Erzeugen elektrischer Energie durch den Energiewandler und Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC- Wandler an die elektrische Verbindungsleitung, (ii) Erzeugen elektrischer Energie durch den Energiewandler und Entnehmen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler aus der elektrischen Verbindungsleitung, oder (iii) Zuführen elektrischer Energie an die elektrische Verbindungsleitung durch den DC/DC- Wandler, ausführen. Diese Betriebszustände des Energiemanagementsystems resultieren insbesondere im Hinblick auf den gemeinsamen Betrieb von Energiewandler und DC/DC-Wandler und dabei insbesondere auf die beiden Betriebszustände des DC/DC-Wandlers zum Entnehmen von elektrischer Energie aus der elektrische Verbindungsleitung, sowie dem Zuführen von elektrischer Energie in die elektrische Verbindungsleitung. Der dritte Betriebszustand des Energiemanagementsystems (iii) Zuführen elektrischer Energie an die elektrische Verbindungsleitung durch den DC/DC-Wandler stellt insbesondere den Nachtbetrieb der Energieerzeugungsanlage dar. According to an advantageous embodiment, the energy management system can at least one of the operating states (i) generating electrical energy by the energy converter and supplying electrical energy through the DC / DC converter to the electrical connection line, (ii) generating electrical energy by the energy converter and removing electrical energy the DC / DC converter from the electrical connection line, or (iii) supplying electrical energy to the electrical connection line through the DC / DC converter. These operating states of the energy management system result in particular with regard to the joint operation of energy converters and DC / DC converters, and in particular to the two operating states of the DC / DC converter for removing electrical energy from the electrical connection line, as well as the supply of electrical energy in the electrical connection line. The third operating state of the energy management system (iii) supplying electrical energy to the electrical connection line through the DC / DC converter in particular represents the night mode of the power generation plant.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Steuereinheit den DC/DC- Wandler mit dem Ziel einer von der Sensoreinheit bestimmten elektrischen Nettobilanz von Null steuern. Ein solcher Betrieb ist vorteilhaft, weil so die von den Verbrauchern genutzte Energie vollständig aus dem Betrieb der Energieerzeugungsanlage entnommen wird und keinerlei Energie aus dem Energieversorgungsnetz, beispielsweise einem öffentlichen oder privaten, insbesondere wirtschaftlich bilanzierten Netz, entnommen werden muss. Dadurch ist der Betrieb der Verbraucher bezogen auf die Energieerzeugungseinheit autark. Auf der anderen Seite wird auch keine Energie an das Energieversorgungsnetz abgegeben, was unter bestimmten Randbedingungen, die von entsprechenden Energieversorgungsverträgen abhängen können, günstig sein kann. Alternativ ist auch denkbar, statt der Zielgröße einer elektrischen Nettobilanz von Null eine andere Zielgröße zu wählen. According to an advantageous embodiment, the control unit can control the DC / DC converter with the goal of a zero net electrical balance determined by the sensor unit. Such operation is advantageous because the energy consumed by consumers is completely removed from the operation of the system Energy production plant is removed and no energy from the power grid, such as a public or private, especially economically balanced network must be removed. As a result, the operation of the consumer with respect to the power generation unit is self-sufficient. On the other hand, no energy is supplied to the power grid, which can be favorable under certain conditions, which may depend on corresponding energy supply contracts. Alternatively, it is also conceivable to choose a different target variable instead of the target quantity of a net electrical balance of zero.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung kann die Steuereinheit den DC/DC-Wandler auch mit dem Ziel eines maximalen Leistungsertrags der Energieerzeugungsanlage auf der Basis der zur Verfügung stehenden Gleichspannungsleistung am Eingang des versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichters steuern. According to another advantageous embodiment, the control unit can also control the DC / DC converter with the aim of maximum power output of the power generation plant on the basis of the available DC power at the input of the supply-network-coupled inverter.
Eine solche Betriebsweise des Energiemanagementsystems kann vorteilhaft sein, wenn aus der Energieerzeugungsanlage die zu dem Zeitpunkt unter den gegebenen Randbedingungen, beispielsweise aktuelles Wetter, Zustand der Anlage, aktuelle Stromkosten, maximal lieferbare Leistung entnommen werden soll. Damit kann möglicherweise ein kostenoptimaler Betrieb der Energieerzeugungsanlage realisiert werden. Such operation of the energy management system may be advantageous if from the power generation plant to be taken at the time under the given boundary conditions, such as current weather, state of the system, current electricity costs, maximum deliverable power. Thus, possibly a cost-optimal operation of the power generation plant can be realized.
Zeichnung drawing
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Es zeigt beispielhaft: It shows by way of example:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Energieerzeugungsanlage mit einem Fig. 1 is a block diagram of a power plant with a
Energiemanagementsystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ausführungsform der Erfindung Energy management system according to an embodiment of the invention. Embodiment of the invention
Die Figur zeigt lediglich ein Beispiel und ist nicht beschränkend zu verstehen. The figure shows only an example and is not intended to be limiting.
Die einzige Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Energieerzeugungsanlage 100 mit einem Energiemanagementsystem 10 nach einem Ausführungsbeispiel derThe sole FIGURE 1 shows a block diagram of a power generation plant 100 with an energy management system 10 according to an embodiment of the
Erfindung. Invention.
Die Energieerzeugungsanlage 100, die insbesondere eine Photovoltaikanlage darstellen kann, ist mit dem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem 10 ausgebildet. Die Energieerzeugungsanlage 100 umfasst den EnergiewandlerThe power generation plant 100, which can represent in particular a photovoltaic system, is formed with the DC-coupled energy management system 10. The power generation plant 100 includes the energy converter
12, der insbesondere eine Photovoltaikeinheit sein kann, welcher zur Bereitstellung einer variablen Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen vorgesehen ist. Weiter umfasst die Energieerzeugungsanlage 100 den versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter 14, welcher zur Speisung von ein oder mehreren Verbrauchern 80 vorgesehen ist und mit dem Netzanschluss 20 des Energieversorgungsnetzes 200 verbunden ist. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Verbraucher 81 , 82, 83 an die Leitung 56 zwischen dem Ausgang 18 des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters 14 und dem Netzanschluss 20 angeschlossen. 12, which may be in particular a photovoltaic unit, which is provided for providing a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions. Furthermore, the power generation plant 100 includes the supply network coupled inverter 14, which is provided for feeding one or more consumers 80 and is connected to the grid connection 20 of the power supply network 200. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, three consumers 81, 82, 83 are connected to the line 56 between the output 18 of the supply-network-coupled inverter 14 and the mains connection 20.
Das gleichstromgekoppelte Energiemanagementsystem 10 umfasst die Steuereinheit 30, welche über die Kommunikationsleitung 36 mit der Sensoreinheit 32 zur Messung einer elektrischen Bilanz zwischen Verbrauchern 80 und dem Netzanschluss 20 des Energieversorgungsnetzes 200 verbunden ist, sowie den DC/DC-Wandler 22, der mit dem ersten Anschluss 24 über den T- förmigen Anschlusspunkt 54 an die elektrische Verbindungsleitung 16 zwischen dem Ausgang 62 des Energiewandlers 12 und dem Eingang 28 des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters 14 sowie mit dem zweiten Anschluss 26 über die Leitung 60 an die Energiespeichereinheit 40 angeschlossen ist. Die Sensoreinheit 32 umfasst wenigstens einen AC-Sensor, wobei die Sensoreinheit 32 bevorzugt wenigstens Strom und/oder Spannung und/oder Frequenz der elektrischen Leistung zwischen den Verbrauchern 80 und dem Netzanschluss 20 mit einer zeitlichen Auflösung kleiner als 200 msec, bevorzugt kleiner als 100 msec erfasst. Die Energiespeichereinheit 40 kann ein wiederaufladbares Batteriesystem und/oder eine Kondensatoreinheit und/oder einen Schwungradspeicher aufweisen. The DC-coupled energy management system 10 comprises the control unit 30, which is connected via the communication line 36 to the sensor unit 32 for measuring an electrical balance between consumers 80 and the grid connection 20 of the power supply network 200, and the DC / DC converter 22 connected to the first terminal 24 is connected via the T-shaped connection point 54 to the electrical connection line 16 between the output 62 of the power converter 12 and the input 28 of the supply-network-coupled inverter 14 and to the second terminal 26 via the line 60 to the energy storage unit 40. The sensor unit 32 comprises at least one AC sensor, wherein the sensor unit 32 preferably at least current and / or voltage and / or frequency of the electrical power between the consumers 80 and the power supply 20 with a time resolution of less than 200 msec, preferably less than 100 msec detected. The energy storage unit 40 may include a rechargeable battery system and / or a capacitor unit and / or a flywheel storage.
Die elektrische Verbindungsleitung 16 der Energieerzeugungsanlage 100 weist das unidirektionale Sperrelement 52 auf, beispielsweise eine Diode, die ein unerwünschtes Rückspeisen von der Energiespeichereinheit 40 in den Energiewandler 12 verhindert, welches zwischen dem Ausgang 62 des Energiewandlers 12 und dem Anschlusspunkt 54 des DC/DC-Wandlers 22 in der elektrischen Verbindungsleitung 16 angeordnet ist und in Sperrrichtung zum Energiewandler 12 hin geschaltet ist. The electrical connection line 16 of the power plant 100 includes the unidirectional blocking element 52, such as a diode that prevents unwanted feedback from the energy storage unit 40 into the power converter 12, which is between the output 62 of the power converter 12 and the connection point 54 of the DC / DC converter 22 is arranged in the electrical connection line 16 and is connected in the reverse direction to the energy converter 12 out.
Der DC/DC-Wandler 22 ist bidirektional ausgebildet, so dass elektrische Energie aus der elektrischen Verbindungsleitung 16 entnehmbar und/oder elektrische Energie der elektrischen Verbindungsleitung 16 zuführbar ist. Das Entnehmen oder Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler 22 ist mittels derThe DC / DC converter 22 is bidirectional, so that electrical energy can be removed from the electrical connection line 16 and / or electrical energy can be supplied to the electrical connection line 16. The removal or supply of electrical energy by the DC / DC converter 22 is by means of
Steuereinheit 30 steuerbar, welche Steuereinheit 30 den DC/DC-Wandler 22 über die Kommunikationsleitung 34 nach der von der Sensoreinheit 32 zwischen Verbrauchern 80 der Energieerzeugungsanlage 100 und dem Netzanschluss 20 bestimmten elektrischen Bilanz steuert. Control unit 30 controllable, which control unit 30 controls the DC / DC converter 22 via the communication line 34 according to the determined by the sensor unit 32 between consumers 80 of the power generation plant 100 and the power supply 20 electrical balance.
Der DC/DC-Wandler 22 ist ausgebildet, bei der Einspeisung elektrischer Energie in die Verbindungsleitung 16 eine Strom/Spannung-Charakteristik des Energiewandlers 12 nachzubilden. Weiter ist der DC/DC-Wandler 22 über den zweiten Anschluss 26 an dem T- förmigen Anschlusspunkt 58 mit mehreren Energieerzeugungseinheiten, hier mit dem Brennstoffzellensystem 41 , der AC-Blockheizkraftanlage 42, der DC- Blockheizkraftanlage 43, sowie dem Motorgenerator 44 verbunden, welche der zusätzlichen Einspeisung von elektrischer Energie über den DC/DC-Wandler 22 in die elektrische Verbindungsleitung 16 und damit in den versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter 14 zur Speisung von Verbrauchern 80 dienen können. Die Energieerzeugungseinheiten 41 , 42, 43, 44 sind als Konstantspannungsquellen betreibbar. DC/DC-Wandler 70 und Wechselrichter 72 für den Betrieb der Energieerzeugungseinheiten 41 , 42, 43, 44 sind dabei auch über die Steuereinheit 30 über die Kommunikationsleitung 38 ansteuerbar. The DC / DC converter 22 is designed to emulate a current / voltage characteristic of the energy converter 12 when electrical energy is fed into the connection line 16. Further, the DC / DC converter 22 is connected through the second terminal 26 at the T-shaped terminal 58 to a plurality of power generating units, here, the fuel cell system 41, the AC block heating power plant 42, the DC block heating power plant 43, and the motor generator 44, which the additional supply of electrical energy via the DC / DC converter 22 in the electrical connection line 16 and thus in the supply network coupled inverter 14 can serve to power consumers 80. The power generation units 41, 42, 43, 44 are operable as constant voltage sources. DC / DC converter 70 and inverter 72 for the operation of the power generation units 41, 42, 43, 44 can also be actuated via the control unit 30 via the communication line 38.
Das Verfahren zum Betrieb der Energieerzeugungsanlage 100 mit dem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem 10 umfasst das Erfassen der elektrischen Bilanz zwischen den Verbrauchern 80 der Energieerzeugungsanlage 100 und dem Netzanschluss 20 des Energieversorgungsnetzes 200 mittels der Sensoreinheit 32, das Steuern des DC/DC-Wandlers 22, der an die Energiespeichereinheit 40 angeschlossen ist, mittels der Steuereinheit 30 nach der von der Sensoreinheit 32 bestimmten elektrischen Bilanz, und weiter das Entnehmen oder Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler 22 an der elektrischen Verbindungsleitung 16 zwischen dem Energiewandler 12 und dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter 14 der Energieerzeugungsanlage 100. Der Betrieb des DC/DC- Wandlers 22 kann dabei parallel zum Betrieb des Energiewandlers 12 erfolgen. The method of operating the power plant 100 with the DC coupled power management system 10 includes sensing the electrical balance between the consumers 80 of the power generation plant 100 and the grid connection 20 of the power supply network 200 by means of the sensor unit 32, the control of the DC / DC converter 22, which is connected to the energy storage unit 40, by the control unit 30 after that of the sensor unit 32nd certain electrical balance, and further the removal or supply of electrical energy through the DC / DC converter 22 on the electrical connection line 16 between the power converter 12 and the grid-connected inverter 14 of the power generation plant 100. The operation of the DC / DC converter 22 can be parallel to operate the energy converter 12 done.
Das Energiemanagementsystem 10 kann so jeweils wenigstens einen der Betriebszustände (i) Erzeugen elektrischer Energie durch den Energiewandler 12 und Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler 22 an die elektrische Verbindungsleitung 16, (ii) Erzeugen elektrischer Energie durch den Energiewandler 12 und Entnehmen elektrischer Energie durch den DC/DC- Wandler 22 aus der elektrischen Verbindungsleitung 16, oder (iii) Zuführen elektrischer Energie an die elektrische Verbindungsleitung 16 durch den DC/DC- Wandler 22, ausführen. The energy management system 10 can thus each have at least one of the operating states (i) generating electrical energy by the energy converter 12 and supplying electrical energy through the DC / DC converter 22 to the electrical connection line 16, (ii) generating electrical energy by the energy converter 12 and withdrawing electrical energy through the DC / DC converter 22 from the electrical connection line 16, or (iii) supplying electrical energy to the electrical connection line 16 through the DC / DC converter 22 perform.
Die Steuereinheit 30 kann so den DC/DC-Wandler 22 mit dem Ziel einer von der Sensoreinheit 32 bestimmten elektrischen Nettobilanz von Null oder einer anderen Zielgröße steuern. Alternativ kann die Steuereinheit 30 den DC/DC- Wandler 22 beispielsweise auch mit dem Ziel eines maximalen Leistungsertrags der Energieerzeugungsanlage 100 auf der Basis der zur Verfügung stehenden Gleichspannungsleistung am Eingang 28 des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters 14 steuern. The control unit 30 may thus control the DC / DC converter 22 with the goal of a net zero or other target determined by the sensor unit 32. Alternatively, the controller 30 may control the DC / DC converter 22, for example, with the goal of maximum power output of the power plant 100 based on the available DC power at the input 28 of the utility grid coupled inverter 14.
Bezugszeichen reference numeral
10 Energiemanagementsystem10 energy management system
12 Energiewandler 12 energy converters
14 Wechselrichter  14 inverters
16 Verbindungsleitung  16 connection line
18 Ausgang  18 exit
20 Netzanschluss  20 mains connection
22 DC/DC-Wandler  22 DC / DC converters
24 erster Anschluss  24 first connection
26 zweiter Anschluss  26 second connection
28 Eingang  28 entrance
30 Steuereinheit  30 control unit
32 Sensoreinheit  32 sensor unit
34 Kommunikationsleitung 34 communication line
36 Kommunikationsleitung36 communication line
38 Kommunikationsleitung38 communication line
40 Energiespeichereinheit40 energy storage unit
41 Brennstoffzellensystem41 fuel cell system
42 AC-Wärmekraftanlage42 AC thermal power plant
43 DC-Wärmekraftanlage43 DC thermal power plant
44 Motorgenerator 44 motor generator
52 unidirektionales Sperrelement 52 unidirectional blocking element
54 Anschlusspunkt 54 connection point
56 Leitung  56 line
58 Anschlusspunkt  58 connection point
60 Leitung  60 line
62 Ausgang  62 output
70 DC/DC-Wandler  70 DC / DC converters
72 Wechselrichter  72 inverters
80 Verbraucher  80 consumers
81 erster Verbraucher  81 first consumer
82 zweiter Verbraucher  82 second consumer
83 dritter Verbraucher  83 third consumer
100 Energieerzeugungsanlage 100 power generation plant
200 Energieversorgungsnetz 200 power supply network

Claims

Ansprüche claims
1. Gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem (10) für eine Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere eine Photovoltaikanlage, umfassend A DC coupled power management system (10) for a power plant (100), in particular a photovoltaic system, comprising
- eine Steuereinheit (30),  a control unit (30),
- eine Sensoreinheit (32) zur Messung einer elektrischen Bilanz zwischen Verbrauchern (80) der Energieerzeugungsanlage (100) und einem Netzanschluss (20) eines Energieversorgungsnetzes (200),  - A sensor unit (32) for measuring an electrical balance between consumers (80) of the power generation plant (100) and a network connection (20) of a power supply network (200),
- einen DC/DC-Wandler (22), der mit einem ersten Anschluss (24) an eine elektrische Verbindungsleitung (16) der Energieerzeugungsanlage (100) zwischen einem Energiewandler (12) und einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter (14) sowie mit einem zweiten Anschluss (26) an wenigstens eine Energiespeichereinheit (40) angeschlossen ist,  - a DC / DC converter (22) connected to a first connection (24) to an electrical connection line (16) of the power generation plant (100) between an energy converter (12) and a supply-network-coupled inverter (14) and with a second terminal ( 26) is connected to at least one energy storage unit (40),
wobei die Steuereinheit (30) zur Kommunikationsverbindung mit der wherein the control unit (30) is for communication with the
Sensoreinheit (32), der Energiespeichereinheit (40) und dem DC/DC- Wandler (22) ausgebildet ist, Sensor unit (32), the energy storage unit (40) and the DC / DC converter (22) is formed,
wobei der Energiewandler (12) zur Bereitstellung einer variablen Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen vorgesehen ist,  wherein the energy converter (12) is provided for providing a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions,
wobei der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter (14) zur Speisung von ein oder mehreren Verbrauchern (80) vorgesehen ist und mit dem Netzanschluss (20) verbunden ist,  wherein the grid-connected inverter (14) is provided for feeding one or more loads (80) and is connected to the grid connection (20),
wobei der DC/DC-Wandler (22) bidirektional ausgebildet ist, so dass elektrische Energie aus der elektrischen Verbindungsleitung (16) entnehmbar und/oder elektrische Energie der elektrischen Verbindungsleitung (16) zuführbar ist,  wherein the DC / DC converter (22) is bidirectional, so that electrical energy can be removed from the electrical connection line (16) and / or electrical energy can be supplied to the electrical connection line (16),
wobei das Entnehmen oder das Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler (22) mittels der Steuereinheit (30) steuerbar ist, welche Steuereinheit (30) den DC/DC-Wandler (22) nach der von der Sensoreinheit wherein the removal or supply of electrical energy by the DC / DC converter (22) is controllable by means of the control unit (30), which control unit (30) controls the DC / DC converter (22) after that of the sensor unit
(32) bestimmten elektrischen Bilanz steuert. (32) controls certain electrical balance.
2. Energiemanagementsystem nach Anspruch 1 , wobei der DC/DC-Wandler (22) ausgebildet ist, bei der Einspeisung elektrischer Energie in die elektrische Verbindungsleitung (16) eine Strom/Spannung-Charakteristik des2. Energy management system according to claim 1, wherein the DC / DC converter (22) is formed, in the supply of electrical energy into the electrical connection line (16) has a current / voltage characteristic of
Energiewandlers (12) nachzubilden. Energy converter (12) to replicate.
3. Energiemanagementsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrische Verbindungsleitung (16) ein unidirektionales Sperrelement aufweist (52), das ein unerwünschtes Rückspeisen von der Energiespeichereinheit (40) in den Energiewandler (12) verhindert, welches zwischen einem Ausgang (62) des Energiewandlers (12) und einem Anschlusspunkt (54) des DC/DC-Wandlers (22) in der elektrischen Verbindungsleitung (16) angeordnet ist und in Sperrrichtung zum Energiewandler (12) hin geschaltet ist. 3. Energy management system according to claim 1 or 2, wherein the electrical connecting line (16) has a unidirectional blocking element (52), which prevents unwanted feeding back of the energy storage unit (40) in the energy converter (12), which between an output (62) of the Energy converter (12) and a connection point (54) of the DC / DC converter (22) in the electrical connection line (16) is arranged and is connected in reverse direction to the energy converter (12).
4. Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (32) wenigstens einen AC-Sensor umfasst, wobei die Sensoreinheit (32) bevorzugt wenigstens Strom und/oder Spannung und/oder Frequenz der elektrischen Leistung an dem Netzanschluss (20) mit einer zeitlichen Auflösung kleiner als 200 msec, bevorzugt kleiner als 100 msec erfasst. 4. Energy management system according to one of the preceding claims, wherein the sensor unit (32) comprises at least one AC sensor, wherein the sensor unit (32) preferably at least current and / or voltage and / or frequency of the electrical power to the power supply (20) with a temporal resolution less than 200 msec, preferably less than 100 msec recorded.
5. Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiespeichereinheit (40) ein wiederaufladbares Batteriesystem und/oder eine Kondensatoreinheit und/oder einen Schwungradspeicher aufweist. 5. Energy management system according to one of the preceding claims, wherein the energy storage unit (40) comprises a rechargeable battery system and / or a capacitor unit and / or a flywheel storage.
6. Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der DC/DC-Wandler (22) über den zweiten Anschluss (26) mit einer oder mehreren Energieerzeugungseinheiten, insbesondere einer Energieerzeugungseinheit aus einem Brennstoffzellensystem (41 ), einer AC- Blockheizkraftanlage (42), einer DC-Blockheizkraftanlage (43), einem Motorgenerator (44) oder dergleichen verbunden ist. 6. Energy management system according to one of the preceding claims, wherein the DC / DC converter (22) via the second terminal (26) with one or more power generation units, in particular a power generation unit from a fuel cell system (41), an AC block heating plant (42), a DC block heating system (43), a motor generator (44) or the like is connected.
7. Energiemanagementsystem nach Anspruch 6, wobei die eine oder mehreren Energieerzeugungseinheiten (41 , 42, 43, 44) als Konstantspannungsquellen betreibbar sind. 7. An energy management system according to claim 6, wherein the one or more power generation units (41, 42, 43, 44) are operable as constant voltage sources.
8. Energiemanagementsystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Energiespeichereinheit (40) und/oder der DC/DC-Wandler (70) und/oder der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter (72) für den Betrieb der einen oder mehreren Energieerzeugungseinheiten (41 , 42, 43, 44) über die Steuereinheit (30) ansteuerbar sind. 8. Energy management system according to claim 6 or 7, wherein the energy storage unit (40) and / or the DC / DC converter (70) and / or the supply network coupled inverter (72) for the operation of the one or more power generation units (41, 42, 43 , 44) via the control unit (30) are controllable.
9. Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere eine Photovoltaikanlage, mit einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend - einen Energiewandler (12), insbesondere eine Photovoltaikeinheit, welcher zur Bereitstellung einer variablen Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen vorgesehen ist, 9. power generation plant (100), in particular a photovoltaic system, with a DC-coupled energy management system (10), in particular according to one of the preceding claims comprising an energy converter (12), in particular a photovoltaic unit, which is provided for providing a variable DC power as a function of operating and / or ambient conditions,
- einen versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter (14), welcher zur Speisung von ein oder mehreren Verbrauchern (80) vorgesehen ist und mit einem Netzanschluss (20) eines Energieversorgungsnetzes (200) verbunden ist,  a supply network coupled inverter (14), which is provided for feeding one or more consumers (80) and is connected to a power supply (20) of a power supply network (200),
eine Steuereinheit (30),  a control unit (30),
eine Sensoreinheit (32) zur Messung einer elektrischen Bilanz zwischen Verbrauchern (80) und dem Netzanschluss (20) des Energieversorgungsnetzes (200),  a sensor unit (32) for measuring an electrical balance between consumers (80) and the mains connection (20) of the energy supply network (200),
- einen DC/DC-Wandler (22), der mit einem ersten Anschluss (24) an eine elektrische Verbindungsleitung (16) zwischen dem Energiewandler (12) und dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter (14) sowie mit einem zweiten Anschluss (26) an wenigstens eine Energiespeichereinheit (40) angeschlossen ist,  - A DC / DC converter (22) having a first terminal (24) to an electrical connection line (16) between the power converter (12) and the supply network coupled inverter (14) and with a second terminal (26) to at least one Energy storage unit (40) is connected,
wobei die Steuereinheit (30) zur Kommunikationsverbindung mit der Sensoreinheit (32), der Energiespeichereinheit (40) und dem DC/DC- Wandler (22) ausgebildet ist,  wherein the control unit (30) is designed for communication with the sensor unit (32), the energy storage unit (40) and the DC / DC converter (22),
wobei der DC/DC-Wandler (22) bidirektional ausgebildet ist, so dass elektrische Energie aus der elektrischen Verbindungsleitung (16) entnehmbar und/oder elektrische Energie der elektrischen Verbindungsleitung (16) zuführbar ist,  wherein the DC / DC converter (22) is bidirectional, so that electrical energy can be removed from the electrical connection line (16) and / or electrical energy can be supplied to the electrical connection line (16),
wobei das Entnehmen oder das Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler (22) mittels der Steuereinheit (30) steuerbar ist, welche Steuereinheit (30) den DC/DC-Wandler (22) nach der von der Sensoreinheit (32) bestimmten elektrischen Bilanz steuert.  wherein the removal or supply of electrical energy by the DC / DC converter (22) is controllable by means of the control unit (30), which control unit (30) determines the DC / DC converter (22) after that determined by the sensor unit (32) electrical balance controls.
10. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 9, wobei die elektrische Verbindungsleitung (16) ein unidirektionales Sperrelement (52), aufweist, das ein unerwünschtes Rückspeisen von der Energiespeichereinheit (40) in den Energiewandler (12) verhindert, welches zwischen einem Ausgang (62) des Energiewandlers (12) und einem Anschlusspunkt (54) des DC/DC- Wandlers (22) in der elektrischen Verbindungsleitung (16) angeordnet ist und in Sperrrichtung zum Energiewandler (12) hin geschaltet ist. 10. Power plant according to claim 9, wherein the electrical connection line (16) has a unidirectional blocking element (52), which prevents unwanted feeding back of the energy storage unit (40) in the energy converter (12), which between an output (62) of the energy converter (12) and a connection point (54) of the DC / DC converter (22) in the electrical connection line (16) is arranged and is connected in the reverse direction to the energy converter (12).
11. DC/DC-Wandler (22) für ein gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem ersten Anschluss (24), der an eine elektrische Verbindungsleitung (16) einer Energieerzeugungsanlage (100) nach Anspruch 9 oder 10 zwischen einem Energiewandler (12) und einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter (14) sowie mit einem zweiten Anschluss (26), der an wenigstens eine Energiespeichereinheit (40) angeschlossen ist, wobei ein Entnehmen von elektrischer Energie aus der elektrischen Verbindungsleitung (16) oder ein Zuführen von elektrischer Energie zu der elektrischen Verbindungsleitung (16) mittels einer Steuereinheit (30) steuerbar ist, welche Steuereinheit (30) den DC/DC- Wandler (22) nach der von einer Sensoreinheit (32) zwischen Verbrauchern (80) der Energieerzeugungsanlage (100) und einem Netzanschluss (20) bestimmten elektrischen Bilanz steuert. 11. A DC / DC converter (22) for a DC coupled power management system (10) according to any one of claims 1 to 8, comprising a first terminal (24) connected to an electrical connection line (16) of a power plant (100) according to claim 9 or Between a power converter (12) and a power supply coupled inverter (14) and a second terminal (26) connected to at least one energy storage unit (40), wherein a withdrawal of electrical energy from the electrical connection line (16) or feeding of electrical energy to the electrical connection line (16) by means of a control unit (30) is controllable, which control unit (30) the DC / DC converter (22) after the by a sensor unit (32) between consumers (80) of the power generation plant (100 ) and a power supply (20) controls certain electrical balance.
12. Verfahren zum Betrieb einer Energieerzeugungsanlage (100) nach Anspruch 9 oder 10 mit einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend 12. A method of operating a power plant (100) according to claim 9 or 10 comprising a DC coupled power management system (10) according to any one of claims 1 to 8, comprising
Erfassen der elektrischen Bilanz zwischen Verbrauchern (80) der Energieerzeugungsanlage (100) und einem Netzanschluss (20) eines Energieversorgungsnetzes (200) mittels einer Sensoreinheit (32), Steuern eines DC/DC-Wandlers (22), der an wenigstens eine Energiespeichereinheit (40) angeschlossen ist, mittels einer Steuereinheit (30) nach der von der Sensoreinheit (32) bestimmten elektrischen Bilanz,  Detecting the electrical balance between consumers (80) of the power generation plant (100) and a grid connection (20) of a power supply network (200) by means of a sensor unit (32), controlling a DC / DC converter (22) connected to at least one energy storage unit (40 ) is connected by means of a control unit (30) according to the electrical balance determined by the sensor unit (32),
Entnehmen oder Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC- Wandler (22) an einer elektrischen Verbindungsleitung (16) zwischen einem Energiewandler (12) und einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter (14) der Energieerzeugungsanlage (100).  Extracting or supplying electrical energy through the DC / DC converter (22) to an electrical connection line (16) between an energy converter (12) and a power supply system (100) coupled to the supply network.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Betrieb des DC/DC-Wandlers (22) parallel zum Betrieb des Energiewandlers (32) erfolgt. 13. The method of claim 12, wherein the operation of the DC / DC converter (22) in parallel to the operation of the energy converter (32).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Energiemanagementsystem (10) wenigstens einen der Betriebszustände14. The method according to any one of claims 12 or 13, wherein the energy management system (10) at least one of the operating states
(i) Erzeugen elektrischer Energie durch den Energiewandler (12) und Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler (22) an die elektrische Verbindungsleitung (16), (ii) Erzeugen elektrischer Energie durch den Energiewandler (12) und Entnehmen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler (22) aus der elektrischen Verbindungsleitung (16), (i) generating electrical energy by the energy converter (12) and supplying electrical energy through the DC / DC converter (22) to the electrical connection line (16), (ii) generating electrical energy by the energy converter (12) and removing electrical energy by the DC / DC converter (22) from the electrical connection line (16),
(iii) Zuführen elektrischer Energie an die elektrische Verbindungsleitung (16) durch den DC/DC-Wandler (22),  (iii) supplying electrical energy to the electrical connection line (16) through the DC / DC converter (22),
ausführt.  performs.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Steuereinheit (30) den DC/DC-Wandler (22) mit dem Ziel einer von der Sensoreinheit (32) bestimmten elektrischen Nettobilanz von Null oder einer anderen Zielgröße steuert. The method of any one of claims 12 to 14, wherein the controller (30) controls the DC / DC converter (22) to target a net electrical balance of zero or other target magnitude determined by the sensor unit (32).
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Steuereinheit (30) den DC/DC-Wandler (22) mit dem Ziel eines maximalen Leistungsertrags der Energieerzeugungsanlage (100) auf der Basis der zur Verfügung stehenden Gleichspannungsleistung am Eingang (28) des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters (14) steuert. 16. The method of claim 12, wherein the control unit determines the DC / DC converter with the aim of maximum power output of the power generation plant on the basis of the available DC power at the input. the supply network coupled inverter (14) controls.
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