WO2019007691A1 - Unterbrechungsfreie stromversorgung - Google Patents

Unterbrechungsfreie stromversorgung Download PDF

Info

Publication number
WO2019007691A1
WO2019007691A1 PCT/EP2018/066504 EP2018066504W WO2019007691A1 WO 2019007691 A1 WO2019007691 A1 WO 2019007691A1 EP 2018066504 W EP2018066504 W EP 2018066504W WO 2019007691 A1 WO2019007691 A1 WO 2019007691A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
switch
energy storage
voltage
power supply
storage system
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/066504
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Reimann
Johannes Reinschke
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP18739466.3A priority Critical patent/EP3625866A1/de
Priority to US16/628,759 priority patent/US11527910B2/en
Publication of WO2019007691A1 publication Critical patent/WO2019007691A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/28—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for meshed systems
    • 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
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/24—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to undervoltage or no-voltage
    • H02H3/253—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to undervoltage or no-voltage for multiphase applications, e.g. phase interruption
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured

Definitions

  • Uninterruptible power supply The invention relates to a three-phase
  • Such an energy storage system can be used both for a voltage-independent ("voltage-independent” or “line interactive") uninterruptible power supply (UPS) and for voltage stabilization in a medium voltage branch line.
  • UPS uninterruptible power supply
  • the object of the invention is to provide an efficient uninterruptible power supply for a
  • control unit detected by a current measurement or voltage measurement a network fault of the mains supply and then opens the switch.
  • bypass switch is arranged parallel to the LC resonant circuit, wherein the bypass switch can be actuated by the drive unit or by the energy storage system.
  • bypass switch is closed if the energy storage system is not in operation. It is a development that the bypass switch is a medium voltage switch. It is a development that the resonant frequency of the LC resonant circuit is essentially determined by the frequency of the mains supply. It is a development that the resonant frequency of the LC resonant circuit is 50Hz or 60Hz.
  • the quality of the LC resonant circuit is designed so that the settling time of the LC resonant circuit is substantially 1 second or in a range between 1 second and 10 seconds.
  • the medium-voltage network is a three-phase network, wherein each of the phases has a voltage of at least 1000 volts, in particular a voltage in a range between lkV and 52kV.
  • Inductance and a capacity includes
  • the load is operated via an energy storage system.
  • the statements concerning the device, in particular the uninterruptible power supply, apply correspondingly to the other categories of claim.
  • Computer program product that is directly loadable into a memory of a digital computer, comprising
  • Program code parts adapted to perform steps of the method described herein.
  • executable instructions e.g., in the form of program code
  • program code executable instructions
  • the processing unit mentioned here can be used, in particular, as a processor unit and / or an at least partially hardwired or logic circuit arrangement
  • Said processing unit can be any kind of
  • the above explanations regarding the method apply to the device accordingly.
  • the device may be in one component or distributed in several
  • Fig.l an overview image of a medium-voltage UPS system
  • Busbar also referred to as busbar
  • the critical load the critical load and the critical load
  • Busbar are connected
  • Busbar wherein the critical load and the energy storage system are connected in common to different busbars; 4 shows another arrangement for a medium-voltage multi-load UPS, which are connected to a plurality of simple bus bars (bus bars);
  • Medium-voltage UPS with at least one critical load on a double busbar shows an exemplary arrangement for a
  • Fig.l shows an overview of a medium-voltage UPS system.
  • a main feed 101 is over one
  • the node 110 is connected via an interrupt switch 104 to an output 106, to which a critical load (this is not shown in Fig.l) is connectable.
  • the main feed 101 can by means of a
  • bypass switch 105 (also referred to as a bypass switch) can be connected directly to the output 106.
  • the bypass switch 105 is in normal operation (ie without further activation) open (this is also called “NO” for "normally open”) and then allows no direct flow of current from the main feed 101 to the output 106 to.
  • An energy storage 109 is connected to the node 110 via a power converter 108 and a coupling transformer 107.
  • the power converter 108 converts the
  • the energy storage 109, the power converter 108 and the coupling transformer 107 may be referred to as energy storage system 111 or part of an energy storage system.
  • the energy storage system 111 may be e.g. on
  • the energy storage system 111 may have a control unit 113, which has a control unit 113
  • the Control unit 113 may for example have an interface with the power converter 108 and / or an interface with the energy storage 109.
  • the control unit 113 may act as a BESS controller (BESS:
  • the energy storage system 111 may include a
  • Interface 114 to a (not shown in Fig.l) external higher-level control unit eg, a so-called Supervisory Controller
  • the energy storage 109 can support the voltage without the breaker switch being opened.
  • the voltage at the node 110 is detected and detected by the
  • Control unit 113 may be attempted to control this voltage to a nominal value.
  • Voltage of, for example, 6kV to 30kV (as a three-phase alternating current).
  • the connected to the output 106 critical load is thus protected by the energy storage 109 from deviations from the nominal curve of the voltage of the main feed 101.
  • the critical load connected to the output 106 is supplied via the main supply 101 and the inductance 103, wherein the
  • Energy storage system 111 for a compensation of the reactive power required by the inductance 103 (or the
  • inductive voltage drop can provide.
  • the drive unit (not shown in Fig.l) can be detected. As a result, the drive unit can the Open circuit breaker 102 accordingly (eg for a certain period of time). If the breaker switch 102 is open, the electrical connection between the main feeder 101 and the output 106 is interrupted. However, the critical load at the output 106 can now be supplied by the energy storage system 111.
  • the energy storage system can be dimensioned such that mains faults or voltage dips over a period of a few milliseconds to several minutes
  • Breaker 102 arranged voltage detection provided by which an undervoltage in the
  • a main feed 201 (redundant over two lines) is connected to a single bus bar 202a.
  • the bus bar 202a is over a
  • the Bridging circuit 203 connected to a bus bar 202b.
  • the bypass circuit 203 has a switch which is normally open (NO: "normally open”).
  • the bus bar 202a is connected in series
  • Inductance 210 (throttle) connected to the bus bar 202b.
  • a load 204 To the bus bar 202b are a load 204 and a
  • the energy storage system 205 may include a variety of
  • Energy storage subsystems 211, 212 are electrically connected (or connectable) to the load.
  • a drive unit 206 is electrically connected to the
  • Power rail 202 a connected and a voltage measurement 207 allows the drive unit 206 to detect whether a Mains fault exists and the main feeder 201 is to be disconnected from the load 204. If so, the driver 206 initiates the interrupt switch 209 (ie, the interrupt switch 209 is opened).
  • the voltage measurement 208 is optional for re-syncing and re-closing the
  • the voltage measurement 208 may be e.g. omitted if the energy storage system 205 has a voltage measurement at the connection to the busbar 202b. If no current flows through the inductance 210, then this voltage measurement of the
  • Energy storage system 205 (substantially) the same measured value as the voltage measurement 208.
  • the result of the voltage measurement of the energy storage system can be provided by the control unit 213 of the drive unit 206.
  • the bypass circuit 203 is preferably closed when the energy storage system 205 is partially or completely shut down or fails, because in this case, the reactive power compensation of the inductance 210 can no longer be ensured.
  • a monitoring system e.g., a SCADA system, i.e., control room
  • Bridging circuit 203 to close. It is also possible that the control unit 213 automatically recognizes that the bypass circuit 203 should be closed. In this case, the communication from the control unit 213 via the drive unit 206 to the
  • the load 204 is operated via the main feed 201.
  • the current flows via the busbar 202a through the series connection of breaker switch 209 and inductance 210 to the Busbar 202b and thus to the load 204 and the
  • the interrupt switch 209 is opened accordingly (e.g., for a certain period of time).
  • the breaker switch 209 is opened, the electrical connection between the main feeder 201 and the load 204 is interrupted.
  • Energy storage system 205 are supplied with electrical energy.
  • Variant 2 Single busbar - an alternative
  • FIG. 3 shows an alternative to the embodiment shown in FIG. In contrast to FIG. 2, the energy storage system in FIG. 3 is not connected to the busbar 202b but to a busbar 301 which is arranged between the inductance 210 and the busbar 202b.
  • Variant 3 Single busbar, several loads
  • a main feeder 401 has two redundant lines, one of the lines being connected to a bus bar 402al and the other of the lines being connected to a bus bar 402a2.
  • the busbar 402al is connected via a switch 415 to the busbar 402a2, the switch 415 being closed (NC) without further activation (ie in normal mode).
  • the bus bar 402al can be connected to a busbar 402b via a bridging circuit 403a.
  • Power rail 402a2 is also over a
  • Bridging circuit 403b connectable to a busbar 402c.
  • the bypass circuits 403a and 403b each have a switch which is normally open (NO).
  • the bus bar 402al and the bus bar 402a2 are connected to a bus bar 414a.
  • the bus bar 414a is connected via a series circuit comprising a
  • Power rail 414b is connected to bus bar 402b and to bus bar 402c.
  • a load 404a To the busbar 402b is a load 404a and to the busbar 402c a load 404b is connected.
  • An energy storage system 405 is connected to the busbar 414b.
  • the energy storage system 405 may include a variety of
  • Energy storage subsystems 411, 412 are electrically connected (or connectable) to the load 404a, 404b.
  • Control closed (NC) are.
  • a drive unit 406 is electrically connected to the
  • Busbars 402al and 402a2 connected and a
  • Voltage measurement 407 allows the drive unit 406 to detect whether there is a network fault and the
  • Main feeder 401 is to be separated from the two loads 404a, 404b. If this is the case, it will trigger
  • the drive unit 406 drive the normally closed bypass circuits 403a and 403b.
  • the loads 404a and 404b are operated via the main feed 401.
  • the current flows via the busbars 402al, 402a2, further via the busbar 414a through the series circuit
  • Breaker switch 409 and inductor 410 to bus bar 414b and thus to energy storage system 405. From bus bar 414b, current flows to both bus bar 402b and load 404a and to bus bar 402c and load 404b.
  • break switch 409 is opened accordingly (e.g., for a certain period of time).
  • break switch 409 is opened, the electrical connection between the main feeder 401 and the loads 404a, 404b
  • FIG. 5 shows another exemplary arrangement for a medium voltage UPS.
  • a main feeder 501 has two redundant lines, each of the redundant ones
  • Power rail 502a2 is connected.
  • a bypass circuit 503 is the
  • the bypass circuit 503 has several
  • the bus bar 502al and the bus bar 502a2 are connected to a bus bar 514a.
  • the bus bar 514a is connected via a series circuit comprising a
  • Bus bar 514b is connected to bus bar 502bl and to bus bar 502b2. To the bus bar 502bl and to the bus bar 502b2, a load 504 is connected. An energy storage system 505 is connected to the busbar 514b.
  • the energy storage system 505 may include a variety of
  • Energy storage subsystems 511, 512 are electrically connected (or connectable) to the load 504.
  • a drive unit 506 is electrically connected to the
  • Voltage measurement 507 allows the drive unit 506 to detect whether there is a network fault and the
  • Main feeder 501 is to be disconnected from the load 504. If so, the driver 506 triggers the interrupt switch 509 (i.e.
  • Breaker switch 509 is opened.
  • Bridging circuit 503 drives (closes). In this way, it can be achieved that the UPS circuit comprising the interrupt switch 509 and the inductance 510 and the energy store 505 is bridged.
  • the load is 504 on the
  • Main feeder 501 operated. In this case, the current flows via the busbars 502al, 502a2, further over the
  • Interrupt switch 509 and inductor 510 to the bus bar 514b and thus to the energy storage system 505. From the bus bar 514b, the current flows via the bus bars 502bl and 502b2 to the load 504.
  • the load 504 may be powered by the energy storage system 505 with electrical energy
  • Variant 5 Double busbar - an alternative
  • FIG. 6 shows another exemplary arrangement for a medium voltage UPS.
  • a main feeder 601 has two redundant lines, each of the redundant ones
  • Busbar 602a2 is connected.
  • bypass circuit 603 By means of a bypass circuit 603 is the
  • Busbar 602al with a busbar 602bl and the
  • Busbar 602a2 connectable to a busbar 602b2.
  • the bypass circuit 603 has several
  • the bus bar 602al and the bus bar 602a2 are connected to a bus bar 614a.
  • the bus bar 614a is connected via a series circuit
  • Bus bar 614b is connected to bus bar 602bl and to bus bar 602b2.
  • the energy storage system 605 may include a variety of
  • Energy storage subsystems 611, 612 are electrically connected (or connectable) to the load 604.
  • Busbar 602bl and connected to the busbar 602b2.
  • a drive unit 606 is electrically connected to the
  • Busbars 602al and 602a2 connected and a
  • Voltage measurement 607 allows the drive unit 606 to detect whether there is a network fault and the
  • Main feeder 601 is to be disconnected from the load 604. If so, the drive unit 606 triggers the interrupt switch 609 (i.e.
  • Breaker switch 609 is opened.
  • Bridging circuit 603 drives (closes). As a result, it can be achieved that the UPS circuit comprising the interrupt switch 609 and the inductor 610
  • Main feeder 601 operated. In this case, the current flows via the busbars 602al, 602a2, further over the
  • Interrupt switch 609 and inductor 610 to bus bar 614b. From the bus bar 614b, the current flows through the bus bars 602bl and 602b2 to the load 604 and to the energy storage system 605. When a mains fault or voltage dip occurs on the main feeder 601, this may be caused by the
  • the interrupt switch 609 is opened accordingly (e.g., for a certain period of time). If the interrupt switch is 609
  • the load 604 may be powered from the energy storage system 605 with electrical energy
  • the drive unit shown in each case is set up in such a way that an undervoltage of the feed is detected and then the breaker switch is triggered (i.e., opened).
  • the undervoltage within a short time, e.g. in a few milliseconds or in a time that is shorter than the duration of a half wave of the
  • time can be to detect the undervoltage in a range between 1ms and 2ms.
  • a three-phase voltage measurement is performed on the primary side at the breaker switch (compare the voltage measurements 207, 307, 407, 507 and 607 in FIGS
  • Figs. 2 to 6 i. the three voltages between each of the two phases are measured.
  • monitoring preferably substantially simultaneously
  • a disturbance e.g., a deviation in amplitude, phase, and / or harmonics.
  • Breaker switch are triggered.
  • Interrupt switch is triggered (i.e., opened).
  • the cascaded delayed signal cancellation DQ transformation may be performed according to the above
  • the calculation can be based on measured values which were determined with a sampling rate of about 200 s. It is also possible that a sampling of the full period is performed with 2 n sampling points. For example, 128 or 256
  • Sample points can be determined at 50Hz or 60Hz.
  • the measured value acquisition can preferably be in two stages
  • a measurement card samples analog raw readings from the sensor at a clock rate that
  • Voltage problem e.g. after a predetermined (sufficient) duration triggers the breaker.
  • an LC resonance circuit instead of the throttle, an LC resonance circuit can be implemented.
  • the LC resonant circuit in this case comprises a series circuit of an inductance and a capacitance.
  • a main feed 701 (here redundantly over two lines, for example) is connected to a bus bar 702a.
  • the busbar 702a is connectable via a bridging circuit 703 to a busbar 702b.
  • Bridging circuit 703 has a
  • the busbar 702a and the busbar 702b are also referred to as a single busbar.
  • the busbar 702a is connected in series through a medium voltage switch 720 and the LC resonant circuit
  • Busbar 702b are a load 704 and a
  • Parallel to the LC resonant circuit 721 is an optional
  • Bypass switch 722 arranged. This one is in
  • the bypass switch 722 may also be omitted.
  • the energy storage system 705 may include a variety of
  • Energy storage subsystems 711, 712 are electrically connected (or connectable) to the load 704.
  • NC closed
  • a drive unit 706 is electrically connected to the
  • Busbar 702a connected and a voltage measurement 723 allows the drive unit 706 to detect whether the
  • Main feeder 701 is to be disconnected from the load 704.
  • the drive unit 706 has a
  • Communication link with the control unit 713 as well as the drive unit 706 may be the bypass switch
  • Bypass circuit 703 drives. This allows the LC resonant circuit and the medium voltage switch 720 to be bypassed for a predetermined period of time.
  • the LC resonant circuit 721 can be used in a 50Hz
  • the LC resonant circuit 721 may be further configured such that the impedance of its inductance is approximately equal to the impedance of the load 704. The capacity of the LC resonant circuit 721 results, for example, by the vote on the
  • the quality of the LC resonant circuit 721 limits or determines the possible current slew rate through the LC resonant circuit 721.
  • energy storage system 705 may additionally be used for all "slow" network services, such as
  • the medium voltage switch 720 may be designed as a normal (slow) medium voltage switchgear, based on which the main feed 701 after a grid period or after a few network periods from the energy storage system 705 and the load 704 is disconnected.
  • the drive unit 706 (e.g., as a result of a corresponding signaling by the
  • Control unit 713 close the bypass circuit 703 and thus bridge the LC resonant circuit 721. If the energy storage system 705 is not in operation and the LC resonant circuit 721 is not bridged (ie the
  • Control unit 713 and drive unit 706 experience drive unit 706 when energy storage system 705 is operational again and may reopen bypass switch 722. If there is no mains fault, the stationary one takes place
  • the energy storage system 705 takes over (positive and negative) load changes and
  • Energy storage system 705 relative to the nominal power or in comparison with a conventional UPS with double AC-DC power conversion low.
  • the losses of the LC resonant circuit are approximately 0.2% and the losses of the energy storage system 705 are approximately 1.0%.
  • a generating unit e.g. a diesel generator, to be connected.
  • the medium voltage network is a 60Hz network.
  • the solution with LC resonance circuit described here has the advantage that no additional expensive and error-prone power electronics are necessary.
  • the LC resonant circuit itself is robust with a comparatively cost-effective filter technology.
  • due to the LC resonant circuit to the network side especially in the upstream high-voltage network) hardly harmonics of the loads are passed.
  • the proposed here UPS system makes a positive contribution to
  • control unit (the energy storage subsystems
  • control unit (the energy storage subsystems
  • control unit (the energy storage subsystems
  • control unit (the energy storage subsystems
  • control unit (the energy storage subsystems

Abstract

Es wird eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) für ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz, insbesondere ein Mittelspannungsnetz vorgeschlagen mit einem Energiespeichersystem, mit einem Schalter, mit einem LC- Resonanzkreis, der eine Reihenschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität umfasst und mit einer Ansteuereinheit zur Ansteuerung des Schalters, wobei der Schalter und der LC-Resonanzkreis in Reihe geschaltet sind und wobei die Reihenschaltung aus Schalter und LC- Resonanzkreis zwischen einer Netzeinspeisung und dem Energiespeichersystem, das mit einer Last verbunden ist, angeordnet ist. Weiterhin sind ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen USV sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt angegeben.

Description

Beschreibung
Unterbrechungsfreie Stromversorgung Die Erfindung betrifft ein an ein dreiphasiges
Wechselspannungsnetz, insbesondere an ein
Mittelspannungsnetz angeschlossenes elektrisches
Energiespeichersystem. Beispielsweise ist ein modulares Energiespeichersystem der Siemens AG unter dem Namen
"SIESTORAGE" bekannt (www.siemens.de/siestorage).
Ein solches Energiespeichersystem kann sowohl für eine spannungsunabhängige (engl, "voltage independent" oder "line interactive" ) unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV; Englisch: Uninterruptible Power Supply, USV) als auch zur Spannungsstabilisierung in einem Mittelspannungs- Stichstrang verwendet werden. Aufgabe einer
unterbrechungsfreien Stromversorgung ist es, Lasten (auch bezeichnet als "kritische Lasten") vor zu großen
Netzspannungsschwankungen (d.h. zu großen Abweichungen der Grundschwingungsspannungsamplitude, der
Grundschwingungsfrequenz und/oder der Oberschwingungen von den jeweiligen Nominalwerten) zu schützen. In dem europäischen Leitfaden des Zentralverbands
Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI) sind unterbrechungsfreie Stromversorgungen (vergleiche:
http : //www . zvei . org/Publikationen) zusammengefasst .
Ergänzend sei auf die Norm EN 62040-3 verwiesen, in der unterbrechungsfreie Stromversorgungen auch als
"netzparallele Topologie" bezeichnet werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine effiziente unterbrechungsfreie Stromversorgung für ein
Mittelspannungsnetz bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. Zur Lösung der Aufgabe wird eine unterbrechungsfreie
Stromversorgung für ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz, insbesondere ein Mittelspannungsnetz, vorgeschlagen
- mit einem Energiespeichersystem,
- mit einem Schalter,
- mit einem LC-Resonanzkreis , der eine
Reihenschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität umfasst,
- mit einer Ansteuereinheit zur Ansteuerung des
Schalters ,
- wobei der Schalter und der LC-Resonanzkreis in
Reihe geschaltet sind und wobei die Reihenschaltung aus Schalter und LC-Resonanzkreis zwischen einer Netzeinspeisung und dem Energiespeichersystem, das mit einer Last verbunden ist, angeordnet ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Ansteuereinheit über eine Strommessung oder Spannungsmessung einen Netzfehler der Netzeinspeisung detektiert und daraufhin den Schalter öffnet .
Es ist eine Weiterbildung, dass parallel zu dem LC- Resonanzkreis ein Überbrückungsschalter angeordnet ist, wobei der Überbrückungsschalter von der Ansteuereinheit oder von dem Energiespeichersystem ansteuerbar ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Überbrückungsschalter geschlossen wird falls das Energiespeichersystem nicht im Betrieb ist. Es ist eine Weiterbildung, dass der Überbrückungsschalter ein Mittelspannungsschalter ist. Es ist eine Weiterbildung, dass die Resonanzfrequenz des LC-Resonanzkreises im Wesentlichen durch die Frequenz der Netzeinspeisung bestimmt ist. Es ist eine Weiterbildung, dass die Resonanzfrequenz des LC-Resonanzkreises 50Hz oder 60Hz beträgt.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Güte des LC- Resonanzkreises so ausgelegt ist, dass die Einschwingzeit des LC-Resonanzkreises im Wesentlichen 1 Sekunde beträgt oder in einem Bereich zwischen 1 Sekunde und 10 Sekunden liegt .
Es ist eine Weiterbildung, dass der Schalter ein
Mittelspannungsschalter ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Mittelspannungsnetz ein dreiphasiges Netz ist, wobei jede der Phasen eine Spannung von mindestens 1000 Volt, insbesondere eine Spannung in einem Bereich zwischen lkV und 52kV aufweist.
Auch wird ein Verfahren zum Betreiben einer
unterbrechungsfreien Stromversorgung in einem dreiphasiges Wechselspannungsnetz, insbesondere einem
Mittelspannungsnetz, vorgeschlagen
- bei dem eine Last in einem Normalbetrieb über eine Netzeinspeisung, die über eine Reihenschaltung aus einem LC-Resonanzkreis und einen Schalter mit der Last verbunden ist, betrieben wird, wobei der LC- Resonanzkreis eine Reihenschaltung aus einer
Induktivität und einer Kapazität umfasst,
- bei dem im Falle eines Netzfehlers
- die Netzeinspeisung von der Last getrennt wird,
indem der Schalter mittels einer Ansteuereinheit geöffnet wird, und
- die Last über ein Energiespeichersystem betrieben wird . Die Ausführungen betreffend die Vorrichtung, insbesondere die unterbrechungsfreie Stromversorgung, gelten für die anderen Anspruchskategorien entsprechend.
Die hier vorgestellte Lösung umfasst ferner ein
Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Speicher eines digitalen Computers ladbar ist, umfassend
Programmcodeteile, die dazu geeignet sind, Schritte des hier beschriebenen Verfahrens durchzuführen.
Weiterhin wird das oben genannte Problem gelöst mittels eines computerlesbaren Speichermediums, z.B. eines
beliebigen Speichers, umfassend von einem Computer
ausführbare Anweisungen (z.B. in Form von Programmcode), die dazu geeignet sind, dass der Computer Schritte des hier beschriebenen Verfahrens durchführt.
Die hier genannte Verarbeitungseinheit kann insbesondere als eine Prozessoreinheit und/oder eine zumindest teilweise festverdrahtete oder logische Schaltungsanordnung
ausgeführt sein, die beispielsweise derart eingerichtet ist, dass das Verfahren wie hierin beschrieben durchführbar ist. Besagte Verarbeitungseinheit kann jede Art von
Prozessor oder Rechner oder Computer mit entsprechend notwendiger Peripherie (Speicher, Input/Output- Schnittstellen, Ein-Ausgabe-Geräte, etc.) sein oder
umfassen . Die vorstehenden Erläuterungen betreffend das Verfahren gelten für die Vorrichtung entsprechend. Die Vorrichtung kann in einer Komponente oder verteilt in mehreren
Komponenten ausgeführt sein. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese
erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen
Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Es zeigen:
Fig.l ein Übersichtsbild einer Mittelspannungs-USV- Anlage;
Fig.2 eine beispielhafte Anordnung für eine
Mittelspannungs-USV mit einer einfachen
Stromschiene (auch bezeichnet als Sammelschiene) , wobei die kritische Last und das
Energiespeichersystem gemeinsam an diese
Stromschiene angeschlossen sind;
Fig.3 eine alternative Anordnung für eine
Mittelspannungs-USV mit einer einfachen
Stromschiene, wobei die kritische Last und das Energiespeichersystem gemeinsam an verschiedenen Stromschienen angeschlossen sind; Fig.4 eine andere Anordnung für eine Mittelspannungs-USV mit mehreren Lasten, die an mehreren einfachen Stromschienen (Sammelschienen) angeschlossen sind;
Fig.5 eine beispielhafte Anordnung für eine
Mittelspannungs-USV mit mindestens einer kritischen Last an einer Doppelsammelschiene;
Fig.6 eine weitere beispielhafte Anordnung für eine
Mittelspannungs-USV mit mindestens einer kritischen Last an einer Doppelsammelschiene; Fig.7 eine beispielhafte Anordnung für eine
Mittelspannungs-USV mit einem LC-Resonanzkreis .
Fig.l zeigt ein Übersichtsbild einer Mittelspannungs-USV- Anlage. Eine Haupteinspeisung 101 ist über einen
Unterbrechungsschalter 102 und eine Induktivität 103 mit einem Knoten 110 verbunden. Der Knoten 110 ist über einen Unterbrechungsschalter 104 mit einem Ausgang 106 verbunden, an den eine kritische Last (diese ist nicht in Fig.l dargestellt) anschließbar ist.
Die Haupteinspeisung 101 kann mittels eines
Überbrückungsschalters 105 (auch bezeichnet als Bypass- Schalter) direkt mit dem Ausgang 106 verbunden werden. Der Überbrückungsschalter 105 ist im Normalbetrieb (also ohne weitere Ansteuerung) geöffnet (dies wird auch mit "NO" für "normally open" bezeichnet) und lässt dann keinen direkten Stromfluss von der Haupteinspeisung 101 zu dem Ausgang 106 zu .
Ein Energiespeicher 109 ist über einen Leistungswandler 108 und einen Kopplungstransformator 107 mit dem Knoten 110 verbunden. Der Leistungswandler 108 wandelt die
Gleichspannung des Energiespeichers 109 in eine
Wechselspannung und umgekehrt.
Der Energiespeicher 109, der Leistungswandler 108 und der Kopplungstransformator 107 können als Energiespeichersystem 111 oder Teil eines Energiespeichersystems bezeichnet werden. Das Energiespeichersystem 111 kann z.B. ein
SIESTORAGE-System oder ein Teil eines SIESTORAGE-Systems sein .
Zusätzlich kann optional das Energiespeichersystem 111 eine Kontrolleinheit 113 aufweisen, die über eine
Spannungsmessung 112 die Spannung am Eingang des
Energiespeichersystems 111 detektieren kann. Die Kontrolleinheit 113 kann beispielsweise eine Schnittstelle mit dem Leistungswandler 108 und/oder eine Schnittstelle mit dem Energiespeicher 109 aufweisen. Die Kontrolleinheit 113 kann beispielsweise als ein BESS Controller (BESS:
Large Battery Energy Storage System) ausgeführt sein.
Ferner kann das Energiespeichersystem 111 eine
Schnittstelle 114 zu einer (nicht in Fig.l dargestellten) externen übergeordneten Kontrolleinheit (bspw. einen sogenannten Supervisory Controller) aufweisen.
Somit ist es eine Option, dass der Energiespeicher 109 die Spannung stützen kann ohne dass der Unterbrechungsschalter geöffnet wird: Mittels der Spannungsmessung 112 wird die Spannung an dem Knoten 110 erfasst und mittels der
Kontrolleinheit 113 kann versucht werden, diese Spannung auf einen Nominalwert zu regeln.
Über die Haupteinspeisung 101 wird eine elektrische
Spannung in Höhe von beispielsweise 6kV bis 30kV (als ein dreiphasiger Wechselstrom) bereitgestellt.
Die an dem Ausgang 106 angeschlossene kritische Last ist somit durch den Energiespeicher 109 vor Abweichungen vom Nominalverlauf der Spannung der Haupteinspeisung 101 geschützt.
Im störungsfreien Betrieb wird die an dem Ausgang 106 angeschlossene kritische Last über die Haupteinspeisung 101 und die Induktivität 103 versorgt, wobei das
Energiespeichersystem 111 für eine Kompensation der von der Induktivität 103 benötigten Blindleistung (bzw. dem
induktiven Spannungsabfall) sorgen kann.
Tritt ein Netzfehler oder ein Spannungseinbruch auf der Haupteinspeisung 101 auf, kann dies durch eine
Ansteuereinheit (nicht in Fig.l dargestellt) erkannt werden. Infolgedessen kann die Ansteuereinheit den Unterbrechungsschalter 102 entsprechend (z.B. für eine bestimmte Zeitdauer) öffnen. Ist der Unterbrechungsschalter 102 geöffnet, so ist die elektrische Verbindung zwischen der Haupteinspeisung 101 und dem Ausgang 106 unterbrochen. Allerdings kann die kritische Last an dem Ausgang 106 nun durch das Energiespeichersystem 111 versorgt werden.
Hierbei sei erwähnt, dass die Unterbrechungsschalter 102, 104 im Normalbetrieb (also ohne eine anderweitige
Ansteuerung) geschlossen sind. Dies wird auch als "NC" (für "normally closed") bezeichnet.
Die Dimensionierung des Energiespeichersystems 111
bestimmt, wie lange die kritische Last über den Ausgang 106 ohne Verbindung zu der Haupteinspeisung 101 mit
elektrischer Energie versorgt werden kann. Beispielsweise kann das Energiespeichersystem so dimensioniert sein, dass Netzfehler oder Spannungseinbrüche über einer Dauer von einigen Millisekunden bis hin zu mehreren Minuten
kompensiert werden.
Die in Fig.l gezeigte Anordnung stellt somit eine
Mittelspannungs-USV bereit, die schnell und flexibel auf Netzfehler oder Spannungseinbrüche der Haupteinspeisung 101 reagieren kann. Hierbei sei erwähnt, dass auch ein
Anschluss an eine Niederspannung möglich ist.
Es sind eine Vielzahl von Varianten einer netzparallelen Topologie der Mittelspannungs-USV möglich. Nachfolgend werden einige Beispiele näher erläutert. Insbesondere ist beispielsweise eine an der Einspeiseseite des
Unterbrechungsschalters 102 angeordnete Spannungsdetektion vorgesehen, anhand derer eine Unterspannung in der
Haupteinspeisung 101 detektierbar ist und infolgedessen der Unterbrechungsschalter 102 geöffnet werden kann. Variante 1: Einfache Stromschiene (Single Busbar)
Fig.2 zeigt eine beispielhafte Anordnung für eine
Mittelspannungs-USV . Eine Haupteinspeisung 201 (redundant über zwei Leitungen) wird mit einer einzelnen Stromschiene 202a verbunden. Die Stromschiene 202a ist über eine
Überbrückungsschaltung 203 mit einer Stromschiene 202b verbindbar. Die Überbrückungsschaltung 203 weist einen Schalter auf, der im Normalbetrieb geöffnet (NO: "normally open") ist.
Die Stromschiene 202a ist über eine Reihenschaltung
umfassend einen Unterbrechungsschalter 209 und eine
Induktivität 210 (Drossel) mit der Stromschiene 202b verbunden.
An die Stromschiene 202b sind eine Last 204 und ein
Energiespeichersystem 205 angeschlossen. Das Energiespeichersystem 205 kann eine Vielzahl von
Energiespeicherteilsystemen 211, 212 aufweisen, die an eine Steuereinheit 213 angeschlossen sind. Jedes der
Energiespeicherteilsysteme 211, 212 ist elektrisch mit der Last verbunden (oder verbindbar) .
In dem in Fig.2 gezeigten Beispiel ist jedes der
Energiespeicherteilsysteme 211, 212 mit der Stromschiene 202b verbunden. Hierbei sei angemerkt, dass alle in Fig.2 gezeigten
Schalter mit Ausnahme des Schalters der
Überbrückungsschaltung 203 ohne sonstige Ansteuerung geschlossen (NC) sind. Eine Ansteuereinheit 206 ist elektrisch mit der
Stromschiene 202a verbunden und eine Spannungsmessung 207 ermöglicht der Ansteuereinheit 206 zu detektieren, ob ein Netzfehler vorliegt und die Haupteinspeisung 201 von der Last 204 getrennt werden soll. Ist dies der Fall, so löst die Ansteuereinheit 206 den Unterbrechungsschalter 209 aus (d.h. der Unterbrechungsschalter 209 wird geöffnet).
Die Spannungsmessung 208 ist optional für ein Re- Synchronisieren und ein erneutes Schließen des
Unterbrechungsschalters 209. Die Spannungsmessung 208 kann z.B. entfallen, wenn das Energiespeichersystem 205 an dem Anschluss zu der Stromschiene 202b eine Spannungsmessung aufweist. Wenn durch die Induktivität 210 kein Strom fließt, dann liefert diese Spannungsmessung des
Energiespeichersystems 205 (im Wesentlichen) den gleichen Messwert wie die Spannungsmessung 208. Das Ergebnis der Spannungsmessung des Energiespeichersystems kann von der Steuereinheit 213 der Ansteuereinheit 206 bereitgestellt werden .
Die Überbrückungsschaltung 203 wird vorzugsweise dann geschlossen, wenn das Energiespeichersystem 205 teilweise oder ganz abgeschaltet wird oder ausfällt, weil in diesem Fall die Blindleistungskompensation der Induktivität 210 nicht mehr sichergestellt werden kann. Beispielsweise kommuniziert ein Überwachungssystem (z.B. ein SCADA-System, d.h. Leitwarte) mit der Steuereinheit 213, um die
Überbrückungsschaltung 203 zu schließen. Auch ist es möglich, dass die Steuereinheit 213 selbständig erkennt, dass die Überbrückungsschaltung 203 geschlossen werden soll. In diesem Fall verläuft die Kommunikation von der Steuereinheit 213 über die Ansteuereinheit 206 zu der
Überbrückungsschaltung 203.
Im störungsfreien Betrieb wird also die Last 204 über die Haupteinspeisung 201 betrieben. Hierbei fließt der Strom über die Stromschiene 202a durch die Reihenschaltung aus Unterbrechungsschalter 209 und Induktivität 210 zu der Stromschiene 202b und somit zu der Last 204 und dem
Energiespeichersystem 205.
Tritt ein Netzfehler oder ein Spannungseinbruch auf der Haupteinspeisung 201 auf, kann dies durch die
Ansteuereinheit 206 erkannt und der Unterbrechungsschalter 209 entsprechend (z.B. für eine bestimmte Zeitdauer) geöffnet werden. Ist der Unterbrechungsschalter 209 geöffnet, so ist die elektrische Verbindung zwischen der Haupteinspeisung 201 und der Last 204 unterbrochen.
Allerdings kann dann die Last 204 anhand des
Energiespeichersystems 205 mit elektrischer Energie versorgt werden. Variante 2: Einfache Stromschiene (Single Busbar) - eine Alternative
Fig.3 zeigt eine Alternative zu der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform. Im Unterschied zu Fig.2 ist in Fig.3 das Energiespeichersystem nicht an der Stromschiene 202b, sondern an einer Stromschiene 301 angeschlossen, die zwischen der Induktivität 210 und der Stromschiene 202b angeordnet ist. Variante 3: Einfache Stromschiene (Single Busbar), mehrere Lasten
Fig.4 zeigt eine weitere beispielhafte Anordnung für eine Mittelspannungs-USV . Eine Haupteinspeisung 401 weist zwei redundante Leitungen auf, wobei eine der Leitungen mit einer Stromschiene 402al und die andere der Leitungen mit einer Stromschiene 402a2 verbunden ist.
Die Stromschiene 402al ist über einen Schalter 415 mit der Stromschiene 402a2 verbunden, wobei der Schalter 415 ohne weitere Ansteuerung (also im Normalmodus) geschlossen (NC) ist . Die Stromschiene 402al ist über eine Uberbrückungsschaltung 403a mit einer Stromschiene 402b verbindbar. Die
Stromschiene 402a2 ist weiterhin über eine
Uberbrückungsschaltung 403b mit einer Stromschiene 402c verbindbar. Die Überbrückungsschaltungen 403a und 403b weisen jeweils einen Schalter auf, der im Normalbetrieb geöffnet (NO) ist. Die Stromschiene 402al und die Stromschiene 402a2 sind mit einer Stromschiene 414a verbunden. Die Stromschiene 414a ist über eine Reihenschaltung umfassend einen
Unterbrechungsschalter 409 und eine Induktivität 410
(Drossel) mit einer Stromschiene 414b verbunden. Die
Stromschiene 414b ist mit der Stromschiene 402b und mit der Stromschiene 402c verbunden.
An die Stromschiene 402b ist eine Last 404a und an die Stromschiene 402c ist eine Last 404b angeschlossen. An die Stromschiene 414b ist ein Energiespeichersystem 405 angeschlossen .
Das Energiespeichersystem 405 kann eine Vielzahl von
Energiespeicherteilsystemen 411, 412 aufweisen, die an eine Steuereinheit 413 angeschlossen sind. Jedes der
Energiespeicherteilsysteme 411, 412 ist elektrisch mit der Last 404a, 404b verbunden (oder verbindbar) .
In dem in Fig.4 gezeigten Beispiel ist jedes der
Energiespeicherteilsysteme 411, 412 mit der Stromschiene 414b verbunden.
Hierbei sei angemerkt, dass alle in Fig.4 gezeigten
Schalter mit Ausnahme des Schalters der
Überbrückungsschaltungen 403a, 403b ohne sonstige
Ansteuerung geschlossen (NC) sind. Eine Ansteuereinheit 406 ist elektrisch mit den
Stromschienen 402al und 402a2 verbunden und eine
Spannungsmessung 407 ermöglicht der Ansteuereinheit 406 zu detektieren, ob ein Netzfehler vorliegt und die
Haupteinspeisung 401 von den beiden Lasten 404a, 404b getrennt werden soll. Ist dies der Fall, so löst die
Ansteuereinheit 406 den Unterbrechungsschalter 409 aus (d.h. der Unterbrechungsschalter 409 wird geöffnet). Für die Spannungsmessung 408 gelten die vorstehend zur Spannungsmessung 208 unter Fig.2 gemachten Ausführungen entsprechend .
Weiterhin ist es eine Option, dass die Ansteuereinheit 406 die normalerweise geschlossenen Überbrückungsschaltungen 403a und 403b ansteuert.
Im störungsfreien Betrieb werden die Lasten 404a und 404b über die Haupteinspeisung 401 betrieben. Hierbei fließt der Strom über die Stromschienen 402al, 402a2, weiter über die Stromschiene 414a durch die Reihenschaltung aus
Unterbrechungsschalter 409 und Induktivität 410 zu der Stromschiene 414b und damit zu dem Energiespeichersystem 405. Von der Stromschiene 414b fließt der Strom sowohl zu der Stromschiene 402b und der Last 404a als auch zu der Stromschiene 402c und der Last 404b.
Tritt ein Netzfehler oder ein Spannungseinbruch auf der Haupteinspeisung 401 auf, kann dies durch die
Ansteuereinheit 406 erkannt und der Unterbrechungsschalter 409 entsprechend (z.B. für eine bestimmte Zeitdauer) geöffnet werden. Ist der Unterbrechungsschalter 409 geöffnet, so ist die elektrische Verbindung zwischen der Haupteinspeisung 401 und den Lasten 404a, 404b
unterbrochen. Allerdings können dann die Lasten 404a und
404b anhand des Energiespeichersystems 405 mit elektrischer Energie versorgt werden. Variante 4: Doppelte Stromschiene (Double Busbar)
Fig.5 zeigt eine weitere beispielhafte Anordnung für eine Mittelspannungs-USV . Eine Haupteinspeisung 501 weist zwei redundante Leitungen auf, wobei jede der redundanten
Leitungen mit einer Stromschiene 502al und mit einer
Stromschiene 502a2 verbunden ist. Mittels einer Überbrückungsschaltung 503 ist die
Stromschiene 502al mit einer Stromschiene 502bl und die Stromschiene 502a2 mit einer Stromschiene 502b2 verbindbar. Hierzu weist die Überbrückungsschaltung 503 mehrere
Schalter auf, die jeweils im Normalbetrieb (also ohne jede weitere Ansteuerung) geöffnet (NO) sind.
Die Stromschiene 502al und die Stromschiene 502a2 sind mit einer Stromschiene 514a verbunden. Die Stromschiene 514a ist über eine Reihenschaltung umfassend einen
Unterbrechungsschalter 509 und eine Induktivität 510
(Drossel) mit einer Stromschiene 514b verbunden. Die
Stromschiene 514b ist mit der Stromschiene 502bl und mit der Stromschiene 502b2 verbunden. An die Stromschiene 502bl und an die Stromschiene 502b2 ist eine Last 504 angeschlossen. An die Stromschiene 514b ist ein Energiespeichersystem 505 angeschlossen.
Das Energiespeichersystem 505 kann eine Vielzahl von
Energiespeicherteilsystemen 511, 512 aufweisen, die an eine Steuereinheit 513 angeschlossen sind. Jedes der
Energiespeicherteilsysteme 511, 512 ist elektrisch mit der Last 504 verbunden (oder verbindbar) . In dem in Fig.5 gezeigten Beispiel ist jedes der
Energiespeicherteilsysteme 511, 512 mit der Stromschiene 514b verbunden. Hierbei sei angemerkt, dass alle in Fig.5 gezeigten
Schalter mit Ausnahme der Schalter der
Überbrückungsschaltung 503 ohne sonstige Ansteuerung geschlossen (NC) sind.
Eine Ansteuereinheit 506 ist elektrisch mit den
Stromschienen 502al und 502a2 verbunden und eine
Spannungsmessung 507 ermöglicht der Ansteuereinheit 506 zu detektieren, ob ein Netzfehler vorliegt und die
Haupteinspeisung 501 von der Last 504 getrennt werden soll. Ist dies der Fall, so löst die Ansteuereinheit 506 den Unterbrechungsschalter 509 aus (d.h. der
Unterbrechungsschalter 509 wird geöffnet).
Für die Spannungsmessung 508 gelten die vorstehend zur Spannungsmessung 208 unter Fig.2 gemachten Ausführungen entsprechend . Weiterhin ist es eine Option, dass die Ansteuereinheit 506 die normalerweise geschlossenen Schalter der
Überbrückungsschaltung 503 ansteuert (schließt) . Hierdurch kann erreicht werden, dass die USV-Schaltung umfassend den Unterbrechungsschalter 509 und die Induktivität 510 sowie der Energiespeicher 505 überbrückt wird.
Im störungsfreien Betrieb wird die Last 504 über die
Haupteinspeisung 501 betrieben. Hierbei fließt der Strom über die Stromschienen 502al, 502a2, weiter über die
Stromschiene 514a durch die Reihenschaltung aus
Unterbrechungsschalter 509 und Induktivität 510 zu der Stromschiene 514b und damit zu dem Energiespeichersystem 505. Von der Stromschiene 514b fließt der Strom über die Stromschienen 502bl und 502b2 zu der Last 504.
Tritt ein Netzfehler oder ein Spannungseinbruch auf der Haupteinspeisung 501 auf, kann dies durch die Ansteuereinheit 506 erkannt und der Unterbrechungsschalter 509 entsprechend (z.B. für eine bestimmte Zeitdauer) geöffnet werden. Ist der Unterbrechungsschalter 509
geöffnet, so ist die elektrische Verbindung zwischen der Haupteinspeisung 501 und der Last 504 unterbrochen.
Allerdings kann in diesem Fall die Last 504 anhand des Energiespeichersystems 505 mit elektrischer Energie
versorgt werden. Variante 5: Doppelte Stromschiene (Double Busbar) - eine Alternative
Fig.6 zeigt eine weitere beispielhafte Anordnung für eine Mittelspannungs-USV . Eine Haupteinspeisung 601 weist zwei redundante Leitungen auf, wobei jede der redundanten
Leitungen mit einer Stromschiene 602al und mit einer
Stromschiene 602a2 verbunden ist.
Mittels einer Überbrückungsschaltung 603 ist die
Stromschiene 602al mit einer Stromschiene 602bl und die
Stromschiene 602a2 mit einer Stromschiene 602b2 verbindbar. Hierzu weist die Überbrückungsschaltung 603 mehrere
Schalter auf, die jeweils im Normalbetrieb (also ohne jede weitere Ansteuerung) geöffnet (NO) sind.
Die Stromschiene 602al und die Stromschiene 602a2 sind mit einer Stromschiene 614a verbunden. Die Stromschiene 614a ist über eine Reihenschaltung umfassend einen
Unterbrechungsschalter 609 und eine Induktivität 610
(Drossel) mit einer Stromschiene 614b verbunden. Die
Stromschiene 614b ist mit der Stromschiene 602bl und mit der Stromschiene 602b2 verbunden.
An die Stromschiene 602bl und an die Stromschiene 602b2 sind eine Last 604 und ein Energiespeichersystem 605 angeschlossen . Das Energiespeichersystem 605 kann eine Vielzahl von
Energiespeicherteilsystemen 611, 612 aufweisen, die an eine Steuereinheit 613 angeschlossen sind. Jedes der
Energiespeicherteilsysteme 611, 612 ist elektrisch mit der Last 604 verbunden (oder verbindbar) .
In dem in Fig.6 gezeigten Beispiel ist jedes der
Energiespeicherteilsysteme 611, 612 sowohl mit der
Stromschiene 602bl als auch mit der Stromschiene 602b2 verbunden.
Hierbei sei angemerkt, dass alle in Fig.6 gezeigten
Schalter mit Ausnahme der Schalter der
Überbrückungsschaltung 603 ohne sonstige Ansteuerung geschlossen (NC) sind.
Eine Ansteuereinheit 606 ist elektrisch mit den
Stromschienen 602al und 602a2 verbunden und eine
Spannungsmessung 607 ermöglicht der Ansteuereinheit 606 zu detektieren, ob ein Netzfehler vorliegt und die
Haupteinspeisung 601 von der Last 604 getrennt werden soll. Ist dies der Fall, so löst die Ansteuereinheit 606 den Unterbrechungsschalter 609 aus (d.h. der
Unterbrechungsschalter 609 wird geöffnet).
Für die Spannungsmessung 608 gelten die vorstehend zur Spannungsmessung 208 unter Fig.2 gemachten Ausführungen entsprechend . Weiterhin ist es eine Option, dass die Ansteuereinheit 606 die normalerweise geschlossenen Schalter der
Überbrückungsschaltung 603 ansteuert (schließt) . Hierdurch kann erreicht werden, dass die USV-Schaltung umfassend den Unterbrechungsschalter 609 und die Induktivität 610
überbrückt werden. Im störungsfreien Betrieb wird die Last 604 über die
Haupteinspeisung 601 betrieben. Hierbei fließt der Strom über die Stromschienen 602al, 602a2, weiter über die
Stromschiene 614a durch die Reihenschaltung aus
Unterbrechungsschalter 609 und Induktivität 610 zu der Stromschiene 614b. Von der Stromschiene 614b fließt der Strom über die Stromschienen 602bl und 602b2 zu der Last 604 und zu dem Energiespeichersystem 605. Tritt ein Netzfehler oder ein Spannungseinbruch auf der Haupteinspeisung 601 auf, kann dies durch die
Ansteuereinheit 606 erkannt und der Unterbrechungsschalter 609 entsprechend (z.B. für eine bestimmte Zeitdauer) geöffnet werden. Ist der Unterbrechungsschalter 609
geöffnet, so ist die elektrische Verbindung zwischen der Haupteinspeisung 601 und der Last 604 unterbrochen.
Allerdings kann in diesem Fall die Last 604 anhand des Energiespeichersystems 605 mit elektrischer Energie
versorgt werden.
Unterspannungserkennung
Die vorstehenden Beispiele zeigen, dass anhand des
jeweiligen Unterbrechungsschalters im Falle eines
Netzfehlers dieser Netzfehler von der Last getrennt
("weggeschaltet") werden kann. Damit speist das jeweilige Energiespeichersystem dann nur die Last und nicht das Netz.
Die jeweils gezeigte Ansteuereinheit ist dabei derart eingerichtet, dass eine Unterspannung der Einspeisung erkannt wird und daraufhin der Unterbrechungsschalter ausgelöst (d.h. geöffnet) wird.
Vorzugsweise wird die Unterspannung innerhalb kurzer Zeit, z.B. in wenigen Millisekunden bzw. in einer Zeit, die kürzer ist als die Dauer einer Halbwelle der
Wechselspannung, detektiert. Beispielsweise kann die Zeit zur Detektion der Unterspannung in einem Bereich zwischen 1ms und 2ms liegen.
Hierzu wird primärseitig an dem Unterbrechungsschalter eine dreiphasige Spannungsmessung durchgeführt (vergleiche die Spannungsmessungen 207, 307, 407, 507 und 607 in den
Figuren 2 bis 6), d.h. es werden die drei Spannungen zwischen jeweils zwei der drei Phasen gemessen. Für jede der drei Spannungsmessungen erfolgt (vorzugsweise im Wesentlichen zeitgleich) eine Überwachung dahingehend, ob die jeweilige Spannung eine Unterspannung oder eine Störung (z.B. eine Abweichung der Amplitude, Phasenlage, und/oder Harmonischen) erkennen lässt.
Somit werden die jeweiligen Spannungsmessungen gemäß einer ODER-Verknüpfung überwacht, d.h. sobald eine der
Spannungsmessungen eine Unterspannung oder eine
signifikante Störung erkennen lässt, kann der
Unterbrechungsschalter ausgelöst werden.
Vorzugsweise ist vorgebbar, z.B. parametrierbar, ab welcher "Wartezeit" nach Erkennen der Unterspannung der
Unterbrechungsschalter ausgelöst (d.h. geöffnet) wird.
Somit kann anlagenspezifisch eingestellt werden, dass beispielsweise Kurzzeit-Spannungsunterbrechungen oder
Kurzzeit-Unterspannungen von einer Dauer zwischen 300ms oder bis zu ls nicht zu einem Auslösen des
Unterbrechungsschalters führen, weil diese Netzfehler durch die zeitlich begrenzte Überlastfähigkeit der Wechselrichter und der Batterien im Energiespeicher ausgeglichen werden können .
Für die Überwachung und Detektion einer Unterspannung oder einer Netzstörung kann (mindestens) einer der folgenden bekannten Ansätze verwendet werden: Spannungsabfall-Erkennung wie beschrieben in [N. S. Tunaboylu, A. Unsal: Basic analysis tools for power transient waveforms] .
Kalman-Filter und Tiefpass-Butterworth-Filter wie beschrieben in [I.Y.H. Gu, M. Bollen: Voltage dip detection and power System transients, IEEE Conference paper, Feb . 2001].
DQ-Transformation und mathematische Morphologie-Filter wie beschrieben in [0. Hua, B. Le-ping, Y Zhong-Lin: Voltage sag detection based on Dq transform and mathematical morphology filter. Procedia Engineering 23 (2011) , 775-779] .
Spannungseinbruchsdetektion wie beschrieben in [L. Dantas et al . : A robust and fast generic voltage sag detection technique. Proceedings of 2015 IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conference and Ist
Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC) , (pp. 1-6) ] .
Schätzung der gewichteten kleinsten Quadrate mittels harmonischer Modelle wie beschrieben in [H. Lei et al . : An Improved Method for Voltage Sag Detection Based on Weighted Least-Squares Estimation with
Harmonie Models. PRZEGLAD ELEKTROTECHNICZNY
(Electrical Review), ISSN 0033-2097, R.88 NR
10a/2012] .
Kumulativer-Summen-Algorithmus wie beschrieben in
[Isabel M. Moreno-Garcia et al . : Grid-Tied Smart
Inverter Safety Functionality : Fast Power Quality Event Detection. Journal of Microelectronics ,
Electronic Components and Materials Vol.45, No .3 (2015) , 204-215] . Beispielsweise ist es möglich, die im Normalbetrieb
auftretenden Harmonischen aus den aus den gemessenen
Spannungssignalen herauszufiltern, um somit auf kritische Unterspannungen oder Netzfehler rückzuschließen. Ein derartiges Herausfiltern ist beispielsweise näher
beschrieben in:
(i) Y F Wang, Y W Li : Grid Synchronization PLL Based on Cascaded Delayed Signal Cancellation, IEEE
TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 26, NO. 7,
JULY 2011;
(ii) Y F Wang, Y W Li : Three-Phase Cascaded Delayed Signal Cancellation PLL for Fast Selective Harmonie
Detection, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL
ELECTRONICS, VOL. 60, NO. 4, APRIL 2013.
Beispielsweise kann die DQ-Transformation mit kaskadierter, verzögerter Signalauslöschung gemäß dem vorstehend
genannten Ansatz (3) mit den in (i) und (ii) beschriebenen Methoden kombiniert werden.
Die in den vorstehenden Referenzen beschriebenen Ansätze können mittels Mikrocontroller oder Mikroprozessor
realisiert werden. Beispielsweise kann die Berechnung basierend auf Messwerten erfolgen, die mit einer Abtastrate von ca. 200ys bestimmt wurden. Auch ist es möglich, dass eine Abtastung der vollen Periode mit 2n Abtastpunkten durchgeführt wird. Beispielsweise können 128 oder 256
Abtastpunkte bei 50Hz oder 60Hz bestimmt werden.
Die Messwerterfassung kann vorzugsweise zweistufig
erfolgen: Beispielsweise tastet eine Messkarte analoge Roh- Messwerte aus dem Sensor mit einer Taktrate ab, die
oberhalb von 5kHz liegt, und bildet daraus gefilterte Werte mit einer Taktrate von 5kHz. Diese Messwerte werden von der Messkarte einer Echtzeit-Regelung (die beispielsweise mit einer Abtastrate in Höhe von 5kHz arbeitet) bereit
gestellt .
Die vorstehend beschriebenen Lösungen sind insbesondere gerichtet auf eine Kombination aus
- Spannungsmessung,
- Induktivität und
- Unterbrechungsschalter,
- einem Energiespeichersystem (also einem
spannungsstützendem / energieüberbrückendem System) und
- einer Ansteuereinheit , die bei Erkennen eines
Spannungsproblems z.B. nach einer vorgegebenen (hinreichenden) Dauer den Unterbrechungsschalter auslöst.
Varianten für den Unterbrechungsschalter: LC-Resonanzkreis
In einer Variante kann statt der Drossel ein LC- Resonanzkreis ausgeführt sein. Der LC-Resonanzkreis umfasst hierbei eine Reihenschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität.
Fig.7 zeigt eine beispielhafte Anordnung für eine
Mittelspannungs-USV mit einem LC-Resonanzkreis 721.
Eine Haupteinspeisung 701 (hier beispielhaft redundant über zwei Leitungen) ist mit einer Stromschiene 702a verbunden. Die Stromschiene 702a ist über eine Überbrückungsschaltung 703 mit einer Stromschiene 702b verbindbar. Die
Überbrückungsschaltung 703 weist einen
(Überbrückungs- ) Schalter auf, der im Normalbetrieb geöffnet (NO) ist. Die Stromschiene 702a und die Stromschiene 702b werden auch als Einfachsammelschiene bezeichnet. Die Stromschiene 702a ist über eine Reihenschaltung aus einem Mittelspannungsschalter 720 und dem LC-Resonanzkreis
721 mit der Stromschiene 702b verbunden. An die
Stromschiene 702b sind eine Last 704 und ein
Energiespeichersystem 705 angeschlossen.
Parallel zu dem LC-Resonanzkreis 721 ist optional ein
Überbrückungsschalter 722 angeordnet. Dieser ist im
Normalfall geöffnet (NO) . Der Überbrückungsschalter 722 kann auch entfallen.
Das Energiespeichersystem 705 kann eine Vielzahl von
Energiespeicherteilsystemen 711, 712 aufweisen, die an eine Steuereinheit 713 angeschlossen sind. Jedes der
Energiespeicherteilsysteme 711, 712 ist elektrisch mit der Last 704 verbunden (oder verbindbar) .
In dem in Fig.7 gezeigten Beispiel ist jedes der
Energiespeicherteilsysteme 711, 712 mit der Stromschiene 702b verbunden.
Hierbei sei angemerkt, dass alle in Fig.7 gezeigten
Schalter mit Ausnahme des Schalters der
Überbrückungsschaltung 703 und des Überbrückungsschalters 722 im Normalfall, also ohne sonstige Ansteuerung,
geschlossen (NC) sind.
Eine Ansteuereinheit 706 ist elektrisch mit der
Stromschiene 702a verbunden und eine Spannungsmessung 723 ermöglicht der Ansteuereinheit 706 zu detektieren, ob die
Haupteinspeisung 701 von der Last 704 getrennt werden soll.
Weiterhin verfügt die Ansteuereinheit 706 über eine
Kommunikationsverbindung mit der Steuereinheit 713 als auch kann die Ansteuereinheit 706 ggf. den Überbrückungsschalter
722 aktivieren oder deaktivieren. Weiterhin ist es eine Option, dass die Ansteuereinheit 706 den (normalerweise geöffneten) Schalter der
Überbrückungsschaltung 703 ansteuert. Hierdurch können der LC-Resonanzkreis und der Mittelspannungsschalter 720 für eine vorgegebene Zeitdauer überbrückt werden.
Der LC-Resonanzkreis 721 kann in einem 50Hz-
Mittelspannungsnetz auf 50Hz abgestimmt sein und kann somit schnelle Leistungsänderungen verhindern. Insbesondere bei Netzkurzschlüssen kann die zeitliche Stromänderung durch den Resonanzkreis 721 begrenzt werden. Der LC-Resonanzkreis 721 kann ferner so ausgelegt sein, dass die Impedanz seiner Induktivität in etwa der Impedanz der Last 704 entspricht. Die Kapazität des LC-Resonanzkreises 721 ergibt sich beispielsweise durch die Abstimmung auf die
Resonanzfrequenz von 50Hz.
Die Güte des LC-Resonanzkreises 721 begrenzt bzw. bestimmt die mögliche Stromanstiegsgeschwindigkeit durch den LC- Resonanzkreis 721. Die Güte bzw. die
Stromanstiegsgeschwindigkeit werden beispielsweise so ausgelegt, dass die Einschwingzeit ca. ls oder wenige
Sekunden beträgt. Damit kann das Energiespeichersystem 705 im Normalfall (d.h. wenn keine Netzstörung vorliegt) zusätzlich für alle "langsamen" Netzdienstleistungen wie
Primärregelleistung, Spitzenlastkappung, Laststeuerung oder zeitliche Lastverschiebungen ("load shifting", "peak shaving" etc.) genutzt werden. Weiterhin ist es möglich, in einem solchen Normalfall ohne Netzstörung das
Energiespeichersystems 705 nachzuladen bzw. zu balancieren.
Im Falle eines Netzfehlers übernimmt das
Energiespeichersystem 705 die Versorgung der Last 704. Der Mittelspannungsschalter 720 kann als normale (langsame) Mittelspannungsschaltanlage ausgeführt sein, anhand derer die Haupteinspeisung 701 nach einer Netzperiode oder nach wenigen Netzperioden von dem Energiespeichersystem 705 und der Last 704 getrennt wird.
Falls das Energiespeichersystem 705 nicht im
Netzregelbetrieb ist, kann die Ansteuereinheit 706 (z.B. in Folge einer entsprechenden Signalisierung durch die
Steuereinheit 713) die Überbrückungsschaltung 703 schließen und somit den LC-Resonanzkreis 721 überbrücken. Ist das Energiespeichersystem 705 nicht in Betrieb und ist der LC-Resonanzkreis 721 nicht überbrückt (also die
Überbrückungsschaltung 703 geöffnet) , können Lastsprünge zu Spannungssprüngen bzw. Spannungsschwankungen an der Last 704 führen. Anhand der Verbindung zwischen der
Steuereinheit 713 und der Ansteuereinheit 706 erfährt die Ansteuereinheit 706, wenn das Energiespeichersystem 705 wieder in Betrieb ist und kann den Überbrückungsschalter 722 wieder öffnen. Liegt kein Netzfehler vor, so erfolgt der stationäre
Leistungsfluss von der Haupteinspeisung 701 über den LC- Resonanzkreis 721 (der Mittelspannungsschalter 720 ist geschlossen) zu der Last 704. Das Energiespeichersystem 705 übernimmt (positive wie negative) Laständerungen und
Oberschwingungen. Dadurch sind Verluste des
Energiespeichersystems 705 bezogen auf die Nominalleistung bzw. im Vergleich mit einer herkömmlichen USV mit doppelter AC-DC-Energiewandlung gering. Beispielsweise betragen die Verluste des LC-Resonanzkreises ca. 0,2% und die Verluste des Energiespeichersystems 705 liegen bei ca. 1,0%.
Optional kann an der Stromschiene 702b zusätzlich eine Erzeugungseinheit, z.B. ein Dieselgenerator, angeschlossen sein .
Auch ist es eine Option, dass das Mittelspannungsnetz ein 60Hz-Netz ist. Die hier beschriebene Lösung mit LC-Resonanzkreis hat den Vorteil, dass keine zusätzliche teure und fehleranfällige Leistungselektronik notwendig ist. Der LC-Resonanzkreis selbst ist robust mit einer im Vergleich kostengünstigen Filtertechnik. Weiterhin ist es von Vorteil, dass bei transienten Störungen in der Regel keine Schaltvorgänge ausgelöst werden. Somit kommt es deutlich seltener zu einer echten Abkopplung von der Haupteinspeisung mit den daraus resultierenden Netzstörungen wie Überspannungen. Damit können zusätzliche Netzdienstleistungen zuverlässiger bereitgestellt werden. Auch ist es ein Vorteil, dass aufgrund des LC-Resonanzkreises zur Netzseite (insbesondere ins vorgelagerte Hochspannungsnetz) kaum Oberschwingungen der Lasten durchgeleitet werden. Damit leistet die hier vorgeschlagene USV-Anlage einen positiven Beitrag zur
Netzqualität .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das mindestens eine gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und
beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
101 Haupteinspeisung
102 Unterbrechungsschalter
103 Induktivität (Drossel)
104 Unterbrechungsschalter
105 Überbrückungsschalter (Bypass-Schalter)
106 Ausgang zum Anschluss einer kritischen Last
107 Kopplungstransformator
108 Leistungswandler
109 Energiespeicher
110 Knoten
111 Energiespeichersystem
112 Spannungsmessung
113 Kontrolleinheit
114 Schnittstelle
NO normalerweise geöffneter Schalter
NC normalerweise geschlossener Schalter 201 Haupteinspeisung
202a Stromschiene
202b Stromschiene
203 Überbrückungsschaltung (Bypass-Schaltung)
204 Last
205 Energiespeichersystem
206 Ansteuereinheit
207 Spannungsmessung
208 Spannungsmessung (optional)
209 Unterbrechungsschalter ("Fast Switch")
210 Induktivität (Drossel)
211 Energiespeicherteilsystem
212 Energiespeicherteilsystem
213 Steuereinheit (der Energiespeicherteilsysteme
211, 212)
301 Stromschiene 401 Haupteinspeisung
402al Stromschiene
402a2 Stromschiene
402b Stromschiene
402c Stromschiene
403a Überbrückungsschaltung (Bypass-Schaltung)
403b Überbrückungsschaltung (Bypass-Schaltung)
404a Last
404b Last
405 Energiespeichersystem
406 Ansteuereinheit
407 Spannungsmessung
408 Spannungsmessung (optional)
409 Unterbrechungsschalter ("Fast Switch")
410 Induktivität (Drossel)
411 Energiespeicherteilsystem
412 Energiespeicherteilsystem
413 Steuereinheit (der Energiespeicherteilsysteme
411, 412)
414a Stromschiene
414b Stromschiene
415 Schalter (NC)
501 Haupteinspeisung
502al Stromschiene
502a2 Stromschiene
502bl Stromschiene
502b2 Stromschiene
503 Überbrückungsschaltung (Bypass-Schaltung) 504 Last
505 Energiespeichersystem
506 Ansteuereinheit
507 Spannungsmessung
508 Spannungsmessung (optional)
509 Unterbrechungsschalter ("Fast Switch")
510 Induktivität (Drossel)
511 Energiespeicherteilsystem 512 Energiespeicherteilsystem
513 Steuereinheit (der Energiespeicherteilsysteme
511, 512)
514a Stromschiene
514b Stromschiene
601 Haupteinspeisung
602al Stromschiene
602a2 Stromschiene
602bl Stromschiene
602b2 Stromschiene
603 Überbrückungsschaltung (Bypass-Schaltung)
604 Last
605 Energiespeichersystem
606 Ansteuereinheit
607 Spannungsmessung
608 Spannungsmessung (optional)
609 Unterbrechungsschalter ("Fast Switch")
610 Induktivität (Drossel)
611 Energiespeicherteilsystem
612 Energiespeicherteilsystem
613 Steuereinheit (der Energiespeicherteilsysteme
611, 612)
614a Stromschiene
614b Stromschiene
701 Haupteinspeisung
702a Stromschiene
702b Stromschiene
703 Überbrückungsschaltung (Bypass-Schaltung)
704 Last
705 Energiespeichersystem
706 Ansteuereinheit
711 Energiespeicherteilsystem
712 Energiespeicherteilsystem
713 Steuereinheit (der Energiespeicherteilsysteme
711, 712) Mittelspannungsschalter
LC-Resonanzkreis
Überbrückungsschalter (des LC-Resonanzkreises 721)
Spannungsmessung

Claims

Unterbrechungsfreie Stromversorgung für ein
dreiphasiges Wechselspannungsnetz, insbesondere ein Mittelspannungsnetz
- mit einem Energiespeichersystem,
- mit einem Schalter,
- mit einem LC-Resonanzkreis , der eine
Reihenschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität umfasst,
- mit einer Ansteuereinheit zur Ansteuerung des
Schalters ,
- wobei der Schalter und der LC-Resonanzkreis in
Reihe geschaltet sind und wobei die Reihenschaltung aus Schalter und LC-Resonanzkreis zwischen einer Netzeinspeisung und dem Energiespeichersystem, das mit einer Last verbunden ist, angeordnet ist.
Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach Anspruch 1, bei der die Ansteuereinheit über eine Strommessung oder Spannungsmessung einen Netzfehler der
Netzeinspeisung detektiert und daraufhin den Schalter öffnet .
Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der parallel zu dem LC- Resonanzkreis ein Überbrückungsschalter angeordnet ist, wobei der Überbrückungsschalter von der
Ansteuereinheit oder von dem Energiespeichersystem ansteuerbar ist.
Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach Anspruch 3, bei der der Überbrückungsschalter geschlossen wird falls das Energiespeichersystem nicht im Betrieb ist.
5. Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach einem der
Ansprüche 3 oder 4, bei der der Überbrückungsschalter ein Mittelspannungsschalter ist.
Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Resonanzfrequ des LC-Resonanzkreises im Wesentlichen durch die Frequenz der Netzeinspeisung bestimmt ist.
Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Resonanzfrequ des LC-Resonanzkreises 50Hz oder 60Hz beträgt.
Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Güte des LC- Resonanzkreises so ausgelegt ist, dass die
Einschwingzeit des LC-Resonanzkreises im Wesentlichen 1 Sekunde beträgt oder in einem Bereich zwischen 1 Sekunde und 10 Sekunden liegt.
Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Schalter ein Mittelspannungsschalter ist. 10. Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das
Mittelspannungsnetz ein dreiphasiges Netz ist, wobei jede der Phasen eine Spannung von mindestens
1000 Volt, insbesondere eine Spannung in einem Bereich zwischen lkV und 52kV aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer unterbrechungsfreien Stromversorgung in einem dreiphasiges
Wechselspannungsnetz, insbesondere einem
Mittelspannungsnetz ,
- bei dem eine Last in einem Normalbetrieb über eine Netzeinspeisung, die über eine Reihenschaltung aus einem LC-Resonanzkreis und einen Schalter mit der Last verbunden ist, betrieben wird, wobei der LC- Resonanzkreis eine Reihenschaltung aus einer
Induktivität und einer Kapazität umfasst,
- bei dem im Falle eines Netzfehlers
- die Netzeinspeisung von der Last getrennt wird, indem der Schalter mittels einer Ansteuereinheit geöffnet wird, und
- die Last über ein Energiespeichersystem betrieben wird .
Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Speicher eines digitalen Computers ladbar ist, umfassend
Programmcodeteile, die dazu geeignet sind, Schritte des Verfahrens nach Anspruch 11 durchzuführen.
PCT/EP2018/066504 2017-07-04 2018-06-21 Unterbrechungsfreie stromversorgung WO2019007691A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18739466.3A EP3625866A1 (de) 2017-07-04 2018-06-21 Unterbrechungsfreie stromversorgung
US16/628,759 US11527910B2 (en) 2017-07-04 2018-06-21 Uninterruptible power supply

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017211351.0 2017-07-04
DE102017211351.0A DE102017211351A1 (de) 2017-07-04 2017-07-04 Unterbrechungsfreie Stromversorgung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019007691A1 true WO2019007691A1 (de) 2019-01-10

Family

ID=62873302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/066504 WO2019007691A1 (de) 2017-07-04 2018-06-21 Unterbrechungsfreie stromversorgung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11527910B2 (de)
EP (1) EP3625866A1 (de)
DE (1) DE102017211351A1 (de)
WO (1) WO2019007691A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11855483B2 (en) 2019-07-01 2023-12-26 Nissin Electric Co., Ltd. Uninterruptible power supply device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017211351A1 (de) 2017-07-04 2019-01-10 Siemens Aktiengesellschaft Unterbrechungsfreie Stromversorgung
US11101658B2 (en) 2019-01-18 2021-08-24 Non-Synchronous Energy Electronics, Llc Techniques for electric power distribution and a system implementing the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE409279C (de) * 1923-12-05 1925-02-05 Aeg Sicherheitseinrichtung fuer Wechselstromanlagen
US5747887A (en) * 1991-04-25 1998-05-05 Kundenko Co., Ltd. Multi-function electric power conversion system
WO2006010725A1 (de) * 2004-07-26 2006-02-02 Siemens Aktiengesellschaft Strombegrenzer mit funkenstrecke
WO2007055587A1 (en) * 2005-11-11 2007-05-18 Norsk Hydro Produksjon A.S Subsea uninterruptible power supply system and arrangement
WO2016025566A2 (en) * 2014-08-13 2016-02-18 Rosendin Electric, Inc. Shared resource system

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4422265A1 (de) * 1994-06-24 1996-01-04 Siemens Ag Vorrichtung zur Begrenzung eines Kurzschlußstromes in einem Netz
JP2002320331A (ja) * 2001-04-18 2002-10-31 Toshiba Corp 系統連系電力変換システムの制御装置
AU2003293372B2 (en) * 2002-12-06 2008-08-07 Electric Power Research Institute, Inc. Electrical power supply
EP1890371A1 (de) * 2006-08-03 2008-02-20 Michael J. Mosman USV-Systemkonfiguration mit parallelen und von einander unabhängigen Modulen
US7982332B2 (en) * 2006-12-08 2011-07-19 Chrysler Group Llc Power device for a vehicle
US20120019203A1 (en) * 2010-07-22 2012-01-26 Consolidated Edison Company Of New York, Inc. Energy storage and vehicle charging system and method of operation
DE102011089851B4 (de) * 2011-12-23 2013-04-11 TelecityGroup Germany Gmbh Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von elektrischen Verbrauchern und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung
US10958184B2 (en) * 2014-07-09 2021-03-23 Abb Schweiz Ag Uninterruptible power supply and method of operation
US10148122B2 (en) * 2014-12-17 2018-12-04 Abb Schweiz Ag Systems and methods for implementing series compensators in static UPS
US9831717B2 (en) * 2015-09-16 2017-11-28 General Electric Company Systems and methods for operating uninterruptible power supplies
US10931190B2 (en) * 2015-10-22 2021-02-23 Inertech Ip Llc Systems and methods for mitigating harmonics in electrical systems by using active and passive filtering techniques
DE102017211351A1 (de) 2017-07-04 2019-01-10 Siemens Aktiengesellschaft Unterbrechungsfreie Stromversorgung
DE102017211355A1 (de) 2017-07-04 2019-01-10 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung zum Ausgleich von Spannungseinbrüchen und System mit solch einer Anordnung
DE102017211356A1 (de) 2017-07-04 2019-01-10 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung zum Ausgleichen von Spannungseinbrüchen in einem Stomversorgungsnetz und Verfahren zum Ausgleichen von Spannungseinbrüchen in einem Stomversorgungsnetz

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE409279C (de) * 1923-12-05 1925-02-05 Aeg Sicherheitseinrichtung fuer Wechselstromanlagen
US5747887A (en) * 1991-04-25 1998-05-05 Kundenko Co., Ltd. Multi-function electric power conversion system
WO2006010725A1 (de) * 2004-07-26 2006-02-02 Siemens Aktiengesellschaft Strombegrenzer mit funkenstrecke
WO2007055587A1 (en) * 2005-11-11 2007-05-18 Norsk Hydro Produksjon A.S Subsea uninterruptible power supply system and arrangement
WO2016025566A2 (en) * 2014-08-13 2016-02-18 Rosendin Electric, Inc. Shared resource system

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
0. HUA; B. LE-PING; Y ZHONG-LIN: "Voltage sag detection based on Dq transform and mathematical morphology filter", PROCEDIA ENGINEERING, vol. 23, 2011, pages 775 - 779, XP028343781, DOI: doi:10.1016/j.proeng.2011.11.2580
H. LEI ET AL.: "An Improved Method for Voltage Sag Detection Based on Weighted Least-Squares Estimation with Harmonic Models", PRZEGLAD ELEKTROTECHNICZNY (ELECTRICAL REVIEW, ISSN: 0033-2097
I.Y.H. GU; M. BOLLEN: "Kalman-Filter und Tiefpass-Butterworth-Filter wie beschrieben", VOLTAGE DIP DETECTION AND POWER SYSTEM TRANSIENTS, IEEE CONFERENCE, February 2001 (2001-02-01)
ISABEL M. MORENO-GARCIA ET AL.: "Grid-Tied Smart Inverter Safety Functionality: Fast Power Quality Event Detection", JOURNAL OF MICROELECTRONICS, ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS, vol. 45, no. 3, 2015, pages 204 - 215
L. DANTAS ET AL.: "A robust and fast generic voltage sag detection technique", PROCEEDINGS OF 2015 IEEE 13TH BRAZILIAN POWER ELECTRONICS CONFERENCE AND 1ST SOUTHERN POWER ELECTRONICS CONFERENCE (COBEP/SPEC, pages 1 - 6
N. S. TUNABOYLU; A. UNSAL: "Spannungsabfall-Erkennung wie beschrieben", BASIC ANALYSIS TOOLS FOR POWER TRANSIENT WAVEFORMS
Y F WANG; Y W LI: "Grid Synchronization PLL Based on Cascaded Delayed Signal Cancellation", IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, vol. 26, no. 7, July 2011 (2011-07-01), XP011370779, DOI: doi:10.1109/TPEL.2010.2099669
Y F WANG; Y W LI: "Three-Phase Cascaded Delayed Signal Cancellation PLL for Fast Selective Harmonic Detection", IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, vol. 60, no. 4, April 2013 (2013-04-01)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11855483B2 (en) 2019-07-01 2023-12-26 Nissin Electric Co., Ltd. Uninterruptible power supply device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017211351A1 (de) 2019-01-10
US11527910B2 (en) 2022-12-13
EP3625866A1 (de) 2020-03-25
US20200295594A1 (en) 2020-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2568557B1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Fehlerstromschutzschalters sowie Fehlerstromschutzschalter für einen Frequenzumrichter
DE19509827A1 (de) Invertervorrichtung
WO2019007691A1 (de) Unterbrechungsfreie stromversorgung
DE102011054002A1 (de) Dezentrale Energieerzeugungsanlage mit Einrichtung und Verfahren zur Inselnetzerkennung
EP2608375A2 (de) Schaltungsanordnung mit einem Wechselrichter und Verfahren zur Funktionsprüfung von elektromechanischen Schaltern
WO2015063098A1 (de) Wechselrichter und detektionsverfahren für einen wechselrichter zur erkennung eines netzfehlers
AT402770B (de) Verfahren zum überwachen eines drehstromnetzes auf eine abstimmungsänderung der erdschlusslöschspule
EP0022496A1 (de) Erdschlussüberwachung für einen mehrphasigen Filterkreis
DE102015104783B4 (de) Verfahren zum Verbinden einer Energieerzeugungsanlage mit einem Mittelspannungsnetz und Energieerzeugungsanlage
EP3565074A1 (de) Ankopplungsschaltung mit schaltender funktion zur ankopplung eines isolationsüberwachungsgerätes an ein ungeerdetes stromversorgungssystem
EP2912741B1 (de) Wechselrichter, verfahren zum betreiben eines wechselrichters und energieversorgungsanlage mit einem wechselrichter
EP3819162B1 (de) Bahnenergieversorgungssystem und verfahren zur überwachung der integrität von mindestens einem rückanschlussleiter einer rückleitung für den bahnstrom
WO2018072781A1 (de) Verfahren zur behandlung eines fehlers zwischen einem wechselstrom- und gleichstromsystem in einem mittel- oder hochspannungsnetz
WO2019007690A1 (de) Unterbrechungsfreie stromversorgung
EP3824524B1 (de) Verfahren zur prüfung einer trennstelle eines photovoltaik-wechselrichters und ein solcher photovoltaik-wechselrichter
WO2015120898A1 (de) Verfahren und einrichtung zum erzeugen eines das vorliegen einer ferroresonanzschwingung in einer elektrischen anlage angebenden resonanzsignals
EP0993694B1 (de) Überwachungsverfahren für einen stromkreis
EP2709226A1 (de) Schaltungsanordnung, sowie Pegelwandler und Vergleicherschaltung für die Schaltungsanordnung
EP3830937A1 (de) Verfahren zum überwachen eines saugkreises eines stromrichtersystems
DE2735756A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erdschlussrichtungsbestimmung in kompensierten netzen
DE102011006118A1 (de) Verfahren zur Überwachung eines Energiesystems
DE102005004697A1 (de) Verfahren zur Ermittlung von Laststrom und Saugkreisstrom bei Vier-Quadrantenstellern
DE102009049820A1 (de) Verfahren zur Reduzierung von Netzrückwirkung einer leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern
DE102020105832B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation eines Ableitstroms
EP2773001A1 (de) Einrichtung für elektrische Sicherheit und Verfahren für ein fahrerloses Schienentransportmittel

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18739466

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018739466

Country of ref document: EP

Effective date: 20191220