WO2019175249A1 - Energiespeichersystem und verfahren zum steuern eines energiespeichersystems - Google Patents

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WO2019175249A1
WO2019175249A1 PCT/EP2019/056296 EP2019056296W WO2019175249A1 WO 2019175249 A1 WO2019175249 A1 WO 2019175249A1 EP 2019056296 W EP2019056296 W EP 2019056296W WO 2019175249 A1 WO2019175249 A1 WO 2019175249A1
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energy storage
storage system
transformer
uac
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PCT/EP2019/056296
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Benjamin Joseph BRAUN
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Younicos Gmbh
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/12—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G05F1/14—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using tap transformers or tap changing inductors as final control devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H01F29/025—Constructional details of transformers or reactors with tapping on coil or windings

Definitions

  • the invention relates to an energy storage system according to the preamble of claim 1 and a method for controlling an energy storage system.
  • Such an energy storage system for example a battery storage system (also referred to as a battery power plant) comprises at least one energy store, for example one or more battery devices for storing electrical energy, a converter for conversion between a DC voltage applied to the at least one energy store and an AC voltage, a transformer for the transformation between the AC voltage and a mains voltage of a power supply network and a control device for controlling the energy storage system.
  • a battery storage system also referred to as a battery power plant
  • the energy storage system comprises at least one energy store, for example one or more battery devices for storing electrical energy, a converter for conversion between a DC voltage applied to the at least one energy store and an AC voltage, a transformer for the transformation between the AC voltage and a mains voltage of a power supply network and a control device for controlling the energy storage system.
  • battery storage units in the megawatt range are used to control the grid voltage and grid frequency of electrical energy supply networks as part of an efficient control concept with centralized and decentralized control tasks.
  • the battery storage units also referred to as “battery power plants”
  • a battery power plant is largely kept in an optimum state of charge, which for the primary control both the absorption of electrical power from the electrical power supply network and the delivery of electrical power to the electrical Energyver - ensures supply network.
  • the DC voltage available on an electrical energy store in the form of a battery changes depending on the state of charge of the battery (so-called state of charge, SOC for short).
  • SOC state of charge
  • the DC voltage provided by the battery is converted by means of a power converter into an AC voltage and transformed by a (power) transformer to the mains voltage (in the kilovolt range, for example 20 kV).
  • the mains voltage is transformed by means of the transformer into the alternating voltage and converted by means of a power converter into a DC voltage for feeding into the battery.
  • the object of the present invention is to provide an energy storage system and a method for controlling the energy storage system, which make it possible to operate an energy storage system with high efficiency even at low power.
  • the transformer for setting a transformation ratio for switching between the AC voltage and the mains voltage is switchable, wherein the control device is adapted to set the transformation ratio of the transformer as a function of the voltage applied to the at least one energy storage DC voltage.
  • the transformer (in particular designed as a power transformer) for setting the transformation ratio is in particular stepwise switchable.
  • the transformation ratio is set, which in particular makes it possible to use an alternating voltage which is variable in its rms value between the DC voltage on the side of the energy store and the grid voltage on the side of the power supply network.
  • the energy storage system By means of the energy storage system provided, it is optionally possible to dispense with a (DC-DC) converter for adapting the DC voltage between the energy store and the power converter, which makes it possible to operate the energy storage system with high efficiency. Characterized in that are adapted by switching the transformer, the transformation ratio to an applied DC voltage can, is also possible to exploit a storage capacity of an energy storage in the form of a battery in a favorable manner.
  • a (DC-DC) converter for adapting the DC voltage between the energy store and the power converter
  • the proposed solution allows full utilization of DC energy storage units even in a low state of charge.
  • the smallest DC voltage applied to an energy storage unit determines the maximum AC voltage which can be provided by the power converter.
  • larger direct voltages available to energy storage units can be converted into higher alternating voltages, which not only enables better efficiency in the partial load range, but also opens up the possibility of higher power converter performance, at least in the short term, namely as long as a corresponding state of charge exists to use.
  • a "power supply network” is understood to be a high-voltage transmission network, a medium-voltage distribution network or else a low-voltage network, whereby an energy storage system connected to a distribution network at the medium voltage level also indirectly oversees system services such as the primary power control in the high-voltage transmission network the distribution grid level.
  • the transformer may in particular comprise a secondary winding to which the AC voltage is applied, a primary winding to which the mains voltage is applied, and a switching device having a plurality of secondary taps on the secondary winding and / or with a plurality of primary taps on the secondary winding have primary winding.
  • a switching device having a plurality of secondary taps on the secondary winding and / or with a plurality of primary taps on the secondary winding have primary winding.
  • Switching between the taps takes place via the switching device, it being possible to switch between secondary taps on the secondary winding on the side of the power converter and additionally or alternatively between primary taps on the primary winding on the side of the power supply network, in order in this way to achieve the effective length the secondary winding on the side of the power converter and / or to change step by step the effective length of the primary winding on the side of the mains voltage.
  • the stages of the changeover are hereby predefined by the locations of the taps, so that the transformation ratio can be changed stepwise via the switching device.
  • the steps can be arranged equidistant from each other, so that the transformation ratio can be adjusted in uniform steps.
  • the steps can also be of different sizes, so that the transformation ratio can be adjusted with steps of different sizes.
  • the switching device also referred to as a tap changer, can be designed as a so-called on-load tap-changer for uninterrupted switching under load (termed “On Load Tap Changer", or OLTC for short).
  • the switching device can also be designed as a so-called diverter for no-load switching (English No Load Tap Changer, short NLTC).
  • the transformer is therefore preferably stepwise switchable in order to vary the transformation ratio at the transformer and to adapt it to a DC voltage available at the at least one energy store, for example a battery, which depends on the state of charge of the energy store. While the transformation ratio can thus be changed step by step, the DC voltage available at the energy store will change continuously with the changing state of charge of the battery.
  • it is therefore preferably provided to control the converter for converting between the DC voltage and the AC voltage such that the effective value of the AC voltage is variable depending on the value of the DC voltage but preferably adjusted by a step function so that the rms value of the AC voltage is varied stepwise.
  • Different value ranges of the DC voltage are thus assigned to different stages of the AC voltage, so that a specific value range of the DC voltage is converted into a specific stage of the AC voltage.
  • the converter is used to convert the DC voltage of the energy storage in the direction of a feed into the power supply network in the AC voltage, which is then transformed by the transformer into the mains voltage.
  • the converter works in this direction as an inverter.
  • the AC voltage obtained from the mains voltage is converted by means of the power converter in the DC voltage of the energy storage device for feeding the energy into the energy storage.
  • the power converter operates as a rectifier.
  • the converter is controllable in both directions, in particular using semiconductor components, for example transistors such as IGBTs, so that, depending on the direct current voltage available at the energy store (which depends on the charge state of the energy store, in particular the battery) Conversion between the DC voltage and the AC voltage (which is set to a level associated with the value of the DC voltage and thus is varied stepwise) takes place.
  • semiconductor components for example transistors such as IGBTs
  • the setting of the effective value of the alternating voltage can be effected in particular by means of pulse width modulation.
  • a modulation factor of the pulse width modulation is predetermined by means of the control device, the modulation factor being calculated on the basis of the available value of the DC voltage.
  • pulse PWM pulse width modulation
  • transistors used as switching elements in particular IGBT periodically poled the DC voltage, wherein the effective value of the converted AC voltage is set on the basis of the modulation factor of the pulse width modulation. This is done in such a way that a predetermined level of the AC voltage (based on the rms value of the AC voltage) is established, which is assigned to a specific stage of the transformation ratio of the transformer.
  • the transformation ratio of the transformer is then adjusted based on the set level of the alternating voltage.
  • the stepwise variation of the alternating voltage available on the output side of the converter and the stepwise adjustment of the transmission ratio by means of the steps of the alternating voltage ensure that the alternating voltage can be converted in the desired manner into the line voltage (constant in its rms value).
  • the energy storage system is preferably designed as a battery storage power plant with an energy store in the form of a battery device.
  • the energy storage system In this case, a large power, for example greater than 30 MW, for example even greater than 50 MW or 100 MW, may have.
  • the object is also achieved by a method for controlling an energy storage system in which a power converter converts between a DC voltage applied to at least one energy store and an AC voltage and transforms a transformer between the AC voltage and a mains voltage of a power supply network. It is provided that the transformer is switched to set a transformation ratio for the conversion between the alternating voltage and the mains voltage as a function of the voltage applied to the at least one energy storage DC voltage.
  • Fig. 1 is a schematic view of an energy storage system in the form of a
  • FIG. 2 shows a schematic view of a strand of an exemplary embodiment of an energy storage system
  • Fig. 3 is a schematic view of a transformer
  • FIG. 4 shows a view of a winding of the transformer with a switching device in the form of a tap changer for switching the transformation ratio of the transformer;
  • FIG. 5A shows a graphic view of the DC voltage available on an energy store in the form of a battery as a function of the state of charge
  • FIG. 5B is a graphic view of a stepwise conversion of the DC voltage by means of a power converter into an AC voltage with a parallel stage of a transformer
  • Fig. 5C is a graphical view of a resulting mains voltage
  • Fig. 6 is a graphical view of the conversion by means of pulse width modulation.
  • the energy storage system 1 shows a schematic view of an energy storage system 1 in the form of a battery power plant which has a plurality of energy stores 2 in the form of batteries.
  • the energy storage system 1 is coupled to a power supply network 6 and serves to temporarily store energy, for example from renewable energy sources, in order to feed energy from a state of the energy supply network 6 into the energy supply network 6 or to remove it from the energy supply network 6 for intermediate storage.
  • An energy storage 2 in the form of a battery provides a DC voltage that may vary depending on the state of charge of the battery 2.
  • a direct voltage of the energy accumulator 2 in the form of the battery and the mains voltage present on the side of the power supply network 6 is converted by means of converters 3 and a transformer 5, wherein in the embodiment of FIG. 1 different energy storage 2 assigned separate converters 3 and the AC voltage of the energy store 2 obtained in this way is transformed by means of a common transformer 5 to the mains voltage of the power supply network 6.
  • the transmission chain between the energy supply network 6 and the energy storage devices 2 is designed to feed energy from the energy storage devices 2 into the energy supply network 6 and conversely also to feed energy from the energy supply network 6 into the energy storage devices 2 in the form of the batteries.
  • the power converters 3 act as inverters for converting the direct current voltage of each energy storage device 2 into an alternating voltage, which is then fed into the mains voltage by means of the transformer 5 U grid is transformed.
  • the power converter 3 act as a rectifier for rectifying the after transformation at the Transformer 5 AC voltage received in the DC voltage of the respective energy storage. 2
  • each path of an energy storage device 2 there is additionally a block transformer 4 which serves for transformation and as galvanic isolation.
  • the conversion of the DC voltage UDC of the energy store 2 into the AC voltage UAC and the transformation of the AC voltage UAC into the grid voltage U grid of the power grid 6 take place a controlled by a control device 7 way.
  • the transformer 5 for setting the transformation ratio is stepwise switchable, so that the transformer 5 has no constant transformation ratio, but can be switched in a controlled manner.
  • the AC voltage UAC between the power converter 3 and transformer 5 is not constant in their RMS value, but variably adjustable, depending in particular on the energy storage 2 available, depending on the state of charge of the energy storage device 2 in the form of the battery DC voltage.
  • the transformer 5 has a secondary winding 50, to which the AC voltage UAC is applied, and a primary winding 51, to which the mains voltage U grid is applied, via a transformer core 52 for conducting the magnetic flux are magnetically connected with each other.
  • the transformation ratio of the transformer 5 results from the ratio of the number of turns of the windings 50, 51 in a conventional manner, wherein one or both of the windings 50, 51, as exemplified in Fig. 4, by switching between different taps 530 are switchable.
  • FIG. 4 shows by way of example a switching device 53 on the secondary winding 50, by means of which it is possible to switch over between different taps 530 of the secondary winding 50.
  • the switching device 53 has switches 531, 532, by means of which switches can be switched between the different taps 530.
  • the switch 531 assigned to a stage S4 (corresponding to a specific transformation ratio) is closed, so that in the illustrated switch position of the switch 532 the coil 50 is tapped on the tap 530 associated with the stage S4.
  • the different taps 530 it is possible to switch between different stages S1 to S7, which correspond to different discrete values of the transformation ratio, in order thus to set the transformation ratio in stages.
  • the switching device 53 may be formed as a tap changer for switching under load or as a diverter for load-free switching between the taps 530.
  • a changeover can additionally or alternatively also take place at the primary winding 51.
  • the switching between the taps 530 for setting a desired transformation ratio takes place as a function of a DC voltage UDC available at the energy store 2, which depends on the state of charge of the energy store 2.
  • the switching is controlled by the control device 7.
  • the DC voltage UD C available at the energy store 2 in the form of the battery changes depending on the state of charge (SOC).
  • SOC state of charge
  • the DC voltage UD C for discharged or nearly discharged battery (SOC close to 0%) is significantly lower than for fully charged battery (SOC at 100%).
  • the available DC voltage UD C between 750 V and 900 V vary, depending on the specific design of the energy storage. 2
  • the AC voltage U AC is set using a step function, the AC voltage U AC being based on predetermined, discrete stages which are assigned to the stages S1 to S7 of the transformation ratio of the transformer 5.
  • the setting of the transformation ratio at the transformer 5 and the setting of the effective value of the AC voltage UAC at the power converter 3 takes place in a coordinated manner controlled by the control device 7, depending on the DC voltage UDC available at the energy storage 2.
  • U AC, max n M, max calculates the rms value of the ac voltage UAC, which can be obtained from an available DC voltage UDC (K represents a safety factor); Depending on this, the rms value of the alternating voltage UAC is set by means of pulse width modulation in the power converter 3 to the next lower level which can be set on the transformer 5: where a modulation factor (with a value less than or equal to 1) represents the pulse width modulation.
  • the pulse width modulation on the power converter 3 is thus controlled such that one of the respective associated stage results in the corresponding effective value of the AC voltage UAC.
  • the transformation ratio of the transformer 5 is then set so that, after transformation of the AC voltage UAC, the (AC) mains voltage UGrid, which is constant in its effective value, results, as shown in FIG. 5C.
  • the output side of the power converter 3 has an alternating voltage UAC which is set on the basis of the step function shown in FIG. 5B as a solid line.
  • the AC voltage UAC is set by pulse width modulation on the output side of the power converter 3 in accordance with the step S3.
  • the fact that the transformation ratio at the transformer 5 is then set such that the mains voltage U Grid is set on the output side of the transformer 5 results in a constant mains voltage Uo nd independent of the state of charge of the energy storage units 2 on the power supply side. as shown in Fig. 5C.
  • FIG. 6 An example of a pulse width modulation for converting the DC voltage UDC of the energy storage device 2 on the power converter 3 to the power grid 6, Fig. 6.
  • the DC voltage UDC of the energy storage 2 is in the pulse width modulation in pulses "chopped", the sinusoidal course of the change in their average - Voltage UAC result.
  • the rms value of the AC voltage UAC can be set in the desired manner.
  • the AC voltage UAC is thus adjusted variably, depending on a DC voltage UDC available at the energy store 2.
  • the transformation ratio of the transformer is set in steps, so that in the desired manner between the (in their RMS value) mains voltage U grid and the AC voltage UAC is transformed.
  • the proposed procedure can also be used with other types of energy storage devices, for example energy storage devices in the form of capacitors or electromechanical flywheels.
  • energy storage devices in the form of capacitors or electromechanical flywheels.
  • very different energy storage devices can be used which provide a direct electrical voltage.
  • a switchable transformer of the type described herein may have a large number of stages, for example 20 stages or more, for finely switching the transformation ratio.

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Abstract

Ein Energiespeichersystem (1) umfasst zumindest einen Energiespeicher (2), einen Stromrichter (3) zur Wandlung zwischen einer an dem zumindest einen Energiespeicher (2) anliegenden Gleichspannung (UDC) und einer Wechselspannung (UAC), einen Transformator (5) zur Transformation zwischen der Wechselspannung (UAC) und einer Netzspannung (UGrid) eines Energieversorgungsnetzes (6) und eine Steuereinrichtung (7) zum Steuern des Energiespeichersystems (1). Dabei ist vorgesehen, dass der Transformator (5) zur Einstellung eines Transformationsverhältnisses zur Wandlung zwischen der Wechselspannung (UAC) und der Netzspannung (UGrid) schaltbar ist, wobei die Steuereinrichtung (7) ausgebildet ist, das Transformationsverhältnis des Transformators abhängig von der an dem zumindest einen Energiespeicher (2) anliegenden Gleichspannung (UDC) einzustellen. Auf diese Weise wird ein Energiespeichersystem zur Verfügung gestellt, das ein Betreiben mit einem hohen Wirkungsgrad auch bei kleiner Leistung ermöglicht.

Description

Energiespeichersystem und Verfahren zum Steuern eines Energiespeichersystems
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Steuern eines Energiespeichersystems.
Ein derartiges Energiespeichersystem, beispielsweise ein Batteriespeichersystem (be- zeichnet auch als Batteriekraftwerk) umfasst zumindest einen Energiespeicher, zum Bei- spiel eine oder mehrere Batterieeinrichtungen zum Speichern elektrischer Energie, einen Stromrichter zur Wandlung zwischen einer an dem zumindest einen Energiespeicher anliegenden Gleichspannung und einer Wechselspannung, einen Transformator zur Transformation zwischen der Wechselspannung und einer Netzspannung eines Energie- versorgungsnetzes und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Energiespeichersys- tems.
Zur Regelung der Netzspannung und Netzfrequenz elektrischer Energieversorgungsnet- ze werden neben konventionellen Kraftwerken mit rotierenden elektrischen Generatoren auch Batteriespeichereinheiten im Megawattbereich als Teil eines effizienten Regelkon- zepts mit zentralen und dezentralen Regelungsaufgaben eingesetzt. Die auch als„Batte- riekraftwerk“ bezeichneten Batteriespeichereinheiten unterscheiden sich insbesondere durch ihre Schnelligkeit und gute Regelbarkeit bei der Erbringung von Primärregelleis- tung von den derzeit zur Primärregelung eingesetzten Energiespeichereinheiten und werden daher auch an bestehende elektrische Energieversorgungsnetze angeschlossen und zur Primärregelung eingesetzt.
Bei einem aus der WO 2014/1700373 A2 bekannten Verfahren wird zu diesem Zweck ein Batteriekraftwerk weitgehend in einem optimalen Ladezustand gehalten, der zur Primär- regelung sowohl die Aufnahme elektrischer Leistung aus dem elektrischen Energiever- sorgungsnetz als auch die Abgabe elektrischer Leistung an das elektrische Energiever- sorgungsnetz sicherstellt.
Generell ändert sich die an einem elektrischen Energiespeicher in Form einer Batterie bereitstehende Gleichspannung abhängig vom Ladezustand der Batterie (so genannter State of Charge, kurz SOC). Zum Einspeisen von Energie in ein Energieversorgungsnetz wird die durch die Batterie bereitgestellte Gleichspannung mittels eines Stromrichters in eine Wechselspannung gewandelt und durch einen (Leistungs-)Transformator hin zur Netzspannung (im Kilovoltbereich, zum Beispiel 20 kV) transformiert. Umgekehrt wird zum Laden der Batterie die Netzspannung mittels des Transformators in die Wechsel- spannung transformiert und mittels eines Stromrichters in eine Gleichspannung zum Ein- speisen in die Batterie gewandelt. Mittels solcher Energiespeichersysteme insbesondere in Form von Batteriekraftwerken kann Energie zum Beispiel aus erneuerbaren Energie- quellen zwischengespeichert werden, indem bei einem Überangebot Energie aus einem Energieversorgungsnetz entnommen und zu einem anderen Zeitpunkt wieder in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird.
Herkömmliche Energiespeichersysteme dieser Art verwenden üblicherweise eine Wech- selspannung in Form einer in ihrem Effektivwert konstanten Zwischenspannung, um durch Transformation dieser Zwischenspannung netzseitig die geforderte Netzspannung bereitzustellen. Zur Bereitstellung der Wechselspannung in Form der konstanten Zwi- schenspannung muss ein Batteriekraftwerk entweder die erforderliche Zwischenspan- nung abhängig (und begrenzt) von der minimalen von den Energiespeichereinheiten bereitgestellten Gleichspannung auslegen oder zusätzlich ein (DC-DC)-Umrichter ver- wenden, der Schwankungen in der an dem Energiespeicher in Form der Batterie anlie- genden Gleichspannung ausgleicht und zwischen der Gleichspannung ausgangsseitig der Batterie und einer geforderten Gleichspannung eingangsseitig des Stromrichters wandelt. Dies kann gegebenenfalls mit Verlusten einhergehen, ist im Aufbau und in der Steuerung zudem komplex und daher unter Umständen bei insbesondere großen Ener- giespeichersystemen (in einer Größenordnung von zum Beispiel jenseits der 50 MW, zum Beispiel 100 MW) nicht einsetzbar.
Zudem kann bei einem solchen Vorgehen die Kapazität eines Energiespeichers in Form einer Batterie gegebenenfalls nicht in vollem Umfang ausgenutzt werden, sodass die Batterie insbesondere in sehr niedrigen Ladezuständen gegebenenfalls nicht ohne weite- res nutzbar ist. Auch bei einem solchen Vorgehen wird der Wirkungsgrad jedoch insbe- sondere zu Zeiten mit großem Abstand zwischen Gleich- und Wechselspannung im Teil- lastbetrieb leiden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Energiespeichersystem sowie ein Verfah- ren zum Steuern des Energiespeichersystems zur Verfügung zu stellen, die ein Betreiben eines Energiespeichersystems mit einem hohen Wirkungsgrad auch bei kleiner Leistung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist der Transformator zur Einstellung eines Transformationsverhältnisses zur Wandlung zwischen der Wechselspannung und der Netzspannung schaltbar, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, das Transformationsverhältnis des Transformators ab- hängig von der an dem zumindest einen Energiespeicher anliegenden Gleichspannung einzustellen.
Demgemäß ist der (insbesondere als Leistungstransformator ausgebildete) Transforma- tor zur Einstellung des Transformationsverhältnisses insbesondere stufenweise schalt- bar. Abhängig von einer an dem zumindest einen Energiespeicher, zum Beispiel einer Batterie, anliegenden Gleichspannung wird das Transformationsverhältnis eingestellt, was insbesondere ermöglicht, zwischen der Gleichspannung auf Seiten des Energiespei- chers und der Netzspannung auf Seiten des Energieversorgungsnetzes eine in ihrem Effektivwert variable Wechselspannung zu verwenden.
Mittels des bereitgestellten Energiespeichersystems kann gegebenenfalls auf einen (DC- DC)-Umrichter zur Anpassung der Gleichspannung zwischen dem Energiespeicher und dem Stromrichter verzichtet werden, was ermöglicht, das Energiespeichersystem mit ho- hem Wirkungsgrad zu betreiben. Dadurch, dass durch Umschalten des Transformators das Transformationsverhältnis auf eine anliegende Gleichspannung angepasst werden kann, wird zudem möglich, eine Speicherkapazität eines Energiespeichers in Form einer Batterie in günstiger Weise auszunutzen.
Insbesondere ermöglicht die vorgeschlagene Lösung eine volle Ausnutzungen von DC- Energiespeichereinheiten auch in einem niedrigen Ladezustand.
Generell bestimmt die kleinste an einer Energiespeichereinheit anliegende Gleichspan- nung die maximale Wechselspannung, die vom Stromrichter bereitgestellt werden kann. Mit der vorgeschlagenen Lösung kann man an Energiespeichereinheiten zur Verfügung stehende größere Gleichspannungen in höhere Wechselspannungen wandeln, was nicht nur einen besseren Wirkungsgrad im Teillastbereich ermöglich kann, sondern auch die Möglichkeit eröffnet, eine höhere Leistung des Stromrichters zumindest kurzfristig, näm- lich solange ein entsprechender Ladezustand besteht, zu nutzen.
Unter einem „Energieversorgungsnetz“ wird im Rahmen des vorliegenden Textes ein Hochspannungs-Übertragungsnetz, ein Mittelspannungs-Verteilnetz oder auch ein Nie- derspannungsnetz verstanden, wobei ein an ein Verteilnetz auf Mittelspannungsebene angeschlossenes Energiespeichersystem Systemdienstleistungen wie die Primärleis- tungsregelung im Hochspannungs-Übertragungsnetz auch mittelbar über die Verteilnetz- ebene erbringen kann.
Der Transformator kann insbesondere eine sekundäre Wicklung, an der die Wechsel- spannung anliegt, eine primäre Wicklung, an der die Netzspannung anliegt, und eine Schalteinrichtung mit einer Mehrzahl von sekundären Anzapfungen an der sekundären Wicklung und/oder mit einer Mehrzahl von primären Anzapfungen an der primären Wick- lung aufweisen. Mittels solcher Anzapfungen (englisch "taps") können die Wicklungen an unterschiedlichen Orten angezapft werden, um auf diese Weise die effektive Wicklungs- länge (und somit die effektive Windungszahl der jeweiligen Wicklung) zu verändern und dadurch das Transformationsverhältnis des Transformators, das vom Verhältnis der (ef- fektiven) Windungszahl der Wicklungen abhängt, einzustellen.
Das Umschalten zwischen den Anzapfungen erfolgt über die Schalteinrichtung, wobei zwischen sekundären Anzapfungen an der sekundären Wicklung auf Seiten des Strom- richters und zusätzlich oder alternativ zwischen primären Anzapfungen an der primären Wicklung auf Seiten des Energieversorgungsnetzes umgeschaltet werden kann, um auf diese Weise die effektive Länge der sekundären Wicklung auf Seiten des Stromrichters und/oder die effektive Länge der primären Wicklung auf Seiten der Netzspannung stu- fenweise zu verändern.
Die Stufen der Umschaltung werden hierbei durch die Orte der Anzapfungen vorgege- ben, sodass über die Schalteinrichtung das Transformationsverhältnis stufenweise ver- ändert werden kann. Die Stufen können hierbei gleichbeabstandet zueinander angeord- net sein, sodass das Transformationsverhältnis in gleichförmigen Stufen angepasst wer- den kann. Die Stufen können jedoch auch unterschiedlich groß sein, sodass das Trans- formationsverhältnis mit unterschiedlich großen Stufen angepasst werden kann.
Die Schalteinrichtung, auch bezeichnet als Stufenschalter, kann als so genannter Last- stufenschalter zur unterbrechungsfreien Umschaltung unter Last ausgebildet sein (Eng- lisch bezeichnet als On Load Tap Changer, kurz OLTC). Alternativ kann die Schaltein- richtung aber auch als sogenannter Umsteller zum lastfreien Schalten ausgebildet sein (englisch No Load Tap Changer, kurz NLTC).
Der Transformator ist somit vorzugsweise stufenweise schaltbar, um das Transformati- onsverhältnis am Transformator zu variieren und auf eine an dem zumindest einen Ener- giespeicher, zum Beispiel einer Batterie, zur Verfügung stehende Gleichspannung, die vom Ladezustand des Energiespeichers abhängt, anzupassen. Während das Transfor- mationsverhältnis somit stufenweise veränderbar ist, wird sich die am Energiespeicher zur Verfügung stehende Gleichspannung kontinuierlich mit dem sich ändernden Ladezu- stand der Batterie ändern. Um zwischen der Wechselspannung und der (im Effektivwert konstanten) Netzspannung zu transformieren, ist daher vorzugsweise vorgesehen, den Stromrichter zum Wandeln zwischen der Gleichspannung und der Wechselspannung so zu steuern, dass der Effektivwert der Wechselspannung abhängig vom Wert der Gleich- spannung variabel ist, dabei aber vorzugsweise anhand einer Stufenfunktion eingestellt wird, sodass der Effektivwert der Wechselspannung stufenweise variiert wird. Unter- schiedlichen Wertebereichen der Gleichspannung sind somit unterschiedliche Stufen der Wechselspannung zugeordnet, sodass ein bestimmter Wertebereich der Gleichspannung in eine bestimmte Stufe der Wechselspannung gewandelt wird.
Der Stromrichter dient dazu, in Richtung einer Einspeisung in das Energieversorgungs- netz die Gleichspannung des Energiespeichers in die Wechselspannung zu wandeln, die sodann mittels des Transformators in die Netzspannung transformiert wird. Der Strom- richter arbeitet in diese Richtung als Wechselrichter. In Richtung einer Energieentnahme aus dem Energieversorgungsnetz zum Aufladen des Energiespeichers, insbesondere der Batterie, wird hingegen die aus der Netzspannung erhaltene Wechselspannung mittels des Stromrichters in die Gleichspannung des Energiespeichers zum Einspeisen der Energie in den Energiespeicher gewandelt. In diese Richtung arbeitet der Stromrichter als Gleichrichter. In beide Richtungen ist der Stromrichter steuerbar, insbesondere unter Verwendung von Halbleiterbauelementen, zum Beispiel Transistoren wie IGBT, ausgebil- det, sodass abhängig von der am Energiespeicher zur Verfügung stehenden Gleichspan- nung (die vom Ladezustand des Energiespeichers, insbesondere der Batterie, abhängt) eine Wandlung zwischen der Gleichspannung und der Wechselspannung (die auf eine dem Wert der Gleichspannung zugeordnete Stufe eingestellt und somit stufenweise vari- iert wird) erfolgt.
Das Einstellen des Effektivwerts der Wechselspannung kann insbesondere mittels Puls- weitenmodulation erfolgen. Mittels der Steuereinrichtung wird hierbei ein Modulationsfak- tor der Pulsweitenmodulation vorgegeben, wobei der Modulationsfaktor anhand des zur Verfügung stehenden Werts der Gleichspannung berechnet wird. Beispielsweise wird zur Wechselrichtung zur Wandlung der Gleichspannung des Energiespeichers zum Einspei- sen in das Energieversorgungsnetz mit Halbleiterschaltelementen aus der zur Verfügung stehenden Gleichspannung mittels Pulsweitenmodulation (kurz PWM) eine Sinus- Wechselspannung aus kurzen Pulsen hoher Frequenz nachgebildet (so genannter Sinus- Wechselrichter). Als Schaltelemente verwendete Transistoren (insbesondere IGBT) polen hierzu die Gleichspannung periodisch um, wobei anhand des Modulationsfaktors der Pulsweitenmodulation der Effektivwert der gewandelten Wechselspannung eingestellt wird. Dies erfolgt derart, dass sich eine vorbestimmte Stufe der Wechselspannung (be- zogen auf den Effektivwert der Wechselspannung) einstellt, die einer bestimmten Stufe des Übersetzungsverhältnisses des Transformators zugeordnet ist.
Das Übersetzungsverhältnis des Transformators wird dann anhand der eingestellten Stu- fe der Wechselspannung eingestellt. Durch die stufenweise Variation der ausgangsseitig des Stromrichters zur Verfügung stehenden Wechselspannung und durch die stufenwei- se Einstellung des Übersetzungsverhältnisses anhand der Stufen der Wechselspannung wird sichergestellt, dass die Wechselspannung in gewünschter Weise in die (in ihrem Effektivwert konstante) Netzspannung gewandelt werden kann.
Das Energiespeichersystem ist vorzugsweise als Batteriespeicherkraftwerk mit einem Energiespeicher in Form einer Batterieeinrichtung ausgebildet. Das Energiespeichersys- tem kann hierbei eine große Leistung, beispielsweise größer als 30 MW, zum Beispiel sogar größer als 50 MW oder 100 MW, aufweisen.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Steuern eines Energiespeichersystems gelöst, bei dem ein Stromrichter zwischen einer an zumindest einem Energiespeicher anliegenden Gleichspannung und einer Wechselspannung wandelt und ein Transforma- tor zwischen der Wechselspannung und einer Netzspannung eines Energieversorgungs- netzes transformiert. Hierbei ist vorgesehen, dass der Transformator zur Einstellung ei- nes Transformationsverhältnisses zur Wandlung zwischen der Wechselspannung und der Netzspannung abhängig von der an dem zumindest einen Energiespeicher anliegen- den Gleichspannung geschaltet wird.
Die vorangehend für das Energiespeichersystem beschriebenen Vorteile und vorteilhaf- ten Ausgestaltungen finden analog auch auf das Verfahren Anwendung, sodass diesbe- züglich auf das vorangehend Ausgeführte verwiesen werden soll.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figu- ren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Energiespeichersystems in Form eines
Batteriekraftwerks;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Strangs eines Ausführungsbeispiels eines Energiespeichersystems;
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Transformators;
Fig. 4 eine Ansicht einer Wicklung des Transformators mit einer Schalteinrich- tung in Form eines Stufenschalters zum Schalten des Transformationsver- hältnisses des Transformators;
Fig. 5A eine grafische Ansicht der an einem Energiespeicher in Form einer Batte- rie abhängig vom Ladezustand zur Verfügung stehenden Gleichspannung; Fig. 5B eine grafische Ansicht einer stufenweisen Wandlung der Gleichspannung mittels eines Stromrichters in eine Wechselspannung mit paralleler Stu- fung eines Transformators;
Fig. 5C eine grafische Ansicht einer sich ergebenden Netzspannung; und
Fig. 6 eine grafische Ansicht der Wandlung mittels Pulsweitenmodulation.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Energiespeichersystem 1 in Form eines Batteriekraftwerks, das eine Mehrzahl von Energiespeichern 2 in Form von Batterien aufweist. Das Energiespeichersystem 1 ist mit einem Energieversorgungsnetz 6 gekop- pelt und dient dazu, Energie beispielsweise aus erneuerbaren Energiequellen zwischen- zuspeichern, um auch von einem Zustand des Energieversorgungsnetzes 6 Energie in das Energieversorgungsnetz 6 einzuspeisen oder aus dem Energieversorgungsnetz 6 zur Zwischenspeicherung zu entnehmen.
Ein Energiespeicher 2 in Form einer Batterie stellt eine Gleichspannung zur Verfügung, die abhängig vom Ladezustand der Batterie 2 variieren kann. Zwischen der Gleichspan- nung des Energiespeichers 2 in Form der Batterie und der auf Seiten des Energieversor- gungsnetzes 6 vorliegenden Netzspannung wird mittels Stromrichtern 3 und einem Transformator 5 gewandelt, wobei bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 unter- schiedlichen Energiespeichern 2 gesonderte Stromrichter 3 zugeordnet sind und die auf diese Weise erhaltene Wechselspannung der Energiespeicher 2 mittels eines gemein- samen Transformators 5 auf die Netzspannung des Energieversorgungsnetzes 6 trans- formiert wird.
Die Übertragungskette zwischen dem Energieversorgungsnetz 6 und Energiespeichern 2 ist zum Einspeisen von Energie aus den Energiespeichern 2 in das Energieversorgungs- netz 6 und umgekehrt auch zum Einspeisen von Energie aus dem Energieversorgungs- netz 6 in die Energiespeicher 2 in Form der Batterien ausgebildet. In Richtung eines Ein- speisens von Energie aus den Energiespeichern 2 in das Energieversorgungsnetz 6 wir- ken die Stromrichter 3 hierbei als Wechselrichter zum Wandeln der Gleichspannung ei- nes jeden Energiespeichers 2 in eine Wechselspannung, die dann mittels des Transfor- mators 5 in die Netzspannung UGrid transformiert wird. In Richtung eines Einspeisens von Energie aus dem Energieversorgungsnetz 6 in die Energiespeicher 2 wirken die Strom- richter 3 hingegen als Gleichrichter zum Gleichrichten der nach Transformation an dem Transformator 5 erhaltenen Wechselspannung in die Gleichspannung des jeweiligen Energiespeichers 2.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist in einem jeden Pfad eines Energiespei- chers 2 zusätzlich ein Blocktransformator 4, der zur Transformation und als galvanische Trennung dient, vorhanden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 (die einen einem Energiespeicher 2 zugeord- neten Pfad schematisch darstellt) erfolgt die Wandlung der Gleichspannung UDC des Energiespeichers 2 in die Wechselspannung UAC und die Transformation der Wechsel- spannung UAC in die Netzspannung UGrid des Energieversorgungsnetzes 6 in einer über eine Steuereinrichtung 7 gesteuerten Weise. So ist der Transformator 5 zur Einstellung des Transformationsverhältnisses stufenweise schaltbar, sodass der Transformator 5 kein konstantes Transformationsverhältnis aufweist, sondern in gesteuerter Weise um- schaltbar ist.
Ebenso ist die Wechselspannung UAC zwischen Stromrichter 3 und Transformator 5 in ihrem Effektivwert nicht konstant, sondern variabel einstellbar, abhängig insbesondere von der an dem Energiespeicher 2 zur Verfügung stehenden, vom Ladezustand des Energiespeichers 2 in Form der Batterie abhängigen Gleichspannung.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, weist der Transformator 5 eine sekundäre Wicklung 50, an der die Wechselspannung UAC anliegt, und eine primäre Wicklung 51 , an der die Netz- spannung UGrid anliegt, auf, die über einen Transformatorkern 52 zum Leiten des magne- tischen Flusses transformatorisch miteinander wirkverbunden sind. Das Transformations- Verhältnis des Transformators 5 ergibt sich aus dem Verhältnis der Windungszahlen der Wicklungen 50, 51 in an sich bekannter Weise, wobei eine oder beide der Wicklungen 50, 51 , wie beispielhaft in Fig. 4 dargestellt, durch Umschaltung zwischen unterschiedli- chen Anzapfungen 530 schaltbar sind.
In Fig. 4 ist beispielhaft eine Schalteinrichtung 53 an der sekundären Wicklung 50 darge- stellt, mittels der zwischen unterschiedlichen Anzapfungen 530 der sekundären Wicklung 50 umgeschaltet werden kann. Durch Umschalten zwischen den Anzapfungen 530 kann die effektive Wicklungslänge der Wicklung 50 und somit die effektiv wirksame Zahl der Windungen der Wicklung 50 eingestellt werden, um auf diese Weise das Transformati- onsverhältnis des Transformators 5 zu verändern. Die Schalteinrichtung 53 weist Schalter 531 , 532 auf, mittels denen zwischen den unter- schiedlichen Anzapfungen 530 umgeschaltet werden kann. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 4 ist der einer (einem bestimmten Transformationsverhältnis entsprechenden) Stufe S4 zugeordnete Schalter 531 geschlossen, sodass bei der dargestellten Schaltstellung des Schalters 532 die Wicklung 50 an der der Stufe S4 zugeordneten Anzapfung 530 ange- zapft ist. Mittels der unterschiedlichen Anzapfungen 530 kann zwischen unterschiedli- chen Stufen S1 bis S7, die unterschiedlichen, diskreten Werten des Transformationsver- hältnisses entsprechen, geschaltet werden, um auf diese Weise das Transformationsver- hältnis stufenweise einzustellen.
Die Schalteinrichtung 53 kann als Stufenschalter zum Schalten unter Last oder auch als Umsteller zum lastfreien Umschalten zwischen den Anzapfungen 530 ausgebildet sein.
Eine Umschaltung kann zusätzlich oder alternativ auch an der primären Wicklung 51 er- folgen.
Das Umschalten zwischen den Anzapfungen 530 zum Einstellen eines gewünschten Transformationsverhältnisses erfolgt in Abhängigkeit von einer an dem Energiespeicher 2 zur Verfügung stehenden Gleichspannung UDC, die vom Ladezustand des Energiespei- chers 2 abhängt. Das Umschalten wird hierbei über die Steuereinrichtung 7 gesteuert.
Wie in Fig. 5A dargestellt ist, ändert sich die an dem Energiespeicher 2 in Form der Bat- terie zur Verfügung stehende Gleichspannung UDC abhängig vom Ladezustand (SOC). So ist die Gleichspannung UDC bei entladener oder nahezu entladener Batterie (SOC nahe 0%) deutlich geringer als bei vollständig aufgeladener Batterie (SOC bei 100%). Beispielsweise kann die zur Verfügung stehende Gleichspannung UDC zwischen 750 V und 900 V variieren, abhängig jedoch von der konkreten Bauform des Energiespeichers 2.
Um die Kapazität des Energiespeichers 2 mit hohem Wirkungsgrad ausnutzen zu kön- nen, kann vorgesehen werden, die Wechselspannung UAC zwischen Stromrichter 3 und Transformator 5 variabel einzustellen, abhängig von der Gleichspannung UDC am Ener- giespeicher 2, wie dies in Fig. 5B dargestellt ist. Das Einstellen der Wechselspannung UAC erfolgt hierbei anhand einer Stufenfunktion, wobei die Wechselspannung UAC anhand vorbestimmter, diskreter Stufen variiert wird, die den Stufen S1 bis S7 des Transformati- onsverhältnisses des Transformators 5 zugeordnet sind.
Das Einstellen des Transformationsverhältnisses am Transformator 5 und das Einstellen des Effektivwerts der Wechselspannung UAC am Stromrichter 3 erfolgt hierbei in aufei- nander abgestimmter, über die Steuereinrichtung 7 gesteuerter Weise, abhängig von der an dem Energiespeicher 2 zur Verfügung stehenden Gleichspannung UDC.
Unterschiedlichen Wertebereichen der Gleichspannung UDC an dem Energiespeicher 2 sind hierbei unterschiedliche Stufen der Wechselspannung UAC zugeordnet. So wird an- hand der Gleichung t t = fr DC
U AC , max nM , max der Effektivwert der Wechselspannung UAC berechnet, die aus einer zur Verfügung ste- henden Gleichspannung UDC maximal erhalten werden kann (K stellt einen Sicherheits- faktor dar);
Figure imgf000013_0001
steht für den maximalen Modulationsfaktor mit einem zulässigen Maxi- malwert gleich oder kleiner 1. Abhängig hiervon wird der Effektivwert der Wechselspan- nung UAC mittels Pulsweitenmodulation im Stromrichter 3 auf die nächst niedrigere am Transformator 5 einstellbare Stufe eingestellt:
Figure imgf000013_0002
wobei einen Modulationsfaktor (mit einem Wert kleiner oder gleich 1 ) der Pulsweiten- modulation darstellt.
Abhängig von einer bereitstehenden Gleichspannung UDC an dem Energiespeicher 2 wird somit die Pulsweitenmodulation am Stromrichter 3 so gesteuert, dass sich ein der jeweils zugeordneten Stufe entsprechender Effektivwert der Wechselspannung UAC ergibt. Ab- hängig von der eingestellten Stufe der Wechselspannung UAC wird dann das Transforma- tionsverhältnis des Transformators 5 eingestellt, sodass sich nach Transformation der Wechselspannung UAC die in ihrem Effektivwert konstante (AC-)Netzspannung UGrid ergibt, wie dies in Fig. 5C dargestellt ist. Insbesondere ergibt sich ausgangsseitig des Stromrichters 3 eine Wechselspannung UAC, die anhand der in Fig. 5B als durchgezogene Linie dargestellten Stufenfunktion einge- stellt wird. Für einen Gleichspannungswert UDC = X beispielsweise wird durch Pulswei- tenmodulation ausgangsseitig des Stromrichters 3 die Wechselspannung UAC entspre- chend der Stufe S3 eingestellt. Dadurch, dass das Transformationsverhältnis am Trans- formator 5 sodann derart eingestellt wird, dass sich ausgangsseitig des Transformators 5 gerade die Netzspannung UGrid einstellt, ergibt sich auf Seiten des Stromnetzes eine von dem Ladezustand der Energiespeichereinheiten 2 unabhängige, konstante Netzspan- nung Uond, wie dies in Fig. 5C dargestellt ist.
Dies erfolgt grundsätzlich in dieser Art sowohl in Richtung eines Einspeisen von Energie aus dem Energiespeicher 2 in das Energieversorgungsnetz 6 als auch umgekehrt bei Einspeisen von Energie aus dem Energieversorgungsnetz 6 in den Energiespeicher 2.
Ein Beispiel einer Pulsweitenmodulation zum Wandeln der Gleichspannung UDC des Energiespeichers 2 am Stromrichter 3 auf das Energieversorgungsnetz 6 zeigt Fig. 6. Die Gleichspannung UDC des Energiespeichers 2 wird im Rahmen der Pulsweitenmodulation in Pulse "zerhackt", die in ihrem Mittelwert einen sinusförmigen Verlauf der Wechsel- spannung UAC ergeben. Anhand des Modulationsfaktors der Pulsweitenmodulation kann hierbei der Effektivwert der Wechselspannung UAC in gewünschter Weise eingestellt wer- den.
Im Rahmen des vorgeschlagenen Vorgehens wird die Wechselspannung UAC somit vari- abel eingestellt, abhängig von einer am Energiespeicher 2 zur Verfügung stehenden Gleichspannung UDC. Abhängig von der erhaltenen Wechselspannung wird das Trans- formationsverhältnis des Transformators stufenweise eingestellt, sodass in gewünschter Weise zwischen der (in ihrem Effektivwert konstanten) Netzspannung UGrid und der Wechselspannung UAC transformiert wird.
Dies ermöglicht, die Kapazität eines Energiespeichers 2 in Form einer Batterie in großem Umfang ausnutzen, insbesondere auch bei sehr niedrigen Ladezuständen. Zudem kann mittels des vorgeschlagenen Vorgehens ein hoher Wirkungsgrad beim Betreiben des Energiespeichersystems 1 erhalten werden. Dadurch, dass die Leistungsfähigkeit vom Stromrichter hauptsächlich von der Stromtragfähigkeit der verwendeten IGBTs bestimmt ist, kann die Energiekapazität eines Energiespeichers 2 in einem weiteren Rahmen aus- genutzt werden. Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilder- ten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auch in gänzlich andersgearteter Form verwirklichen.
Obwohl vorangehend anhand eines Energiespeichersystems in Form eines Batterie- kraftwerks beschrieben, ist das vorgeschlagene Vorgehen auch bei andersgearteten Energiespeichern verwendbar, zum Beispiel Energiespeichern in Form von Kondensato- ren oder elektromechanischen Schwungrädern. Insofern können ganz unterschiedliche Energiespeicher zum Einsatz kommen, die eine elektrische Gleichspannung zur Verfü- gung stellen.
Ein schaltbarer Transformator hier beschriebenen Art kann eine große Anzahl von Stu- fen, zum Beispiel 20 Stufen oder mehr für ein feinstufiges Umschalten des Transformati- onsverhältnisses aufweisen.
Bezugszeichenliste
1 Energiespeichersystem (Energiespeicherkraftwerk)
2 Energiespeicher
3 Stromrichter
4 Blocktransformator
5 Transformator
50 Primärwicklung
51 Sekundärwicklung
52 T ransformatorkern
53 Schalteinrichtung
530 Anzapfung
531 Schalter
532 Schalter
6 Energieversorgungsnetz
7 Steuereinrichtung
S1-S7 Stufe
t Zeit
SOC State of Charge
UDC Gleichspannung
UAC Wechselspannung
UGrid Netzspannung
X Gleichspannungswert

Claims

Patentansprüche
1. Energiespeichersystem (1 ), mit
- zumindest einem Energiespeicher (2),
- einem Stromrichter (3) zur Wandlung zwischen einer an dem zumindest einen Energiespeicher (2) anliegenden Gleichspannung (UDC) und einer Wechsel- spannung (UAC),
- einem Transformator (5) zur Transformation zwischen der Wechselspannung (UAC) und einer Netzspannung (Uorid) eines Energieversorgungsnetzes (6) und
- einer Steuereinrichtung (7) zum Steuern des Energiespeichersystems (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (5) zur Einstellung eines Transformationsverhältnisses zur Wandlung zwischen der Wechselspannung (UAC) und der Netzspannung (UGrid) schaltbar ist, wobei die Steuereinrichtung (7) ausgebildet ist, das Transformations- Verhältnis des Transformators abhängig von der an dem zumindest einen Energie- Speicher (2) anliegenden Gleichspannung (UDC) einzustellen.
2. Energiespeichersystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (5) zur Einstellung des Transformationsverhältnisses stufenweise schaltbar ist.
3. Energiespeichersystem (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (5) eine sekundäre Wicklung (51 ), an der die Wechselspan- nung (UAC) anliegt, eine primäre Wicklung (50), an der die Netzspannung (UGrid) an- liegt, und eine Schalteinrichtung (53) mit einer Mehrzahl von sekundären Anzapfun- gen (530) an der sekundären Wicklung (50) und/oder mit einer Mehrzahl von pri- mären Anzapfungen (530) an der primären Wicklung (51 ) aufweist.
4. Energiespeichersystem (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (53) zum Einstellen des Transformationsverhältnisses zum Anzap- fen der sekundären Wicklung (50) über eine der sekundären Anzapfungen (530) und/oder der primären Wicklung (51 ) über eine der primären Anzapfungen (530) schaltbar ist.
5. Energiespeichersystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ausgebildet ist, den Stromrichter (3) zum Wandeln zwischen der Gleichspannung (UDC) und der Wechselspannung (UAC) zu steuern, wobei der Effektivwert der Wechselspannung (UAC) abhängig von dem Wert der Gleichspannung (UDC) ist.
6. Energiespeichersystem (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ausgebildet ist, den Stromrichter (3) zum Einstellen des Effek- tivwerts der Wechselspannung (UAC) abhängig von dem Wert der Gleichspannung (UDC) anhand einer Stufenfunktion zu steuern.
7. Energiespeichersystem (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass unter- schiedlichen Wertebereichen der Gleichspannung (UDC) unterschiedliche Stufen (S1- S7) der Wechselspannung (UAC) zugeordnet sind.
8. Energiespeichersystem (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (3) ausgebildet ist, den Effektivwert der Wechsel- spannung (UAC) mittels Pulsweitenmodulation einzustellen.
9. Energiespeichersystem (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) einen Modulationsfaktor der Pulsweitenmodulation anhand des Werts der Gleichspannung (UDC) vorgibt.
10. Energiespeichersystem (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ausgebildet ist, das Transformationsver- hältnis des Transformators (5) anhand einer eingestellten Stufe der Wechselspan- nung (UAC) einzustellen.
1 1. Energiespeichersystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichersystem (1 ) als Batteriespeicherkraftwerk mit zumindest einem Energiespeicher (2) in Form einer Batterieeinrichtung ausgebil- det ist.
12. Energiespeichersystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ausgebildet ist, den Stromrichter (3) zum Einstellen des maximalen Leistungsfähigkeit abhängig von dem Wert der Wechselspannung (UAC) ZU steuern.
13. Verfahren zum Steuern eines Energiespeichersystems (1 ), bei dem
- ein Stromrichter (3) zwischen einer an zumindest einem Energiespeicher (2) an- liegenden Gleichspannung (UDC) und einer Wechselspannung (UAC) wandelt und
- ein Transformator (5) zwischen der Wechselspannung (UAC) und einer Netz- spannung (UGrid) eines Energieversorgungsnetzes (6) transformiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (5) zur Einstellung eines Transformationsverhältnisses zur Wandlung zwischen der Wechselspannung (UAC) und der Netzspannung (UGrid) ab- hängig von der an dem zumindest einen Energiespeicher (2) anliegenden Gleich- spannung (UDC) geschaltet wird.
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