WO2020151840A1 - Betreiben einer lastzone an einem stromnetz - Google Patents

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Markus Pfeifer
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method and a switching module for operating a load zone on a power network, in particular on a DC network.
  • a load zone is understood to mean a single load or an assembly of several loads that can be connected to the power grid in order to be supplied with energy by the power grid and / or to feed energy into the power grid.
  • the connection of a load zone to the power grid must be protected against overcurrents that can arise, for example, as a result of a short circuit or an overload.
  • the connection could be protected with an overcurrent protection switch, in which a characteristic curve is stored, with which the switching off of the load zone is regulated by triggering the overcurrent protection switch.
  • the disadvantage of such a procedure is that switch-off processes can be triggered which would have been avoidable if the parameters had been analyzed more precisely.
  • the invention has for its object to enable an egg ner load zone in a power grid, in particular with regard to overcurrent protection.
  • the object is achieved by a method with the features of claim 1, a switching module with the features of claim 10 and a power network with the features of claim 13.
  • a time window is initially provided and in a set-up operation of the load zone at least one load profile is recorded and stored, which shows a time profile of a load zone current in a load zone with the power grid connecting current path flows, or a load zone voltage between an electrical potential of the current path and a reference potential documented in the time window after the closing of the current path.
  • a tolerance range for the time profile of at least one operating parameter of the load zone is defined in the time window on the basis of the at least one load profile.
  • the time profile of the at least one operating parameter in the time window after the closing of the current path is then monitored and the current path is opened if the time profile of an operating parameter in the time window after the closing of the current path is outside its tolerance range or leaves its tolerance range.
  • the method according to the invention provides, in a set-up operation, to first get to know the behavior of a load zone when it is connected to a power grid, by recording and storing at least one load profile that shows a time profile of a load zone current or a load zone voltage of the load zone in a time window after Documentation of the connection of the load zone to the power grid.
  • a tolerance range for the time profile of at least one operating parameter of the load zone is defined in the time window.
  • each operating parameter for which a tolerance range has been defined is monitored in the specified time window after switching on and the operation of the load zone is classified as safe if the course of each of these operating parameters is within its range Tolerance remains.
  • the load zone is only switched off if the course of an operating parameter in the time window after switching on the load zone is outside its tolerance range or leaves its tolerance range.
  • a current strength of the load zone current for example, a current strength of the load zone current, a first derivative of the current strength of the load zone current over time, a level of the load zone voltage or a and a first derivative of the Level of load zone voltage used over time.
  • These variables are particularly critical operational parameters of a load zone when the load zone is connected to a power grid and are therefore particularly suitable for defining tolerance ranges.
  • a time period of less than 100 ys is specified as the time window. This takes into account the fact that load peaks typically only occur within a very short time interval of less than 100 ys after a load zone has been connected to a power grid and therefore tolerance ranges only need to be defined for this short time interval.
  • the current path is opened and closed with an electronic switching unit. This advantageously enables the load zone to be disconnected from the power grid very quickly in the event that the time profile of an operating parameter after the load zone has been connected to the power grid is outside its tolerance range or leaves its tolerance range.
  • At least one tolerance range compatible with a safe operating area of the electronic switching unit is preferably defined. Furthermore, it can be provided to detect a temperature of the electronic switching unit and to define at least one tolerance range depending on the temperature of the electronic switching unit.
  • a safe operating area is usually defined as an area in a current-voltage diagram for a current flowing in the electronic switching unit and a voltage applied to the electronic switching unit and is therefore particularly suitable for defining a tolerance range for one of the above-mentioned operating parameters (Current strength of the load zone current, level of the load zone voltage and its first derivatives over time).
  • the compatibility of the tolerance range with the safe operating area of the electronic switching unit advantageously prevents the electronic switching unit from being damaged or destroyed by load peaks when the load zone is connected to the power supply system.
  • Defining a tolerance range as a function of a temperature of the electronic switching unit advantageously enables the influence of the temperature on the functional of an electronic switching unit when defining the tolerance range.
  • the electronic switching unit is set up to open and close a current path between the load zone and the power grid and can be controlled by the control unit.
  • the measuring unit is designed to detect a time profile of a load zone current flowing in the current path or / and a time profile of a load zone voltage between an electrical potential of the current path and a reference potential in a predetermined time window after the current path has been closed.
  • the storage unit is set up to store at least one load profile recorded by the measuring unit, which documents a time profile of the load zone current or the load zone voltage in the time window after the current path has been closed in a set-up operation of the load zone.
  • the evaluation unit is set up to use the at least one load profile to define a tolerance range for the time profile of at least one operating parameter of the load zone in the time window.
  • the evaluation unit can be set up to define at least one tolerance range compatible with a safe operating area of the electronic switching unit.
  • the control unit is set up to monitor the time profile of each operating parameter, for which a tolerance range is defined, in normal operation of the load zone and to open the current path by actuating the switching unit if the time profile of an operating parameter in the time window after the closing of the Current paths are outside its tolerance range or leave its tolerance range.
  • the switching module can also have a temperature sensor that is set up to detect a temperature of the electronic switching unit, and the evaluation unit can be set up to define at least one tolerance range as a function of the temperature of the electronic switching unit.
  • a switching module according to the invention enables the method according to the invention to be carried out with the advantages already mentioned above.
  • a power network according to the invention has a switching module according to the invention and can in particular be a direct current network.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a switching module according to the invention, by means of which a load zone is connected to a power network,
  • FIG. 3 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method according to the invention for operating a load zone on a power grid.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of a switching module 1 according to the invention, through which a load zone 3 is connected to a power grid 5.
  • the power network 5 is a direct current network with two main electrical lines 7, 9 which are different from one another
  • the load zone 3 has two load Z ones lines 11, 13 which are protected by the circuit module 1 are respectively connected to a main pipe 7. 9
  • the switching module 1 has two network-side connections 15, 16, two load zone-side connections 17, 18, a controllable electronic switching unit 19, a measuring unit 21, a storage unit 23, an evaluation unit 25, a control unit 27 and a temperature sensor 29.
  • the network-side connection 15 is connected to the main line 7.
  • the network-side connection 16 is connected to the main line 9.
  • the load zone side connection 17 is connected to the load zone line 11.
  • the load zone-side connection 18 is connected to the load zone line 13.
  • the switching unit 19 is between the network side An
  • the switching unit 19 can be controlled by the control unit 27.
  • IGBT insulated-gate bipolar transistor
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor field-effect transistor
  • the measuring unit 21 is adapted to a time curve of a current flowing in the current path 20 load zone current, and a time characteristic of a load zone clamping voltage in a pre give NEN time window T after the closing of the current path 20, the ones lines between the load Z 11, bears 13, to capture. For example, a time duration that is less than 100 ys is specified as the time window T.
  • the storage unit 23 is set up to store at least one load profile detected by the measuring unit 21, which shows a time profile of the load zone current or the load zone voltage in the time window T after the closing of the
  • the evaluation unit 25 is set up to use the at least one load profile to define a tolerance range 33 for the time profile of at least one operating parameter C of the load zone 3 in the time window T.
  • Each tolerance range 33 is defined in particular in such a way that it is compatible with a safe operating area of the electronic switching unit 19.
  • the evaluation unit 25 can be set up to define the at least one tolerance range 33 as a function of a temperature of the electronic switching unit 19.
  • an operating parameter C or operating parameters C is relation ship as, for example, a current intensity of the current flowing in the current path 20 load zone stream, a first derivative of the current of this load zone current according to the time t, zone voltage a height of the ones lines between the load Z 11, 13 applied load and / or a first derivative of the level of this load zone voltage used after the time t.
  • the control unit 27 is set up in a normal operation of the load zone 3 to monitor the time profile of each operating parameter C, for which a tolerance range 33 is defined, and to open the current path 20 by actuating the switching unit 19 if the time profile is one Be operating parameter C in the time window T after the closing of the current path 20 is outside its tolerance range 33 or leaves its tolerance range 33.
  • the temperature sensor 29 is set up to detect a temperature of the electronic switching unit 19.
  • FIG. 2 shows a diagrammatic representation of a tolerance range 33 for a profile of an operating parameter C, in this case, for example, the current strength of the load zone current flowing in the current path 20, as a function of the time t in the time window T after the current path 20 has been closed
  • Tolerance range 33 is limited by a lower limit 35 and an upper limit 36, which are determined taking into account the safe operating area of the electronic switching unit 19.
  • FIG. 3 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method according to the invention with method steps S1 to S4 for operating the load zone 3 on the power grid 5 by means of the switching module 1 shown in FIG. 1.
  • a time window T is specified.
  • a second method step S2 in a set-up operation of the load zone 3, at least one load profile is recorded with the measuring unit 21 and stored with the storage unit 23, each load profile showing a time profile of a load zone current flowing in the current path 20 or a load zone voltage, Z between the load ones lines 11, 13 is applied, in the time window T after the closing of the current path 20 documented.
  • the evaluation unit 25 uses the at least one load profile to define a tolerance range 33 for the time profile of at least one operating parameter C of the load zone 3 in the time window T.
  • Each tolerance range 33 is defined in particular in such a way that it is compatible with a safe operating area of the electronic switching unit 19, and can also be dependent on a temperature of the electronic switching unit 19.
  • unit 19 can be defined.
  • an operating parameter C or Be operating parameters C for example, a current of the current flowing in the current path 20 zone current, a first derivation of the current of this load zone current after the time t, a level of the zone zone load lines 11, 13 present and / or one first derivative of the level of this load zone voltage used after the time t.
  • a fourth step S4 in a normal operation of the load zone 3 in the time window T after the closing SEN of the current path 20 to the measuring unit 21, the load zones current flowing in the current path 20, and the load zone clamping voltage, the ones lines Z between the load 11, 13 is present in
  • the control unit 27 monitors the time profile of each operating characteristic variable C, for which a tolerance range 33 was defined in the third method step S3, in the time window T after the current path 20 has been closed, and the current path 20 is opened when the time history expires an operating parameter C in the time window T after the closing of the current path 20 is outside its tolerance range 33 or leaves its tolerance range 33.
  • the fourth method step S4 is carried out again each time the current path 20 is closed in a normal operation of the load zone 3.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Schaltmodul zum Betreiben einer Lastzone (3) an einem Stromnetz (5). Bei dem Verfahren wird in einem Einrichtbetrieb der Lastzone (3) wenigstens ein Lastprofil erfasst und gespeichert, das einen zeitlichen Verlauf eines Lastzonenstroms oder einer Lastzonenspannung in einem vorgegebenen Zeitfenster (T) nach dem Schließen des Strompfads (20) dokumentiert. Anhand des wenigstens einen Lastprofils wird ein Toleranzbereich (33) für den zeitlichen Verlauf wenigstens einer Betriebskenngröße (C) der Lastzone (3) in dem Zeitfenster (T) definiert. In einem Normalbetrieb der Lastzone (3) wird der zeitliche Verlauf der wenigstens einen Betriebskenngröße (C) in dem Zeitfenster (T) nach dem Schließen des Strompfads (20) überwacht und die Lastzone (3) wird von dem Stromnetz (5) getrennt, wenn der zeitliche Verlauf einer Betriebskenngröße (C) in dem Zeitfenster (T) nach dem Schließen des Strompfads (20) außerhalb seines Toleranzbereichs (33) liegt oder seinen Toleranzbereich (33) verlässt.

Description

Beschreibung
Betreiben einer Lastzone an einem Stromnetz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Schaltmodul zum Betreiben einer Lastzone an einem Stromnetz, insbesondere an einem Gleichstromnetz.
Unter einer Lastzone wird hier und im Folgenden eine einzelne Last oder eine Baugruppe mehrerer Lasten verstanden, die dem Stromnetz zuschaltbar ist, um von dem Stromnetz mit Energie versorgt zu werden oder/und Energie in das Stromnetz einzu speisen. Die Verbindung einer Lastzone mit dem Stromnetz muss vor Überströmen geschützt werden, die beispielsweise infolge eines Kurzschlusses oder einer Überlastung entstehen können. Beispielsweise könnte die Verbindung mit einem Überstrom- schutzschalter geschützt werden, in dem eine Kennlinie hin terlegt ist, mit welcher das Abschalten der Lastzone durch das Auslösen des Überstromschutzschalters geregelt wird. Der Nachteil eines derartigen Vorgehens ist jedoch, dass Ab- schaltvorgänge ausgelöst werden können, welche bei einer ge naueren Analyse der Parameter vermeidbar gewesen wären. Es ist beispielsweise denkbar, dass es bei Lastspitzen zu sehr kurzzeitigen Überlastungen kommt, welche aufgrund der vorge gebenen Kennlinie zu Abschaltvorgängen führen, obwohl sie aufgrund ihrer kurzen Dauer toleriert werden könnten. Um der artige Lastspitzen zu durchfahren, werden heute träge Siche rungen beziehungsweise Schutzorgane mit einer Verzögerung eingesetzt. Diese arbeiten jedoch zu träge, um die Anforde rungen an zukünftige Stromnetze, insbesondere an Gleichstrom netze, zu erfüllen, welche ein schnelles Abschalten bei einer anhaltenden Überlastung und kein Abschalten bei einer nur sehr kurzzeitigen Überlast erfordern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere hinsichtlich des Überstromschutzes verbessertes Betreiben ei ner Lastzone an einem Stromnetz zu ermöglichen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Schaltmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und ein Stromnetz mit den Merkmalen des An spruchs 13 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Last zone an einem Stromnetz wird zunächst ein Zeitfenster vorge geben und in einem Einrichtbetrieb der Lastzone wird wenigs tens ein Lastprofil erfasst und gespeichert, das einen zeit lichen Verlauf eines Lastzonenstroms , der in einem die Last zone mit dem Stromnetz verbindenden Strompfad fließt, oder einer Lastzonenspannung zwischen einem elektrischen Potential des Strompfads und einem Bezugspotential in dem Zeitfenster nach dem Schließen des Strompfads dokumentiert. Ferner wird anhand des wenigstens einen Lastprofils ein Toleranzbereich für den zeitlichen Verlauf wenigstens einer Betriebskenngröße der Lastzone in dem Zeitfenster definiert. In einem Normalbe trieb der Lastzone wird dann der zeitliche Verlauf der we nigstens einen Betriebskenngröße in dem Zeitfenster nach dem Schließen des Strompfads überwacht und der Strompfad wird ge öffnet, wenn der zeitliche Verlauf einer Betriebskenngröße in dem Zeitfenster nach dem Schließen des Strompfads außerhalb seines Toleranzbereichs liegt oder seinen Toleranzbereich verlässt .
Mit anderen Worten sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, in einem Einrichtbetrieb zunächst das Verhalten einer Lastzo ne beim Zuschalten zu einem Stromnetz kennenzulernen, indem wenigstens ein Lastprofil erfasst und gespeichert wird, das einen zeitlichen Verlauf eines Lastzonenstroms oder einer Lastzonenspannung der Lastzone in einem Zeitfenster nach dem Zuschalten der Lastzone zu dem Stromnetz dokumentiert. Anhand des wenigstens einen Lastprofils wird ein Toleranzbereich für den zeitlichen Verlauf wenigstens einer Betriebskenngröße der Lastzone in dem Zeitfenster definiert. Im späteren Normalbe- trieb der Lastzone wird bei jedem Zuschalten der Lastzone zu dem Stromnetz jede Betriebskenngröße, für die ein Toleranzbe reich definiert wurde, in dem vorgegebenen Zeitfenster nach dem Zuschalten überwacht und der Betrieb der Lastzone wird als sicher eingestuft, wenn der Verlauf jeder dieser Be triebskenngrößen in seinem Toleranzbereich bleibt. Die Last zone wird nur dann abgeschaltet, wenn der Verlauf einer Be triebskenngröße in dem Zeitfenster nach dem Zuschalten der Lastzone außerhalb seines Toleranzbereichs liegt oder seinen Toleranzbereich verlässt. Die Erfindung ermöglicht damit, lastzonenspezifische Toleranzbereiche für ein betriebssiche res Zuschalten von Lastzonen zu einem Stromnetz zu definie ren, indem die Toleranzbereiche lastzonenspezifischen Last profilen angepasst werden, die für die Lastzonen jeweils in einem Einrichtbetrieb ermittelt werden. Dadurch kann insbe sondere vorteilhaft verhindert werden, dass eine Lastzone beim Zuschalten zu einem Stromnetz aufgrund einer für sie ty pischen, kurzzeitig auftretenden Lastspitze abgeschaltet wird, obwohl dies eigentlich gar nicht notwendig ist.
Als Betriebskenngröße oder Betriebskenngrößen, für die je weils ein Toleranzbereich definiert wird, wird beziehungswei se werden beispielsweise eine Stromstärke des Lastzonen stroms, eine erste Ableitung der Stromstärke des Lastzonen stroms nach der Zeit, eine Höhe der Lastzonenspannung o- der/und eine erste Ableitung der Höhe der Lastzonenspannung nach der Zeit verwendet. Diese Größen sind besonders kriti sche Betriebskenngrößen einer Lastzone beim Zuschalten der Lastzone zu einem Stromnetz und eignen sich daher in besonde rem Maße zur Definition von Toleranzbereichen.
Als Zeitfenster wird beispielsweise eine Zeitdauer von weni ger als 100 ys vorgegeben. Dies berücksichtigt, dass Last spitzen typisch nur innerhalb eines sehr kurzen Zeitinter valls von weniger als 100 ys nach dem Zuschalten einer Last zone zu einem Stromnetz auftreten und daher Toleranzbereiche auch nur für dieses kurze Zeitintervall definiert werden brauchen . Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Strompfad mit einer elektronischen Schalteinheit geöffnet und geschlossen. Dies ermöglicht vorteilhaft ein sehr schnelles Trennen der Lastzone von dem Stromnetz im Fall, dass der zeitliche Verlauf einer Betriebskenngröße nach dem Zuschalten der Lastzone zu dem Stromnetz außerhalb seines Toleranzbe reichs liegt oder seinen Toleranzbereich verlässt.
Im Fall, dass der Strompfad mit einer elektronischen Schalt einheit geöffnet und geschlossen wird, wird vorzugsweise we nigstens ein Toleranzbereich kompatibel zu einer Safe Opera- ting Area der elektronischen Schalteinheit definiert. Ferner kann vorgesehen sein, eine Temperatur der elektronischen Schalteinheit zu erfassen und wenigstens einen Toleranzbe reich in Abhängigkeit von der Temperatur der elektronischen Schalteinheit zu definieren.
Mit einer Safe Operating Area einer elektronischen Schaltein heit wird ein Betriebsbereich zum sicheren Betrieb der
Schalteinheit verstanden. Eine Safe Operating Area ist übli cherweise als ein Bereich in einem Strom-Spannungs-Diagramm für einen in der elektronischen Schalteinheit fließenden Strom und eine an der elektronischen Schalteinheit anliegende Spannung definiert und eignet sich daher insbesondere zur De finition eines Toleranzbereichs für eine der oben genannten Betriebskenngrößen (Stromstärke des Lastzonenstroms , Höhe der Lastzonenspannung und deren erste Ableitungen nach der Zeit) . Durch die Kompatibilität des Toleranzbereichs mit der Safe Operating Area der elektronischen Schalteinheit wird vorteil haft verhindert, dass die elektronische Schalteinheit durch Lastspitzen bei dem Zuschalten der Lastzone zu dem Stromnetz beschädigt oder zerstört wird.
Eine Definition eines Toleranzbereichs in Abhängigkeit von einer Temperatur der elektronischen Schalteinheit ermöglicht vorteilhaft, den Einfluss der Temperatur auf die Funktionali- tat einer elektronischen Schalteinheit bei der Definition des Toleranzbereichs zu berücksichtigen.
Ein erfindungsgemäßes Schaltmodul zum Betreiben einer Lastzo ne an einem Stromnetz umfasst eine ansteuerbare elektronische Schalteinheit, eine Messeinheit, eine Speichereinheit, eine Auswerteeinheit und eine Steuereinheit. Die elektronische Schalteinheit ist zum Öffnen und Schließen eines Strompfads zwischen der Lastzone und dem Stromnetz eingerichtet und von der Steuereinheit ansteuerbar. Die Messeinheit ist dazu ein gerichtet, in einem vorgegebenen Zeitfenster nach dem Schlie ßen des Strompfads einen zeitlichen Verlauf eines in dem Strompfad fließenden Lastzonenstroms oder/und einen zeitli chen Verlauf einer Lastzonenspannung zwischen einem elektri schen Potential des Strompfads und einem Bezugspotential zu erfassen. Die Speichereinheit ist dazu eingerichtet, wenigs tens ein von der Messeinheit erfasstes Lastprofil zu spei chern, das einen zeitlichen Verlauf des Lastzonenstroms oder der Lastzonenspannung in dem Zeitfenster nach dem Schließen des Strompfads in einem Einrichtbetrieb der Lastzone dokumen tiert. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, anhand des wenigstens einen Lastprofils einen Toleranzbereich für den zeitlichen Verlauf wenigstens einer Betriebskenngröße der Lastzone in dem Zeitfenster zu definieren. Insbesondere kann die Auswerteeinheit dazu eingerichtet sein, wenigstens einen Toleranzbereich kompatibel zu einer Safe Operating Area der elektronischen Schalteinheit zu definieren. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, in einem Normalbetrieb der Lastzone den zeitlichen Verlauf jeder Betriebskenngröße, für die ein Toleranzbereich definiert ist, zu überwachen und den Strom pfad durch Ansteuern der Schalteinheit zu öffnen, wenn der zeitliche Verlauf einer Betriebskenngröße in dem Zeitfenster nach dem Schließen des Strompfads außerhalb seines Toleranz bereichs liegt oder seinen Toleranzbereich verlässt.
Das Schaltmodul kann ferner einen Temperatursensor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, eine Temperatur der elektronischen Schalteinheit zu erfassen, und die Auswerteeinheit kann dazu eingerichtet sein, wenigstens einen Toleranzbereich in Abhän gigkeit von der Temperatur der elektronischen Schalteinheit zu definieren.
Ein erfindungsgemäßes Schaltmodul ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den oben bereits genann ten Vorteilen.
Ein erfindungsgemäßes Stromnetz weist ein erfindungsgemäßes Schaltmodul auf und kann insbesondere ein Gleichstromnetz 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 Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Dabei zeigen:
FIG 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels ei nes erfindungsgemäßen Schaltmoduls, durch das eine Lastzone mit einem Stromnetz verbunden ist,
FIG 2 eine Darstellung eines Toleranzbereichs für einen zeitlichen Verlauf einer Betriebskenngröße einer Lastzone,
FIG 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Lastzone an einem Stromnetz.
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit densel ben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaltmoduls 1, durch das eine Last zone 3 mit einem Stromnetz 5 verbunden ist. Das Stromnetz 5 ist ein Gleichstromnetz mit zwei elektrischen Hauptleitungen 7, 9, die auf voneinander verschiedenen
Gleichspannungspotentialen liegen .
Die Lastzone 3 weist zwei LastZonenleitungen 11, 13 auf, die durch das Schaltmodul 1 jeweils mit einer Hauptleitung 7, 9 verbindbar sind.
Das Schaltmodul 1 weist zwei netzseitige Anschlüsse 15, 16, zwei lastzonenseitige Anschlüsse 17, 18, eine ansteuerbare elektronische Schalteinheit 19, eine Messeinheit 21, eine Speichereinheit 23, eine Auswerteeinheit 25, eine Steuerein heit 27 und einen Temperatursensor 29 auf.
Der netzseitige Anschluss 15 ist mit der Hauptleitung 7 ver bunden. Der netzseitige Anschluss 16 ist mit der Hauptlei tung 9 verbunden. Der lastzonenseitige Anschluss 17 ist mit der Lastzonenleitung 11 verbunden. Der lastzonenseitige An schluss 18 ist mit der Lastzonenleitung 13 verbunden.
Die Schalteinheit 19 ist zwischen den netzseitigen An
schluss 15 und den lastzonenseitigen Anschluss 17 geschaltet und zum Öffnen und Schließen eines Strompfads 20 zwischen der Lastzone 3 und dem Stromnetz 5 eingerichtet, der die Lastzo nenleitung 11 mit der Hauptleitung 7 verbindet. Die Schalt einheit 19 ist von der Steuereinheit 27 ansteuerbar. Bei spielsweise weist die Schalteinheit 19 wenigstens einen von der Steuereinheit 27 ansteuerbaren Bipolartransistor mit iso lierter Gate-Elektrode (IGBT = Insulated-Gate Bipolar Tran sistor) oder Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET = Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) auf .
Die Messeinheit 21 ist dazu eingerichtet, in einem vorgegebe nen Zeitfenster T nach dem Schließen des Strompfads 20 einen zeitlichen Verlauf eines in dem Strompfad 20 fließenden Last zonenstroms und einen zeitlichen Verlauf einer Lastzonenspan nung, die zwischen den LastZonenleitungen 11, 13 anliegt, zu erfasssen. Als Zeitfenster T wird beispielsweise eine Zeit dauer vorgegeben, die kleiner als 100 ys ist.
Die Speichereinheit 23 ist dazu eingerichtet, wenigstens ein von der Messeinheit 21 erfasstes Lastprofil zu speichern, das einen zeitlichen Verlauf des Lastzonenstroms oder der Lastzo nenspannung in dem Zeitfenster T nach dem Schließen des
Strompfads 20 in einem Einrichtbetrieb der Lastzone 3 doku mentiert .
Die Auswerteeinheit 25 ist dazu eingerichtet, anhand des we nigstens einen Lastprofils einen Toleranzbereich 33 für den zeitlichen Verlauf wenigstens einer Betriebskenngröße C der Lastzone 3 in dem Zeitfenster T zu definieren. Jeder Tole ranzbereich 33 wird insbesondere derart definiert, dass er kompatibel zu einer Safe Operating Area der elektronischen Schalteinheit 19 ist. Ferner kann die Auswerteeinheit 25 dazu eingerichtet sein, den wenigstens einen Toleranzbereich 33 in Abhängigkeit von einer Temperatur der elektronischen Schalt einheit 19 zu definieren.
Als Betriebskenngröße C oder Betriebskenngrößen C wird bezie hungsweise werden beispielsweise eine Stromstärke des in dem Strompfad 20 fließenden Lastzonenstroms , eine erste Ableitung der Stromstärke dieses Lastzonenstroms nach der Zeit t, eine Höhe der zwischen LastZonenleitungen 11, 13 anliegenden Last zonenspannung oder/und eine erste Ableitung der Höhe dieser Lastzonenspannung nach der Zeit t verwendet.
Die Steuereinheit 27 ist dazu eingerichtet, in einem Normal betrieb der Lastzone 3 den zeitlichen Verlauf jeder Betriebs kenngröße C, für die ein Toleranzbereich 33 definiert ist, zu überwachen und den Strompfad 20 durch Ansteuern der Schalt einheit 19 zu öffnen, wenn der zeitliche Verlauf einer Be triebskenngröße C in dem Zeitfenster T nach dem Schließen des Strompfads 20 außerhalb seines Toleranzbereichs 33 liegt oder seinen Toleranzbereich 33 verlässt. Der Temperatursensor 29 ist dazu eingerichtet, eine Tempera tur der elektronischen Schalteinheit 19 zu erfassen.
Figur 2 zeigt eine diagrammatische Darstellung eines Tole ranzbereichs 33 für einen Verlauf einer Betriebskenngröße C, in diesem Fall beispielsweise der Stromstärke des in dem Strompfad 20 fließenden Lastzonenstroms , in Abhängigkeit von der Zeit t in dem Zeitfenster T nach dem Schließen des Strom pfads 20. Der Toleranzbereich 33 ist durch eine Untergren ze 35 und eine Obergrenze 36 begrenzt, die unter Berücksich tigung der Safe Operating Area der elektronischen Schaltein heit 19 bestimmt werden.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit Verfahrensschritten S1 bis S4 zum Betreiben der Lastzone 3 an dem Stromnetz 5 mit tels des in Figur 1 dargestellten Schaltmoduls 1.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird ein Zeitfenster T vorgegeben .
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird in einem Einricht betrieb der Lastzone 3 wenigstens ein Lastprofil mit der Mes seinheit 21 erfasst und mit der Speichereinheit 23 gespei chert, wobei jedes Lastprofil einen zeitlichen Verlauf eines Lastzonenstroms , der in dem Strompfad 20 fließt, oder einer Lastzonenspannung, die zwischen den LastZonenleitungen 11, 13 anliegt, in dem Zeitfenster T nach dem Schließen des Strom pfads 20 dokumentiert.
In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird von der Auswer teeinheit 25 anhand des wenigstens einen Lastprofils ein To leranzbereich 33 für den zeitlichen Verlauf wenigstens einer Betriebskenngröße C der Lastzone 3 in dem Zeitfenster T defi niert. Jeder Toleranzbereich 33 wird insbesondere derart de finiert, dass er kompatibel zu einer Safe Operating Area der elektronischen Schalteinheit 19 ist, und kann ferner in Ab hängigkeit von einer Temperatur der elektronischen Schaltein- heit 19 definiert werden. Als Betriebskenngröße C oder Be triebskenngrößen C wird beziehungsweise werden beispielsweise eine Stromstärke des in dem Strompfad 20 fließenden Lastzo nenstroms, eine erste Ableitung der Stromstärke dieses Last zonenstroms nach der Zeit t, eine Höhe der zwischen Lastzo nenleitungen 11, 13 anliegenden Lastzonenspannung oder/und eine erste Ableitung der Höhe dieser Lastzonenspannung nach der Zeit t verwendet.
In einem vierten Verfahrensschritt S4 werden in einem Normal betrieb der Lastzone 3 in dem Zeitfenster T nach dem Schlie ßen des Strompfads 20 mit der Messeinheit 21 der Lastzonen strom, der in dem Strompfad 20 fließt, und die Lastzonenspan nung, die zwischen den LastZonenleitungen 11, 13 anliegt, in
Abhängigkeit von der Zeit t und mit dem Temperatursensor 29 eine Temperatur der elektronischen Schalteinheit 19 gemessen. Ferner wird von der Steuereinheit 27 der zeitliche Verlauf jeder Betriebskenngröße C, für die in dem dritten Verfahrens schritt S3 ein Toleranzbereich 33 definiert wurde, in dem Zeitfenster T nach dem Schließen des Strompfads 20 überwacht und der Strompfad 20 wird geöffnet, wenn der zeitliche Ver lauf einer Betriebskenngröße C in dem Zeitfenster T nach dem Schließen des Strompfads 20 außerhalb seines Toleranzbe reichs 33 liegt oder seinen Toleranzbereich 33 verlässt. Der vierte Verfahrensschritt S4 wird nach jedem Schließen des Strompfads 20 in einem Normalbetrieb der Lastzone 3 erneut ausgeführt .
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Lastzone (3) an einem Strom netz (5) , wobei
- ein Zeitfenster (T) vorgegeben wird,
- in einem Einrichtbetrieb der Lastzone (3) wenigstens ein Lastprofil erfasst und gespeichert wird, das einen zeitlichen Verlauf eines Lastzonenstroms , der in einem die Lastzone (3) mit dem Stromnetz (5) verbindenden Strompfad (20) fließt, o- der einer Lastzonenspannung zwischen einem elektrischen Po tential des Strompfads (20) und einem Bezugspotential in dem Zeitfenster (T) nach dem Schließen des Strompfads (20) doku mentiert,
- anhand des wenigstens einen Lastprofils ein Toleranzbe reich (33) für den zeitlichen Verlauf wenigstens einer Be triebskenngröße (C) der Lastzone (3) in dem Zeitfenster (T) definiert wird,
- in einem Normalbetrieb der Lastzone (3) der zeitliche Ver lauf der wenigstens einen Betriebskenngröße (C) in dem Zeit fenster (T) nach dem Schließen des Strompfads (20) überwacht wird
- und der Strompfad (20) geöffnet wird, wenn der zeitliche Verlauf einer Betriebskenngröße (C) in dem Zeitfenster (T) nach dem Schließen des Strompfads (20) außerhalb seines Tole ranzbereichs (33) liegt oder seinen Toleranzbereich (33) ver lässt .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Betriebskenngröße (C) eine Stromstärke des Lastzonenstroms verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Betriebskenngröße (C) eine erste Ableitung der Stromstär ke des Lastzonenstroms nach der Zeit (t) verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Betriebskenngröße (C) eine Höhe der Lastzonenspannung verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Betriebskenngröße (C) eine erste Ableitung der Höhe der Lastzonenspannung nach der Zeit (t) verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Zeitfenster (T) von weniger als 100 ys vorgegeben wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strompfad (20) mit einer elektronischen Schaltein
heit (19) geöffnet und geschlossen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei wenigstens ein Toleranz bereich (33) kompatibel zu einer Safe Operating Area der elektronischen Schalteinheit (19) definiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine Temperatur der elektronischen Schalteinheit (19) erfasst wird und we nigstens ein Toleranzbereich (33) in Abhängigkeit von der Temperatur der elektronischen Schalteinheit (19) definiert wird .
10. Schaltmodul (1) zum Betreiben einer Lastzone (3) an einem Stromnetz (5) gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehen den Ansprüche, das Schaltmodul (1) umfassend
- eine ansteuerbare elektronische Schalteinheit (19), die zum Öffnen und Schließen eines Strompfads (20) zwischen der Last zone (3) und dem Stromnetz (5) eingerichtet ist,
- eine Messeinheit (21), die dazu eingerichtet ist, in einem vorgegebenen Zeitfenster (T) nach dem Schließen des Strom pfads (20) einen zeitlichen Verlauf eines in dem Strom pfad (20) fließenden Lastzonenstroms oder/und einen zeitli chen Verlauf einer Lastzonenspannung zwischen einem elektri schen Potential des Strompfads (20) und einem Bezugspotential zu erfassen,
- eine Speichereinheit (23) , die dazu eingerichtet ist, we nigstens ein von der Messeinheit (21) erfasstes Lastprofil zu speichern, das einen zeitlichen Verlauf des Lastzonenstroms oder der Lastzonenspannung in dem Zeitfenster (T) nach dem Schließen des Strompfads (20) in einem Einrichtbetrieb der Lastzone (3) dokumentiert,
- eine Auswerteeinheit (25) , die dazu eingerichtet ist, an hand des wenigstens einen Lastprofils einen Toleranzbe reich (33) für den zeitlichen Verlauf wenigstens einer Be triebskenngröße (C) der Lastzone (3) in dem Zeitfenster (T) zu definieren,
- eine Steuereinheit (27), durch die die Schalteinheit (19) ansteuerbar ist und die dazu eingerichtet ist, in einem Nor malbetrieb der Lastzone (3) den zeitlichen Verlauf jeder Be triebskenngröße (C) , für die ein Toleranzbereich (33) defi niert ist, zu überwachen und den Strompfad (20) durch Ansteu ern der Schalteinheit (19) zu öffnen, wenn der zeitliche Ver lauf einer Betriebskenngröße (C) in dem Zeitfenster (T) nach dem Schließen des Strompfads (20) außerhalb seines Toleranz bereichs (33) liegt oder seinen Toleranzbereich (33) ver lässt .
11. Schaltmodul (1) nach Anspruch 10, wobei die Auswerteein heit (25) dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Toleranzbe reich (33) kompatibel zu einer Safe Operating Area der elekt ronischen Schalteinheit (19) zu definieren.
12. Schaltmodul (1) nach Anspruch 10 oder 11 mit einem Tempe ratursensor (29), der dazu eingerichtet ist, eine Temperatur der elektronischen Schalteinheit (19) zu erfassen, wobei die Auswerteeinheit (25) dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Toleranzbereich (33) in Abhängigkeit von der Temperatur der elektronischen Schalteinheit (19) zu definieren.
13. Stromnetz (5) mit einem Schaltmodul (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12.
14. Stromnetz (5) nach Anspruch 13, das ein Gleichstromnetz ist .
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