DE102015105152A1

DE102015105152A1 - Anordnung und Verfahren zum Verringern einer Schieflast in einem dreiphasigen Verteilungsnetz

Info

Publication number: DE102015105152A1
Application number: DE102015105152.4A
Authority: DE
Inventors: c/o P3 energy & stora Roggendorf Christoph
Original assignee: P3 Energy and Storage GmbH
Current assignee: Umlaut Energy GmbH
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2016-10-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Anordnung zum Verringern einer Schieflast in einem dreiphasigen (L1, L2, L3) Verteilungsnetz (1) zum Übertragen elektrischer Energie an wenigstens einen Netzanschlusspunkt (2), mit einer Messeinrichtung (3), welche zum Bestimmen einer Phasenspannung insbesondere jeder Phase (L1, L2, L3) des Verteilungsnetzes (1) ausgestaltet ist, einer Zuschalteinrichtung (7), welche zum netzanschlussseitigen Zuschalten einer netzanschlussseitigen Last (8) und/oder eines netzanschlussseitigen Erzeugers (8) auf wenigstens eine Phase (L1, L2, L3) des Verteilungsnetzes (1) ausgestaltet ist, und einer Steuereinrichtung (9), welche ausgestaltet ist, das Zuschalten auf wenigstens eine vorbestimmte Phase (L1, L2, L3) gemäß einem Steuersignal zu bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Verringern einer Schieflast in einem dreiphasigen Verteilungsnetz zum Übertragen elektrischer Energie an wenigstens einen Netzanschlusspunkt sowie ein entsprechendes Verfahren.
Unter Schieflast, auch Unsymmetrie genannt, versteht man im Allgemeinen die ungleichmäßige Belastung der Außenleiter bzw. der Phasen eines drei-Phasen Wechselstromnetzes. Schieflast entsteht beispielsweise dann, wenn ein- oder zweiphasige elektrische Lasten oder Erzeuger, beispielsweise Elektroautos oder Photovoltaikanlagen, an ein dreiphasiges Verteilungsnetz angeschlossen werden und das Verteilungsnetz dadurch unsymmetrisch belastet oder unsymmetrisch Energie in dieses eingespeist wird. Um eine Verträglichkeit mit anderen Lasten und Erzeugern in dem Verteilungsnetz zu gewährleisten und um Schäden an diesen oder weiteren Komponenten wie beispielsweise Ortsnetztransformatoren zu vermeiden, ist die Schieflast in einem zulässigen Rahmen zu halten. Einschlägige Normen, wie beispielsweise VDE-AR-N 4105 oder DIN EN 50160, oder technische Anschlussbedingungen der Netzbetreiber (TAB) definieren erzeugerwie auch verbraucherseitige Grenzwerte für die Leistung je Phase. Beispielsweise ist nach DIN EN 50160 eine Spannungsunsymmetrie eines als Niederspannungsnetz ausgestalteten Verteilungsnetzes auf 2 % zu begrenzen, was beispielsweise durch die TAB als erreicht angenommen wird, wenn einphasige an einen Netzanschlusspunkt des Niederspannungsnetzes angeschlossene Lasten oder Verbraucher eine Bemessungsscheinleistung von nicht mehr als 4,6 kVA aufweisen und dies somit als Anschlussregel durch die TAB ausgewiesen wird.
Durch die vermehrte Integration von ein- oder zweiphasigen Lasten, beispielsweise Elektrofahrzeuge, oder Erzeuger, beispielsweise Photovoltaikanlagen oder Heimspeichersysteme, wird die Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzwerte immer relevanter bzw. kann sogar eine Absenkung der geltenden Grenzwerte in den Anschlussbedingungen drohen. Schon heute erreichen Elektrofahrzeuge die Grenzwerte für einen Netzanschlusspunkt oder verletzen diese sogar in einzelnen Fällen. Mit zukünftig noch stärkerer Durchdringung von Elektrofahrzeugen, Photovoltaikanlagen, Batteriespeichersystemen oder dergleichen, können gegebenenfalls die Grenzwerte an einem einzelnen Netzanschlusspunkt eingehalten werden, allerdings besteht die Gefahr, dass mehrere Haushalte an ihren jeweiligen Netzanschlusspunkten auf derselben Phase des gemeinsam genutzten Verteilungsnetzes jeweils gleichzeitig beispielsweise ein Elektrofahrzeug laden. In diesem Fall sind an dem gemeinsamen Verteilungsnetz unerlaubte Spannungsunsymmetrien zu erwarten, die die bereits angesprochenen Komponentenschäden bis hin zu Versorgungsunterbrechungen zur Folge haben können.
Die aus dem Stand der Technik bislang bekannten Ansätze zur Vermeidung derartiger Unsymmetrien beschäftigen sich allesamt mit Aussagen zu lokalen Unsymmetrien eines jeweils betrachteten lokalen Stromkreises bzw. Kundennetzes eines einzelnen Haushalts bis hin zum jeweiligen Netzanschlusspunkt, wobei jedoch keinerlei Kenntnis über die für den Betrieb des Verteilungsnetzes weitaus relevantere Spannungssymmetrie in dem die Haushalte gemeinsam verbindenden Verteilungsnetz existiert.
Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung und ein entsprechendes Verfahren anzugeben, um eine Schieflast in einem dreiphasigen Verteilungsnetz beim Anschließen einer netzanschlussseitigen Last und/oder eines Erzeugers zu verringern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demnach erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine Anordnung zum Verringern einer Schieflast in einem dreiphasigen Verteilungsnetz zum Übertragen elektrischer Energie an wenigstens einen Netzanschlusspunkt, mit einer Messeinrichtung, welche zum Bestimmen einer Phasenspannung insbesondere jeder Phase des Verteilungsnetzes ausgestaltet ist, einer Zuschalteinrichtung, welche zum netzanschlussseitigen Zuschalten einer netzanschlussseitigen Last und/oder eines netzanschlussseitigen Erzeugers auf wenigstens eine Phase des Verteilungsnetzes ausgestaltet ist, und einer Steuereinrichtung, welche ausgestaltet ist, das Zuschalten auf wenigstens eine vorbestimmte Phase gemäß einem Steuersignal zu bewirken.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung ist, dass gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen, die mittels einer Strommessung lediglich eine Aussage zu einer lokalen, netzanschlussseitigen Schieflast in einem an den Netzanschlusspunkt angeschlossenen Haushalt geben können, durch die vorgeschlagene Anordnung eine für einen Netzbetrieb wesentlich relevantere Aussage zur Schieflast bzw. Spannungsunsymmetrie im Verteilungsnetz, also im öffentlichen Netz, getroffen werden kann. Das Verfahren der Strommessung nach dem Stand der Technik kann dabei sogar durch Zuschaltung nach einer lokalen kundenseitigen Strommessung die Spannungsunsymmetrie im öffentlichen Netz verschlechtern und somit negative Auswirkungen auf den Netzbetrieb hervorrufen. Die Steuereinrichtung der Erfindung ermittelt hingegen über die Messeinrichtung im Falle einer netzanschlussseitigen in einem Haushalt anzuschließenden Last und/oder eines Erzeugers die im Sinne der Schieflast für das öffentliche Netz „günstigste“ Phase nach einem vorgegebenen Kriterium. Bei Vorliegen des Kriteriums bewirkt die Steuereinrichtung, beispielsweise durch entsprechende Ansteuerung der Zuschalteinrichtung, dass die Zuschalteinrichtung die Last bzw. den Erzeuger auf die günstigste bzw. vorbestimmte Phase gemäß einem Steuersignal zuschaltet. Dabei kann das Steuersignal einerseits abhängig von den von der Messeinrichtung bestimmten Phasenspannungen des Verteilungsnetzes sein und/oder durch die Messeinrichtung generiert werden. Andererseits oder zusätzlich kann das Steuersignal beispielsweise durch einen Netzbetreiber generiert werden und entsprechend eine bestimmte Phase zum Zuschalten der Last bzw. des Erzeugers vorbestimmen.
Durch die vorgeschlagene Anordnung lassen sich also Aussagen zur Spannungsunsymmetrie nicht nur an einem singulären Netzanschlusspunkt für ein Kundennetz eines einzigen Haushalt treffen, sondern eine Aussage für ein gesamtes Netzgebiet umfassend das Verteilungsnetz sowie eine Mehrzahl von Netzanschlusspunkten mit jeweiligen Haushalten treffen. Da das Zuschalten der netzanschlussseitigen Last und/oder des netzanschlussseitigen Erzeugers jeweils auf eine vorbestimmte Phase gemäß dem Steuersignal erfolgt, lassen sich in dem Verteilungsnetz beliebig viele ein- oder zweiphasige Lasten und/oder Erzeuger unabhängig voneinander an das Verteilungsnetz anschließen, ohne dass dabei unzulässige Schieflasten im Verteilungsnetz erzeugt werden. Darüber hinaus ist es sogar möglich, ein- oder zweiphasige Lasten und/oder Erzeuger mit höheren Leistungen als von den gängigen Normen zugelassen anzuschließen, um derart beispielsweise Elektrofahrzeuge als Lasten ein- und/oder zweiphasig schneller zu laden.
Im Rahmen der Erfindung wird unter einem Verteilungsnetz ein elektrisches Netz verstanden, welches zur Feinverteilung von elektrischer Energie an einzelne Haushalte als Verbraucher dient. Mehrere Verteilungsnetze werden in der Regel über ein Übertragungsnetz gespeist. Zunehmend existieren auch Einspeisungen in die Verteilungsnetze durch Erzeuger, wie beispielsweise Photovoltaikanlagen, Windenergieinstallationen, Batteriespeichersysteme oder dergleichen. Verteilungsnetze für elektrische Energie arbeiten meist auf Mittelspannungs- und Niederspannungsebene, beispielsweise als Niederspannungsnetz mit einer Netzspannung von 400 Volt zwischen zwei Phasen bei einem dreiphasigen Niederspannungsnetz. Transformatoren übertragen Energie beispielsweise aus dem Mittelspannungsnetz in das Niederspannungsnetz, welches oftmals sternförmig aufgebaut ist.
Der Begriff Phase wird im Rahmen der Anmeldung synonym zu Außenleiter verwendet und stellt derart einen Leiter dar, der im üblichen Betrieb des Verteilungsnetzes unter Spannung steht und zur Übertragung oder Verteilung elektrischer Energie beitragen kann, jedoch kein Neutralleiter ist. Bei dem vorliegend bevorzugt betrachteten Niederspannungsnetz als Verteilungsnetz beträgt der Effektivwert der Spannung zwischen zwei Außenleitern in der Regel 400 Volt. Als Netzanschlusspunkt wird im Rahmen der Anmeldung der Übergang von einem in einem Haushalt vorgesehenen Kundennetz in das Verteilungsnetz verstanden. Insofern wird vorliegend davon ausgegangen, dass die Zuschalteinrichtung und die Steuereinrichtung von dem Verteilungsnetz aus gesehen „hinter“ dem Netzanschlusspunkt angeordnet sind, beispielsweise in einem über dem Netzanschlusspunkt angeschlossenen Haushalt. Die Messeinrichtung ist demgegenüber ausgestaltet, die Phasenspannung in dem Verteilungsnetz zu bestimmen. Dazu kann die Messeinrichtung einerseits in dem Verteilungsnetz oder in einer Ortsnetzstation des Verteilungsnetzes angeordnet sein, oder andererseits von dem Verteilungsnetz aus gesehen „hinter“ dem Netzanschlusspunkt angeordnet sein. An dem Verteilungsnetz sind bevorzugt eine Mehrzahl Netzanschlusspunkte vorgesehen, wobei an jedem Netzanschlusspunkt ein Kundenetz mit Zuschalteinrichtung und Steuereinrichtung sowie gegebenenfalls der Messeinrichtung vorgesehen ist.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinrichtung ausgestaltet, bei einer insbesondere einphasigen Last das Zuschalten auf die von der Messeinrichtung bestimmte Phase mit höchster Phasenspannung insbesondere gemäß dem Steuersignal zu bewirken und/oder bei einem insbesondere einphasigen Erzeuger das Zuschalten auf die von der Messeinrichtung bestimmte Phase mit niedrigster Phasenspannung insbesondere gemäß dem Steuersignal zu bewirken, und/oder ausgestaltet, bei einer zweiphasigen Last das Zuschalten auf die von der Messeinrichtung bestimmten zwei Phasen mit den zwei höchsten Phasenspannungen insbesondere gemäß dem Steuersignal zu bewirken und/oder bei einem zweiphasigen Erzeuger das Zuschalten auf die von der Messeinrichtung bestimmten zwei Phasen mit den zwei niedrigsten Phasenspannungen insbesondere gemäß dem Steuersignal zu bewirken. Bevorzugt wird das Steuersignal in Abhängigkeit von der gemessenen Phasenspannung generiert und beinhaltet vorzugsweise die oder die zwei Phasen mit höchster bzw. niedrigster Phasenspannung.
Durch die Messung der Phasenspannungen kann beurteilt werden, ob das Verteilungsnetz beispielsweise durch andere ein- oder zweiphasige Lasten oder Erzeuger eines anderen Haushalts eine Schieflast bzw. Unsymmetrie aufweist. Eine bestehende Schieflast lässt sich dadurch verringern, dass bei Zuschaltung einer weiteren Last bzw. Erzeugers im Falle einer Last die Phase mit höchster Phasenspannung sowie im Falle eines Erzeugers die Phase mit geringster Phasenspannung gewählt wird. Bei einer zweiphasigen Last bzw. einem zweiphasigen Erzeuger werden die beiden Phasen mit gegenüber der dritten Phase höheren Phasenspannungen bzw. niedrigeren Phasenspannungen gewählt. Sofern alle drei Phasenspannungen des dreiphasigen Verteilungsnetzes gleich groß sind, erfolgt die Zuschaltung auf eine beliebige Phase.
Einerseits kann die Steuereinrichtung ausgestaltet sein, zunächst ein Vorliegen des beispielsweise externen Steuersignals zu prüfen und in diesem Fall die Zuschaltung auf die vorbestimmte Phase gemäß dem Steuersignal zu bewirken. Bei Nichtvorliegen des Steuersignals oder beispielsweise einem Steuersignal von Null kann in einem zweiten Schritt das Zuschalten auf die Phase mit höchster bzw. niedrigster Phasenspannung gemäß der in Rede stehenden Weiterbildung der Steuereinrichtung erfolgen. Andererseits kann auch das Zuschalten auf wenigstens eine vorbestimmte Phase durch die in Rede stehende Weiterbildung der Steuereinrichtung substituiert sein. Darüber hinaus ist ferner bevorzugt, dass das Steuersignal, beispielsweise durch die Messeinrichtung generiert, die Phase bzw. die zwei Phasen mit höchster bzw. niedrigster Phasenspannungen umfasst. In jedem Fall wird durch vorherige Bestimmung der Phasenspannung und Zuschalten der Last bzw. des Erzeugers auf die jeweils „günstigste“ Phase mit höchster bzw. niedrigster Phasenspannung eine Spannungsqualität des gesamten Verteilungsnetzes verbessert.
Weiter bevorzugt ist eine Anordnung zum Verringern einer Schieflast in einem dreiphasigen Verteilungsnetz zum Übertragen elektrischer Energie an wenigstens einen Netzanschlusspunkt vorgesehen, mit einer Messeinrichtung, welche zum Bestimmen einer Phasenspannung insbesondere jeder Phase des Verteilungsnetzes ausgestaltet ist, einer Zuschalteinrichtung, welche zum netzanschlussseitigen Zuschalten einer netzanschlussseitigen Last und/oder eines netzanschlussseitigen Erzeugers auf wenigstens eine Phase des Verteilungsnetzes ausgestaltet ist, und einer Steuereinrichtung, welche ausgestaltet ist, bei einer insbesondere einphasigen Last das Zuschalten auf die von der Messeinrichtung bestimmte Phase mit höchster Phasenspannung zu bewirken und/oder bei einem insbesondere einphasigen Erzeuger das Zuschalten auf die von der Messeinrichtung bestimmte Phase mit niedrigster Phasenspannung zu bewirken, und/oder welche ausgestaltet ist, bei einer zweiphasigen Last das Zuschalten auf die von der Messeinrichtung bestimmten zwei Phasen mit den zwei höchsten Phasenspannungen zu bewirken und/oder bei einem zweiphasigen Erzeuger (das Zuschalten auf die von der Messeinrichtung bestimmten zwei Phasen mit den zwei niedrigsten Phasenspannungen zu bewirken.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ausgestaltet ist, das Zuschalten bei einem Energieverbrauch der Last und/oder bei einer Energielieferung des Erzeugers zu bewirken, und/oder die Steuereinrichtung ausgestaltet ist, das Zuschalten nach einem Energieverbrauch der Last und/oder nach einer Energielieferung des Erzeugers aufzuheben. Die Steuereinrichtung weist bevorzugt ein Mittel auf, beispielsweise eine Spannungs- und/oder Strommesseinrichtung und/oder eine Kommunikationsschnittstelle als Kommunikationseinrichtung, mittels dessen ein Beginn und/oder ein Ende des Energieverbrauches der Last und/oder der Energielieferung des Erzeugers bestimmbar ist. Sobald die Steuereinrichtung feststellt, dass beispielsweise ein Akkumulator eines ein- oder zweiphasig an einer Kundenanlage des Haushalts angeschlossenen Elektrofahrzeugs aufgeladen werden soll, bestimmt die Steuereinrichtung die in diesem Moment „günstigste“ Phase/n zum Zuschalten der Last, entweder aufgrund des externen Steuersignals und/oder aufgrund der durch die Messeinrichtung vorzugsweise ebenso in diesem Moment bestimmten Phasenspannungen des Verteilungsnetzes. Beispielsweise kann ein Elektrofahrzeug ausgestaltet sein, ein Signal an die Kommunikationsschnittstelle der Steuereinrichtung zu senden, um den Beginn eines Ladevorgangs eines im Elektrofahrzeug angeordneten Akkumulators zu signalisieren. Nachdem der Akkumulator des Elektrofahrzeugs vollständig aufgeladen ist, bewirkt die Steuereinrichtung, dass das Elektrofahrzeug, beispielsweise aufgrund eines weiteren Signals, elektrisch von dem Verteilungsnetz getrennt wird. Besonders bevorzugt sind die Messeinrichtung, die Zuschalteinrichtung und/oder die Steuereinrichtung in bzw. innerhalb einer in einem Haushalt und/oder einer Kundenanlage angeordneten Ladesäule für das Elektrofahrzeug angeordnet. Die Ladesäule weist beispielsweise eine Steckdose auf, mit der das Elektrofahrzeug zum Aufladen des Akkumulators verbindbar ist. Innerhalb eines Gehäuses der Ladesäule sind bevorzugt die Messeinrichtung, die Zuschalteinrichtung und/oder die Steuereinrichtung angeordnet.
Wie bereits ausgeführt, existieren grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung des Steuersignals. Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eine Kommunikationseinrichtung aufweist, welche zum elektronischen insbesondere drahtlosen Empfangen des Steuersignals ausgestaltet ist. Die Kommunikationseinrichtung kann beispielsweise nach einem Powerline-Standard oder in Rundsteuertechnik ausgestaltet sein, ein Funkmodem zur Kommunikation über ein Mobilfunknetz aufweisen und/oder zur drahtlosen und/oder drahtgebundenen Kommunikation insbesondere nach TCP/IP ausgestaltet sein. Derart kann beispielsweise in einer sogenannten intelligenten Ortsnetzstation eine im Sinne des Verteilungsnetzes „günstigste“ Phase vor dem Zuschalten von der Steuereinrichtung abgefragt und/oder durch einen Netzbetreiber extern definiert werden. In diesem Fall ist die Messeinrichtung bevorzugt räumlich entfernt von der Steuereinheit angeordnet, beispielsweise nicht in einem Kundennetz des Haushalts, sondern in der Ortsnetzstation. Darüber hinaus ermöglicht die vorgeschlagene Ausgestaltung mit einer Kommunikationseinrichtung, dass die Steuereinrichtung auf Basis weiterer Kriterien fernschaltbar ausgestaltet sein kann, so dass es möglich wird, die Zuschalteinrichtung in sogenannten Smart Grids zu verwenden.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung weist die Anordnung eine Stromesseinrichtung auf, welche zum Bestimmen eines Phasenstroms vorzugsweise jeder Phase eines an dem Netzanschlusspunkt mit dem Verteilungsnetz verbundenen Kundennetzes ausgestaltet ist, wobei die Steuereinrichtung vorzugsweise ausgestaltet ist, das Zuschalten auf wenigstens eine vorbestimmte Phase gemäß einem in Abhängigkeit von dem gemessenen Phasenstrom generierten Steuersignal zu bewirken. Durch die Strommesseinrichtung lässt sich in dem Kundennetz eine kundenseitige Schieflast hinter dem Netzanschlusspunkt bestimmen. Bevorzugt ist die Strommesseinrichtung ausgestaltet, im Falle einer Last ein Steuersignal hinsichtlich der Phase mit höchstem Phasenstrom und/oder im Falle eines Erzeugers hinsichtlich der Phase mit niedrigstem Phasenstrom zu erzeugen. Darüber hinaus kann auch zur Bestimmung der „günstigsten“ Phase eine Kombination aus gemessener Phasenspannung und Phasenstrom verwendet werden. So ist es denkbar, dass beispielsweise bei gleich groß gemessenen Phasenspannungen als übergeordnetes Kriterium aufgrund der gemessenen Phasenströme als untergeordnetes Kriterium die vorbestimmte Phase bestimmt wird, auf den die Last bzw. der Erzeuger zugeschaltet wird. Zudem kann durch Vorsehen einer derartigen Strommesseinrichtung sichergestellt werden, dass in dem Kundennetz durch das Zuschalten von zu großen Lasten bzw. Erzeugern keine durch die gängigen Normen und/oder Anschlussbedingungen der Netzbetreiber vorgegebenen Grenzwerte überschritten werden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt ferner durch ein dreiphasiges Verteilungsnetz mit einer mit dem Verteilungsnetz elektrisch verbundenen Ortsnetzstation, wenigstens einem mit dem Verteilungsnetz elektrisch verbundenen Netzanschlusspunkt und einer Anordnung wie zuvor beschrieben, wobei die Messeinrichtung räumlich entfernt von der Steuereinrichtung an der Ortsnetzstation angeordnet ist, und die Zuschalteinrichtung und die Steuereinrichtung netzanschlussseitig an dem Netzanschlusspunkt angeordnet sind, und/oder mit einer als Elektrofahrzeug ausgestalteten Last und/oder Erzeuger. Die Ortsnetzstation ist beispielsweise als Transformatorenstation, Umspannstation oder dergleichen zur Umspannung der für einen Haushalt bestimmten Niederspannung und/oder zur Speisung des Verteilungsnetzes mit der Niederspannung ausgestaltet. Räumlich entfernt bedeutet beispielsweise einen oder mehrere Kilometer Abstand zwischen der Ortsnetzstation und der „hinter“ dem Netzanschlusspunkt angeordneten Zuschalteinrichtung und Steuereinrichtung.
Durch das Vorsehen der Messeinrichtung an der Ortsnetzstation und/oder in dem Verteilungsnetz lässt sich durch die vorgeschlagene Ausgestaltung eine für den Netzbetrieb gegenüber einer lokalen Messung „hinter“ dem Netzanschlusspunkt wesentlich relevantere Aussage über die Schieflast in dem Verteilungsnetz beispielsweise durch Messung der Phasenspannungen in dem Verteilungsnetz bestimmen. Anhand der derart im Verteilungsnetz bestimmten Spannungsunsymmetrie lässt sich beim Zuschalten einer Last und/oder eines Erzeugers in einem mit dem Netzanschlusspunkt verbundenen Kundennetz einerseits die „günstigste“ Phase auswählen, um die in den gängigen Normen und Anschlussbedingungen der Netzbetreiber vorgegebenen Grenzen nicht zu überschreiten, sowie andererseits die Spannungsunsymmetrie im Verteilungsnetz insgesamt verringern.
Die Steuereinrichtung ist beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung, als Mikrocontroller oder dergleichen ausgestaltet und steht in kommunikationstechnischer Verbindung einerseits mit der Zuschalteinrichtung sowie andererseits mit der Messeinrichtung, beispielsweise mittels drahtloser oder drahtgebundener Kommunikation. Die Messeinrichtung ist beispielsweise als Spannungsmesser oder dergleichen ausgestaltet, während die Zuschalteinrichtung beispielsweise als mechanisches oder elektronisches Relais, als elektronischer Schalter oder dergleichen zum elektrischen Zuschalten der Last bzw. des Erzeugers an ein mit dem Netzanschlusspunkt verbundenes Kundennetz ausgestaltet ist. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung zum Empfangen des Steuersignals von einem externen Signalgeber, beispielsweise der Ortsnetzstation, ausgestaltet.
Die Aufgabe der Erfindung wird zudem gelöst durch ein Verfahren zum Verringern einer Schieflast in einem dreiphasigen Verteilungsnetz zum Übertragen elektrischer Energie an wenigstens einen Netzanschlusspunkt, mit den Schritten: Bestimmen einer Phasenspannung insbesondere jeder Phase des Verteilungsnetzes, und Zuschalten einer netzanschlussseitigen Last und/oder eines netzanschlussseitigen Erzeugers auf eine vorbestimmte Phase gemäß einem Steuersignal.
Weiter bevorzugt weit das Verfahren zum Verringern einer Schieflast in einem dreiphasigen Verteilungsnetz zum Übertragen elektrischer Energie an wenigstens einen Netzanschlusspunkt die nachfolgenden Schritte auf: Bestimmen einer Phasenspannung insbesondere jeder Phase des Verteilungsnetzes, und Zuschalten einer netzanschlussseitigen insbesondere einphasigen Last auf die Phase mit höchster Phasenspannung und/oder eines netzanschlussseitigen insbesondere einphasigen Erzeugers auf die Phase mit niedrigster Phasenspannung, und/oder Zuschalten einer netzanschlussseitigen zweiphasigen Last auf die zwei Phasen mit den zwei höchsten Phasenspannungen und/oder eines netzanschlussseitigen zweiphasigen Erzeugers auf die zwei Phasen mit den zwei niedrigsten Phasenspannungen.
Das Verfahren, welches insbesondere zum Verringern einer Schieflast für eine Anordnung wie zuvor beschrieben ausgestaltet ist, bestimmt also zunächst die Phasenspannung in einem Verteilungsnetz, also gerade nicht einen Strom und/oder nicht nur in einem netzanschlussseitigen Kundennetz, an das die Last und/oder der Erzeuger zugeschaltet werden soll, um dann anhand eines Steuersignals, welches beispielsweise durch einen Betreiber des Verteilungsnetzes oder durch Bestimmen der Phasenspannung generiert wird, die Last bzw. den Erzeuger auf eine vorbestimmte „günstigste“ Phase zuzuschalten, um derart die Schieflast in dem Verteilungsnetz zu verringern.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung weist das Verfahren den Schritt Zuschalten einer insbesondere einphasigen Last auf die Phase mit höchster Phasenspannung und/oder eines insbesondere einphasigen Erzeugers auf die Phase mit niedrigster Phasenspannung, insbesondere gemäß dem Steuersignal und/oder Zuschalten einer zweiphasigen Last auf die zwei Phasen mit den zwei höchsten Phasenspannungen und/oder zweiphasigen Erzeugers auf die zwei Phasen mit den zwei niedrigsten Phasenspannungen insbesondere gemäß dem Steuersignal auf. Für diesen Fall ist die vorbestimmte Phase gemäß dem Steuersignal bevorzugt bei einer einphasigen Last die Phase mit höchster bzw. niedrigster Phasenspannung bzw. bei einer zweiphasigen Last die zwei Phasen mit den zwei höchsten bzw. niedrigsten Phasenspannungen. Darüber hinaus ist auch eine gestufte Zuschaltung derart denkbar, dass zunächst auf Vorliegen des Steuersignals geprüft wird und dann die Zuschaltung entsprechend dem Steuersignal erfolgt. Sofern kein Steuersignal vorliegt, kann in einem zweiten Schritt die Zuschaltung entsprechend der in Rede stehenden Weiterbildung des Verfahrens erfolgen.
Nach einer noch weiter bevorzugten Ausgestaltung weist das Verfahren die Schritte Prüfen, ob eine einphasige oder zweiphasige Last und/oder Erzeuger elektrische Energie verbraucht und/oder liefert, und/oder Aufheben der Zuschaltung der Last und/oder des Erzeugers nach einem Energieverbrauch und/oder einer Energieerzeugung. Sofern beispielsweise eine zweiphasige Last vorliegt, folgt daraus, dass auch zwei Phasen mit höchster bzw. niedrigster Phasenspannung zu bestimmen sind. Im Falle von drei gleichen Phasenspannungen können diese beliebigen Phasen sein. Für den Fall, dass eine zweiphasige Last bzw. Erzeuger anzuschließen ist, eine erste Phase die niedrigste bzw. höchste Phasenspannung aufweist und die beiden verbleibenden Phasen gleich große Phasenspannungen aufweisen, so kann in diesen Fall eine beliebige Phase der beiden Phasen mit den gleich großen Phasenspannungen ausgewählt werden.
Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung weist das Verfahren die Schritte elektronisches Übertragen des Steuersignals an den Netzanschlusspunkt, und/oder Bestimmen eines Phasenstroms insbesondere jeder Phase eines an dem Netzanschlusspunkt mit dem Verteilungsnetz verbundenen Kundennetzes und insbesondere generieren des Steuersignals in Abhängigkeit von dem gemessenen Phasenstrom. Derart kann das Steuersignal beispielsweise durch einen Netzbetreiber räumlich entfernt von dem Netzanschlusspunkt generiert und beispielsweise drahtlos oder drahtgebunden, insbesondere nach einem Powerline-Protokoll oder in Rundsteuertechnik, an den jeweiligen Netzanschlusspunkt übertragen werden. Durch Bestimmen des Phasenstroms in dem Kundennetz lässt sich sicherstellen, dass durch die zuzuschaltende Last bzw. Erzeuger jede gängige Norm bzw. die in den Anschlussbedingung der Netzbetreiber vorgeschriebenen Grenzwerte zur Begrenzung der Schieflast nicht überschritten werden.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile des Verfahrens ergeben sich für den Fachmann in Analogie zu der vorab beschriebenen Anordnung.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Anordnung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Ansicht, und
2 eine schematische Abbildung zur Auswirkung von Lasten und Erzeugern auf die Spannung in einem Verteilungsnetz.
1 zeigt eine Anordnung zum Verringern einer Schieflast in einem dreiphasigen L1, L2, L3 Verteilungsnetz 1 zum Übertragen elektrischer Energie an wenigstens einen Netzanschlusspunkt 2 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Ansicht. Die Anordnung weist eine Messeinrichtung 3 auf, welche, aus Sichtweise des Verteilungsnetzes 1, „hinter“ dem Netzanschlusspunkt 2 in einem mittels des Netzanschlusspunktes 2 mit dem Verteilungsnetz 1 angeschlossenen Kundennetz 4 zur elektrischen Versorgung einer Kundenanlage beispielsweise in Form eines Haushalts 5 angeordnet ist. Die Messeinrichtung 3 ist als Spannungsmesser zum Bestimmen der Phasenspannung jeder Phase L1, L2, L3 des Verteilungsnetzes 1 ausgestaltet.
Während in der in 1 gezeigten Darstellung die Messeinrichtung 3 innerhalb des Haushalts 5 oder dem Haushalt 5 zugeordnet gezeigt ist, kann die Messeinrichtung 3 ebenso an bzw. in dem Netzanschlusspunkt 2, dem Verteilungsnetz 1 oder in einem das vorliegend als Niederspannungsnetz mit einem Effektivwert von 400 Volt zwischen zwei Phasen L1, L2, L3 bzw. Außenleitern speisenden Ortsnetzstation 6 angeordnet sein. An dem Verteilungsnetz 1 sind eine Mehrzahl von Netzanschlusspunkten 2 vorgesehen, die jeweils ein Kundennetz 4 eines jeweiligen Haushaltes 5 elektrisch an die Ortsnetzstation 6 anbinden, wie exemplarisch für zwei Haushalte 5 in 2 gezeigt.
Die Anordnung weist ferner eine Zuschalteinrichtung 7 auf, welche zum netzanschlussseitigen Zuschalten einer netzanschlussseitigen Last 8 und/oder eines netzanschlussseitigen Erzeugers 8 auf wenigstens eine Phase L1, L2, L3 des Verteilungsnetzes 1 ausgestaltet ist. Die Zuschalteinrichtung 7 ist vorliegend als elektronischer Schalter ausgestaltet, wobei auch Realisierungen als Leistungsschalter, Relais oder dergleichen möglich sind.
Im Falle einer einphasigen Last 8 bzw. eines einphasigen Erzeugers 8 kann durch die Zuschalteinrichtung 7 die Last 8 bzw. den Erzeuger 8 auf eine beliebige, vorbestimmte Phase L1, L2, L3 aufgeschaltet werden.
Vorliegend ist die Last 8 bzw. der Erzeuger 8 mittels der Zuschalteinrichtung 7 auf eine Phase L1, L2, L3 des Kundennetzes 4 aufschaltbar, welches mittels des Netzanschlusspunktes 2 elektrisch mit dem Verteilungsnetz 1 verbunden ist. Die Last 8 kann beispielsweise ein Elektrofahrzeug des Haushalts 5 sein, dessen Akkumulator über Nacht aufgeladen werden soll. Ein Erzeuger 8 elektrischer Energie stellt beispielsweise eine in dem Haushalt 5 angeordnete Photovoltaikanlage dar, die tagsüber elektrische Energie erzeugt, welche mittels des Kundennetzes 4 in das Verteilungsnetz 1 eingespeist werden soll.
Die Anordnung weist schließlich noch eine Steuerreinrichtung 9 auf, welche kommunikationstechnisch sowohl mit der Messeinrichtung 3 als auch mit der Zuschalteinrichtung 7 verbunden und vorliegend als speicherprogrammierbare Steuerung ausgestaltet ist. Die Steuereinrichtung 9 ist ferner ausgestaltet, das Zuschalten der Last 8 bzw. des Erzeugers 8 durch die Zuschalteinrichtung 7 auf wenigstens eine vorbestimmte Phase L1, L2, L3 gemäß einem Steuersignal zu bewirken.
Das Steuersignal kann zum einen von einem Netzbetreiber entfernt von der Steuereinrichtung 9 generiert werden. Zum Empfangen des Steuersignals weist die Steuereinrichtung 9 eine Kommunikationseinrichtung 10 auf, welche in Rundsteuertechnik oder dergleichen zum Empfangen des Steuersignals ausgestaltet ist. Die Steuereinheit 9 ist ferner ausgestaltet, vor dem Zuschalten einer Last 8 bzw. eines Erzeugers 8 mittels der Kommunikationseinrichtung 10 in der Ortsnetzstation 6 die für die Zuschaltung „günstigste“ Phase L1, L2, L3 abzufragen und daraufhin die Zuschaltung der Last 8 bzw. des Erzeugers 8 auf die derart durch das Steuersignal vorbestimmte Phase L1, L2, L3 zu bewirken. Alternativ dazu, oder wenn kein Steuersignal oder ein Steuersignal beispielsweise mit dem Wert 0 vorliegt, erfolgt die Auswahl der Phase L1, L2, L3, auf die die Last 8 bzw. der Erzeuger 8 zugeschaltet werden soll, mittels der von der Messeinrichtung 3 bestimmten Phasenspannungen des Verteilungsnetzes 1.
Bei einer einphasigen Last 8 erfolgt die Zuschaltung auf die Phase L1, L2, L3 mit höchster gemessener Phasenspannung, während bei einem Erzeuger 8 die Zuschaltung auf die Phase L1, L2, L3 mit niedrigster Phasenspannung erfolgt. Sofern es sich um eine zweiphasige Last 8 bzw. einen zweiphasigen Erzeuger 8 handelt, erfolgt die Zuschaltung auf die zwei Phasen L1, L2, L3 mit den beiden höchsten Phasenspannungen bzw. den beiden niedrigsten Phasenspannungen. Das Steuersignal, welches die Phase L1, L2, L3 bzw. die zwei Phasen L1, L2, L3, auf die die Zuschaltung der Last 8 bzw. des Erzeugers 8 erfolgen soll, bestimmt sich also nach den von der Messeinrichtung 3 im Zeitpunkt der Zuschaltung gemessenen Phasen L1, L2, L3 mit höchster bzw. niedrigster Phasenspannung.
Die Steuereinrichtung 9 ist ferner ausgestaltet, dass das Zuschalten erst dann erfolgt, wenn die Last 8 Energie verbraucht bzw. der Erzeuger 8 Energie zur Einspeisung in das Verteilungsnetz 1 liefert. In analoger Weise wird von der Steuereinrichtung 9 die Zuschaltung aufgehoben, wenn beispielsweise ein Akkumulator eines Elektroautos als Last 8 vollständig aufgeladen ist oder eine Photovoltaikanlage als Erzeuger 8 mangels entsprechender Sonneneinstrahlung keine elektrische Energie mehr liefert.
Zusätzlich zu der derartigen Symmetrierung Verteilungsnetz 1 als öffentliches Netz kann in dem Haushalt 5 eine Strommesseinrichtung 11 vorgesehen sein, welche in dem jeweiligen Kundennetz 4 den Phasenstrom jeder Phase L1, L2, L3 misst. Die gemessenen Phasenströme können einerseits als nachgelagertes Kriterium bei der Auswahl der für die Zuschaltung bestimmte Phase L1, L2, L3 durch die Zuschalteinrichtung 7 verwendet werden. Andererseits kann durch Messung der Phasenströme sichergestellt werden, dass die von den gängigen Normen und Anschlussbedingungen der Netzbetreiber vorgegebenen Grenzwerte nicht überschritten werden.
2 zeigt eine schematische Abbildung zur Auswirkung von Lasten 8 und Erzeugern 8 auf die Spannung in dem Verteilungsnetz 1. Das Verteilungsnetz 1 erstreckt sich von der Ortsnetzstation 6 über eine Leitungslänge 12 hin zu den zwei dargestellten Haushalten 5, welche jeweils über einen Netzanschlusspunkt 2 sowie ein Kundennetz 4, nicht gezeigt, mit dem Verteilungsnetz 1 elektrisch verbunden sind. Mit der Leitungslänge 12 fällt die von der Messeinrichtung 3 gemessene Phasenspannung der ersten Phase L1 von der Ortsnetzstation 6 hin zu den Haushalten 5 ab, was indiziert, dass die erste Phase L1 bereits durch eine in dem ersten oder zweiten Haushalt 5 zugeschalteten Last 8 belastet ist.
Sofern nun exemplarisch ein Erzeuger 8 in einem der beiden Haushalte 5 zugeschaltet werden soll, wählt die Steuereinrichtung 9 die zuvor durch die Messeinrichtung 3 gemessene Phase L1, L2, L3 mit der niedrigsten Phasenspannung als vorbestimmte Phase L1 aus, also vorliegend die erste Phase L1, und generiert derart ein Steuersignal, so dass die Zuschalteinrichtung den Erzeuger 8 auf die derart vorbestimmte erste Phase L1 aufschaltet. Durch die Zuschaltung reduziert sich die Spannungsdifferenz ∆U, so dass sich die Schieflast in dem dreiphasigen L1, L2, L3 Verteilungsnetz 1 insgesamt verringert.
Durch die vorgeschlagene Anordnung sowie ein entsprechendes Verfahren lassen sich in dem Verteilungsnetz 1 beliebig viele ein- oder zweiphasige Lasten 8 bzw. Erzeuger 8 unabhängig voneinander an das Verteilungsnetz 1 anschließen, ohne dabei unzulässige Schieflasten in dem Verteilungsnetz 1 bzw. dem öffentlichen Netz erzeugt werden.
Bezugszeichenliste

1: Verteilungsnetz
2: Netzanschlusspunkt
3: Messeinrichtung
4: Kundennetz
5: Haushalt
6: Ortsnetzstation
7: Schalteinrichtung
8: Last, Erzeuger
9: Steuereinrichtung
10: Kommunikationseinrichtung
11: Strommesseinrichtung
12: Leitungslänge
L1, L2, L3: Phase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

VDE-AR-N 4105 [0002]
DIN EN 50160 [0002]
DIN EN 50160 [0002]

Claims

Anordnung zum Verringern einer Schieflast in einem dreiphasigen (L1, L2, L3) Verteilungsnetz (1) zum Übertragen elektrischer Energie an wenigstens einen Netzanschlusspunkt (2), mit einer Messeinrichtung (3), welche zum Bestimmen einer Phasenspannung insbesondere jeder Phase (L1, L2, L3) des Verteilungsnetzes (1) ausgestaltet ist, einer Zuschalteinrichtung (7), welche zum netzanschlussseitigen Zuschalten einer netzanschlussseitigen Last (8) und/oder eines netzanschlussseitigen Erzeugers (8) auf wenigstens eine Phase (L1, L2, L3) des Verteilungsnetzes (1) ausgestaltet ist, und einer Steuereinrichtung (9), welche ausgestaltet ist, das Zuschalten auf wenigstens eine vorbestimmte Phase (L1, L2, L3) gemäß einem Steuersignal zu bewirken.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinrichtung (9) ausgestaltet ist, bei einer insbesondere einphasigen Last (8) das Zuschalten auf die von der Messeinrichtung (3) bestimmte Phase (L1, L2, L3) mit höchster Phasenspannung insbesondere gemäß dem Steuersignal zu bewirken und/oder bei einem insbesondere einphasigen Erzeuger (8) das Zuschalten auf die von der Messeinrichtung (3) bestimmte Phase (L1, L2, L3) mit niedrigster Phasenspannung insbesondere gemäß dem Steuersignal zu bewirken, und/oder die Steuereinrichtung (9) ausgestaltet ist, bei einer zweiphasigen Last (8) das Zuschalten auf die von der Messeinrichtung (3) bestimmten zwei Phasen (L1, L2, L3) mit den zwei höchsten Phasenspannungen insbesondere gemäß dem Steuersignal zu bewirken und/oder bei einem zweiphasigen Erzeuger (8) das Zuschalten auf die von der Messeinrichtung (3) bestimmten zwei Phasen (L1, L2, L3) mit den zwei niedrigsten Phasenspannungen insbesondere gemäß dem Steuersignal zu bewirken.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (9) ausgestaltet ist, das Zuschalten bei einem Energieverbrauch der Last (8) und/oder bei einer Energielieferung des Erzeugers (8) zu bewirken, und/oder die Steuereinrichtung (9) ausgestaltet ist, das Zuschalten nach einem Energieverbrauch der Last (8) und/oder nach einer Energielieferung des Erzeugers (8) aufzuheben.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (9) eine Kommunikationseinrichtung (10) aufweist, welche zum elektronischen insbesondere drahtlosen Empfangen des Steuersignals ausgestaltet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Stromesseinrichtung (11), welche zum Bestimmen eines Phasenstroms vorzugsweise jeder Phase (L1, L2, L3) eines an dem Netzanschlusspunkt (2) mit dem Verteilungsnetz (1) verbundenen Kundennetzes (4) ausgestaltet ist, wobei die Steuereinrichtung (9) vorzugsweise ausgestaltet ist, das Zuschalten auf wenigstens eine vorbestimmte Phase (L1, L2, L3) gemäß einem in Abhängigkeit von dem gemessenen Phasenstrom generierten Steuersignal zu bewirken.
Dreiphasiges (L1, L2, L3) Verteilungsnetz (1) mit einer mit dem Verteilungsnetz (1) elektrisch verbundenen Ortsnetzstation (6), wenigstens einem mit dem Verteilungsnetz (1) elektrisch verbundenen Netzanschlusspunkt (2) und einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (3) räumlich entfernt von der Steuereinrichtung (9) an der Ortsnetzstation (6) und/oder in dem Verteilungsnetz (1) angeordnet ist, und die Zuschalteinrichtung (7) und die Steuereinrichtung (9) netzanschlussseitig an dem Netzanschlusspunkt (2) angeordnet sind, und/oder mit einer als Elektrofahrzeug ausgestalteten Last (8) und/oder Erzeuger (8).
Verfahren zum Verringern einer Schieflast in einem dreiphasigen (L1, L2, L3) Verteilungsnetz (1) zum Übertragen elektrischer Energie an wenigstens einen Netzanschlusspunkt (2), mit Schritten: Bestimmen einer Phasenspannung insbesondere jeder Phase (L1, L2, L3) des Verteilungsnetzes (1), und Zuschalten einer netzanschlussseitigen Last (8) und/oder eines netzanschlussseitigen Erzeugers (8) auf eine vorbestimmte Phase (L1, L2, L3) gemäß einem Steuersignal.
Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, mit dem Schritt: Zuschalten einer insbesondere einphasigen Last (8) auf die Phase (L1, L2, L3) mit höchster Phasenspannung und/oder eines insbesondere einphasigen Erzeugers (8) auf die Phase (L1, L2, L3) mit niedrigster Phasenspannung insbesondere gemäß dem Steuersignal, und/oder Zuschalten einer zweiphasigen Last (8) auf die zwei Phasen (L1, L2, L3) mit den zwei höchsten Phasenspannungen und/oder eines zweiphasigen Erzeugers (8) auf die zwei Phasen (L1, L2, L3) mit den zwei niedrigsten Phasenspannungen insbesondere gemäß dem Steuersignal.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, mit den Schritten: Prüfen, ob eine einphasiger oder zweiphasige Last (8) und/oder (8) Erzeuger elektrische Energie verbraucht und/oder liefert, und/oder Aufheben der Zuschaltung der Last (8) und/oder des Erzeugers (8) nach einem Energieverbrauch und/oder einer Energieerzeugung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, mit den Schritten: Elektronischen Übertragen des Steuersignals an den Netzanschlusspunkt (2), und/oder Bestimmen eines Phasenstroms insbesondere jeder Phase (L1, L2, L3) eines an dem Netzanschlusspunkt (2) mit dem Verteilungsnetz (1) verbundenen Kundennetzes (4) und insbesondere generieren des Steuersignals in Abhängigkeit von dem gemessenen Phasenstrom.