DE102016117574A1

DE102016117574A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verwalten einer Elektrizitätsversorgung durch ein elektrisches Netz

Info

Publication number: DE102016117574A1
Application number: DE102016117574.9A
Authority: DE
Inventors: Barry Sole
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2016-09-19
Publication date: 2018-03-22
Also published as: WO2018050288A1; CN109792153A; WO2018050288A8; US20190245381A1; US10886779B2; CN109792153B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Versorgung von mindestens einem Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) mit Spannung und/oder elektrischem Strom durch ein elektrisches Netz (20).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Versorgung von mindestens einem Verbraucher mit Spannung und/oder elektrischem Strom durch ein elektrisches Netz. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwaltungseinheit für ein elektrisches Netz.
Beim Anschluss eines elektrischen Verbrauchers an ein elektrisches Netz kann es vorkommen, dass eine von dem Verbraucher intern verwendete Topologie von Phasen des Verbrauchers nicht mit einer dem Verbraucher von einer Verwaltungseinheit zum Steuern eines Flusses von elektrischem Strom durch das elektrische Netz bzw. einer an jeweiligen Phasen des elektrischen Netzes anliegenden Spannung verwendeten Topologie übereinstimmt. Durch sich einander widersprechende Topologien von Verbraucher und Steuerungseinheit kann es zu Problemen bei der Versorgung des Verbrauchers mit elektrischem Strom bzw. Spannung, d. h. mit elektrischer Energie, durch das elektrische Netz kommen.
Bspw. kann es vorkommen, dass ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem 3-phasigen Ladegerät, das auf allen drei Phasen asymmetrisch mit elektrischem Strom unterschiedlicher Stärke versorgt werden kann, von einer Verwaltungseinheit einer Ladestation mit Informationen darüber versorgt wird, mit welcher Stromstärke auf welcher Phase das Fahrzeug maximal geladen werden kann. Um einen Stromfluss auf einer jeweiligen Phase dynamisch zu ändern und dem Ladegerät Anweisungen zum Einstellen eines entsprechenden Ladestroms zu übermitteln, ist es erforderlich, dass die Verwaltungseinheit und das Ladegerät ein gleiches Verständnis von einer Topologie der Phasen, d. h. von einer Zuordnung bzw. Nummerierung der Phasen haben. Weiterhin ist es für eine optimale Versorgung von Verbrauchern durch ein elektrisches Netz erforderlich, dass eine Verwaltungseinheit des elektrischen Netzes Kenntnis über eine Verortung des Verbrauchers in dem elektrischen Netz hat, d. h. Kenntnis darüber hat, an welchem Ort bzw. an welchen Phasen des elektrischen Netzes welche Verbraucher angeordnet sind.
Ein Verfahren zur Stabilisierung eines Energieverteilernetzes ist in der deutschen Druckschrift DE 10 2014 214 906 A1 offenbart.
Die US-amerikanische Druckschrift US 2014 031 65 99 A1 offenbart eine intelligente Steuerung von an ein Energieverteilernetz angeschlossenen Verbrauchern.
In der US-amerikanischen Druckschrift US 2016 004 97 90 A1 wird ein System zum Speichern und Verteilen von elektrischer Energie offenbart.
Die US-amerikanische Druckschrift US 59 27 598 A offenbart ein Verfahren zum Überwachen einer Phasenverschiebung von an ein elektrisches Netz angeschlossenen Verbrauchern.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine dynamische Verwaltung von über jeweilige elektrische Leitungen eines elektrischen Netzes geleiteter elektrischer Energie in Abhängigkeit einer aktuellen Topologie des elektrischen Netzes ermöglicht.
Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zum Steuern einer Versorgung von mindestens einem Verbraucher mit Spannung und/oder elektrischem Strom durch ein elektrisches Netz vorgestellt, wobei das elektrische Netz eine Vielzahl an Phasen umfasst, und wobei jeweilige zum Versorgen des mindestens einen Verbrauchers verwendete Phasen der Vielzahl an Phasen ermittelt werden, indem an den mindestens einen Verbraucher mittels einer Kommunikationsschnittstelle mindestens ein vorgegebenes individuelles und dem mindestens einen Verbraucher zugeordnetes Verbrauchsmuster übertragen wird, und wobei der mindestens eine Verbraucher gemäß dem mindestens einen Verbrauchsmuster betrieben wird, wobei zeitgleich zum Betreiben des mindestens einen Verbrauchers gemäß dem mindestens einen Verbrauchsmuster Veränderungen in einer Spannung und/oder einem Fluss von elektrischem Strom durch die jeweiligen Phasen der Vielzahl Phasen mittels jeweiliger den jeweiligen Phasen zugeordneter Sensoren erfasst werden, und wobei anhand der mittels der Sensoren erfassten Änderungen der Spannung und/oder des Flusses des elektrischen Stroms eine Karte des elektrischen Netzes erstellt wird, und wobei eine Versorgung des mindestens einen Verbrauchers mit Spannung und/oder elektrischem Strom auf Grundlage der erstellten Karte erfolgt.
Ausgestaltungen der vorgestellten Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.
Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum dynamischen Anpassen einer Versorgung von elektrischen Verbrauchern eines elektrischen Netzes mit elektrischer Energie. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Karte des elektrischen Netzes, d. h. eines Energieverteilernetzes zum Verteilen von elektrischer Energie, erstellt wird, anhand derer eine Stärke von einem jeweiligen elektrischen Verbraucher über eine jeweilige Phase bzw. eine jeweilige elektrische Leitung des elektrischen Netzes bereitgestellter elektrischer Energie, d. h. von elektrischem Strom bzw. Spannung, eingestellt wird. Dies bedeutet, dass gemäß dem vorgestellten Verfahren eine Karte erstellt wird, die bspw. eine Anzahl und eine Verortung jeweiliger durch ein elektrisches Netz mit elektrischer Energie zu versorgender Verbraucher und/oder eine Phasenzuordnung der Verbraucher angibt.
Um die erfindungsgemäß vorgesehene Karte zu ermitteln, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeweilige mit einem elektrischen Netz verbundene Verbraucher auf ihre Verortung und/oder ihre Phasenzuordnung hin untersucht werden. Dazu ist vorgesehen, dass mindestens ein Verbrauchsmuster, das Veränderungen in einer Spannung und/oder einem Fluss von elektrischem Strom betrifft bzw. vorgibt, mittels einer von dem elektrischen Netz umfassten Kommunikationsschnittstelle an einen jeweiligen Verbraucher übermittelt wird, so dass der Verbraucher dazu konfiguriert wird, eine Sequenz an Schaltzuständen zu erzeugen, die dazu führt, dass in jeweiligen dem Verbraucher zugeordneten Phasen bzw. elektrischen Leitungen, exakt die Veränderungen der Spannung und/oder des Flusses von elektrischem Strom auftreten, die von dem mindestens einen Verbrauchsmuster vorgegeben bzw. definiert sind.
Anhand von jeweiligen Phasen bzw. entsprechenden elektrischen Leitungen eines elektrischen Netzes zugeordneten Sensoren zum Ermitteln von Veränderungen einer an den jeweiligen Phasen anliegenden Spannung bzw. eines durch die jeweiligen Phasen fließenden elektrischen Stroms können jeweilige gemäß dem erfindungsgemäß vorgesehenen mindestens einen Verbrauchsmuster von einem Verbraucher verursachte Veränderungen in der an den jeweiligen elektrischen Leitungen anliegenden Spannung bzw. in dem durch die jeweiligen Phasen fließenden elektrischen Strom erfasst werden. Entsprechend kann bei einer Übereinstimmung von an einer jeweiligen Phase des elektrischen Netzes gemessenen Veränderungen in der an der Phase anliegenden Spannung bzw. des durch die Phase fließenden elektrischen Stroms und jeweiligen durch ein aktuell an einem Verbraucher aktivierten bzw. eingestellten Verbrauchsmuster bedingten Veränderungen von Spannung und elektrischem Strom darauf geschlossen werden, dass die jeweilige Phase, an der die Veränderungen der Spannung bzw. des elektrischen Stroms gemessen wurden, dem Verbraucher zuzuordnen sind, an dem das Verbrauchsmuster aktiviert bzw. eingestellt wurde.
Unter einem Verbrauchsmuster ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Muster von Spannungs- und/oder Stromschwankungen zu verstehen. Ein Verbrauchmuster kann bspw. einen bestimmten Rechtecksverlauf einer Spannung und/oder einen sinusförmigen Verlauf einer Stromstärke oder umgekehrt vorgeben und über eine Sequenz entsprechender Schaltzustände an einem Verbraucher eingestellt werden.
In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass jeder Phase der Vielzahl Phasen des elektrischen Netzes ein Sensor zur Erfassung einer an einer jeweiligen Phase anliegenden Spannung und/oder eines durch eine jeweilige Phase fließenden elektrischen Stroms zugeordnet wird.
Um jeweilige Veränderungen von einer jeweiligen an jeweiligen Phasen anliegenden Spannung und/oder eines jeweiligen durch eine jeweilige Phase fließenden elektrischen Stroms zu erfassen und ggf. einem jeweiligen Verbrauchmuster zuordnen zu können, ist insbesondere vorgesehen, dass alle Phasen bzw. alle Verbindungsstellen von elektrischen Leitungen mit jeweiligen Verbrauchern eines elektrischen Netzes durch jeweilige Sensoren überwacht werden.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein jeweiliges Verbrauchsmuster an einen jeweiligen Verbraucher übermittelt wird, der neu bzw. frisch an ein jeweiliges elektrisches Netz angeschlossen wird, so dass der Verbraucher Strom bzw. Spannung gemäß dem Verbrauchsmuster verbraucht und dessen Verortung bzw. dessen Phasenzuordnung entsprechend erkannt werden kann.
Unter einer Verortung ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Ort eines Anschlusses an einem elektrischen Netz, wie bspw. eine bestimmte Ladestation oder Strombuchse zu verstehen.
Unter einer Phasenzuordnung ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Zuordnung eines Verbrauchers zu einer Phase eines elektrischen Netzes zu verstehen. Es ist denkbar, dass ein Verbraucher eine Verortung, jedoch mehrere Phasenzuordnungen haben kann, wobei sich die Verortung und, dadurch bedingt, auch die Phasenzuordnung bspw. bei mobilen Verbrauchern über die Zeit hinweg ändern können.
Durch Kenntnis einer Verortung eines Verbrauchers in einem jeweiligen elektrischen Netz kann der Verbraucher einem jeweiligen Subsystem, wie bspw. einem Spannungsüberwacher zugeordnet werden, so dass Verwaltungsoperationen, wie bspw. eine Abschaltung einer Versorgung von Verbrauchern bei einer Überlastung des elektrischen Netzes ggf. in Abhängigkeit einer Zuordnung des Verbrauchers zu dem Spannungsüberwacher erfolgen kann und gezielt bspw. die Versorgung derjenigen Verbraucher abgeschaltet wird, die keinem Spannungsüberwacher zugeordnet sind.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Karte angibt, wieviel Spannung und/oder wieviel elektrischen Strom der mindestens eine Verbraucher über welche Phase des elektrischen Netzes anfordert und/oder welche Verbraucher an welchen Orten mit dem elektrischen Netz verbunden sind.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Karte dient insbesondere zum Kartieren einer Topologie eines jeweiligen elektrischen Netzes und/oder einer Phasenzuordnung von jeweiligen mit dem elektrischen Netz verbundenen Verbrauchern.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als Kommunikationsschnittstelle eine Kommunikationsschnittstelle der folgenden Liste an Kommunikationsschnittstellen zwischen einer zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens konfigurierten Steuergerät und dem mindestens einen Verbraucher gewählt wird: ein elektrisches Kabel, ein Ethernetkabel, eine Powerline Communication Verbindung, eine WLAN-Verbindung, eine Bluetooth-Verbindung, eine Z-Wave-Verbindung oder eine ZigBee-Verbindung.
Um einen jeweiligen Verbraucher mit einem jeweiligen Verbrauchsmuster zu versorgen und entsprechend zur Durchführung von Schaltvorgängen zu konfigurieren, die bewirken, dass auf mindestens einer dem jeweiligen Verbraucher zugeordneten Phase eine dem Verbrauchsmuster entsprechende Spannungsänderung und/oder Änderung in dem durch die Phase fließenden elektrischen Strom entsteht, eignet sich jede technisch geeignete Kommunikationsschnittstelle zum Übertragen von Informationen zu einem Verbraucher. Insbesondere eignet sich eine sogenannte „Powerline Communication“, bei der Informationen über ein Stromkabel bzw. eine elektrische Leitung, die originär zum Übertragen von elektrischer Energie vorgesehen ist, übertragen werden, da unter Verwendung einer „Powerline Communication“ auf eine zusätzliche Hardwareschnittstelle, wie bspw. einen Router oder ein Bluetoothmodul, verzichtet werden kann.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass für den Fall, dass der mindestens eine Verbraucher auf verschiedenen Phasen ein unterschiedliches Verbrauchsverhalten aufweisen kann, d. h. unterschiedlich viel elektrischen Strom bzw. Spannung verbraucht, jeweils einer Phase des Verbrauchers mindestens ein spezifisches Verbrauchsmuster zugeordnet und an den mindestens einen Verbraucher übermittelt wird, und wobei anhand jeweiliger bei einem Betrieb des mindestens einen Verbrauchers gemäß der Verbrauchsmuster erfasster Veränderungen von in den Phasen anliegenden Spannungen und/oder Stromflüssen auf eine in einem von dem mindestens einen Verbraucher umfassten Steuergerät hinterlegte Topologie der Phasen geschlossen wird.
Da ein Verbraucher eine Topologie bzw. eine Benennung von Phasen verwenden kann, die unabhängig von einem jeweiligen den Verbraucher versorgenden elektrischen Netz entworfen wurde, kann es vorkommen, dass das elektrische Netz die Phasen des Verbrauchers anders benennt bzw. anders in eine Topologie des elektrischen Netzes einpflegt als diese in der Topologie des Verbrauchers vorgesehen sind. Entsprechend kann es vorkommen, dass ein Steuerbefehl, der von dem elektrischen Netz an den Verbraucher übermittelt wird, und der besagt, dass bspw. ein Verbrauch von elektrischer Energie an einer Phase „3“ zu reduzieren ist, aus Sicht des elektrischen Netzes falsch umgesetzt wird, da der Verbraucher die aus seiner Sicht benannte Phase „3“ steuert. Stimmen nun die Phase „3“ aus Sicht des Verbrauchers und die Phase „3“ aus Sicht des elektrischen Netzes nicht überein, wird der Steuerbefehl an der falschen Phase umgesetzt.
Um eine Umsetzung von Steuerbefehlen an falschen Phasen zu vermeiden, ist in Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens vorgesehen, dass eine interne Topologie eines jeweiligen Verbrauchers ermittelt wird. Dazu werden dem Verbraucher entsprechend seiner Anzahl Phasen unterschiedliche Verbrauchsmuster übermittelt und die unterschiedlichen Verbrauchsmuster einer jeweiligen Phase seitens des elektrischen Netzes zugeordnet. Wird beim Einstellen der Verbrauchsmuster durch den Verbraucher seitens des elektrischen Netzes erkannt, dass ein Verbrauchsmuster nicht auf einer entsprechend durch das elektrische Netz vorgegebenen Phase ausgeführt wird, steht fest, dass die von dem elektrischen Netz verwendete Topologie und die von dem Verbraucher verwendete Topologie nicht übereinstimmen. Entsprechend ändert das elektrische Netz seine Topologie bzw. seine Karte und führt erneut eine Überprüfung des Verbrauchers mittels verschiedener Verbrauchsmuster für verschiedene Phasen durch. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die Verbrauchsmuster auf den durch das elektrische Netz vorgegebenen Phasen gemessen werden und entsprechend die Topologie des elektrischen Netzes mit der internen Topologie des Verbrauchers übereinstimmt.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass dem Verbraucher ein Steuerbefehl übermittelt wird, der zu einer geänderten Übertragungsleistung von Spannung und/oder elektrischem Strom über mindestens eine Phase der mit dem mindestens einen Verbraucher verbundenen Phasen führt.
Um eine Übertragungsleistung eines elektrischen Netzes zu regulieren und bspw. eine Überlastung zu verhindern, ist vorgesehen, dass das elektrische Netz an mindestens einen von dem elektrischen Netz mit elektrischer Energie zu versorgenden Verbraucher einen Steuerbefehl übermittelt, der den Verbraucher dazu konfiguriert, lediglich soviel elektrische Energie über jeweilige Phasen des Verbrauchers anzufordern, wie sie sicher von dem elektrischen Netz bereitgestellt werden kann.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass jeder Sensor des elektrischen Netzes einem Anschluss zum Verbinden des mindestens einen Verbrauchers mit dem elektrischen Netz zugeordnet ist.
Durch eine bekannte Verortung von Sensoren in einem elektrischen Netz können jeweilige von den Sensoren erfasste Verbrauchsmuster einer den Sensoren entsprechenden Verortung zugewiesen werden, so dass anhand der von den jeweiligen Sensoren erfassten Verbrauchsmuster auf eine Verortung eines jeweiligen die Verbrauchsmuster erzeugenden Verbrauchers in dem elektrischen Netz geschlossen werden kann. Dabei kann sich die Verortung auf Phasen aber auch auf Knotenpunkte von elektrischen Leitungen des elektrischen Netzes beziehen.
Um jeweilige Phasen eines elektrischen Netzes jeweiligen Verbrauchern zuzuordnen und entsprechend auf eine Topologie des elektrischen Netzes zu schließen, ist vorgesehen, dass jedem Sensor zum Erfassen von Spannung und/oder Stromfluss eine jeweilige Phase zugeordnet ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwaltungseinheit für ein elektrisches Netz mit einer Vielzahl an Phasen und einem Steuergerät, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, jeweilige zum Versorgen mindestens eines Verbrauchers verwendete Phasen der Vielzahl an Phasen zu ermitteln, indem an den mindestens einen Verbraucher mittels einer Kommunikationsschnittstelle mindestens ein vorgegebenes individuelles und dem mindestens einen Verbraucher zugeordnetes Verbrauchsmuster übertragen wird, und an den mindestens einen Verbraucher ein Steuerbefehl zum Betreiben des mindestens einen Verbrauchers gemäß dem mindestens einen Verbrauchsmuster übertragen wird, und wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, zeitgleich zum Betrieb des mindestens einen Verbrauchers gemäß dem mindestens einen Verbrauchsmuster Veränderungen in einer Spannung und/oder einem Fluss von elektrischem Strom durch die jeweiligen Phasen der Vielzahl Phasen mittels jeweiliger den jeweiligen Phasen zugeordneter Sensoren zu erfassen, und anhand der mittels der Sensoren erfassten Änderungen der Spannung und/oder des Flusses des elektrischen Stroms eine Karte des elektrischen Netzes zu erstellen, und eine Versorgung des mindestens einen Verbrauchers mit Spannung und/oder elektrischem Strom auf Grundlage der erstellten Karte einzustellen.
Die vorgestellte Verwaltungseinheit dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Verwaltungseinheit ist vorgesehen, dass das Steuergerät ein Teil einer Ladestation zum Versorgen mindestens eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie ist.
Sowohl die vorgestellte Verwaltungseinheit als auch das vorgestellte Verfahren eignen sich insbesondere zum Verwalten einer Infrastruktur von Ladesäulen zum Versorgen elektrisch angetriebener Fahrzeuge mit elektrischer Energie.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegeben Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Netzes, das gemäß einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwaltet wird.
2 zeigt eine schematische Darstellung des elektrischen Netzes aus 1, das gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwaltet wird.
3 zeigt eine schematische Darstellung des elektrischen Netzes aus 1, das gemäß einer noch weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwaltet wird.
In 1 ist ein elektrisches Netz 20 mit einer Vielzahl Verbrauchern 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41 und 43 dargestellt. Das elektrische Netz 20 wird über einen Anschluss 50 mit drei Phasen 51, 52 und 53 gespeist.
Um eine Karte einer Topologie des elektrischen Netzes 20 zu erstellen und bspw. eine Verortung bzw. eine zur Versorgung verwendete Phase eines frisch mit dem elektrischen Netz 20 verbundenen Verbrauchers 23 zu bestimmen, wird von einer Verwaltungseinheit des elektrischen Netzes 20 mittels einer Kommunikationsschnittstelle, wie bspw. einer WLAN-Schnittstelle, ein individuelles, d. h. ein eigens für den Verbraucher 23 entworfenes, Verbrauchsmuster 55 bzw. ein entsprechender Steuerbefehl, der dazu führt, dass der Verbraucher 23 dazu konfiguriert wird, elektrische Energie derart zu verbrauchen, dass sich ein Muster gemäß dem Verbrauchsmuster 55 auf einer jeweiligen den Verbraucher 23 mit elektrischer Energie versorgenden Phase 52 einstellt, an den Verbraucher 23 übertagen. Der Verbraucher 23 ist ein Verbraucher, der dazu konfiguriert ist, elektrische Energie von lediglich einer Phase zu verbrauchen, wie es bspw. für eine Klimaanlage typisch ist.
Ein Schaubild 57 zeigt jeweilige von Sensoren 1 bis 12 gemessene Signale. Sensor 2 und Sensor 8, die beide der Phase 52 zugeordnet sind, messen jeweils einen Verbrauch von elektrischer Energie, d. h. von elektrischem Strom bzw. Spannung gemäß dem Verbrauchsmuster 55, während die weiteren Sensoren 1, 3 bis 7 und 8 bis 12 keinen oder lediglich einen gleichbleibenden Verbrauch von elektrischer Energie messen.
Da es der Verwaltungseinheit des elektrischen Netzes 20 bekannt ist, an welcher Phase die Sensoren 2 und 8 messen, kann aufgrund des durch die Sensoren 2 und 8 gemessenen Verbrauchsmusters 55, das aufgrund seiner Individualität mit höchster Wahrscheinlichkeit von dem Verbraucher 23 stammt, eine Zuordnung der Phase 52, die den Sensoren 2 und 8 zugeordnet ist, zu dem Verbraucher 23 erfolgen. Entsprechend erlangt die Verwaltungseinheit des elektrischen Netzes 20 Kenntnis darüber, an welcher Phase der Verbraucher 23 angeschlossen ist, so dass eine Versorgung des Verbrauchers 23 mit elektrischer Energie über die Phase 52 zu steuern bzw. steuerbar ist.
Weiterhin erhält die Verwaltungseinheit des elektrischen Netzes 20 aufgrund des durch den Sensor 8 erfassten Verbrauchsmusters 55 Kenntnis darüber, wo in dem elektrischen Netz 20 der Verbraucher 23 verortet ist, nämlich an einem Anschluss, der von dem Sensor 8 überwacht wird.
Um einen jeweiligen Verbraucher 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41 oder 43 einer jeweiligen Phase 51, 52 oder 53 zuzuordnen, sind die Sensoren 1 bis 12 fest jeweiligen Phasen 51, 52 oder 53 bzw. jeweiligen mit den Phasen 51, 52 oder 53 verbundenen elektrischen Leitungen zugeordnet. Dies bedeutet, dass die Sensoren 1, 4, 7 und 10 Veränderungen in einem Stromfluss und/oder Spannungsschwankungen an der Phase 51 messen und weiterhin die Sensoren 2, 5, 8 und 11 Veränderungen in einem Stromfluss und/oder Spannungsschwankungen an der Phase 52 messen sowie, dass die Sensoren 3, 7, 9 und 12 Veränderungen in einem Stromfluss und/oder Spannungsschwankungen an der Phase 53 messen.
In 2 wurde der Verbraucher 29 frisch mit dem elektrischen Netz 20 verbunden. Der Verbraucher 29 ist dazu konfiguriert, elektrische Energie gleichmäßig verteilt über drei verschiedene Phasen zu beziehen.
Um eine Verortung des Verbrauchers 29 in dem elektrischen Netz 20 zu ermitteln, übermittelt die Verwaltungseinheit des elektrischen Netzes 20 über eine Bluetoothschnittstelle einen Steuerbefehl an den Verbraucher 29, der den Verbraucher 29 dazu konfiguriert, elektrische Energie gemäß einem Verbrauchsmuster 59 zu verbrauchen. Sobald der Verbraucher 29 gemäß dem Steuerbefehl geschaltet wird, messen Sensoren 1 bis 3 Veränderungen in einem Stromfluss und/oder einer Spannung gemäß dem Verbrauchsmuster 59 an den Phasen 51, 52 und 53. Da die weiteren Sensoren 4 bis 12 keine dem Verbrauchsmuster 59 entsprechenden Signale messen, kann auf die Verortung des Verbrauchers 29 gemäß der in 2 gezeigten Topologie geschlossen werden.
In 3 wurden ein erstes elektrisch angetriebenes Fahrzeug 41 und ein zweites elektrisch angetriebenes Fahrzeug 35 frisch mit dem elektrischen Netz 20 verbunden. Sowohl das erste Fahrzeug 41 als auch das zweite Fahrzeug 35 sind dazu konfiguriert, elektrische Energie unabhängig voneinander, d. h. bspw. asymmetrisch verteilt, über drei unterschiedliche Phasen aufzunehmen.
Um eine Verortung des ersten elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 41 und eine interne Zuordnung von Phasen des ersten Fahrzeugs 41, d. h. eine interne Topologie des ersten Fahrzeugs 41 zu ermitteln, überträgt die Verwaltungseinheit des elektrischen Netzes 20 drei verschiedene Verbrauchsmuster 61, 62 und 63 an das erste Fahrzeug 41 mittels einer Powerline Communication Verbindung. Dies bedeutet, dass ein Steuerbefehl zum Einstellen der Verbrauchmuster 61, 62 und 63 an fest vorgegebenen Phasen 51, 52 und 53 über eine als Kommunikationsleitung ausgewählte elektrische Leitung 65, die bspw. auch zum Übertragen von elektrischem Strom bzw. Spannung genutzt werden kann, an das erste Fahrzeug 41 übermittelt wird. Entsprechend wird das erste Fahrzeug 41 derart geschaltet, dass sich an jeweiligen mit dem ersten Fahrzeug 41 verbundenen Phasen bzw. entsprechenden elektrischen Leitungen die Verbrauchsmuster 61, 62 und 63 einstellen. Da die Sensoren 1 und 10 das Verbrauchmuster 61, die Sensoren 2 und 11 das Verbrauchsmuster 62 und die Sensoren 3 und 13 das Verbrauchsmuster 63 erfassen, kann daraus geschlossen werden, dass das erste Fahrzeug 41 an der der in 3 dargestellten Topologie entsprechenden Verortung mit dem elektrischen Netz 20 verbunden ist. Weiterhin kann darauf geschlossen werden, dass eine interne Zuordnung der Verbrauchmuster 61, 62 und 63 zu den jeweiligen Phasen des ersten Fahrzeugs 41 auf Grundlage einer internen Karte der Phasen des ersten Fahrzeugs 41 erfolgt ist, die mit einer Karte der Phasen des ersten Fahrzeugs 41, wie sie von der Verwaltungseinheit des elektrischen Netzes 20 verwendet wird, übereinstimmt.
An das zweite Fahrzeug 35 wurden Steuerbefehle zum Erzeugen eines Verbrauchsmusters 67 auf der Phase 51, eines Verbrauchsmusters 68 auf der Phase 52 und eines Verbrauchsmusters 69 auf der Phase 53 übermittelt. Die Verbrauchsmuster 67, 68 und 69 unterscheiden sich in ihrer Form von den Verbrauchsmustern 61, 62 und 63, um das erste Fahrzeug 41 von dem zweiten Fahrzeug 35 zu unterscheiden.
Da durch den Sensor 2 das Verbrauchsmuster 69 und durch den Sensor 3 das Verbrauchsmuster 68 gemessen wurde, was durch die Markierung 75 hervorgehoben ist, ist davon auszugehen, dass eine interne Topologie der Phasen des zweiten Fahrzeugs 35 nicht mit einer von der Verwaltungseinheit des elektrischen Netzes 20 verwendeten Topologie übereinstimmt, wie durch gekreuzte elektrische Leitungen 71 und 73 angedeutet. Entsprechend ändert die Verwaltungseinheit des elektrischen Netzes 20 seine interne Karte der Topologie des elektrischen Netzes 20 gemäß der Vorgabe des zweiten Fahrzeugs 35 und wiederholt den Vorgang solange bis die Zuordnung der Verbrauchsmuster 67, 68 und 69 zu den Phasen 51, 52 und 53 durch das zweite Fahrzeug 35 den Vorgaben der Verwaltungseinheit des elektrischen Netzes 20 entspricht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014214906 A1 [0004]
US 20140316599 A1 [0005]
US 20160049790 A1 [0006]
US 5927598 A [0007]

Claims

Verfahren zum Steuern einer Versorgung von mindestens einem Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) mit Spannung und/oder elektrischem Strom durch ein elektrisches Netz (20), wobei das elektrische Netz (20) eine Vielzahl an Phasen (51, 52, 53) umfasst, und wobei jeweilige zum Versorgen des mindestens einen Verbrauchers (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) verwendete Phasen (51, 52, 53) der Vielzahl an Phasen (51, 52, 53) und/oder eine Verortung des mindestens einen Verbrauchers (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) in dem elektrischen Netz (20) ermittelt werden, indem an den mindestens einen Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) mittels einer Kommunikationsschnittstelle mindestens ein vorgegebenes individuelles und dem mindestens einen Verbraucher zugeordnetes Verbrauchsmuster (55, 59, 61, 62, 63, 67, 68, 69) übertragen wird, und wobei der mindestens eine Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) gemäß dem mindestens einen Verbrauchsmuster (55, 59, 61, 62, 63, 67, 68, 69) betrieben wird, wobei zeitgleich zum Betrieb des mindestens einen Verbrauchers (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) gemäß dem mindestens einen Verbrauchsmuster (55, 59, 61, 62, 63, 67, 68, 69) Veränderungen in einer Spannung und/oder einem Fluss von elektrischem Strom durch die jeweiligen Phasen (51, 52, 53) der Vielzahl Phasen (51, 52, 53) mittels jeweiliger den jeweiligen Phasen (51, 52, 53) zugeordneter Sensoren (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) erfasst werden, und wobei anhand der mittels der Sensoren (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) erfassten Änderungen der Spannung und/oder des Flusses des elektrischen Stroms eine Karte des elektrischen Netzes (20) erstellt wird, und wobei eine Versorgung des mindestens einen Verbrauchers (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) mit Spannung und/oder elektrischem Strom auf Grundlage der erstellten Karte erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mindestens jeder Phase (51, 52, 53) der Vielzahl Phasen (51, 52, 53) des elektrischen Netzes ein Sensor (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) zur Erfassung einer an einer jeweiligen Phase (51, 52, 53) anliegenden Spannung und/oder eines durch eine jeweilige Phase (51, 52, 53) fließenden elektrischen Stroms zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Karte angibt, wieviel Spannung und/oder wieviel elektrischen Strom der mindestens eine Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) über welche Phase (51, 52, 53) des elektrischen Netzes (20) anfordert und/oder an welchem Ort der mindestens eine Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) mit dem elektrischen Netz (20) verbunden ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem als Kommunikationsschnittstelle eine Kommunikationsschnittstelle der folgenden Liste an Kommunikationsschnittstellen zwischen einer zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 konfigurierten Steuergerät und dem mindestens einen Verbraucher gewählt wird: ein elektrisches Kabel (65), ein Ethernetkabel, eine Powerline Communication Verbindung, eine WLAN-Verbindung, eine Bluetooth-Verbindung, eine Z-Wave-Verbindung oder eine ZigBee-Verbindung.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine Verbrauchsmuster (55, 59, 61, 62, 63, 67, 68, 69) eine Sequenz an stromverbrauchenden und/oder spannungsverbrauchenden Schaltvorgängen umfasst.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem für den Fall, dass der mindestens eine Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) auf verschiedenen Phasen (51, 52, 53) ein unterschiedliches Verbrauchsverhalten aufweisen kann, jeweils einer Phase (51, 52, 53) mindestens ein spezifisches Verbrauchsmuster (55, 59, 61, 62, 63, 67, 68, 69) zugeordnet und an den mindestens einen Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) übermittelt wird, und wobei anhand jeweiliger bei einem Betrieb des mindestens einen Verbrauchers (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) gemäß der Verbrauchsmuster (55, 59, 61, 62, 63, 67, 68, 69) erfasster Veränderungen von in den Phasen (51, 52, 53) anliegenden Spannungen und/oder Stromflüssen auf eine in einem von dem mindestens einen Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) umfassten Steuergerät hinterlegte Topologie der Phasen (51, 52, 53) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem für den Fall, dass die in dem von dem mindestens einen Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) umfassten Steuergerät hinterlegte Topologie nicht zu der anhand der mittels der Sensoren (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) erfassten Änderungen der Spannung und/oder des Flusses des elektrischen Stroms ermittelten Karte passt, die anhand der mittels der Sensoren (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) erfassten Änderungen der Spannung und/oder des Flusses des elektrischen Stroms ermittelte Karte gemäß der in dem von dem mindestens einen Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) umfassten Steuergerät hinterlegte Topologie abgeändert wird und auf Grundlage der abgeänderten Karte ein erneuter Durchlauf eines Verfahrens nach Anspruch 6 durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei dem mindestens einen Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) ein Steuerbefehl übermittelt wird, der zu einer geänderten Übertragungsleistung von Spannung und/oder elektrischem Strom über mindestens eine Phase (51, 52, 53) der mit dem mindestens einen Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) verbundenen Phasen (51, 52, 53) führt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem jeder Sensor (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) des elektrischen Netzes (20) einer spezifischen Phase (51, 52, 53) eines Anschlusses zum Verbinden des mindestens einen Verbrauchers (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) mit dem elektrischen Netz (20) zugeordnet ist.
Verwaltungseinheit für ein elektrisches Netz (20) mit einer Vielzahl an Phasen (51, 52, 53) und einem Steuergerät, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, jeweilige zum Versorgen mindestens eines Verbrauchers (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) verwendete Phasen (51, 52, 53) der Vielzahl an Phasen (5, 52, 53) zu ermitteln, indem an den mindestens einen Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) mittels einer Kommunikationsschnittstelle mindestens ein vorgegebenes individuelles und dem mindestens einen Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) zugeordnetes Verbrauchsmuster (55, 59, 61, 62, 63, 67, 68, 69) übertragen wird, und an den mindestens einen Verbraucher (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) ein Steuerbefehl zum Betreiben des mindestens einen Verbrauchers (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) gemäß dem mindestens einen Verbrauchsmuster (55, 59, 61, 62, 63, 67, 68, 69) übertragen wird, und wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, zeitgleich zum Betreiben des mindestens einen Verbrauchers (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) gemäß dem mindestens einen Verbrauchsmuster (55, 59, 61, 62, 63, 67, 68, 69) Veränderungen in einer Spannung und/oder einem Fluss von elektrischem Strom durch die jeweiligen Phasen (51, 5, 53) der Vielzahl Phasen (51, 52, 53) mittels jeweiliger den jeweiligen Phasen (51, 52, 53) zugeordneter Sensoren zu erfassen, und anhand der mittels der Sensoren erfassten Änderungen der Spannung und/oder des Flusses des elektrischen Stroms eine Karte des elektrischen Netzes (20) zu erstellen, und eine Versorgung des mindestens einen Verbrauchers (23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) mit Spannung und/oder elektrischem Strom auf Grundlage der erstellten Karte einzustellen.
Verwaltungseinheit nach Anspruch 10, wobei das Steuergerät ein Teil einer Ladestation zum Versorgen mindestens eines Fahrzeugs (35, 41) mit elektrischer Energie ist.