DE102017211351A1

DE102017211351A1 - Unterbrechungsfreie Stromversorgung

Info

Publication number: DE102017211351A1
Application number: DE102017211351.0A
Authority: DE
Inventors: Oliver Reimann; Johannes Reinschke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Fluence Energy LLC
Priority date: 2017-07-04
Filing date: 2017-07-04
Publication date: 2019-01-10
Also published as: EP3625866A1; US11527910B2; US20200295594A1; WO2019007691A1

Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft ein an ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz, insbesondere an ein Mittelspannungsnetz angeschlossenes elektrisches Energiespeichersystem. Beispielsweise ist ein modulares Energiespeichersystem der Siemens AG unter dem Namen „SIESTORAGE“ bekannt (www.siemens.de/siestorage).
Ein solches Energiespeichersystem kann sowohl für eine spannungsunabhängige (engl. „voltage independent“ oder „line interactive“) unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV; Englisch: Uninterruptible Power Supply, USV) als auch zur Spannungsstabilisierung in einem Mittelspannungs-Stichstrang verwendet werden. Aufgabe einer unterbrechungsfreien Stromversorgung ist es, Lasten (auch bezeichnet als „kritische Lasten“) vor zu großen Netzspannungsschwankungen (d.h. zu großen Abweichungen der Grundschwingungsspannungsamplitude, der Grundschwingungsfrequenz und/oder der Oberschwingungen von den jeweiligen Nominalwerten) zu schützen.
In dem europäischen Leitfaden des Zentralverbands Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI) sind unterbrechungsfreie Stromversorgungen (vergleiche: http://www.zvei.org/Publikationen) zusammengefasst. Ergänzend sei auf die Norm EN 62040-3 verwiesen, in der unterbrechungsfreie Stromversorgungen auch als „netzparallele Topologie“ bezeichnet werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine effiziente unterbrechungsfreie Stromversorgung für ein Mittelspannungsnetz bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz, insbesondere ein Mittelspannungsnetz, vorgeschlagen

- mit einem Energiespeichersystem,
- mit einem Schalter,
- mit einem LC-Resonanzkreis, der eine Reihenschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität umfasst,
- mit einer Ansteuereinheit zur Ansteuerung des Schalters,
- wobei der Schalter und der LC-Resonanzkreis in Reihe geschaltet sind und wobei die Reihenschaltung aus Schalter und LC-Resonanzkreis zwischen einer Netzeinspeisung und dem Energiespeichersystem, das mit einer Last verbunden ist, angeordnet ist.

Es ist eine Weiterbildung, dass die Ansteuereinheit über eine Strommessung oder Spannungsmessung einen Netzfehler der Netzeinspeisung detektiert und daraufhin den Schalter öffnet.
Es ist eine Weiterbildung, dass parallel zu dem LC-Resonanzkreis ein Überbrückungsschalter angeordnet ist, wobei der Überbrückungsschalter von der Ansteuereinheit oder von dem Energiespeichersystem ansteuerbar ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Überbrückungsschalter geschlossen wird falls das Energiespeichersystem nicht im Betrieb ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Überbrückungsschalter ein Mittelspannungsschalter ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Resonanzfrequenz des LC-Resonanzkreises im Wesentlichen durch die Frequenz der Netzeinspeisung bestimmt ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Resonanzfrequenz des LC-Resonanzkreises 50Hz oder 60Hz beträgt.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Güte des LC-Resonanzkreises so ausgelegt ist, dass die Einschwingzeit des LC-Resonanzkreises im Wesentlichen 1 Sekunde beträgt oder in einem Bereich zwischen 1 Sekunde und 10 Sekunden liegt.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Schalter ein Mittelspannungsschalter ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Mittelspannungsnetz ein dreiphasiges Netz ist, wobei jede der Phasen eine Spannung von mindestens 1000 Volt, insbesondere eine Spannung in einem Bereich zwischen 1kV und 52kV aufweist.
Auch wird ein Verfahren zum Betreiben einer unterbrechungsfreien Stromversorgung in einem dreiphasiges Wechselspannungsnetz, insbesondere einem Mittelspannungsnetz, vorgeschlagen

- bei dem eine Last in einem Normalbetrieb über eine Netzeinspeisung, die über eine Reihenschaltung aus einem LC-Resonanzkreis und einen Schalter mit der Last verbunden ist, betrieben wird, wobei der LC-Resonanzkreis eine Reihenschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität umfasst,
- bei dem im Falle eines Netzfehlers
- die Netzeinspeisung von der Last getrennt wird, indem der Schalter mittels einer Ansteuereinheit geöffnet wird, und
- die Last über ein Energiespeichersystem betrieben wird.

Die Ausführungen betreffend die Vorrichtung, insbesondere die unterbrechungsfreie Stromversorgung, gelten für die anderen Anspruchskategorien entsprechend.
Die hier vorgestellte Lösung umfasst ferner ein Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Speicher eines digitalen Computers ladbar ist, umfassend Programmcodeteile, die dazu geeignet sind, Schritte des hier beschriebenen Verfahrens durchzuführen.
Weiterhin wird das oben genannte Problem gelöst mittels eines computerlesbaren Speichermediums, z.B. eines beliebigen Speichers, umfassend von einem Computer ausführbare Anweisungen (z.B. in Form von Programmcode), die dazu geeignet sind, dass der Computer Schritte des hier beschriebenen Verfahrens durchführt.
Die hier genannte Verarbeitungseinheit kann insbesondere als eine Prozessoreinheit und/oder eine zumindest teilweise festverdrahtete oder logische Schaltungsanordnung ausgeführt sein, die beispielsweise derart eingerichtet ist, dass das Verfahren wie hierin beschrieben durchführbar ist. Besagte Verarbeitungseinheit kann jede Art von Prozessor oder Rechner oder Computer mit entsprechend notwendiger Peripherie (Speicher, Input/Output-Schnittstellen, Ein-Ausgabe-Geräte, etc.) sein oder umfassen.
Die vorstehenden Erläuterungen betreffend das Verfahren gelten für die Vorrichtung entsprechend. Die Vorrichtung kann in einer Komponente oder verteilt in mehreren Komponenten ausgeführt sein.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Es zeigen:

1 ein Übersichtsbild einer Mittelspannungs-USV-Anlage;
2 eine beispielhafte Anordnung für eine Mittelspannungs-USV mit einer einfachen Stromschiene (auch bezeichnet als Sammelschiene), wobei die kritische Last und das Energiespeichersystem gemeinsam an diese Stromschiene angeschlossen sind;
3 eine alternative Anordnung für eine Mittelspannungs-USV mit einer einfachen Stromschiene, wobei die kritische Last und das Energiespeichersystem gemeinsam an verschiedenen Stromschienen angeschlossen sind;
4 eine andere Anordnung für eine Mittelspannungs-USV mit mehreren Lasten, die an mehreren einfachen Stromschienen (Sammelschienen) angeschlossen sind;
5 eine beispielhafte Anordnung für eine Mittelspannungs-USV mit mindestens einer kritischen Last an einer Doppelsammelschiene;
6 eine weitere beispielhafte Anordnung für eine Mittelspannungs-USV mit mindestens einer kritischen Last an einer Doppelsammelschiene;
7 eine beispielhafte Anordnung für eine Mittelspannungs-USV mit einem LC-Resonanzkreis.

1 zeigt ein Übersichtsbild einer Mittelspannungs-USV-Anlage. Eine Haupteinspeisung 101 ist über einen Unterbrechungsschalter 102 und eine Induktivität 103 mit einem Knoten 110 verbunden. Der Knoten 110 ist über einen Unterbrechungsschalter 104 mit einem Ausgang 106 verbunden, an den eine kritische Last (diese ist nicht in 1 dargestellt) anschließbar ist.
Die Haupteinspeisung 101 kann mittels eines Überbrückungsschalters 105 (auch bezeichnet als Bypass-Schalter) direkt mit dem Ausgang 106 verbunden werden. Der Überbrückungsschalter 105 ist im Normalbetrieb (also ohne weitere Ansteuerung) geöffnet (dies wird auch mit „NO“ für „normally open“ bezeichnet) und lässt dann keinen direkten Stromfluss von der Haupteinspeisung 101 zu dem Ausgang 106 zu.
Ein Energiespeicher 109 ist über einen Leistungswandler 108 und einen Kopplungstransformator 107 mit dem Knoten 110 verbunden. Der Leistungswandler 108 wandelt die Gleichspannung des Energiespeichers 109 in eine Wechselspannung und umgekehrt.
Der Energiespeicher 109, der Leistungswandler 108 und der Kopplungstransformator 107 können als Energiespeichersystem 111 oder Teil eines Energiespeichersystems bezeichnet werden. Das Energiespeichersystem 111 kann z.B. ein SIESTORAGE-System oder ein Teil eines SIESTORAGE-Systems sein.
Zusätzlich kann optional das Energiespeichersystem 111 eine Kontrolleinheit 113 aufweisen, die über eine Spannungsmessung 112 die Spannung am Eingang des Energiespeichersystems 111 detektieren kann. Die Kontrolleinheit 113 kann beispielsweise eine Schnittstelle mit dem Leistungswandler 108 und/oder eine Schnittstelle mit dem Energiespeicher 109 aufweisen. Die Kontrolleinheit 113 kann beispielsweise als ein BESS Controller (BESS: Large Battery Energy Storage System) ausgeführt sein. Ferner kann das Energiespeichersystem 111 eine Schnittstelle 114 zu einer (nicht in 1 dargestellten) externen übergeordneten Kontrolleinheit (bspw. einen sogenannten Supervisory Controller) aufweisen.
Somit ist es eine Option, dass der Energiespeicher 109 die Spannung stützen kann ohne dass der Unterbrechungsschalter geöffnet wird: Mittels der Spannungsmessung 112 wird die Spannung an dem Knoten 110 erfasst und mittels der Kontrolleinheit 113 kann versucht werden, diese Spannung auf einen Nominalwert zu regeln.
Über die Haupteinspeisung 101 wird eine elektrische Spannung in Höhe von beispielsweise 6kV bis 30kV (als ein dreiphasiger Wechselstrom) bereitgestellt.
Die an dem Ausgang 106 angeschlossene kritische Last ist somit durch den Energiespeicher 109 vor Abweichungen vom Nominalverlauf der Spannung der Haupteinspeisung 101 geschützt.
Im störungsfreien Betrieb wird die an dem Ausgang 106 angeschlossene kritische Last über die Haupteinspeisung 101 und die Induktivität 103 versorgt, wobei das Energiespeichersystem 111 für eine Kompensation der von der Induktivität 103 benötigten Blindleistung (bzw. dem induktiven Spannungsabfall) sorgen kann.
Tritt ein Netzfehler oder ein Spannungseinbruch auf der Haupteinspeisung 101 auf, kann dies durch eine Ansteuereinheit (nicht in 1 dargestellt) erkannt werden. Infolgedessen kann die Ansteuereinheit den Unterbrechungsschalter 102 entsprechend (z.B. für eine bestimmte Zeitdauer) öffnen. Ist der Unterbrechungsschalter 102 geöffnet, so ist die elektrische Verbindung zwischen der Haupteinspeisung 101 und dem Ausgang 106 unterbrochen. Allerdings kann die kritische Last an dem Ausgang 106 nun durch das Energiespeichersystem 111 versorgt werden.
Hierbei sei erwähnt, dass die Unterbrechungsschalter 102, 104 im Normalbetrieb (also ohne eine anderweitige Ansteuerung) geschlossen sind. Dies wird auch als „NC“ (für „normally closed“) bezeichnet.
Die Dimensionierung des Energiespeichersystems 111 bestimmt, wie lange die kritische Last über den Ausgang 106 ohne Verbindung zu der Haupteinspeisung 101 mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Beispielsweise kann das Energiespeichersystem so dimensioniert sein, dass Netzfehler oder Spannungseinbrüche über einer Dauer von einigen Millisekunden bis hin zu mehreren Minuten kompensiert werden.
Die in 1 gezeigte Anordnung stellt somit eine Mittelspannungs-USV bereit, die schnell und flexibel auf Netzfehler oder Spannungseinbrüche der Haupteinspeisung 101 reagieren kann. Hierbei sei erwähnt, dass auch ein Anschluss an eine Niederspannung möglich ist.
Es sind eine Vielzahl von Varianten einer netzparallelen Topologie der Mittelspannungs-USV möglich. Nachfolgend werden einige Beispiele näher erläutert. Insbesondere ist beispielsweise eine an der Einspeiseseite des Unterbrechungsschalters 102 angeordnete Spannungsdetektion vorgesehen, anhand derer eine Unterspannung in der Haupteinspeisung 101 detektierbar ist und infolgedessen der Unterbrechungsschalter 102 geöffnet werden kann.
Variante 1: Einfache Stromschiene (Single Busbar)
2 zeigt eine beispielhafte Anordnung für eine Mittelspannungs-USV. Eine Haupteinspeisung 201 (redundant über zwei Leitungen) wird mit einer einzelnen Stromschiene 202a verbunden. Die Stromschiene 202a ist über eine Überbrückungsschaltung 203 mit einer Stromschiene 202b verbindbar. Die Überbrückungsschaltung 203 weist einen Schalter auf, der im Normalbetrieb geöffnet (NO: „normally open“) ist.
Die Stromschiene 202a ist über eine Reihenschaltung umfassend einen Unterbrechungsschalter 209 und eine Induktivität 210 (Drossel) mit der Stromschiene 202b verbunden.
An die Stromschiene 202b sind eine Last 204 und ein Energiespeichersystem 205 angeschlossen.
Das Energiespeichersystem 205 kann eine Vielzahl von Energiespeicherteilsystemen 211, 212 aufweisen, die an eine Steuereinheit 213 angeschlossen sind. Jedes der Energiespeicherteilsysteme 211, 212 ist elektrisch mit der Last verbunden (oder verbindbar).
In dem in 2 gezeigten Beispiel ist jedes der Energiespeicherteilsysteme 211, 212 mit der Stromschiene 202b verbunden.
Hierbei sei angemerkt, dass alle in 2 gezeigten Schalter mit Ausnahme des Schalters der Überbrückungsschaltung 203 ohne sonstige Ansteuerung geschlossen (NC) sind.
Eine Ansteuereinheit 206 ist elektrisch mit der Stromschiene 202a verbunden und eine Spannungsmessung 207 ermöglicht der Ansteuereinheit 206 zu detektieren, ob ein Netzfehler vorliegt und die Haupteinspeisung 201 von der Last 204 getrennt werden soll. Ist dies der Fall, so löst die Ansteuereinheit 206 den Unterbrechungsschalter 209 aus (d.h. der Unterbrechungsschalter 209 wird geöffnet).
Die Spannungsmessung 208 ist optional für ein Re-Synchronisieren und ein erneutes Schließen des Unterbrechungsschalters 209. Die Spannungsmessung 208 kann z.B. entfallen, wenn das Energiespeichersystem 205 an dem Anschluss zu der Stromschiene 202b eine Spannungsmessung aufweist. Wenn durch die Induktivität 210 kein Strom fließt, dann liefert diese Spannungsmessung des Energiespeichersystems 205 (im Wesentlichen) den gleichen Messwert wie die Spannungsmessung 208. Das Ergebnis der Spannungsmessung des Energiespeichersystems kann von der Steuereinheit 213 der Ansteuereinheit 206 bereitgestellt werden.
Die Überbrückungsschaltung 203 wird vorzugsweise dann geschlossen, wenn das Energiespeichersystem 205 teilweise oder ganz abgeschaltet wird oder ausfällt, weil in diesem Fall die Blindleistungskompensation der Induktivität 210 nicht mehr sichergestellt werden kann. Beispielsweise kommuniziert ein Überwachungssystem (z.B. ein SCADA-System, d.h. Leitwarte) mit der Steuereinheit 213, um die Überbrückungsschaltung 203 zu schließen. Auch ist es möglich, dass die Steuereinheit 213 selbständig erkennt, dass die Überbrückungsschaltung 203 geschlossen werden soll. In diesem Fall verläuft die Kommunikation von der Steuereinheit 213 über die Ansteuereinheit 206 zu der Überbrückungsschaltung 203.
Im störungsfreien Betrieb wird also die Last 204 über die Haupteinspeisung 201 betrieben. Hierbei fließt der Strom über die Stromschiene 202a durch die Reihenschaltung aus Unterbrechungsschalter 209 und Induktivität 210 zu der Stromschiene 202b und somit zu der Last 204 und dem Energiespeichersystem 205.
Tritt ein Netzfehler oder ein Spannungseinbruch auf der Haupteinspeisung 201 auf, kann dies durch die Ansteuereinheit 206 erkannt und der Unterbrechungsschalter 209 entsprechend (z.B. für eine bestimmte Zeitdauer) geöffnet werden. Ist der Unterbrechungsschalter 209 geöffnet, so ist die elektrische Verbindung zwischen der Haupteinspeisung 201 und der Last 204 unterbrochen. Allerdings kann dann die Last 204 anhand des Energiespeichersystems 205 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Variante 2: Einfache Stromschiene (Single Busbar) - eine Alternative
3 zeigt eine Alternative zu der in 2 gezeigten Ausführungsform. Im Unterschied zu 2 ist in 3 das Energiespeichersystem nicht an der Stromschiene 202b, sondern an einer Stromschiene 301 angeschlossen, die zwischen der Induktivität 210 und der Stromschiene 202b angeordnet ist.
Variante 3: Einfache Stromschiene (Single Busbar), mehrere Lasten
4 zeigt eine weitere beispielhafte Anordnung für eine Mittelspannungs-USV. Eine Haupteinspeisung 401 weist zwei redundante Leitungen auf, wobei eine der Leitungen mit einer Stromschiene 402a1 und die andere der Leitungen mit einer Stromschiene 402a2 verbunden ist.
Die Stromschiene 402a1 ist über einen Schalter 415 mit der Stromschiene 402a2 verbunden, wobei der Schalter 415 ohne weitere Ansteuerung (also im Normalmodus) geschlossen (NC) ist.
Die Stromschiene 402a1 ist über eine Überbrückungsschaltung 403a mit einer Stromschiene 402b verbindbar. Die Stromschiene 402a2 ist weiterhin über eine Überbrückungsschaltung 403b mit einer Stromschiene 402c verbindbar. Die Überbrückungsschaltungen 403a und 403b weisen jeweils einen Schalter auf, der im Normalbetrieb geöffnet (NO) ist.
Die Stromschiene 402a1 und die Stromschiene 402a2 sind mit einer Stromschiene 414a verbunden. Die Stromschiene 414a ist über eine Reihenschaltung umfassend einen Unterbrechungsschalter 409 und eine Induktivität 410 (Drossel) mit einer Stromschiene 414b verbunden. Die Stromschiene 414b ist mit der Stromschiene 402b und mit der Stromschiene 402c verbunden.
An die Stromschiene 402b ist eine Last 404a und an die Stromschiene 402c ist eine Last 404b angeschlossen. An die Stromschiene 414b ist ein Energiespeichersystem 405 angeschlossen.
Das Energiespeichersystem 405 kann eine Vielzahl von Energiespeicherteilsystemen 411, 412 aufweisen, die an eine Steuereinheit 413 angeschlossen sind. Jedes der Energiespeicherteilsysteme 411, 412 ist elektrisch mit der Last 404a, 404b verbunden (oder verbindbar).
In dem in 4 gezeigten Beispiel ist jedes der Energiespeicherteilsysteme 411, 412 mit der Stromschiene 414b verbunden.
Hierbei sei angemerkt, dass alle in 4 gezeigten Schalter mit Ausnahme des Schalters der Überbrückungsschaltungen 403a, 403b ohne sonstige Ansteuerung geschlossen (NC) sind.
Eine Ansteuereinheit 406 ist elektrisch mit den Stromschienen 402a1 und 402a2 verbunden und eine Spannungsmessung 407 ermöglicht der Ansteuereinheit 406 zu detektieren, ob ein Netzfehler vorliegt und die Haupteinspeisung 401 von den beiden Lasten 404a, 404b getrennt werden soll. Ist dies der Fall, so löst die Ansteuereinheit 406 den Unterbrechungsschalter 409 aus (d.h. der Unterbrechungsschalter 409 wird geöffnet).
Für die Spannungsmessung 408 gelten die vorstehend zur Spannungsmessung 208 unter 2 gemachten Ausführungen entsprechend.
Weiterhin ist es eine Option, dass die Ansteuereinheit 406 die normalerweise geschlossenen Überbrückungsschaltungen 403a und 403b ansteuert.
Im störungsfreien Betrieb werden die Lasten 404a und 404b über die Haupteinspeisung 401 betrieben. Hierbei fließt der Strom über die Stromschienen 402a1, 402a2, weiter über die Stromschiene 414a durch die Reihenschaltung aus Unterbrechungsschalter 409 und Induktivität 410 zu der Stromschiene 414b und damit zu dem Energiespeichersystem 405. Von der Stromschiene 414b fließt der Strom sowohl zu der Stromschiene 402b und der Last 404a als auch zu der Stromschiene 402c und der Last 404b.
Tritt ein Netzfehler oder ein Spannungseinbruch auf der Haupteinspeisung 401 auf, kann dies durch die Ansteuereinheit 406 erkannt und der Unterbrechungsschalter 409 entsprechend (z.B. für eine bestimmte Zeitdauer) geöffnet werden. Ist der Unterbrechungsschalter 409 geöffnet, so ist die elektrische Verbindung zwischen der Haupteinspeisung 401 und den Lasten 404a, 404b unterbrochen. Allerdings können dann die Lasten 404a und 404b anhand des Energiespeichersystems 405 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Variante 4: Doppelte Stromschiene (Double Busbar)
5 zeigt eine weitere beispielhafte Anordnung für eine Mittelspannungs-USV. Eine Haupteinspeisung 501 weist zwei redundante Leitungen auf, wobei jede der redundanten Leitungen mit einer Stromschiene 502a1 und mit einer Stromschiene 502a2 verbunden ist.
Mittels einer Überbrückungsschaltung 503 ist die Stromschiene 502a1 mit einer Stromschiene 502b1 und die Stromschiene 502a2 mit einer Stromschiene 502b2 verbindbar. Hierzu weist die Überbrückungsschaltung 503 mehrere Schalter auf, die jeweils im Normalbetrieb (also ohne jede weitere Ansteuerung) geöffnet (NO) sind.
Die Stromschiene 502a1 und die Stromschiene 502a2 sind mit einer Stromschiene 514a verbunden. Die Stromschiene 514a ist über eine Reihenschaltung umfassend einen Unterbrechungsschalter 509 und eine Induktivität 510 (Drossel) mit einer Stromschiene 514b verbunden. Die Stromschiene 514b ist mit der Stromschiene 502b1 und mit der Stromschiene 502b2 verbunden.
An die Stromschiene 502b1 und an die Stromschiene 502b2 ist eine Last 504 angeschlossen. An die Stromschiene 514b ist ein Energiespeichersystem 505 angeschlossen.
Das Energiespeichersystem 505 kann eine Vielzahl von Energiespeicherteilsystemen 511, 512 aufweisen, die an eine Steuereinheit 513 angeschlossen sind. Jedes der Energiespeicherteilsysteme 511, 512 ist elektrisch mit der Last 504 verbunden (oder verbindbar).
In dem in 5 gezeigten Beispiel ist jedes der Energiespeicherteilsysteme 511, 512 mit der Stromschiene 514b verbunden.
Hierbei sei angemerkt, dass alle in 5 gezeigten Schalter mit Ausnahme der Schalter der Überbrückungsschaltung 503 ohne sonstige Ansteuerung geschlossen (NC) sind.
Eine Ansteuereinheit 506 ist elektrisch mit den Stromschienen 502a1 und 502a2 verbunden und eine Spannungsmessung 507 ermöglicht der Ansteuereinheit 506 zu detektieren, ob ein Netzfehler vorliegt und die Haupteinspeisung 501 von der Last 504 getrennt werden soll. Ist dies der Fall, so löst die Ansteuereinheit 506 den Unterbrechungsschalter 509 aus (d.h. der Unterbrechungsschalter 509 wird geöffnet).
Für die Spannungsmessung 508 gelten die vorstehend zur Spannungsmessung 208 unter 2 gemachten Ausführungen entsprechend.
Weiterhin ist es eine Option, dass die Ansteuereinheit 506 die normalerweise geschlossenen Schalter der Überbrückungsschaltung 503 ansteuert (schließt). Hierdurch kann erreicht werden, dass die USV-Schaltung umfassend den Unterbrechungsschalter 509 und die Induktivität 510 sowie der Energiespeicher 505 überbrückt wird.
Im störungsfreien Betrieb wird die Last 504 über die Haupteinspeisung 501 betrieben. Hierbei fließt der Strom über die Stromschienen 502a1, 502a2, weiter über die Stromschiene 514a durch die Reihenschaltung aus Unterbrechungsschalter 509 und Induktivität 510 zu der Stromschiene 514b und damit zu dem Energiespeichersystem 505. Von der Stromschiene 514b fließt der Strom über die Stromschienen 502b1 und 502b2 zu der Last 504.
Tritt ein Netzfehler oder ein Spannungseinbruch auf der Haupteinspeisung 501 auf, kann dies durch die Ansteuereinheit 506 erkannt und der Unterbrechungsschalter 509 entsprechend (z.B. für eine bestimmte Zeitdauer) geöffnet werden. Ist der Unterbrechungsschalter 509 geöffnet, so ist die elektrische Verbindung zwischen der Haupteinspeisung 501 und der Last 504 unterbrochen. Allerdings kann in diesem Fall die Last 504 anhand des Energiespeichersystems 505 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Variante 5: Doppelte Stromschiene (Double Busbar) - eine Alternative
6 zeigt eine weitere beispielhafte Anordnung für eine Mittelspannungs-USV. Eine Haupteinspeisung 601 weist zwei redundante Leitungen auf, wobei jede der redundanten Leitungen mit einer Stromschiene 602a1 und mit einer Stromschiene 602a2 verbunden ist.
Mittels einer Überbrückungsschaltung 603 ist die Stromschiene 602a1 mit einer Stromschiene 602b1 und die Stromschiene 602a2 mit einer Stromschiene 602b2 verbindbar. Hierzu weist die Überbrückungsschaltung 603 mehrere Schalter auf, die jeweils im Normalbetrieb (also ohne jede weitere Ansteuerung) geöffnet (NO) sind.
Die Stromschiene 602a1 und die Stromschiene 602a2 sind mit einer Stromschiene 614a verbunden. Die Stromschiene 614a ist über eine Reihenschaltung umfassend einen Unterbrechungsschalter 609 und eine Induktivität 610 (Drossel) mit einer Stromschiene 614b verbunden. Die Stromschiene 614b ist mit der Stromschiene 602b1 und mit der Stromschiene 602b2 verbunden.
An die Stromschiene 602b1 und an die Stromschiene 602b2 sind eine Last 604 und ein Energiespeichersystem 605 angeschlossen.
Das Energiespeichersystem 605 kann eine Vielzahl von Energiespeicherteilsystemen 611, 612 aufweisen, die an eine Steuereinheit 613 angeschlossen sind. Jedes der Energiespeicherteilsysteme 611, 612 ist elektrisch mit der Last 604 verbunden (oder verbindbar).
In dem in 6 gezeigten Beispiel ist jedes der Energiespeicherteilsysteme 611, 612 sowohl mit der Stromschiene 602b1 als auch mit der Stromschiene 602b2 verbunden.
Hierbei sei angemerkt, dass alle in 6 gezeigten Schalter mit Ausnahme der Schalter der Überbrückungsschaltung 603 ohne sonstige Ansteuerung geschlossen (NC) sind.
Eine Ansteuereinheit 606 ist elektrisch mit den Stromschienen 602a1 und 602a2 verbunden und eine Spannungsmessung 607 ermöglicht der Ansteuereinheit 606 zu detektieren, ob ein Netzfehler vorliegt und die Haupteinspeisung 601 von der Last 604 getrennt werden soll. Ist dies der Fall, so löst die Ansteuereinheit 606 den Unterbrechungsschalter 609 aus (d.h. der Unterbrechungsschalter 609 wird geöffnet).
Für die Spannungsmessung 608 gelten die vorstehend zur Spannungsmessung 208 unter 2 gemachten Ausführungen entsprechend.
Weiterhin ist es eine Option, dass die Ansteuereinheit 606 die normalerweise geschlossenen Schalter der Überbrückungsschaltung 603 ansteuert (schließt). Hierdurch kann erreicht werden, dass die USV-Schaltung umfassend den Unterbrechungsschalter 609 und die Induktivität 610 überbrückt werden.
Im störungsfreien Betrieb wird die Last 604 über die Haupteinspeisung 601 betrieben. Hierbei fließt der Strom über die Stromschienen 602a1, 602a2, weiter über die Stromschiene 614a durch die Reihenschaltung aus Unterbrechungsschalter 609 und Induktivität 610 zu der Stromschiene 614b. Von der Stromschiene 614b fließt der Strom über die Stromschienen 602b1 und 602b2 zu der Last 604 und zu dem Energiespeichersystem 605.
Tritt ein Netzfehler oder ein Spannungseinbruch auf der Haupteinspeisung 601 auf, kann dies durch die Ansteuereinheit 606 erkannt und der Unterbrechungsschalter 609 entsprechend (z.B. für eine bestimmte Zeitdauer) geöffnet werden. Ist der Unterbrechungsschalter 609 geöffnet, so ist die elektrische Verbindung zwischen der Haupteinspeisung 601 und der Last 604 unterbrochen. Allerdings kann in diesem Fall die Last 604 anhand des Energiespeichersystems 605 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Unterspannungserkennung
Die vorstehenden Beispiele zeigen, dass anhand des jeweiligen Unterbrechungsschalters im Falle eines Netzfehlers dieser Netzfehler von der Last getrennt („weggeschaltet“) werden kann. Damit speist das jeweilige Energiespeichersystem dann nur die Last und nicht das Netz.
Die jeweils gezeigte Ansteuereinheit ist dabei derart eingerichtet, dass eine Unterspannung der Einspeisung erkannt wird und daraufhin der Unterbrechungsschalter ausgelöst (d.h. geöffnet) wird.
Vorzugsweise wird die Unterspannung innerhalb kurzer Zeit, z.B. in wenigen Millisekunden bzw. in einer Zeit, die kürzer ist als die Dauer einer Halbwelle der Wechselspannung, detektiert. Beispielsweise kann die Zeit zur Detektion der Unterspannung in einem Bereich zwischen 1ms und 2ms liegen.
Hierzu wird primärseitig an dem Unterbrechungsschalter eine dreiphasige Spannungsmessung durchgeführt (vergleiche die Spannungsmessungen 207, 307, 407, 507 und 607 in den 2 bis 6), d.h. es werden die drei Spannungen zwischen jeweils zwei der drei Phasen gemessen.
Für jede der drei Spannungsmessungen erfolgt (vorzugsweise im Wesentlichen zeitgleich) eine Überwachung dahingehend, ob die jeweilige Spannung eine Unterspannung oder eine Störung (z.B. eine Abweichung der Amplitude, Phasenlage, und/oder Harmonischen) erkennen lässt.
Somit werden die jeweiligen Spannungsmessungen gemäß einer ODER-Verknüpfung überwacht, d.h. sobald eine der Spannungsmessungen eine Unterspannung oder eine signifikante Störung erkennen lässt, kann der Unterbrechungsschalter ausgelöst werden.
Vorzugsweise ist vorgebbar, z.B. parametrierbar, ab welcher „Wartezeit“ nach Erkennen der Unterspannung der Unterbrechungsschalter ausgelöst (d.h. geöffnet) wird. Somit kann anlagenspezifisch eingestellt werden, dass beispielsweise Kurzzeit-Spannungsunterbrechungen oder Kurzzeit-Unterspannungen von einer Dauer zwischen 300ms oder bis zu 1s nicht zu einem Auslösen des Unterbrechungsschalters führen, weil diese Netzfehler durch die zeitlich begrenzte Überlastfähigkeit der Wechselrichter und der Batterien im Energiespeicher ausgeglichen werden können.
Für die Überwachung und Detektion einer Unterspannung oder einer Netzstörung kann (mindestens) einer der folgenden bekannten Ansätze verwendet werden:

(1) Spannungsabfall-Erkennung wie beschrieben in [N. S. Tunaboylu, A. Unsal: Basic analysis tools for power transient waveforms].
(2) Kalman-Filter und Tiefpass-Butterworth-Filter wie beschrieben in [I.Y.H. Gu, M. Bollen: Voltage dip detection and power system transients, IEEE conference paper, Feb. 2001].
(3) DQ-Transformation und mathematische Morphologie-Filter wie beschrieben in [O. Hua, B. Le-ping, Y Zhong-Lin: Voltage sag detection based on Dq transform and mathematical morphology filter. Procedia Engineering 23 (2011), 775-779].
(4) Spannungseinbruchsdetektion wie beschrieben in [L. Dantas et al.: A robust and fast generic voltage sag detection technique. Proceedings of 2015 IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), (pp. 1-6)].
(5) Schätzung der gewichteten kleinsten Quadrate mittels harmonischer Modelle wie beschrieben in [H. Lei et al.: An Improved Method for Voltage Sag Detection Based on Weighted Least-Squares Estimation with Harmonic Models. PRZEGLAD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R.88 NR 10a/2012].
(6) Kumulativer-Summen-Algorithmus wie beschrieben in [Isabel M. Moreno-Garcia et al.: Grid-Tied Smart Inverter Safety Functionality: Fast Power Quality Event Detection. Journal of Microelectronics, Electronic Components and Materials Vol.45, No.3 (2015), 204-215].

Beispielsweise ist es möglich, die im Normalbetrieb auftretenden Harmonischen aus den aus den gemessenen Spannungssignalen herauszufiltern, um somit auf kritische Unterspannungen oder Netzfehler rückzuschließen. Ein derartiges Herausfiltern ist beispielsweise näher beschrieben in:

(i) Y F Wang, Y W Li: Grid Synchronization PLL Based on Cascaded Delayed Signal Cancellation, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 26, NO. 7, JULY 2011;
(ii) Y F Wang, Y W Li: Three-Phase Cascaded Delayed Signal Cancellation PLL for Fast Selective Harmonic Detection, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 60, NO. 4, APRIL 2013.

Beispielsweise kann die DQ-Transformation mit kaskadierter, verzögerter Signalauslöschung gemäß dem vorstehend genannten Ansatz (3) mit den in (i) und (ii) beschriebenen Methoden kombiniert werden.
Die in den vorstehenden Referenzen beschriebenen Ansätze können mittels Mikrocontroller oder Mikroprozessor realisiert werden. Beispielsweise kann die Berechnung basierend auf Messwerten erfolgen, die mit einer Abtastrate von ca. 200µs bestimmt wurden. Auch ist es möglich, dass eine Abtastung der vollen Periode mit 2ⁿ Abtastpunkten durchgeführt wird. Beispielsweise können 128 oder 256 Abtastpunkte bei 50Hz oder 60Hz bestimmt werden.
Die Messwerterfassung kann vorzugsweise zweistufig erfolgen: Beispielsweise tastet eine Messkarte analoge Roh-Messwerte aus dem Sensor mit einer Taktrate ab, die oberhalb von 5kHz liegt, und bildet daraus gefilterte Werte mit einer Taktrate von 5kHz. Diese Messwerte werden von der Messkarte einer Echtzeit-Regelung (die beispielsweise mit einer Abtastrate in Höhe von 5kHz arbeitet) bereit gestellt.
Die vorstehend beschriebenen Lösungen sind insbesondere gerichtet auf eine Kombination aus

- Spannungsmessung,
- Induktivität und
- Unterbrechungsschalter,
- einem Energiespeichersystem (also einem spannungsstützendem / energieüberbrückendem System) und
- einer Ansteuereinheit, die bei Erkennen eines Spannungsproblems z.B. nach einer vorgegebenen (hinreichenden) Dauer den Unterbrechungsschalter auslöst.

Varianten für den Unterbrechungsschalter: LC-Resonanzkreis
In einer Variante kann statt der Drossel ein LC-Resonanzkreis ausgeführt sein. Der LC-Resonanzkreis umfasst hierbei eine Reihenschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität.
7 zeigt eine beispielhafte Anordnung für eine Mittelspannungs-USV mit einem LC-Resonanzkreis 721.
Eine Haupteinspeisung 701 (hier beispielhaft redundant über zwei Leitungen) ist mit einer Stromschiene 702a verbunden. Die Stromschiene 702a ist über eine Überbrückungsschaltung 703 mit einer Stromschiene 702b verbindbar. Die Überbrückungsschaltung 703 weist einen (Überbrückungs-)Schalter auf, der im Normalbetrieb geöffnet (NO) ist.
Die Stromschiene 702a und die Stromschiene 702b werden auch als Einfachsammelschiene bezeichnet.
Die Stromschiene 702a ist über eine Reihenschaltung aus einem Mittelspannungsschalter 720 und dem LC-Resonanzkreis 721 mit der Stromschiene 702b verbunden. An die Stromschiene 702b sind eine Last 704 und ein Energiespeichersystem 705 angeschlossen.
Parallel zu dem LC-Resonanzkreis 721 ist optional ein Überbrückungsschalter 722 angeordnet. Dieser ist im Normalfall geöffnet (NO). Der Überbrückungsschalter 722 kann auch entfallen.
Das Energiespeichersystem 705 kann eine Vielzahl von Energiespeicherteilsystemen 711, 712 aufweisen, die an eine Steuereinheit 713 angeschlossen sind. Jedes der Energiespeicherteilsysteme 711, 712 ist elektrisch mit der Last 704 verbunden (oder verbindbar).
In dem in 7 gezeigten Beispiel ist jedes der Energiespeicherteilsysteme 711, 712 mit der Stromschiene 702b verbunden.
Hierbei sei angemerkt, dass alle in 7 gezeigten Schalter mit Ausnahme des Schalters der Überbrückungsschaltung 703 und des Überbrückungsschalters 722 im Normalfall, also ohne sonstige Ansteuerung, geschlossen (NC) sind.
Eine Ansteuereinheit 706 ist elektrisch mit der Stromschiene 702a verbunden und eine Spannungsmessung 723 ermöglicht der Ansteuereinheit 706 zu detektieren, ob die Haupteinspeisung 701 von der Last 704 getrennt werden soll.
Weiterhin verfügt die Ansteuereinheit 706 über eine Kommunikationsverbindung mit der Steuereinheit 713 als auch kann die Ansteuereinheit 706 ggf. den Überbrückungsschalter 722 aktivieren oder deaktivieren.
Weiterhin ist es eine Option, dass die Ansteuereinheit 706 den (normalerweise geöffneten) Schalter der Überbrückungsschaltung 703 ansteuert. Hierdurch können der LC-Resonanzkreis und der Mittelspannungsschalter 720 für eine vorgegebene Zeitdauer überbrückt werden.
Der LC-Resonanzkreis 721 kann in einem 50Hz-Mittelspannungsnetz auf 50Hz abgestimmt sein und kann somit schnelle Leistungsänderungen verhindern. Insbesondere bei Netzkurzschlüssen kann die zeitliche Stromänderung durch den Resonanzkreis 721 begrenzt werden. Der LC-Resonanzkreis 721 kann ferner so ausgelegt sein, dass die Impedanz seiner Induktivität in etwa der Impedanz der Last 704 entspricht. Die Kapazität des LC-Resonanzkreises 721 ergibt sich beispielsweise durch die Abstimmung auf die Resonanzfrequenz von 50Hz.
Die Güte des LC-Resonanzkreises 721 begrenzt bzw. bestimmt die mögliche Stromanstiegsgeschwindigkeit durch den LC-Resonanzkreis 721. Die Güte bzw. die Stromanstiegsgeschwindigkeit werden beispielsweise so ausgelegt, dass die Einschwingzeit ca. 1s oder wenige Sekunden beträgt. Damit kann das Energiespeichersystem 705 im Normalfall (d.h. wenn keine Netzstörung vorliegt) zusätzlich für alle „langsamen“ Netzdienstleistungen wie Primärregelleistung, Spitzenlastkappung, Laststeuerung oder zeitliche Lastverschiebungen („load shifting“, „peak shaving“ etc.) genutzt werden. Weiterhin ist es möglich, in einem solchen Normalfall ohne Netzstörung das Energiespeichersystems 705 nachzuladen bzw. zu balancieren.
Im Falle eines Netzfehlers übernimmt das Energiespeichersystem 705 die Versorgung der Last 704. Der Mittelspannungsschalter 720 kann als normale (langsame) Mittelspannungsschaltanlage ausgeführt sein, anhand derer die Haupteinspeisung 701 nach einer Netzperiode oder nach wenigen Netzperioden von dem Energiespeichersystem 705 und der Last 704 getrennt wird.
Falls das Energiespeichersystem 705 nicht im Netzregelbetrieb ist, kann die Ansteuereinheit 706 (z.B. in Folge einer entsprechenden Signalisierung durch die Steuereinheit 713) die Überbrückungsschaltung 703 schließen und somit den LC-Resonanzkreis 721 überbrücken.
Ist das Energiespeichersystem 705 nicht in Betrieb und ist der LC-Resonanzkreis 721 nicht überbrückt (also die Überbrückungsschaltung 703 geöffnet), können Lastsprünge zu Spannungssprüngen bzw. Spannungsschwankungen an der Last 704 führen. Anhand der Verbindung zwischen der Steuereinheit 713 und der Ansteuereinheit 706 erfährt die Ansteuereinheit 706, wenn das Energiespeichersystem 705 wieder in Betrieb ist und kann den Überbrückungsschalter 722 wieder öffnen.
Liegt kein Netzfehler vor, so erfolgt der stationäre Leistungsfluss von der Haupteinspeisung 701 über den LC-Resonanzkreis 721 (der Mittelspannungsschalter 720 ist geschlossen) zu der Last 704. Das Energiespeichersystem 705 übernimmt (positive wie negative) Laständerungen und Oberschwingungen. Dadurch sind Verluste des Energiespeichersystems 705 bezogen auf die Nominalleistung bzw. im Vergleich mit einer herkömmlichen USV mit doppelter AC-DC-Energiewandlung gering. Beispielsweise betragen die Verluste des LC-Resonanzkreises ca. 0,2% und die Verluste des Energiespeichersystems 705 liegen bei ca. 1,0%.
Optional kann an der Stromschiene 702b zusätzlich eine Erzeugungseinheit, z.B. ein Dieselgenerator, angeschlossen sein.
Auch ist es eine Option, dass das Mittelspannungsnetz ein 60Hz-Netz ist.
Die hier beschriebene Lösung mit LC-Resonanzkreis hat den Vorteil, dass keine zusätzliche teure und fehleranfällige Leistungselektronik notwendig ist. Der LC-Resonanzkreis selbst ist robust mit einer im Vergleich kostengünstigen Filtertechnik. Weiterhin ist es von Vorteil, dass bei transienten Störungen in der Regel keine Schaltvorgänge ausgelöst werden. Somit kommt es deutlich seltener zu einer echten Abkopplung von der Haupteinspeisung mit den daraus resultierenden Netzstörungen wie Überspannungen. Damit können zusätzliche Netzdienstleistungen zuverlässiger bereitgestellt werden. Auch ist es ein Vorteil, dass aufgrund des LC-Resonanzkreises zur Netzseite (insbesondere ins vorgelagerte Hochspannungsnetz) kaum Oberschwingungen der Lasten durchgeleitet werden. Damit leistet die hier vorgeschlagene USV-Anlage einen positiven Beitrag zur Netzqualität.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das mindestens eine gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

101: Haupteinspeisung
102: Unterbrechungsschalter
103: Induktivität (Drossel)
104: Unterbrechungsschalter
105: Überbrückungsschalter (Bypass-Schalter)
106: Ausgang zum Anschluss einer kritischen Last
107: Kopplungstransformator
108: Leistungswandler
109: Energiespeicher
110: Knoten
111: Energiespeichersystem
112: Spannungsmessung
113: Kontrolleinheit
114: Schnittstelle
NO: normalerweise geöffneter Schalter
NC: normalerweise geschlossener Schalter
201: Haupteinspeisung
202a: Stromschiene
202b: Stromschiene
203: Überbrückungsschaltung (Bypass-Schaltung)
204: Last
205: Energiespeichersystem
206: Ansteuereinheit
207: Spannungsmessung
208: Spannungsmessung (optional)
209: Unterbrechungsschalter („Fast Switch“)
210: Induktivität (Drossel)
211: Energiespeicherteilsystem
212: Energiespeicherteilsystem
213: Steuereinheit (der Energiespeicherteilsysteme 211, 212)
301: Stromschiene
401: Haupteinspeisung
402a1: Stromschiene
402a2: Stromschiene
402b: Stromschiene
402c: Stromschiene
403a: Überbrückungsschaltung (Bypass-Schaltung)
403b: Überbrückungsschaltung (Bypass-Schaltung)
404a: Last
404b: Last
405: Energiespeichersystem
406: Ansteuereinheit
407: Spannungsmessung
408: Spannungsmessung (optional)
409: Unterbrechungsschalter („Fast Switch“)
410: Induktivität (Drossel)
411: Energiespeicherteilsystem
412: Energiespeicherteilsystem
413: Steuereinheit (der Energiespeicherteilsysteme 411, 412)
414a: Stromschiene
414b: Stromschiene
415: Schalter (NC)
501: Haupteinspeisung
502a1: Stromschiene
502a2: Stromschiene
502b1: Stromschiene
502b2: Stromschiene
503: Überbrückungsschaltung (Bypass-Schaltung)
504: Last
505: Energiespeichersystem
506: Ansteuereinheit
507: Spannungsmessung
508: Spannungsmessung (optional)
509: Unterbrechungsschalter („Fast Switch“)
510: Induktivität (Drossel)
511: Energiespeicherteilsystem
512: Energiespeicherteilsystem
513: Steuereinheit (der Energiespeicherteilsysteme 511, 512)
514a: Stromschiene
514b: Stromschiene
601: Haupteinspeisung
602a1: Stromschiene
602a2: Stromschiene
602b1: Stromschiene
602b2: Stromschiene
603: Überbrückungsschaltung (Bypass-Schaltung)
604: Last
605: Energiespeichersystem
606: Ansteuereinheit
607: Spannungsmessung
608: Spannungsmessung (optional)
609: Unterbrechungsschalter („Fast Switch“)
610: Induktivität (Drossel)
611: Energiespeicherteilsystem
612: Energiespeicherteilsystem
613: Steuereinheit (der Energiespeicherteilsysteme 611, 612)
614a: Stromschiene
614b: Stromschiene
701: Haupteinspeisung
702a: Stromschiene
702b: Stromschiene
703: Überbrückungsschaltung (Bypass-Schaltung)
704: Last
705: Energiespeichersystem
706: Ansteuereinheit
711: Energiespeicherteilsystem
712: Energiespeicherteilsystem
713: Steuereinheit (der Energiespeicherteilsysteme 711, 712)
720: Mittelspannungsschalter
721: LC-Resonanzkreis
722: Überbrückungsschalter (des LC-Resonanzkreises 721)
723: Spannungsmessung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

N. S. Tunaboylu, A. Unsal: Basic analysis tools for power transient waveforms [0094]
I.Y.H. Gu, M. Bollen: Voltage dip detection and power system transients, IEEE conference paper, Feb. 2001 [0094]
O. Hua, B. Le-ping, Y Zhong-Lin: Voltage sag detection based on Dq transform and mathematical morphology filter. Procedia Engineering 23 (2011), 775-779 [0094]
L. Dantas et al.: A robust and fast generic voltage sag detection technique. Proceedings of 2015 IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), (pp. 1-6) [0094]
H. Lei et al.: An Improved Method for Voltage Sag Detection Based on Weighted Least-Squares Estimation with Harmonic Models. PRZEGLAD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R.88 NR 10a/2012 [0094]
Isabel M. Moreno-Garcia et al.: Grid-Tied Smart Inverter Safety Functionality: Fast Power Quality Event Detection. Journal of Microelectronics, Electronic Components and Materials Vol.45, No.3 (2015), 204-215 [0094]
Y F Wang, Y W Li: Grid Synchronization PLL Based on Cascaded Delayed Signal Cancellation, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 26, NO. 7, JULY 2011 [0095]
Y F Wang, Y W Li: Three-Phase Cascaded Delayed Signal Cancellation PLL for Fast Selective Harmonic Detection, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 60, NO. 4, APRIL 2013 [0095]

Claims

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