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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anschluss einer Energieversorgungsanlage an ein Mittelspannungsnetz zum Austausch elektrischer Energie. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zum Anschluss einer Energieversorgungsanlage an ein Mittelspannungsnetz zum Austausch elektrischer Energie.
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STAND DER TECHNIK
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Mittelspannungsnetze sind Wechselspannungsnetze zur Verteilung der elektrischen Energie auf Strecken im Bereich einiger Kilometer bis zu 100 km. Sie werden üblicherweise mit Spannung von zwischen 10 kV und 50 kV betrieben. Ein Mittelspannungsnetz dient typischerweise der elektrischen Energieversorgung einer Region, die mehrere Ortschaften, oder in Städten einen Stadtteil, umfasst.
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Energieversorgungsanlagen, die elektrische Gleichspannung erzeugen, sind beispielsweise Batterien oder Photovoltaik-Generatoren als Bestandteil von Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen). Besonders große PV-Anlagen werden zum Austausch elektrischer Energie direkt mit einem Mittelspannungsnetz verbunden, dazu wird eine solche Energieversorgungsanlage mittels einer speziellen Anordnung, welche einen Wechselrichter aufweist, an ein Mittelspannungsnetz angeschlossen.
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Eine Batterie ist ein Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis. Eine Batterie kann wiederaufladbar sein, das heißt ihr kann elektrische Energie entnommen und wieder zugeführt werden. Die von einer Batterie speicherbare Menge an elektrischer Ladung wird auch als Kapazität bezeichnet. Typischerweise verringert sich die Kapazität einer Batterie im Laufe ihrer Lebensdauer. Erwünscht ist jedoch, dass beim Anschluss einer Batterie zum Austausch elektrischer Energie mit einem Mittelspannungsnetz die nutzbare Batteriekapazität über die gesamte Lebensdauer von z. B. 10 bis 25 Jahren annähernd konstant ist.
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Technische Lösungsmöglichkeiten, die bisher vorgeschlagen wurden, sind z.B.:
- Die zum Energieaustausch mit dem Mittelspannungsnetz vorgesehene Batterie wird bei der Auslegung des Systems, bestehend aus Batterie und Anordnung zum Anschluss der Batterie an das Mittelspannungsnetz, so stark überdimensioniert, dass bis zum Ende der geplanten Lebensdauer des Systems die zur Verfügung stehende Batteriekapazität ausreichend groß ist. Dies kann den Nachteil hoher Installationskosten haben.
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Es wurde ebenfalls vorgeschlagen, eine Batterie nach einigen Jahren, insbesondere vor Ende der technisch sinnvollen Lebensdauer, komplett austauschen. Diese Lösung kann teuer und ineffizient sein, da eine neue Batterie eingebaut werden muss, obwohl die ersetzte Batterie noch eine Restlebensdauer hätte.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anordnung zum Anschluss einer Energieversorgungsanlage an ein Mittelspannungsnetz anzugeben. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zum Anschluss einer Energieversorgungsanlage an ein Mittelspannungsnetz anzugeben.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine Anordnung zum Anschluss einer Energieversorgungsanlage an ein Mittelspannungsnetz zum Austausch elektrischer Energie weist einen Netzanschluss zum Anschluss an das Mittelspannungsnetz, einen Batterieanschluss zum Anschluss einer Batterie und einen Wechselrichter auf. Die Batterie dient hierbei als Gleichspannungs-Energieversorgungsanlage und kann elektrische Energie in Form von Gleichstrom über den Batterieanschluss zur Verfügung stellen. Die Anordnung soll einen netzkonformen Energieaustausch zwischen der Energieversorgungsanlage, z. B. der Batterie, und dem Mittelspannungsnetz ermöglichen. Der Energiefluss kann dabei bevorzugt in beide Richtungen erfolgen, das heißt, über die Anordnung kann einerseits elektrische Energie von der Batterie in das Mittelspannungsnetz eingespeist werden und andererseits die Batterie mit elektrischer Energie vom Mittelspannungsnetz aufgeladen werden.
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Der Wechselrichter dient der Umwandlung von Gleichspannung (engl. Direct Current, DC) in Wechselspannung (engl. Alternating Current, AC) und/oder umgekehrt. Leistungsschalter, insbesondere Halbleiter-Leistungsschalter, des Wechselrichters werden dabei von einer Steuerung derart angesteuert, dass die Gleichspannung der DC-Seite des Wechselrichters in die Wechselspannung der AC-Seite des Wechselrichters umgewandelt werden kann und/oder die Wechselspannung auf der AC-Seite des Wechselrichters in die Gleichspannung auf der DC-Seite des Wechselrichters umgewandelt werden kann. Die DC-Seite des Wechselrichters ist dabei an einen sog. DC-Bus angeschlossen, der geeignet und ausgelegt ist, die innerhalb der Anordnung fließenden Gleichströme zu übertragen. Auf seiner AC-Seite ist der Wechselrichter mit einem Mittelspannungstransformator verbunden, der die Wechselspannung auf der AC-Seite des Wechselrichters in eine Mittelspannung transformiert, wie sie für eine Einspeisung in das Mittelspannungsnetz geeignet ist und/oder der die Mittelspannung, wie sie vom Mittelspannungsnetz eingespeist werden kann, in die Wechselspannung auf der AC-Seite des Wechselrichters transformiert.
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An der Anordnung ist zumindest eine Schnittstelle vorgesehen, die eine elektrische Verbindung zur Energieübertragung zu dem DC-Bus und eine Kommunikationsverbindung zu der Steuerung bereitstellt. Die zumindest eine Schnittstelle ist zum Anschluss eines Batteriesystems vorgesehen, welches eine weitere Batterie aufweist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass an jeder der vorgesehenen Schnittstellen ein Batteriesystem mit jeweils einer weiteren Batterie angeschlossen werden kann. Die Steuerung ist dabei eingerichtet, den Belegungszustand der zumindest einen Schnittstelle zu ermitteln.
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Die Anordnung ist ausgelegt, die Spannungen und Ströme zu verarbeiten, wie sie für den Anschluss einer Energieversorgungsanlage in Form einer Batterie an ein Mittelspannungsnetz auftreten. Die Anordnung ist dabei ausgelegt, mit einer angeschlossenen Soll-Kapazität betrieben zu werden, welche eine kumulierte Kapazität betrifft, welche sich aus den Kapazitäten von der im Betrieb über den Batterieanschluss angeschlossenen Batterie und der über die mindestens eine Schnittstelle angeschlossenen weiteren Batterie des Batteriesystems oder den über die mindestens eine Schnittstelle angeschlossenen weiteren Batterien der Batteriesysteme zusammensetzt.
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Diese Soll-Kapazität soll möglichst über die gesamte Lebensdauer der Anordnung zur Verfügung gestellt werden können, auch wenn die über den Batterieanschluss angeschlossene Batterie altersbedingt an Kapazität verliert. Es ist für den Nutzer der Anordnung von Vorteil, dass diese vorbereitet ist, später einfach eine weitere Batterie über die zumindest eine Schnittstelle anschließen zu können. Die weitere Batterie kann z. B. eine kostengünstige Kompensationsbatterie sein. Dies ist vorteilhaft, da damit gerechnet werden kann, dass die Preise für Batterien über die Lebensdauer der Anordnung fallen und somit die Kosten für eine Kompensationsbatterie, die später angeschafft werden kann, geringer sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass dann zum Zeitpunkt der Energiespeichererweiterung auf die dann optimale Lösung zugegriffen werden kann. Dies kann nicht nur eine neue Batterietechnologie sondern auch eine vollkommen andere Energiespeichertechnologie für die Batterie sein, z. B. Wasserstoff-Speicher, Redox-Flow oder andere Technologien.
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Die Anordnung wird mit zusätzlichen Schnittstellen ausgestattet, die im Laufe der Lebensdauer der Anordnung für die Anbindung von zusätzlichen, insbesondere kleinen (im Vergleich zu der bereits angeschlossenen Batterie) Energiespeichern in Form von weiteren Batterien verwendet werden können. Eine weitere Batterie ist Bestandteil eines Batteriesystems, welches bevorzugt zusätzlich zum eigentlichen elektrischen Speicher ein Batteriemanagementsystem aufweist. Über das Batteriemanagementsystem wird das Laden und Entladen der weiteren Batterie gesteuert. Bevorzugt ist das Batteriemanagementsystem des Batteriesystems im über die Schnittstelle an die Anordnung angeschlossenen Zustand dabei über die Kommunikationsverbindung mit der Steuerung der Anordnung verbunden.
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In einer Ausführungsform kann die Batterie als Energieerzeugungsanlage durch eine weitere Gleichstrom-Energieerzeugungsanlage ergänzt werden, welche über einen weiteren Anschluss an die Anordnung angeschlossen werden kann und über die Anordnung Energie mit dem Mittelspannungsnetz austauschen kann. Die weitere Gleichstrom-Energieerzeugungsanlage kann beispielsweise zumindest ein Photovoltaik-Generator, PV-Generator, sein, welcher über einen Photovoltaik-Anschluss, PV-Anschluss, an die Anordnung angeschlossen werden kann. Der PV-Anschluss ist mit dem DC-Bus der Anordnung verbunden, so dass von dem PV-Generator erzeugter Gleichstrom über den DC-Bus der DC-Seite des Wechselrichters zugeführt werden kann und von diesem in Wechselstrom gewandelt werden kann. Eine solche Auslegung erhöht die Flexibilität der Anordnung weiter, da von dem PV-Generator erzeugter Strom beispielsweise in der Batterie zwischengespeichert werden kann und dann bei Bedarf, z. B. bei attraktiven Preisen und/oder zur Netzstützung, in das Mittelspannungsnetz eingespeist werden kann.
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In einer Ausführungsform weist die Anordnung einen DC/DC-Steller auf, der zwischen dem Batterieanschluss und dem DC-Bus angeordnet ist. Ein DC/DC-Steller, auch Gleichspannungswandler genannt, bezeichnet eine elektrische Schaltung, die eine an einem Anschluss des DC/DC-Stellers zugeführte Gleichspannung in eine Gleichspannung am anderen Anschluss des DC/DC-Stellers mit einem anderem Spannungsniveau umwandelt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn an den DC-Bus mehrere Gleichstrom-Energieerzeugungsanlagen angeschlossen sind, da sich die Gleichstromniveaus auf denen die unterschiedlichen Gleichstrom-Energieerzeugungsanlagen meist voneinander unterscheiden.
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Der DC/DC-Steller ist dabei auf die Soll-Kapazität der Anordnung ausgelegt, welche am Anfang der Betriebsdauer der Anordnung, also bei Erst-Inbetriebnahme, bevorzugt der Kapazität der Batterie entspricht, die bei Erst-Inbetriebnahme am Batterieanschluss angeschlossen ist. Optional kann der DC/DC-Steller als mehrere parallele DC/DC-Steller ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Batteriesystem einen weiteren DC/DC-Steller auf, welcher zum Betrieb mit der weiteren Batterie des Batteriesystems ausgelegt ist. Die zumindest eine Schnittstelle ist zum Anschluss des weiteren DC/DC-Stellers des Batteriesystems eingerichtet. Der DC/DC-Steller ist dabei zwischen der weiteren Batterie und der Schnittstelle anordenbar. Dies hat den weiteren Vorteil, dass dann zum Zeitpunkt des Anschlusses des Batteriesystems mit der weiteren Batterie und dem weiteren DC/DC-Steller auf die dann optimale Lösung zugegriffen werden kann. Dies kann nicht nur durch eine neue Batterietechnologie sondern durch einen verbesserten DC-DC-Steller geschehen, beispielsweise ergänzt durch eine vollkommen andere Energiespeichertechnologie, wie z. B. Wasserstoff-Speicher oder Redox-Flow oder ähnlichem.
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Es wird ermöglicht, die Anordnung während des Betriebs kostengünstig und einfach durch weitere Batterien zu erweitern. Insbesondere wird zusätzlich zu der Energieübertragung eine Kommunikationsverbindung zur Verfügung gestellt, über die das über die Schnittstelle angeschlossene Batteriesystem mit der Steuerung verbunden werden kann und z. B. durch die Steuerung gemanagt werden kann. In einer Ausführungsform ist die Steuerung eingerichtet, die Kapazität einer an der Schnittstelle angeschlossenen weiteren Batterie zu ermitteln.
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In einer Ausführungsform ist die Steuerung eingerichtet, die Kapazität einer an dem Batterieanschluss angeschlossenen Batterie zu ermitteln. Optional ist die Steuerung dabei eingerichtet, für den Fall, dass die zumindest eine Schnittstelle unbelegt ist, die Kapazität der an dem Batterieanschluss angeschlossenen Batterie mit der Soll-Kapazität zu vergleichen und ein Informationssignal zu generieren, falls die ermittelte Kapazität um einen vorgebbaren Wert unter der Soll-Kapazität liegt. Dies ist von Vorteil, wenn z. B. bei Erstinbetriebnahme der Anordnung die zumindest eine Schnittstelle unbelegt ist und ermittelt werden soll, ob die Kapazität der an dem Batterieanschluss angeschlossenen Batterie noch groß genug ist und noch nahe genug an der Soll-Kapazität liegt.
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In einer Ausführungsform ist die Steuerung eingerichtet, eine kumulierte Kapazität zu ermitteln. Die kumulierte Kapazität setzt sich aus der Kapazität der an dem Batterieanschluss angeschlossenen Batterie und der oder den an der oder den Schnittstellen angeschlossenen weiteren Batterien zusammen. Die Steuerung ist weiter eingerichtet, die kumulierte Kapazität mit der Soll-Kapazität zu vergleichen und ein Informationssignal zu generieren, falls die ermittelte kumulierte Kapazität um einen vorgebbaren Wert unter der Soll-Kapazität liegt.
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Das Informationssignal kann beispielsweise ausgegeben werden, z. B. über eine Benutzerschnittstelle der Anordnung oder über eine Kommunikationsverbindung mit z. B. einer Zentrale. In einer Ausführungsform kann das Informationssignal die Anzahl der unbelegten Schnittstellen umfassen, so dass Informationen darüber vorliegen, ob eine weitere Erweiterung möglich ist, oder ob zunächst eine weitere Batterie entfernt werden muss, bevor eine neue weitere Batterie an einer Schnittstelle angeschlossen werden kann. Es ist zusätzlich auch möglich, die an dem Batterieanschluss angeschlossene Batterie durch eine neue Batterie zu ersetzen.
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Die Kommunikationsverbindung, die von der Schnittstelle zur Verfügung gestellt wird, kann beispielsweise drahtlos oder drahtgebunden ausgeführt sein. Sie kann auf Kommunikationsstandards wie z. B. IEEE 802.11 oder anderen, auch drahtgebundenen Standards beruhen.
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Auch sehr große Anordnungen können gut gemanagt werden. Es können die Kapazitäten von Batterien und/oder weiteren Batterien analysiert werden und beispielsweise nur die Batterien oder weiteren Batterien ersetzt werden, deren Kapazität schon sehr gering ist. Dies ist durch die Anordnung effizient und kostengünstig möglich. Es ist auch möglich, sich mit der Zeit ändernden Batterietechnologien Rechnung zu tragen. Es wird technisch einfacher möglich, alte und neue Batterien über eine Anordnung zu kombinieren, ohne groß in die Anordnung eingreifen zu müssen. Es wird ebenfalls möglich, weiteren Batterien parallel hinzuzufügen, um die durch die Anordnung an das Mittelspannungsnetz angebundene Batteriekapazität nachträglich zu vergrößern.
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Ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zum Anschluss einer Energieversorgungsanlage an ein Mittelspannungsnetz zum Austausch elektrischer Energie, wobei die Anordnung ausgelegt ist, mit einer angeschlossenen Soll-Kapazität zum Austausch elektrischer Energie betrieben zu werden, weist die folgenden Schritte auf:
- • Ermitteln der Kapazität einer an einem Batterieanschluss angeschlossenen Batterie.
- • Ermitteln der Belegung einer zumindest einen Schnittstelle, wobei die zumindest eine Schnittstelle zum Anschluss eines Batteriesystems eingerichtet ist, wobei das Batteriesystem eine weitere Batterie aufweist und bei zumindest einer belegten Schnittstelle: Ermitteln der Kapazität der an der zumindest einen Schnittstelle angeschlossenen zumindest einen weiteren Batterie.
- • Ermitteln einer kumulierten Kapazität, welche sich aus den Kapazitäten von im Betrieb über den Batterieanschluss und über die mindestens eine Schnittstelle angeschlossenen Batterien zusammensetzt.
- • Vergleich der ermittelten kumulierten Kapazität mit der Soll-Kapazität.
- • Generierung eines Informationssignals, falls die ermittelte kumulierte Kapazität um einen vorgebbaren Wert unter der Soll-Kapazität liegt.
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Das Verfahren kann bevorzugt dazu dienen, die altersbedingte kontinuierliche Batteriekapazitätsdegradation zu überprüfen und in regelmäßigen Abständen ausgleichen zu können. Ein besonderer Vorteil ist es, dass die Anordnung und die angeschlossene Batterie zum Zeitpunkt der Installation kostenoptimal ausgelegt werden kann. Das Vorsehen einer späteren Batterieerweiterung kann kostengünstig durch das Vorsehen der Schnittstellen ermöglicht werden. Die Batterieerweiterung selbst kann zu einem späteren Zeitpunkt nach der Inbetriebnahme mit ebenfalls mit zu diesem Zeitpunkt kostenoptimalen Lösungen durchgeführt werden.
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Bevorzugt dient das Verfahren zum Betrieb einer zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung zum Anschluss einer Energieversorgungsanlage an ein Mittelspannungsnetz zum Austausch elektrischer Energie.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Anzahl der unbelegten Schnittstellen ermittelt, wobei das Informationssignal bevorzugt die Information über die Anzahl der unbelegten Schnittstellen umfasst. So kann die Entscheidung unterstützt werden, ob eine weitere Batterie angeschlossen werden kann oder ob zuvor eine andere weitere Batterie entfernt werden muss.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Informationssignal eine Angabe, die sich aus der Differenz der ermittelten kumulierten Kapazität und der Soll-Kapazität ableitet. Mittels dieser Information kann die Auswahl einer anzuschließenden weiteren Batterie unterstützt werden.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
- 1 zeigt eine Ausführungsform einer Anordnung zum Anschluss einer Energieversorgungsanlage an ein Mittelspannungsnetz zum Austausch elektrischer Energie,
- 2 zeigt ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zum Anschluss einer Energieversorgungsanlage an ein Mittelspannungsnetz zum Austausch elektrischer Energie.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt Anordnung 10 zum Anschluss einer Energieversorgungsanlage 20, 22 an ein Mittelspannungsnetz 18 zum Austausch elektrischer Energie. Die Anordnung 10 weist einen Netzanschluss 12 zum Anschluss an das Mittelspannungsnetz 18, einen Batterieanschluss 14 zum Anschluss einer Batterie 20 und einen PV-Anschluss 16 zum Anschluss an einen oder mehrere PV-Generatoren 22 auf. Der PV-Generator kann über den PV-Anschluss 16 mit einem DC-Bus 26 der Anordnung 10 verbunden werden. Die Batterie 20 kann über den Batterieanschluss 14 mit einem ersten Anschluss des DC/DC-Stellers 30 der Anordnung 10 verbunden werden. Der zweite Anschluss des DC/DC-Stellers 30 ist mit dem DC-Bus 26 verbunden. Damit kann die an den Batterieanschluss 14 angeschlossene Batterie 20 über den DC/DC-Steller mit dem DC-Bus 26 verbunden werden. Optional kann der DC/DC-Steller 30 auch außerhalb der Anordnung 10, zwischen der Batterie 20 und dem Batterieanschluss 14 angeordnet sein. Optional kann die Batterie 20 zusätzlich mit einem Batteriemanagementsystem (nicht dargestellt) verbunden sein, das das das Be- und Entladen der Batterie 20 steuert und/oder die aktuelle Kapazität der Batterie 20 ermittelt. Hierfür kann das Batteriemanagementsystem, das der Batterie 20 zugeordnet ist, mit einer Steuerung 24 der Anordnung 10 in Kommunikationsverbindung (nicht dargestellt) stehen.
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Der DC-Bus 26 ist ausgelegt, Gleichströme, die zwischen den Energieversorgungsanlagen, nämlich PV-Generator 22 und Batterie 20, und einem Wechselrichter 28 fließen, widerstandsarm zu transportieren. Der Wechselrichter 28 kann an seiner DC-Seite anliegende Gleichspannung in Wechselspannung auf seiner AC-Seite wandeln und umgekehrt. Er arbeitet mit Halbleiter-Leistungsschaltern, die über die Steuerung 24 zur Wandlung der Spannung angesteuert werden. Auf seiner AC-Seite ist der Wechselrichter 28 mit einem Transformator 42 verbunden, der die Wechselspannung auf der AC-Seite des Wechselrichters 28 in eine Mittelspannung auf dem Niveau des Mittelspannungsnetzes 18 transformieren kann und umgekehrt. Zwischen dem Transformator 42 und dem Netzanschluss 12 ist eine Mittelspannungsschaltanlage 44 (engl. MVSG) angeordnet, die den Transformator 42 mit dem an dem Netzanschluss 12 angeschlossenen Mittelspannungsnetz 18 verschaltet.
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Die Anordnung 10 ist ausgelegt, von den Gleichspannungs-Energieerzeugungsanlagen PV-Generator 22 und Batterie 20 erzeugte elektrische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, die in das Mittelspannungsnetz 18 eingespeist werden kann. Die Anordnung 10 ist auch ausgelegt, von dem Mittelspannungsnetz 18 bezogene elektrische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, mit der die Batterie 20 aufgeladen werden kann. Das entspricht einem Betrieb im Megawattbereich und die Bauteile der Anordnung 10 sind entsprechend dimensioniert. Die Anordnung 10 kann auch ohne PV-Anschluss 16 ausgeführt sein. Damit ist sie ausgeführt, Speichersysteme, also eine oder mehrere Batterien 20 an das Mittelspannungsnetz 18 zum Austausch elektrischer Energie anzuschließen.
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Die Anordnung ist so ausgelegt, also mit ihren Bauteilen so dimensioniert, dass sie Speichersysteme, also z. B. die Batterie 20, mit einer Soll-Kapazität an das Mittelspannungsnetz 18 zum Austausch elektrischer Energie anschließen kann. Bevorzugt ist die Anordnung 10 als Leistungselektroniksystem aufeinander abgestimmt ausgelegt und z. B. vollintegriert aufgebaut. Die Batterie 20 hat z. B. typischerweise eine Kapazität von zwischen 1 MWh und 10 MWh, bevorzugt mindestens 4MWh. Dies entspricht einer beispielhaften Soll-Kapazität bei der Inbetriebnahme der Anordnung 10.
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Der passend ausgelegte DC/DC-Steller 30 hat typischerweise eine Leistung von P_dc=E_bat/5h bis E_bat/2h. Für eine 4MWh-Batterie 20 wäre eine gute Auslegung damit P_dc=800kW bis 2MW. Aus Gründen der Flexibilität könnte der DC/DC-Steller 30 aus mehreren parallelen DC/DC-Stellern aufgebaut werden. Aus Kostengründen wird der DC/DC-Steller 30 bevorzugt aus zwei parallelen DC/DC-Stellern aufgebaut, so dass P_dc_min eines der beiden parallelen DC/DC-Stellern des DC/DC-Stellers 30 typischerweise nicht kleiner als 400kW ist.
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Der passend ausgelegte Wechselrichter 28 könnte typischerweise der Leistung des DC/DC-Stellers 30 entsprechen: P_ac = 800 kW bis 2 MW. Je nach z. B. Kostenerwägungen, ist es auch möglich, P_ac deutlich geringer, z.B. halb so groß, also 400 kW bis 1 MW, oder auch deutlich größer, z. B. doppelt so groß, also 1,6 MW bis 4 MW, zu wählen.
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Der PV-Generator 22 würde von der Leistung typischerweise etwas größer als die Summe der Leistungen von DC/DC-Steller 30 und Wechselrichter 28 gewählt werden, also z. B. P_pv=(P_ac+P_dc)*(1 ... 1,5), also z. B. zwischen 1,2 MW und 9 MW.
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Die Anordnung 10 weist Schnittstellen 32 auf, über welche jeweils ein Batteriesystem 36 angeschlossen werden kann. Ein Batteriesystem 36 umfasst jeweils eine weitere Batterie 40 und einen auf die weitere Batterie 40 ausgelegten weiteren DC/DC-Steller 38. Das Batteriesystem umfasst weiter ein Batteriemanagementsystem (nicht dargestellt), das das Be- und Entladen der weiteren Batterie 40 steuert und/oder die aktuelle Kapazität der weiteren Batterie 40 ermittelt. Jede Schnittstelle 32 stellt eine Verbindung mit dem DC-Bus 26 für aus der weiteren Batterie entnommenen Gleichstrom oder für an die weitere Batterie abgegebenen Gleichstrom her. Jede Schnittstelle stellt außerdem eine Kommunikationsverbindung 34 mit der Steuerung 24 der Anordnung 10 zur Verfügung. Die Kommunikationsverbindung 34 kann drahtlos oder drahtgebunden ausgebildet sein und kann z. B. eine Kommunikation zwischen der Steuerung 24 und dem Batteriemanagementsystem des Batteriesystems 36 herstellen.
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Über die Kommunikationsverbindung 34 kann die Steuerung beispielsweise den Belegungszustand der Schnittstellen 32 ermitteln und/oder die Kapazitäten der weiteren Batterien 40 ermitteln.
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In dem in 1 dargestellten System wird die Batteriekapazität der Batterie 20 z. B. jedes Jahr 1,5 bis 2% abnehmen. Es könnte daher sinnvoll sein, nach 3 bis 5 Jahren, ein Batteriesystem 36 mit einer zusätzlichen weiteren Batterie 40 an einer Schnittstelle 32 anzuschließen, um die kumulierte Kapazität der Batterie 20 und weiteren Batterie 40 wieder auf das Niveau der Soll-Kapazität zu bringen. Die Kapazität der weiteren Batterie 40 würde beispielsweise nur 5 bis 10% der ursprünglichen Kapazität der Batterie 20 betragen. In dem Auslegungsbeispiel von oben wären das 200 bis 400kWh.
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Da die Batterieerweiterung erst mehrere Jahre nach der Erstinbetriebnahme der Anordnung 10 notwendig wird, ist es möglich, diese weitere Batterie 40 erst zu dem späteren Zeitpunkt zu kaufen. Es ist möglich, dass sich dann voraussichtlich der spezifische Preis von Batterien verringert hat und die Batterietechnologien sich zusätzlich z. B. im Hinblick auf Qualität und Funktionalität weiterentwickelt haben. Dadurch kann diese neue Batterietechnologie der weiteren Batterie 40 aber möglicherweise andere technische Merkmale haben, als die Batterie 20. Die Schnittstelle 32 ermöglicht es dann, auch die weitere Batterie 40 mit unter Umständen anderen technischen Spezifikationen und unter Umständen mit einem zwischengeschalteten weiteren DC/DC-Steller 38 and die Anordnung 10 anzuschließen. Der weitere DC/DC-Steller 38 hat beispielsweise eine Leistung von ca. P_dc = 200 ... 400kWh/2... 5h = 40... 200kW. Der weitere DC/DC-Steller 38 kann ebenfalls erst zum Zeitpunkt der Batterieerweiterung gekauft werden. Für die Leistungselektronik des weiteren DC/DC-Stellers 38 kann ebenfalls gelten, dass die spezifischen Kosten über der Zeit sinken und die Qualität und Funktionalität steigt. Hierdurch kann dann ein Kostenvorteil erzielt werden, wenn der weitere DC/DC-Steller 38 erst zum Zeitpunkt des Anschlusses der weiteren Batterie 40 an die Schnittstelle 32 an die Schnittstelle 32 angeschlossen wird.
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Die Anordnung 10 bietet somit durch die Schnittstellen 32 zum Zeitpunkt der Erstinbetriebnahme geeignete Vorbereitungen, damit der spätere Anschluss eines Batteriesystems 36 mit dem weiteren DC/DC-Steller 38 mit der weiteren Batterie 40 einfach und kostengünstig möglich wird. Über die Schnittstellen 32 können entsprechend weitere Batterien 40 an den DC-Bus 26 zwischen dem DC/DC-Steller 30 und dem Wechselrichter 28 der Anordnung 10 angeschlossen werden. Neben der Gleichstromverbindung werden zudem Kommunikationsverbindungen 34 für das Batteriesystem 36 oder die Batteriesysteme 36 vorgesehen. Dies ermöglicht die reibungslose Integration. Mechanische Vorkehrungen, wie Steckerformen, Bauräume für die Erweiterung, etc. können durch die Schnittstellen 32 ebenfalls zur Verfügung gestellt werden.
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2 zeigt ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung 10 zum Anschluss einer Energieversorgungsanlage 20, 22 an ein Mittelspannungsnetz zum Austausch elektrischer Energie. Die Anordnung 10 ist ausgelegt, mit einer angeschlossenen Soll-Kapazität zum Austausch elektrischer Energie betrieben zu werden. Eine solche Soll-Kapazität betrifft eine kumulierte Kapazität, welche sich aus der Summe der Kapazitäten einer im Betrieb über den Batterieanschluss 14 angeschlossenen Batterie 20 und einer im Betrieb über die mindestens eine Schnittstelle 32 angeschlossenen weiteren Batterie 40 zusammensetzt. Über Schnittstellen 32 können auch weitere Batterien 40 angeschlossen sein, deren Kapazitäten dann ebenfalls zur kumulierten Kapazität hinzugerechnet werden.
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Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- S1: Ermitteln der Kapazität der an einem Batterieanschluss 14 angeschlossenen Batterie 20.
- S2: Ermitteln der Belegung der zumindest einen Schnittstelle 32, wobei die zumindest eine Schnittstelle 32 zum Anschluss eines Batteriesystems 36 eingerichtet ist, wobei das Batteriesystem 36 die weitere Batterie 40 aufweist. Bei zumindest einer belegten Schnittstelle 32: Ermitteln der Kapazität der an der zumindest einen Schnittstelle 32 angeschlossenen zumindest einen weiteren Batterie 40.
- S3: Ermitteln der kumulierten Kapazität, welche sich aus den Kapazitäten von im Betrieb über den Batterieanschluss 14 und über die mindestens eine Schnittstelle 32 angeschlossenen Batterie 20 und weiteren Batterie 40 zusammensetzt.
- S4: Vergleich der ermittelten kumulierten Kapazität mit der Soll-Kapazität.
- S5: Generierung eines Informationssignals, falls die ermittelte kumulierte Kapazität um einen vorgebbaren Wert unter der Soll-Kapazität liegt.
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Das Informationssignal wird vorteilhafterweise in einem weiteren Schritt des Verfahrens ausgegeben, z. B. über eine Benutzerschnittstelle der Anordnung und/oder per Kommunikationsübertragung an einen entfernten Ort, wie z. B. eine Zentrale oder ein Datencenter übermittelt.
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Optional kann das Verfahren den Schritt aufweisen, dass eine Anzahl von unbelegten Schnittstellen 32 der Anordnung 10 ermittelt wird. Das in Schritt S5 generierte Informationssignal umfasst dann vorteilhafterweise als weitere Information die Anzahl der unbelegten Schnittstellen 32. Optional kann das Informationssignal eine Angabe umfassen, die sich aus der Differenz der ermittelten kumulierten Kapazität und der Soll-Kapazität ableitet. Dies ermöglicht dann, eine evtl. neu anzuschließende weitere Batterie 40 richtig zu dimensionieren.
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Die beschriebene Anordnung 10 und das beschriebene Verfahren ermöglichen so, an die Anordnung 10 anzuschließende Kapazitäten von Batterien 20, 40 so auszuwählen und zu dimensionieren, dass stets diejenige kumulierte Kapazität vorgehalten wird, die nahe an der optimalen Soll-Kapazität ist. Die optimale Soll-Kapazität entspricht dabei derjenigen Kapazität, für die die Anordnung 10 mit ihren Bauteilen am besten ausgelegt ist. Dies gilt insbesondere auch unter Kostenaspekten.
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Die Schnittstellen 32 ermöglichen dann ein flexibles Angleichen der kumulierten Kapazität, wahlweise nach einem festen Zeitablauf nach Erst-Inbetriebnahme der Anordnung 10 und/oder aber auch durch regelmäßiges Überprüfen der aktuellen Kapazitäten der angeschlossenen Batterien 20, 40. Das Ergänzen der angeschlossenen Kapazitäten kann dann durch genau dimensionierte weitere Batterien 40 erfolgen. Im Zuge des Betriebs der Anordnung 10 ist es auch möglich - durch die Überprüfung der Kapazitäten der Batterie und der weiteren Batterien 40 - gezielt eine Batterie 20 oder eine weitere Batterie 40 von der Anordnung 10 zu trennen und durch eine neue weitere Batterie 40 oder eine neue Batterie 20 zu ersetzen, so dass die kumulierte Kapazität der Soll-Kapazität wieder näher kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Anordnung
- 12
- Netzanschluss
- 14
- Batterieanschluss
- 16
- PV-Anschluss
- 18
- Mittelspannungsnetz
- 20
- Batterie
- 22
- Photovoltaikgenerator
- 24
- Steuerung
- 26
- DC-Bus
- 28
- Wechselrichter
- 30
- DC/DC-Steller
- 32
- Schnittstelle
- 34
- Kommunikationsverbindung
- 36
- Batteriesystem
- 38
- weiterer DC/DC-Steller
- 40
- weitere Batterie
- 42
- Mittelspannungstransformator
- 44
- Mittelspannungsschaltanlage
- S1, S2, S3, S4, S5
- Verfahrensschritte
