DE102021203615A1

DE102021203615A1 - Bidirektionaler Wechselrichter

Info

Publication number: DE102021203615A1
Application number: DE102021203615.5A
Authority: DE
Inventors: Hannes Heigl; Dominik Pfaffenbichler
Original assignee: Fronius International GmbH
Current assignee: Fronius International GmbH
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2022-10-13

Abstract

Bidirektionaler Wechselrichter (1), der durch eine Steuerung (2) zwischen zwei Betriebsmodi umschaltbar ist, wobei der bidirektionale Wechselrichter (1) in einem ersten Betriebsmodus eine Gleichspannung (UDC), welche von mindestens einer an den Wechselrichter (1) angeschlossenen Batterie (10, 11) oder von einer sonstigen Gleichspannungsquelle bereitgestellt wird, in eine Wechselspannung (UAC) umwandelt, welche in ein Stromversorgungsnetz (7) einspeisbar ist, und wobei der bidirektionale Wechselrichter (1) in einem zweiten Betriebsmodus eine Wechselspannung (UAC), welche von dem Stromversorgungsnetz (7) bereitgestellt wird, in eine Gleichspannung (UDC) umwandelt, die zum Aufladen der mindestens einen Batterie (10, 11) verwendet wird, wobei die Steuerung (2) des Wechselrichters (1) einen Mikroprozessor aufweist, der eine oder mehrere aktive Netzstützungsfunktionen (AGF) in Abhängigkeit von über Schnittstellen des Wechselrichters (1) erhaltene Daten ausführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen bidirektionalen Wechselrichter, welcher zur aktiven Netzstützung eines Stromversorgungsnetzwerkes verwendet werden kann.
Wechselrichter dienen dazu, einen von einer Gleichstromquelle erzeugten Gleichstrom in einen Wechselstrom umzuwandeln, welcher entweder lokal zur Stromversorgung von Lasten verwendet wird oder in ein angeschlossenes Stromversorgungsnetzwerk eingespeist werden kann. Das Stromversorgungsnetz weist eine vorgegebene Betriebsfrequenz von beispielsweise 50 Hz auf. Photovoltaikmodule einer Photovoltaikanlage können bei Sonneneinstrahlung einen Gleichstrom generieren, welcher von dem Wechselrichter in einen Wechselstrom umgewandelt wird. Neben der Photovoltaikanlage kann der Wechselrichter auch mit weiteren Gleichstromquellen verbunden sein, beispielsweise Speicherbatterien. Durch Schließen eines Relais kann die AC-Seite des Wechselrichters mit einem öffentlichen Stromversorgungsnetz, beispielsweise einem Niederspannungsnetz, verbunden werden. Der Wechselrichter kann elektrische Leistung in das Stromversorgungsnetz einspeisen. Umgekehrt kann dem Stromnetz auch elektrische Leistung über das geschlossene Relais entzogen werden. Eine Photovoltaikanlage kann somit ein Stromversorgungsnetz zu dessen Stabilisierung stützen. Photovoltaikfelder können als Gleichstromquelle einen elektrischen Strom nur bei Sonneneinstrahlung generieren. Daher werden in vielen Photovoltaikanlagen auch Speicherbatterien vorgesehen, um die von den Photovoltaikmodulen erzeugte elektrische Leistung zu speichern. Diese Batteriespeicher können sowohl zum Einspeisen von elektrischer Leistung in das Stromnetz als auch zum Beziehen von Energie aus dem Stromnetz verwendet werden. Allerdings sind in vielen Anlagen nur Batteriespeicher mit begrenzter Kapazität verfügbar. Weiterhin erfolgt die Netzstützungsfunktion bei herkömmlichen Anlagen entsprechend vorgegebener Regeln, ohne die individuelle Konfiguration der Kapazität der vorhandenen Batterien zu berücksichtigen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage mit einem bidirektionalen Wechselrichter zu schaffen, der eine flexible und zuverlässige Netzstützung des Stromnetzes bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen bidirektionalen Wechselrichter mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schafft demnach einen bidirektionalen Wechselrichter, bei dem durch eine darin integrierte oder daran angeschlossene Steuerung einer Anlage verschiedene Betriebsmodi des Wechselrichters aktivierbar sind,
wobei der bidirektionale Wechselrichter in einem ersten Betriebsmodus eine Gleichspannung, welche von mindestens einer an den Wechselrichter angeschlossenen Batterie oder von einer sonstigen Gleichspannungsquelle bereitgestellt wird, in eine Wechselspannung umwandelt, welche in ein Stromversorgungsnetz einspeisbar ist, und wobei der bidirektionale Wechselrichter in einem zweiten Betriebsmodus eine Wechselspannung, welche von dem Stromversorgungsnetz bereitgestellt wird, in eine Gleichspannung umwandelt, die zum Aufladen der mindestens einen Batterie verwendet wird,
wobei die Steuerung des bidirektionalen Wechselrichters einen Prozessor aufweist, der eine oder mehrere aktive Netzstützungsfunktionen, AGFs, in Abhängigkeit von AGF-Parameterwerten von AGF-Parametern der jeweiligen aktiven Netzstützungsfunktionen AGFs, ausführt.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen bidirektionalen Wechselrichters sind eine oder mehrere aktiven Netzstützungsfunktionen ,AGFs,in einem Datenspeicher des Wechselrichters gespeichert und können von dem Prozessor zur Netzstützung bzw. Netzstabilisierung ausgeführt werden.
Bei einer möglichen Ausführungsform werden verwendbare Netzstützungsfunktionen,AGFs, über ein Datennetzwerk von einer Datenbank eines Servers des Netzwerkbetreibers des Stromversorgungsnetzes oder eines lokalen Servers einer Anlage in den Datenspeicher der Steuerung des Wechselrichters geladen und automatisch oder manuell aktiviert.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen bidirektionalen Wechselrichters ist der Wechselrichter AC-seitig über ein lokales AC-Netz mit einer Messeinheit verbunden, die einen Strom - oder Energieaustausch mit dem Stromversorgungsnetz in beider Richtungen misst.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen bidirektionalen Wechselrichters sind an dem lokalen AC-Netz weitere bidirektionale Wechselrichter angeschlossen.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen bidirektionalen Wechselrichters ist die Steuerung in dem Wechselrichter integriert oder daran angeschlossen und aktiviert oder deaktiviert Betriebsmodi des Wechselrichters in Abhängigkeit von Daten und/oder Steuerbefehlen, welche die Steuerung über drahtlose oder drahtgebundene Schnittstellen empfängt
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen bidirektionalen Wechselrichters ist der Wechselrichter DC-seitig mit einer oder mehreren Speicherbatterien und/oder mit lokalen Ladesäulen zum Anschluss von Fahrzeugbatterien verbunden.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen bidirektionalen Wechselrichters ist der Wechselrichter DC-seitig mit mindestens einem Photovoltaikfeld als Gleichspannungsquelle verbunden.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen bidirektionalen Wechselrichters überträgt die Messeinheit Messdaten hinsichtlich eines momentanen Betriebszustandes des Stromversorgungsnetzes über einen lokalen Datenbus oder über das lokale AC-Netz kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen an die Steuerung des Wechselrichters.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen bidirektionalen Wechselrichters weisen die von der Messeinheit an die Steuerung des Wechselrichters übertragenen Messdaten eine momentane Netzfrequenz des Stromversorgungsnetzes auf.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen bidirektionalen Wechselrichters ist die Steuerung des Wechselrichters über eine Datenschnittstelle mit einem Datennetzwerk verbunden und erhält darüber Daten von mindestens einem entfernten Server. Bei dem über das Datennetzwerk angeschlossenen Server kann es sich um einen Server zur Bereitstellung von Netzvorgaben oder Kennlinien des Netzbetreibers des Stromversorgungsnetzwerkes handeln. Weiterhin kann es sich bei dem Server um einen Server zur Bereitstellung von Wetterdaten und/oder um einen Server zur Bereitstellung von Fahrzeugdaten von Elektrofahrzeugen handeln.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen bidirektionalen Wechselrichters erhält die Steuerung des Wechselrichters über eine Datenschnittstelle Fahrzeugdaten von einer Fahrzeugsteuerung eines Elektrofahrzeuges, dessen Fahrzeugbatterie über eine Ladesäule aufladbar ist, die mit dem Wechselrichter verbunden ist.
Die Erfindung schafft ferner eine Anlage zur dezentralen Netzstützung eines Stromversorgungsnetzes mit den in Patentanspruch 12 angegebenen Merkmalen.
Die Erfindung schafft demnach eine Anlage zur dezentralen Netzstützung eines Stromversorgungsnetzes mit mindestens einem bidirektionalen Wechselrichter gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, der DC-seitig mit einer oder mehreren Batterien oder sonstigen Gleichspannungsquellen der Anlage verbunden ist und der AC-seitig mit dem Stromversorgungsnetz verbunden ist.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage weist die Anlage mehrere bidirektionale Wechselrichter auf, die über einen lokalen Datenbus und/oder über ein lokales AC-Netz miteinander kommunizieren.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage bildet ein Wechselrichter einen Master-Wechselrichter der Anlage, welcher geeignet ist, den Betrieb der übrigen bidirektionalen Slave-Wechselrichter der Anlage zur Netzstützung des Stromversorgungsnetzes zu koordinieren.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage weist der bidirektionale Master-Wechselrichter der Anlage eine oder mehrere Schnittstellen zum Empfang von Daten von mindestens einer Messeinheit, von Fahrzeugsteuerungen und/oder von externen Servern auf, und ist geeignet, in Abhängigkeit von den empfangenen Daten seinen eigenen Betrieb und den Betrieb der übrigen Slave-Wechselrichter der Anlage zur Netzstützung des Stromversorgungsnetzes miteinander zu koordinieren.
Die Anlage weist bei einer möglichen Ausführungsform eine Photovoltaikanlage mit Photovoltaikfeldern auf.
Die Erfindung schafft ferner gemäß einem weiteren Aspekt ein Stromversorgungsnetz mit mehreren Anlagen zur dezentralen Netzstützung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, wobei von einem Server des Netzbetreibers des Stromversorgungsnetzes aktive Netzstützungsfunktionen zur Netzstützung des Stromversorgungsnetzes in Datenspeicher von lokalen Steuerungen der Anlagen herunterladbar sind.
Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wechselrichters und der erfindungsgemäßen Anlage unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen bidirektionalen Wechselrichters;
2 ein weiteres Blockschaltbild zur Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemä-ßen Anlage zur Netzstützung.

1 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen bidirektionalen Wechselrichters 1, der insbesondere zur Netzstützung eines Stromversorgungsnetzes 7 eingesetzt werden kann. Der bidirektionale Wechselrichter 1 einer Anlage A weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Steuerung 2 auf.
Die Anlage A umfasst mindestens einen bidirektionalen Wechselrichter 1 mit zugehörigen PV-Feldern 12 und zugehörigen Speicherbatterien 10 sowie eine oder mehrere Ladesäulen 13 zum Anschluss von Elektrofahrzeugen 16. Die Ladesäulen 13 der Anlage A können zumindest teilweise als sogenannte Wallboxen ausgebildet sein. Die Anlage A kann ferner einen lokalen oder entfernten Server 6 umfassen, der über ein Datennetzwerk 5 mit dem Wechselrichter 1 Daten austauscht und kommuniziert. Die Anlage A kann AC-seitig auch lokale AC-Verbraucher bzw. AC-Lasten 17 aufweisen, die über einen AC-Bus 8 mit dem Wechselrichter 1 verbunden sind und von dem Wechselrichter 1 einen AC-Versorgungsstrom beziehen, wie in 1 dargestellt. Die Anlage A ist über eine Messeinheit 9 mit einem Stromversorgungsnetz 7 verbunden. Die Anlage A besitzt eine Steuerung 2.Die Steuerung 2 ist bei einer möglichen Ausführungsform in einem Wechselrichter 1 der Anlage A integriert, wie in 1 dargestellt. Die Steuerung 2 der Anlage A kann auch durch eine von dem Wechselrichter 1 getrennte Einheit gebildet werden, die über einen Kommunikations- bzw. Datenbus der Anlage A mit dem Wechselrichter 1 Daten und Steuersignale in Echtzeit austauscht.
Für den Betrieb des bidirektionalen Wechselrichters 1 der Anlage A kann die Steuerung 2 der Anlage A verschiedene Betriebsmodi des Wechselrichters 1 aktivieren bzw. deaktivieren.
In einem ersten Betriebsmodus des Wechselrichters 1 wird eine Gleichspannung U_DC, welche von mindestens einer an den Wechselrichter 1 angeschlossenen Gleichspannungsquelle bereitgestellt wird, in eine Wechselspannung UAC umgewandelt, welche in ein Stromversorgungsnetz 7 eingespeist werden kann.
In einem zweiten Betriebsmodus des bidirektionalen Wechselrichters 1 wird eine Wechselspannung, welche von einem Stromversorgungsnetz 7 bereitgestellt wird, in eine Gleichspannung UDC umgewandelt, die zum Aufladen von mindestens einer Batterie verwendet wird.
Weitere Betriebsmodi sind möglich. Beispielsweise kann der Wechselrichter 1 bei Auftreten eines detektierten Fehlers in der Anlage A durch die Steuerung 2 automatisch in einen Notbetriebsmodus umgeschaltet werden, wobei durch den Wechselrichter 1 weder ein Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung noch eine Umwandlung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung erfolgt. Hierbei können die aktiven Netzstützungsfunktionen AGFs durch die Steuerung 2 zeitweise deaktiviert werden bis der Fehler in der Anlage A behoben ist.
Der bidirektionale Wechselrichter 1 weist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine bidirektionale Umwandlungsschaltung 3 auf. Die Umwandlungsschaltung 3 ist einerseits in der Lage, eine DC-seitig angelegte Gleichspannung UDC in eine AC-Wechselspannung UAC umzuwandeln. Weiterhin ist die Umwandlungsschaltung 3 geeignet, eine AC-seitig angelegte AC-Wechselspannung UAC in eine Gleichspannung UDC umzuwandeln. Hierzu weist die Umwandlungsschaltung 3 bei einer möglichen Ausführungsform eine steuerbare DC/AC Umwandlungselektronik und eine separate steuerbare AC/DC Umwandlungselektronik auf. Die DC/AC Umwandlungselektronik und die AC-DC Umwandlungselektronik der Umwandlungsschaltung 3 werden über eine in dem Wechselrichter 1 vorgesehene Steuerungsschnittstelle durch die Steuerung 2 gesteuert.
Die Steuerung 2 des Wechselrichters 1 weist einen Prozessor, insbesondere Mikroprozessor, auf, der eine oder mehrere aktive Netzstützungsfunktionen AGFs (Advanced Grid Function) als Applikation in Abhängigkeit von Daten ausführt, welche der Wechselrichter 1 über Datenschnittstellen von anderen Einheiten der Anlage A empfängt. Diese von dem Prozessor der Steuerung 2 verwendbaren aktiven Netzstützungsfunktionen AGFs können bei einer möglichen Ausführungsform in einem Datenspeicher 4 des Wechselrichters 1 gespeichert werden. Bei einer möglichen Ausführungsform werden die aktiven Netzstützungsfunktionen AGFs über ein Datennetzwerk 5 von einem Server 6 in den Datenspeicher 4 der Steuerung 2 des Wechselrichters 1 geladen. In einer Datenbank des Servers 6 können sich verschiedene durch den Netzbetreiber des Stromversorgungsnetzes 7 vordefinierte programmierte AGFs befinden, die durch den Anlagenbetreiber der Anlage A selektiert und heruntergeladen werden. Eine geladene Netzstützungsfunktion AGF kann automatisch oder durch manuell durch den Anlagenbetreiber der Anlage A über eine Nutzerschnittstelle aktiviert werden. Mehrere aktivierte AGFs können während des Betriebs der Anlage A gleichzeitig durch den Prozessor der Steuerung 2 der Anlage A ausgeführt werden.
Das Laden einer AGF kann nach Erhalt einer entsprechenden Aufforderung eines Anlagenbetreibers der Anlage A zum Erhalt einer AGF durch den Server 6 erfolgen. Verschiedene AGF-Konfigurationsparameter der geladenen und aktivierten AGFs können entsprechend der Konfiguration der betreffenden Anlage A angepasst werden. Diese AGF-Konfigurationsparameter können bei einer möglichen Ausführungsform aus einem Konfigurationsspeicher der Anlage A oder aus einer Konfigurationsdatei der Anlage A ausgelesen werden, die beispielsweise in einer Datenbank des Servers 6 hinterlegt ist. Diese AGF-Konfigurationsparameter umfassen beispielsweise die Speicherkapazität der Speicherbatterien 10 der betreffenden Anlage A und/oder eine maximal mögliche Leistung der PV-Felder 12 der Anlage A, die zur Netzstützung des Stromversorgungsnetzes 7 zur Verfügung steht.
Neben diesen statischen AGF-Konfigurationsparametern mit konstanten Parameterwerten sind vorzugsweise auch dynamische AGF-Parameter mit variablen Parameterwerten vorgesehen, die von den aktivierten AGFs bei ihrer Ausführung auf dem Prozessor 2 des Wechselrichters 1 mitberücksichtigt bzw. ausgewertet werden. Die Parameterwerte der dynamischen AGF-Parameter sind variabel und werden fortlaufend während des Betriebes der Anlage A eingestellt. Die momentan verfügbare Gesamtkapazität aller Fahrzeugbatterien 11, die über Ladesäulen 13 derzeit an der Anlage A angeschlossen sind und zur Netzstützung bereitstehen, bildet solch einen dynamischen AGF-Parameter.. Die verfügbare Gesamtkapazität bildet die akkumulierte Kapazität aller Fahrzeugbatterien 11, die an Ladesäulen 13 der Anlage A angeschlossen sind. Dabei kann die Fahrzeugsteuerung 14 die jeweilige Kapazität der Fahrzeugbatterie 11 des betreffenden Elektrofahrzeuges 16 über eine Schnittstelle direkt oder indirekt über die Ladesäule 13 an die Steuerung 2 der Anlage A melden, welche daraufhin die momentan verfügbare Gesamtkapazität aller angeschlossenen Fahrzeugbatterien 11 berechnet. Die Schnittstelle zur Übertagung von AGF-Parametern aus der Fahrzeugsteuerung 14 an die Steuerung 2 der Anlage A und/oder zum bidirektionalen Datenaustausch kann auch eine drahtlose Schnittstelle (WLAN, Bluetooth, NFC) umfassen.
An der Ladesäule 13 gemessene Lade-und Entladeströme von angeschlossenen Fahrzeugbatterien 11 oder von Lade-und Entladeströme von Speicherbatterien 10 sowie eine momentan zur Verfügung stehende elektrische Leistung der PV-Felder 12 der Anlage A bilden vorzugsweise weitere dynamische AGF-Parameter, auf welche die betreffenden AGFs, welche auf dem Prozessor 2 der Steuerung 2 des Wechselrichters 1 ausgeführt werden, in Echtzeit Zugriff haben.
Es besteht entweder eine direkte Kommunikationsverbindung zwischen der Fahrzeugsteuerung 14 und der Steuerung 2 der Anlage A oder eine indirekte Kommunikationsverbindung über die Ladesäule 13. Bei der indirekten Kommunikationsverbindung wird durch einen Controller das von der Fahrzeugsteuerung 14 verwendete Kommunikationsprotokoll in das von der Steuerung 2 der Anlage A intern verwendete Kommunikationsprotokoll übersetzt. Dieser Controller kann in der Ladesäule 13 oder in der Steuerung 2 der Anlage A integriert sein. Durch eine indirekte Kommunikationsverbindung kann eine höhere Flexibilität hinsichtlich verschiedenartiger Fahrzeugsteuerungen 14 unterschiedlicher Elektrofahrzeuge 14 erreicht werden.
Auf den berechneten Parameter-Wert eines dynamischen AGF-Parameters, beispielsweise des dynamischen AGF-Parameters „Fahrzeugbatteriegesamtkapazität“, welcher die momentan verfügbare Gesamtkapazität aller Fahrzeugbatterien 11 innerhalb der Anlage A angibt, haben die AGFs des Wechselrichters 1 der Anlage A Zugriff. Der berechnete Parameter-Wert kann ferner als dynamischer AGF-Parameter in dem Konfigurationsspeicher oder einem sonstigen Datenspeicher der Anlage A eingeschrieben und dort bis zum nächsten Update des betreffenden Parameter-Wertes zwischengespeichert werden. Ein Update dynamischer AGF-Parameter erfolgt entweder zeitlich periodisch in regelmäßigen Zeitabständen oder erfolgt ereignisgesteuert, beispielsweise bei Detektion eines Anschlusses eines Elektrofahrzeuges 16 mit mindestens einer darin enthaltener Fahrzeugbatterie 11 an eine Ladesäule 13 der Anlage A. Verschiedenartige dynamische AGF-Parameter, die sich während des Betriebes der Anlage A über die Zeit dynamisch verändern können, werden bei einer möglichen Ausführungsform gemessen bzw. sensorisch erfasst oder berechnet bzw. aus anderen Parametern abgeleitet. Dabei können auch Schwellwertüberschreitungen oder Schwellwertunterschreitungen dynamischer AGF-Parameter detektiert werden, die beispielsweise die Aktivierung anderer in den Datenspeicher 4 geladener AGF-Funktionen auslösen bzw. triggern.
Jede programmierte Netzstützungsfunktion AGF weist einen oder mehrere AGF-Parameter auf. Diese AGF-Parameter können sowohl statische AGF-Konfigurationsparameter als auch dynamische AGF Parameter aufweisen. Jeder AGF-Parameter hat einen zugehörigen AGF-Parameterwert. Bei statischen AGF-Konfigurationsparametern ist der zugehörige Parameterwert während des Betriebes der Anlage A konstant. Bei dynamischen AGF-Parametern verändert sich deren Parameterwert im Zeitverlauf während des Betriebes der Anlage A. Bei einer möglichen Ausführungsform kann eine in den Datenspeicher 4 geladen AGF durch ein internes Steuersignal der Anlage A (beispielsweise in Reaktion auf eine Nutzereingabe des Anlagenbetreibers der Anlage A)oder durch ein externes Steuersignal (beispielsweise durch den Netzbetreiber des Stromversorgungsnetzes 7) aktiviert oder auch deaktiviert werden. Bei einer möglichen Implementierung hat der Anlagenbetreiber die Möglichkeit eine externe Aktivierung/Deaktivierung von AGFs zu unterbinden bzw. zu blockieren. Alternativ wird jede in den Datenspeicher 4 geladene AGF automatisch aktiviert.
Der Server 6 wird entweder durch einen lokalen Server der Anlage A, der über ein lokales Datennetzwerk 5 mit dem Wechselrichter 1 verbunden ist, oder durch einen entfernten Server, der über das Internet mit dem Wechselrichter 1 der Anlage A verbunden ist, gebildet. Bei dem entfernten Server 6 kann es sich beispielsweise um einen Server des Netzwerkbetreibers des Stromversorgungsnetzes 7 handeln. Das Stromversorgungsnetz 7 ist beispielsweise ein öffentliches Niederspannungs- oder Mittelspannungsnetz.
Die programmierte Netzstützungsfunktion AGF mit ihren zugehörigen AGF-Parametern, insbesondere mit ihren AGF-Konfigurationsparametern, ist bei einer möglichen Ausführungsform editierbar und kann über eine Anzeigeeinheit einer Nutzerschnittstelle der Anlage A oder über eine Anzeigeeinheit einer Nutzerschnittstelle des Servers 6 angezeigt werden.
Der Wechselrichter 1 ist, wie in 1 dargestellt, ausgangsseitig über ein lokales AC-Netz 8 mit einer Messeinheit 9 verbunden, die einen Stromaustausch mit dem Stromversorgungsnetz 7 des Netzbetreibers misst und entsprechende Messdaten über eine Kommunikationsschnittstelle , insbesondere einen lokalen Datenbus 15 in einem entsprechenden Datenübertragungsprotokoll an die Steuerung 2 des Wechselrichters 1 liefert. Das AC-Netz 8 sowie das Stromversorgungsnetz 7 weisen bei einer bevorzugten Ausführungsform drei Stromversorgungsphasen L1, L2, L3 auf. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Messeinheit 9 mit entsprechenden Sensoren ausgerüstet und kann über eine Kommunikationsschnittstelle 15 Daten, beispielsweise in einem Modbus- oder TCP-Datenprotokoll, an die Steuerung 2 übertragen. Die Messeinheit 9 befindet sich vorzugsweise an einem Einspeisepunkt der Anlage A. Die Messdaten umfassen beispielsweise die momentanen Stromwerte 11, 12, 13, die momentanen Spannungswerte U1, U2, U3 der verschiedenen Stromphasen L1, L2, L3 sowie die momentane Netzfrequenz des Stromversorgungsnetzes 7. Bei einer möglichen Ausführungsform ist der bidirektionale Wechselrichter 1 ausgangsseitig, d.h. AC-seitig, über ein (in 1 nicht dargestelltes) Schaltrelais an das lokale AC-Netz 8 der Anlage A und/oder an das öffentliche Stromversorgungsnetz 7 schaltbar. An dem lokalen AC-Netz 8 können ferner verschiedene lokale AC-Lasten 17 angeschlossen sein, wie in 1 schematisch dargestellt. Beispielsweise handelt es sich dabei um Haushaltsgeräte, beispielsweise Waschmaschinen, Spülmaschinen, Beleuchtungseinrichtungen und dergleichen. Weiterhin kann es sich bei den lokalen AC-Lasten 17 auch um Maschinen einer Produktionshalle handeln. Die Messeinheit 9 der Anlage A liefert Messdaten hinsichtlich eines momentanen Betriebszustandes des Stromversorgungsnetzes 7 über den lokalen Datenbus 15 an die Steuerung 2 des Wechselrichters 1. Alternativ können die Messdaten auch über das lokale AC-Netzwerk 8 per Powerline Communication PLC an die Steuerung 2 übertragen werden. Die Übertragung der Messdaten erfolgt vorzugsweise kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen. An dem lokalen AC-Netz 8 können bei einer möglichen Ausführungsform weitere Wechselrichter, insbesondere bidirektionale Wechselrichter 1, der lokalen Anlage angeschlossen sein.
Die Steuerung 2 des Wechselrichters 1 ist vorzugsweise in dem Gehäuse des bidirektionalen Wechselrichters 1 integriert. Alternativ kann die Steuerung 2 auch außerhalb des Gehäuses des Wechselrichters 1, beispielsweise in einer Anlagensteuerung der jeweiligen Anlage, vorgesehen sein. Die Steuerung 2 des Wechselrichters 1 schaltet den zugehörigen Wechselrichter 1 bei einer möglichen Ausführungsform in Abhängigkeit von Daten oder Steuerbefehlen, welche die Steuerung 2 über drahtlose oder drahtgebundene Schnittstellen empfängt, zwischen den beiden Betriebsmodi automatisch um.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wechselrichter 1 DC-seitig mit einer oder mehreren Speicherbatterien 10 verbunden. Ferner kann der Wechselrichter 1 DC-seitig insbesondere mit lokalen Ladesäulen 13 zum Anschluss von Fahrzeugbatterien 11 verbunden sein. Diese Fahrzeugbatterien 11 befinden sich in entsprechenden Elektrofahrzeugen 16, wie in 1 schematisch dargestellt. Weiterhin kann der Wechselrichter 1 DC-seitig mit einem Photovoltaikfeld 12 als Gleichspannungsquelle verbunden sein, wie ebenfalls in 1 schematisch dargestellt. Das Elektrofahrzeug 16 verfügt über eine eigene Fahrzeugsteuerung 14, die direkt oder indirekt über die Ladesäule 13 Fahrzeugdaten an die Steuerung 2 des bidirektionalen Wechselrichters 1 liefert. Diese Fahrzeugdaten bilden dynamische AGF-Parameter und umfassen beispielsweise den momentanen Speicherzustand der Fahrzeugbatterie 11 des Elektrofahrzeuges 16. Die Fahrzeugdaten können auch einen Fahrplan des Elektrofahrzeuges 16 beinhalten. Bei einer möglichen Ausführungsform kann die Steuerung 14 des Elektrofahrzeuges 16 auch über eine drahtlose Schnittstelle Fahrzeugdaten an die Steuerung 2 des Wechselrichters 1 liefern, ohne dass das Fahrzeug 16 an die Ladesäule 13 angeschlossen ist. Die Übertragung der Fahrzeugdaten kann beispielsweise über ein Mobilfunknetz erfolgen, wobei ein vorgegebenes Datenübertragungsprotokoll verwendet wird, beispielsweise Modbus, TCP oder Modbus RTU. Sobald das Elektrofahrzeug 16 an der Ladesäule 13 angeschlossen ist, kann die Aufladung der Fahrzeugbatterie 11 mithilfe der Umwandlungsschaltung 3 erfolgen, die in dem zweiten Betriebsmodus eine erhaltene Wechselspannung U_AC in eine Gleichspannung U_DC umwandelt, die zum Aufladen der Fahrzeugbatterie 11 herangezogen wird. Die Wechselspannung UAC erhält die AC/DC Leistungselektronik der Umwandlungsschaltung 3 über das lokale AC-Netz 8 von dem Stromversorgungsnetz 7 über das geschlossene Zuschaltrelais. Steht keine AC-Wechselspannung UAC zur Verfügung, beispielsweise aufgrund eines Ausfalles des Stromversorgungsnetzes 7, kann die Steuerung 2 zum Aufladen der Fahrzeugbatterie 11 auch eine DC-Gleichspannung U_DC, welche beispielsweise aus Speicherbatterien 10 und/oder Photovoltaikfeldern 12 bezogen wird, an die Ladesäule 13 schalten. Weiterhin können auch Energiespeicher herangezogen werden, die sich auf der AC-Seite des Wechselrichters 1 befinden. Beispielsweise kann mithilfe einer Pumpe Wasser in einen Wasserturm gepumpt werden, solange die AC-Leistung durch das Stromversorgungsnetz 7 zur Verfügung steht. Bei Ausfall des Stromversorgungsnetzes 7 kann die potentielle Energie des in dem Wasserreservoir hineingepumpten Wassers zurück in eine AC-Wechselspannung UAC verwandelt werden, insbesondere mithilfe eines AC-seitig vorhandenen Stromgenerators. Die Umwandlungsschaltung 3 des Wechselrichters 1 wandelt die generierte AC-Wechselspannung dann in eine Gleichspannung UDC um und verwendet diese zum Aufladen der Fahrzeugbatterie 11 des Elektrofahrzeuges 16 über die Ladesäule 13. Auf diese Weise kann die Fahrzeugbatterie 11 auch zuverlässig aufgeladen werden, wenn das Stromversorgungsnetz 7 nicht als Energiequelle zur Verfügung steht.
Umgekehrt können die Fahrzeugbatterien 11 der angeschlossenen Elektrofahrzeuge 16 und/oder die Photovoltaikfelder 12 der Anlage A zur aktiven Netzstützung des Stromversorgungsnetzes 7 herangezogen werden. Beispielsweise kann bei Absinken der momentan gemessenen Netzfrequenz f des Stromversorgungsnetzes 7 elektrische Leistung in das Stromversorgungsnetz 7 mithilfe des bidirektionalen Wechselrichters 1 eingespeist werden, um das Netz 7 zu stützen. Bei einer zu hohen Netzfrequenz f kann der bidirektionale Wechselrichter 1 elektrische Leistung aus dem Stromversorgungsnetz 7 entnehmen und in eine Gleichspannung UDC umwandeln, welche zum Aufladen einer oder mehrerer Fahrzeugbatterien 11 oder Speicherbatterien 10 verwendet wird. Je größer die Anzahl der verfügbaren Fahrzeugbatterien 11 bzw. Photovoltaikfelder 12 und je größer die Kapazität der jeweiligen Fahrzeugbatterien 11 bzw. Photovoltaikfelder 12 ist, desto größer ist das Ausmaß einer möglichen aktiven Netzstützung durch den bidirektionale Wechselrichter 1.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuerung 2 des bidirektionalen Wechselrichters 1 über das Datennetzwerk 5, beispielsweise das Internet, mit einem oder mehreren Servern 6 verbunden. Bei dem Server 6 handelt es sich beispielsweise um einen Server des Stromversorgungsnetzwerkbetreibers. Dieser Server 6 kann zur Bereitstellung von Netzvorgaben oder Kennlinien des Netzbetreibers des Stromversorgungsnetzwerkes 7 dienen. Ein weiterer Server 6 kann beispielsweise Wetterdaten als dynamische AGF-Parameter über das Datennetzwerk 5 der Steuerung 2 des Wechselrichters 1 zur Verfügung stellen. Weitere Server können beispielsweise Fahrzeugdaten von Elektrofahrzeugen 16 einer Fahrzeugflotte an die Steuerung 2 des Wechselrichters 1 übermitteln. Die auf diese Weise erhaltenen Daten bzw. AGF-Parameterwerte umfassen beispielsweise Netzvorgaben des Stromversorgungsnetzwerkbetreibers für gewisse Zeiträume, Update-Kennlinien für die Netzstützung bzw. den Grid Support, ein Update hinsichtlich der aktiven Netzstützungsfunktionen AGF und/oder der zur Verfügung gestellten Netzstützungsinfrastruktur, angebotene oder geforderte Regelenergiemengen sowie Energievorhaltenachweise. Die in 1 dargestellte Anlage A erlaubt eine Unterstützung des Netzes 7 durch den Verbund mehrerer Fahrzeuge 16, die Fahrzeugbatterien 11 beinhalten.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage A zur dezentralen Netzstützung eines Stromversorgungsnetzes 7 mit mehreren Wechselrichtern 1. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Anlage A zwei Wechselrichter 1-1, 1-2, die über einen lokalen Datenbus 15 (als gestrichelte Linie in 2 dargestellt)und/oder über das lokale AC-Netz 8, beispielsweise per Powerline Communication, miteinander kommunizieren. Jeder der bidirektionalen Wechselrichter 1-1, 1-2 kann über Ladesäulen 13 mit einer oder mehreren Fahrzeugbatterien 11 als mobile Energiespeicher verbunden sein und mit ihnen Energie austauschen. Die Wechselrichter 1 sind DC-seitig mit einer oder mehreren Batterien oder sonstigen Gleichspannungsquellen verbunden und ausgangsseitig beispielsweise über ein Schaltrelais an das Stromversorgungsnetz 7 schaltbar. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet einer der Wechselrichter einen Master-Wechselrichter, welcher geeignet ist, den eigenen Betrieb und den Betrieb der übrigen bidirektionalen Slave-Wechselrichter der Anlage zur Netzstützung des Stromversorgungsnetzes 7 miteinander zu koordinieren. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bildet beispielsweise der erste Wechselrichter 1-1 einen Master-Wechselrichter der Anlage, der mit dem zweiten Wechselrichter 1-2 als Slave-Wechselrichter kommuniziert. Der Master-Wechselrichter 1-1 der Anlage A weist eine oder mehrere Schnittstellen zum Empfang von Daten auf. Diese Daten umfassen insbesondere Messdaten, die die Messeinheit 9 der Anlage A über den lokalen Datenbus 15 an die Steuerung 2 des Master-Wechselrichters 1-1 überträgt. Weiterhin kann der Master-Wechselrichter 1-1 Daten von Fahrzeugsteuerungen 14 von Elektrofahrzeugen 16 erhalten, die über Ladesäulen 13 des Master-Wechselrichters 1-1 verbunden sind. Weiterhin kann der Master-Wechselrichter 1-1 über einen lokalen Datenbus 15 oder über das lokale AC-Netzwerk 8 Daten von Steuerungen 2 verschiedener Slave-Wechselrichter 1-2, beispielsweise des in 2 dargestellten Slave-Wechselrichters 1-2, erhalten. In Abhängigkeit von den empfangenen Daten koordiniert die Steuerung 2 des Master-Wechselrichters 1-1 den Betrieb des Master-Wechselrichters 1-1 sowie den Betrieb der übrigen Slave-Wechselrichter 1-2 der Anlage A zur Netzstützung des Stromversorgungsnetzes 7. Dazu zieht die Steuerung 2 des Master-Wechselrichters 1-1 mindestens eine Netzstützungsfunktion AGF heran, die in dem lokalen Datenspeicher 4 des Master-Wechselrichters 1-1 gespeichert ist. Bei einem Leistungsabfall in dem angeschlossenen Stromversorgungsnetz 7 kann beispielsweise die Steuerung 2 des Master-Wechselrichters 1-1 Steuerbefehle an die übrigen Steuerungen 2 der Slave-Wechselrichter 1-2 übertragen und diese dazu veranlassen, alle ihnen zur Verfügung stehenden DC-Gleichspannungsquellen heranzuziehen, um Wechselspannung U_AC zu erzeugen, welche über das lokale AC-Netz 8 in das öffentliche Stromversorgungsnetz 7 eingespeist wird, um das Netz 7 zu stützen. An dem Master-Wechselrichter 1-1 sowie an den verschiedenen Slave-Wechselrichtern 1-2 können jeweils mehrere Ladesäulen 13 vorgesehen sein, an die jeweils mindestens ein Elektrofahrzeug 16 mit einer darin integrierten Fahrzeugbatterie 11 angeschlossen ist. Die Anlage A, wie sie in 2 beispielhaft dargestellt ist, kann somit eine Vielzahl von Fahrzeugbatterien 11 zur aktiven Netzstützung verwenden. Die Elektrofahrzeuge 16 können zu einer Flotte von Elektrofahrzeugen eines Fahrzeugbetreibers gehören, der über einen eigenen Server 6 verfügt, um Fahrzeugdaten der Elektrofahrzeuge 16 der Fahrzeugflotte zu liefern. Bei den Elektrofahrzeugen 16 kann es sich beispielsweise um PKW, LKW oder Busse für den Personentransport handeln. Weiterhin umfassen die Elektrofahrzeuge 16 Elektrozüge oder Fahrzeuge, die in der Landwirtschaft oder Logistik benutzt werden. Auch Hybridfahrzeuge mit Fahrzeugbatterien können zur Netzstützung herangezogen werden. Die Anzahl der Slave-Wechselrichter 1-2 innerhalb der Anlage kann je nach Anwendungsfall und Umgebung variieren. Bei einer möglichen Ausführungsform weisen die verschiedenen Wechselrichter 1 gemäß der Erfindung jeweils eine Nutzerschnittstelle zur Eingabe von Parametern auf. Beispielsweise kann ein Nutzer, insbesondere der Fahrer eines Elektrofahrzeuges 16, eingeben, ob die Fahrzeugbatterie 11 seines Fahrzeuges 16 zur Netzstützung des Stromversorgungsnetzes 7 für die Anlage A verwendet werden darf oder nicht. Auf diese Weise kann der Nutzer des Elektrofahrzeuges 16 die Fahrzeugbatterie 11 seines Elektrofahrzeuges 16 zur Netzstützung freigeben. Im Gegenzug kann er bei einer möglichen Ausführungsform die Energie zum Aufladen seiner Fahrzeugbatterie 11 zu einem günstigeren Tarif erhalten, insbesondere bei einem hierfür günstigen stabilen Betriebszustand des Stromversorgungsnetzes 7. Bei einer möglichen Ausführungsform kann die Steuerung 14 des Elektrofahrzeuges 16 weitere Daten hinsichtlich der Fahrzeugbatterie 11 liefern, beispielsweise die maximal verfügbare Kapazität der betreffenden Fahrzeugbatterie 11. Bei einer möglichen Ausführungsform kann ein Nutzer auch eine prozentuale Angabe machen, inwieweit die Fahrzeugbatterie 11 zur Netzstützung seitens der Anlage A herangezogen werden darf. Beispielsweise kann ein Nutzer angeben, dass nur 50 % der zur Verfügung stehenden Kapazität seiner Fahrzeugbatterie 11 zur Netzstützung herangezogen werden darf und die übrigen 50 % möglichst in einem geladenen Zustand vorgehalten werden. Die Anlage A gemäß der Erfindung kann über verschiedenartige Gleichstromquellen verfügen. Diese Gleichstromquellen umfassen Photovoltaikfelder 12 sowie Speicherbatterien 10. Weiterhin können die Gleichspannungsquellen auch Brennstoffzellen oder dergleichen umfassen. Durch die Verbindung zwischen Elektromobilität und netzstützender Eigenschaften können aufwendige Netzausbauten zur Netzstützung vermieden werden. Bei einer möglichen Ausführungsform erhält der bidirektionale Wechselrichter 1, insbesondere der in 2 dargestellte Master-Wechselrichter 1-1, eine oder mehrere aktive Netzstützungsfunktionen AGF insbesondere von einem Server 6 des Stromversorgungsnetzwerkbetreibers. Die verschiedenen aktiven Netzstützungsfunktionen AGFs , welche vorzugsweise in dem Datenspeicher 4 gespeichert sind, können bei einer möglichen Ausführungsform getriggert durch vorgegebene Ereignisse automatisch durch einen Prozessor der Steuerung 2 in Echtzeit ausgeführt werden. Die Netzfrequenz f des Stromversorgungsnetzes 7 bildet einen dynamischen AGF-Parameter, der sich im Zeitverlauf schnell ändern kann. Beispielsweise werden bei einem Abfall der Netzfrequenz f unter einen ersten Schwellenwert f1 eine erste aktive Netzstützungsfunktion AGF1 ausgelöst und ausgeführt, während bei einem Absinken der Netzfrequenz unter einen weiteren Schwellenwert f2 eine zweite aktive Netzstützungsfunktion AGF2 getriggert wird, die beispielsweise weitergehende Maßnahmen zur Netzstützung umfasst. Beträgt beispielsweise die Soll-Netzfrequenz des Stromversorgungsnetzes 7 50 Hz, wird beispielsweise bei einem Absinken der gemessenen Netzfrequenz f auf einen ersten darunterliegenden Frequenzwert f1 von 49,99 Hz eine erste aktive Netzstützungsfunktion AGF1 ausgelöst und bei einem weiteren Absinken der gemessenen Netzfrequenz f auf eine Frequenz f2 von 49,98 Hz eine zweite aktive Netzstützungsfunktion AGF2 getriggert, welche die bisherige aktive Netzstützungsfunktion AGF1 ersetzt. Beispielsweise wird in der ersten aktiven Netzstützungsfunktion AGF1 die Gleichspannung U_DC, welche durch die Photovoltaikfelder 12 der Anlage A generiert wird, zur Netzstützung herangezogen, während in der zweiten aktiven Netzstützungsfunktion AGF2 das Laden der Fahrzeugbatterien 11 unterbrochen wird und die in den verschiedenen Fahrzeugbatterien 11 vorhandene Energie ebenfalls zur Netzstützung des Stromversorgungsnetzes 7 herangezogen wird. Die verschiedenen aktiven Netzstützungsfunktionen AGF werden vorzugsweise durch den Betreiber des Stromversorgungsnetzes 7 definiert und an die Master-Wechselrichter 1-1 der verschiedenen Anlagen verteilt. Bei einer möglichen Ausführungsform wird auch die Konfiguration und/oder Kapazität der jeweiligen Anlage A bei einer intelligenten aktiven Netzstützungsfunktion AGF mitberücksichtigt. Die Speicherkapazität der jeweiligen Anlage A, insbesondere die Speicherkapazität der Fahrzeugbatterien 11, variieren über den Verlauf des Tages. Bei Sonneneinstrahlung während des Tages liefern die Photovoltaikfelder 12 elektrischen Gleichstrom, der in AC-Wechselspannung UAC zur Netzstützung umgewandelt werden kann. Befindet sich die Ladesäule 13 beispielsweise in der Garage eines Privathaushaltes, ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug 16 während des Tages an der Ladesäule 13 angeschlossen ist, relativ gering, da davon ausgegangen werden kann, dass der Nutzer bzw. Fahrer des Fahrzeuges 16 sich nicht zuhause, sondern an seiner Arbeitsstätte befindet. Bei einer möglichen Ausführungsform liefert die Fahrzeugsteuerung 14 eines Fahrzeuges 16 einer Privatperson oder eines Fahrzeugflottenbetreibers auch regelmäßig GPS-Positionsdaten des Fahrzeuges 16 an die zugehörige Steuerung 2 der Anlage A der jeweiligen Person sobald das Fahrzeug 16 an die Ladesäule 13 angeschlossen wird, um einen Abgleich zu ermöglichen, ob die Fahrzeugbatterie 11 des betreffenden Fahrzeuges 16 sich momentan an oder in der Nähe der Position der Ladesäule 13 befindet und somit zur Netzstützung zur Verfügung steht
Bei einer möglichen Ausführungsform wird das Ladeverhalten des Elektrofahrzeuges 16 anhand historischer Daten bestimmt, sodass eine Vorhersage hinsichtlich der Verfügbarkeit der Kapazität der Fahrzeugbatterie 11 durch die Steuerung 2 des jeweiligen Wechselrichters 1 gemacht werden kann. Bei einer möglichen Ausführungsform kann der Fahrer bzw. Nutzer des Elektrofahrzeuges 16 über eine Nutzerschnittstelle der Fahrzeugsteuerung 14, über eine Nutzerschnittstelle der Ladesäule 13 oder über eine Nutzerschnittstelle des Wechselrichters 1 Angaben hinsichtlich des Zeitraumes machen, in dem die Kapazität der Fahrzeugbatterie 11 seines Elektrofahrzeuges 16 zur Netzstützung von ihm bereitgestellt wird. Die zur Verfügung gestellten Kapazitäten der verschiedenen Fahrzeugbatterien 11 kann durch die Steuerung 2 des Master-Wechselrichters 1-1 akkumuliert bzw. summiert werden, sodass eine momentane verfügbare Gesamtkapazität, welche zur Netzstützung bereitsteht, berechnet wird. Bei einer möglichen Ausführungsvariante kann die Steuerung 2 des Master-Wechselrichters 1-1 die momentan zur Verfügung gestellte Gesamtkapazität der Anlage A zur Netzstützung über das Datennetzwerk 5 an den Server 6 des Stromversorgungsnetzwerkbetreibers melden. Der Server 6 des Stromversorgungsnetzwerkbetreibers erhält somit die momentane verfügbare Netzstützungskapazität verschiedener Anlagen A in nahezu Echtzeit und kann verschiedene Anlagen A bei Bedarf zur Netzstützung aktivieren. Beispielsweise erfolgt eine Netzstützung bei schlechtem Wetter und wenig Sonneneinstrahlung und/oder nachts vorzugsweise unter Verwendung der verfügbaren Batterien, insbesondere der durch Nutzer freigegeben Fahrzeugbatterien 11 von angeschlossenen Elektrofahrzeugen 16. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel kommuniziert der Server 6 des Stromversorgungsnetzwerkbetreibers über ein Datennetzwerk 5 mit der Steuerung 2 des Master-Wechselrichters 1-1 der Anlage A. Alternativ kann auch eine Kommunikation über Powerline Communication über das Stromversorgungsnetz 7 und das lokale AC-Netzwerk 8 erfolgen.

Claims

Bidirektionaler Wechselrichter (1), bei dem durch eine darin integrierte oder daran angeschlossene Steuerung (2) Betriebsmodi aktivierbar sind, wobei der bidirektionale Wechselrichter (1) in einem ersten Betriebsmodus eine Gleichspannung (U_DC), welche von mindestens einer an den Wechselrichter (1) angeschlossenen Batterie (10, 11) oder von einer sonstigen Gleichspannungsquelle bereitgestellt wird, in eine Wechselspannung (U_AC) umwandelt, welche in ein Stromversorgungsnetz (7) einspeisbar ist, und wobei der bidirektionale Wechselrichter (1) in einem zweiten Betriebsmodus eine Wechselspannung (U_AC), welche von dem Stromversorgungsnetz (7) bereitgestellt wird, in eine Gleichspannung (U_DC) umwandelt, die zum Aufladen der mindestens einen Batterie (10, 11) verwendet wird, wobei die Steuerung (2) einen Prozessor aufweist, der eine oder mehrere aktive Netzstützungsfunktionen (AGF) in Abhängigkeit von erhaltenen Parameterwerten von AGF-Parametern der jeweiligen aktiven Netzstützungsfunktion (AGF) ausführt.
Bidirektionaler Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Netzstützungsfunktionen (AGFs) in einem Datenspeicher (4) des Wechselrichters (1) gespeichert sind.
Bidirektionaler Wechselrichter nach Anspruch 2, wobei die Netzstützungsfunktionen (AGFs) über ein Datennetzwerk (5) von einer Datenbank eines Servers (6) des Netzwerkbetreibers des Stromversorgungsnetzes (7) oder eines lokalen Servers(6) einer Anlage(A) in den Datenspeicher (4) der Steuerung (2) des Wechselrichters (1) geladen werden.
Bidirektionaler Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wechselrichter (1) AC-seitig über ein lokales AC-Netz (8) mit einer Messeinheit (9) verbunden ist, die einen Stromaustausch mit dem Stromversorgungsnetz (7) misst.
Bidirektionaler Wechselrichter nach Anspruch 4, wobei an dem lokalen AC-Netz (8) weitere bidirektionale Wechselrichter (1) angeschlossen sind.
Bidirektionaler Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (2) einen oder beide Betriebsmodi des Wechselrichters(1) in Abhängigkeit von Daten und/oder Steuerbefehlen, welche die Steuerung (2) über drahtlose oder drahtgebundene Schnittstellen empfängt, automatisch aktiviert oder deaktiviert..
Bidirektionaler Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Wechselrichter (1) DC-seitig mit einer oder mehreren Speicherbatterien (10) und/oder mit lokalen Ladesäulen (13) zum Anschluss von Fahrzeugbatterien (11) verbunden ist, und/oder wobei der Wechselrichter (1) DC-seitig mit einem Photovoltaikfeld (12) als Gleichspannungsquelle verbunden ist.
Bidirektionaler Wechselrichter nach Anspruch 4, wobei die Messeinheit (9) Messdaten hinsichtlich eines momentanen Betriebszustandes des Stromversorgungsnetzes (7) über einen lokalen Datenbus (15) oder über das lokale AC-Netz (8) kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen an die Steuerung (2) des Wechselrichters (1) überträgt.
Bidirektionaler Wechselrichter nach Anspruch 8, wobei die Messdaten eine Netzfrequenz des Stromversorgungsnetzes (7) aufweisen.
Bidirektionaler Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 9, wobei die Steuerung (2) des Wechselrichters (1) über eine Datenschnittstelle mit dem Datennetzwerk (5) verbunden ist und darüber Daten von mindestens einem entfernten Server (6) erhält, wobei der über das Datennetzwerk (5) angeschlossene Server (6) einen Server zur Bereitstellung von Netzvorgaben oder Kennlinien des Netzbetreibers des Stromversorgungsnetzwerkes (7), einen Server zur Bereitstellung von Wetterdaten und/oder einen Server zur Bereitstellung von Fahrzeugdaten von Elektrofahrzeugen aufweist.
Bidirektionaler Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuerung (2) des Wechselrichters (1) über eine Datenschnittstelle Fahrzeugdaten von einer Fahrzeugsteuerung (14) eines Elektrofahrzeuges (16) erhält, dessen Fahrzeugbatterie (11) über eine Ladesäule (13) aufladbar ist, die mit dem Wechselrichter (1) verbunden ist.
Anlage (A) zur dezentralen Netzstützung eines Stromversorgungsnetzes (7) mit mindestens einem bidirektionalen Wechselrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, der DC-seitig mit einer oder mehreren Batterien (10, 11) oder sonstigen Gleichspannungsquellen (12) der Anlage (A) verbunden ist und der AC-seitig mit dem Stromversorgungsnetz (7) verbunden ist.
Anlage nach Anspruch 12, wobei die Anlage (A) mehrere bidirektionale Wechselrichter (1) aufweist, die über einen lokalen Datenbus (15) und/oder über das lokale AC-Netz (8) miteinander kommunizieren, wobei der Wechselrichter (1) einen Master-Wechselrichter bildet, welcher geeignet ist, den Betrieb der übrigen bidirektionalen Slave-Wechselrichter der Anlage (A) zur Netzstützung des Stromversorgungsnetzes (7) zu koordinieren.
Anlage nach Anspruch 13, wobei der bidirektionale Master-Wechselrichter der Anlage (A) eine oder mehrere Schnittstellen zum Empfang von Daten von einer Messeinheit (9), von Fahrzeugsteuerungen (14) und/oder von externen Servern (6) aufweist, und in Abhängigkeit von den empfangenen Daten den Betrieb der übrigen Slave-Wechselrichter der Anlage (A) zur Netzstützung des Stromversorgungsnetzes (7) koordiniert.
Stromversorgungsnetz, an dem mehrere Anlagen(A) zur dezentralen Netzstützung nach einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 14 angeschlossen sind, wobei von einem Server (6) des Netzbetreibers des Stromversorgungsnetzes (7) aktive Netzstützungsfunktionen (AGF) zur Netzstützung des Stromversorgungsnetzes (7) in Datenspeichern (4) von lokalen Steuerungen (2) von Wechselrichtern (1) der Anlagen herunterladbar sind.