WO2020058172A1 - Steuer/regel-system für ein stromnetz sowie steuer/regelmodul für ein steuer/regel-system für ein stromnetz - Google Patents

Steuer/regel-system für ein stromnetz sowie steuer/regelmodul für ein steuer/regel-system für ein stromnetz Download PDF

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Bernd Zeilmann
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Definitions

  • the invention relates to a control system for a power network.
  • the invention further relates to a control module for a control system for a power network.
  • EP 1 683 681 B1 describes a system and a method for regulating power in a motor vehicle electrical system.
  • the use of a fuel cell as a DC voltage supplier in a power grid is known from DE 10 2013 220 300 Al and from DE 10 2013 209 396 Al.
  • CN 107785931 A describes a power network management system.
  • US 2013/0286521 A describes systems and methods for detecting and dealing with errors in a DC bus system.
  • the professional article by F. Zhang et el., 2015 IEEE First International Conference on DC microgrids (ICDCM), pp. 355 to 358, July 2018 describes the advantages and challenges of a DC microgrid (microgrid) for commercial buildings.
  • ICDCM First International Conference on DC microgrids
  • US 2011/0291479 A1 describes a Energy storage system and a method for controlling it.
  • US 2018/0197254 A1 describes an autonomous (stand-alone) energy supply system.
  • US 2017/0288413 A1 describes a control system for maintaining preferred battery levels in a microgrid.
  • US 2014/0139188 A1 describes a device for controlling charging / discharging processes.
  • US 2011/0148360 A1 describes an energy storage system and a control method therefor.
  • US 2011/0125336 A1 describes a system monitoring controller for use in a telecommunications location that is supplied with renewable energy.
  • a control system for a power grid is known from the
  • a modular structure of the system in which AC voltage components, DC voltage components and energy storage components are accommodated in different module levels, enables a system structure that can be flexibly adapted to changing system conditions.
  • the system can be easily equipped with a new AC voltage module, the charging power supply and inverter of which are adapted to a correspondingly changed supply node of an AC voltage network.
  • Corresponding changes are also possible within the DC voltage module, for example to another one DC voltage supplier can be adjusted.
  • the charging power supply unit can be designed such that the in particular public AC voltage network cannot be charged via the DC voltage module. Such a design of the charging power supply simplifies the regulatory effort when installing the system.
  • the DC voltage supplier can be a soldering system and / or, for example, a fuel cell, wind turbine, or turbine.
  • the DC network control device can have a plurality of DC ports, which can be interconnected in parallel if required.
  • the DC consumers can be lighting with DC light sources, for example LEDs and / or a computer and / or charging stations for electric or hybrid vehicles.
  • the control module operates a network and load management of the DC network.
  • the control module on the one hand and the direct current network control device on the other hand can be in a master / slave relationship.
  • At least one network isolation device increases operational reliability of the system.
  • the network isolation device can serve to protect people and / or systems.
  • a data interface according to claim 3 improves the network and load management of the control module via access to, for example, weather forecast data.
  • the supply or demand-relevant information can also be fleet information in relation to electric or hybrid vehicles as consumers or electricity price information for rechargeable alternating current.
  • At least one local weather station leads to corresponding advantages and can offer additional security by being independent of external data.
  • a gateway according to claim 5 enables current tariff information that can be used as a basis for the control algorithm of the control module. In this way, if the price of electricity is higher, a level of the energy store below which recharging takes place from the AC network can be reduced.
  • the DC network control device can be integrated in the control module.
  • a photovoltaic system and / or, for example, also a fuel cell can be used as the DC voltage supplier.
  • the control module can also be used in a control system that is not built up in modules. Different conditional operating energy storage levels according to claim 7 with a corresponding prioritization of the consumers that are connected to the system enable a particularly flexible utilization of the energy storage.
  • An energy consumption maximization energy storage level enables, in situations in which a large amount of energy can be provided cheaply from the network or by generating one's own energy, a predictive operation of all connected consumers, which can be designed in such a way that for this purpose later periods with lower supply capacity can be built up via the energy storage and the consumers' energy reserves in batteries and other sectors. For example, external consumer batteries can then be charged or cooling units can be cooled down to a normal temperature.
  • a maintenance of connection states according to claim 9 and a disconnection of connection states according to claim 10 can take place with a hysteresis depending on the energy storage levels, so that an undesirable fluctuation of the operating states in the event that the charging capacity of the energy storage device is just around one of the levels - fluctuates, is avoided.
  • the advantages of a consumption control component according to claim 11 correspond to those which have already been explained above with reference to the control module.
  • a dynamic data or parameter calculation that is synchronous with the time of day enables the control system to be equipped with the control module to be highly flexible, so that, in particular, cost-optimized power consumption on the one hand and energy distribution on the other hand can take place.
  • a time-synchronous evaluation and calculation according to claim 13 enables a situation-adjusted readjustment of a state of charge of the energy store.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a modular control / regulating system for a power network, including a control / regulating module;
  • FIG. 2 shows an energy store of an energy storage module of the control system that has a plurality of battery cells according to FIG. 1, various energy storage levels which trigger control activities of the control module being shown in a scaled manner;
  • 3 shows a connection diagram of an electronic component of the control module, the component being designed as a consumer component;
  • modules of a further embodiment of a modular open-loop / closed-loop control system including a power supply module and a low-voltage distribution module;
  • a modular control / regulation system 1 for a power network is divided into several module levels and comprises an AC voltage module 2, a DC voltage module 3, an energy storage module 4, a control / regulation module 5 and a network module 6.
  • the modules 2 to 6 can be used in different ways - Be housed in separate components, for example in different control cabinets. A separation between the modules 2 to 6 is indicated in FIG. 1 by dashed lines.
  • the AC voltage module contains a charging power supply unit 7, via which current from a public AC voltage network 10 can be loaded in a rectified manner into a DC voltage network 11 of the DC voltage module 3 on demand from a control unit 8 of the control module 5 (compare signal connection 9) .
  • the charging power supply 7 can be electrically isolated from the public network 10.
  • the charging power supply 7 is over a smart meter 12 with a feed node 13 of the AC voltage network 10 in a line connection. A price of the alternating current that can be recharged via the charging power supply unit can be called up via the smart meter 12.
  • the smart meter 12 is connected to the control / regulating unit 8 of the control / regulating module 5 via a gateway 14 and a signal connection 15.
  • the AC voltage module 2 also has an inverter 16, via which, on demand from the control module 5 (see signal connection 17), DC current from the DC voltage network 11 of the DC voltage module 3 is converted into AC current for AC consumers 18, 19, 20, 21 .
  • the inverter 16 thus connects the DC voltage network 11 to an AC voltage supply network 22 of the AC voltage module 2 for the AC consumers 18 to 21.
  • the AC voltage supply network 22 of the AC voltage module 2 has a network insulation device 23 for the protection of persons and equipment of the network components connected to the AC voltage supply network 22, that is to say the AC consumers 18 to 21.
  • the network insulation device 23 contains a leakage current monitoring unit 24 and a disconnector 25.
  • the AC consumer 18 can be a network component, a data processing device, for example a computer, a control unit, a server and / or a telephone system.
  • the AC consumer 19 can be consumers which are connected to the AC power supply network 22 via household sockets.
  • the AC consumer 20 can be an AC lighting act plant.
  • the AC consumer 21 can be a charging point or charging station for an electric vehicle.
  • the AC consumer 18 can be designed for a maximum power consumption of 0.1 kW.
  • the AC consumer 19 can be designed for a maximum power consumption of 0.9 kW.
  • the AC consumer 20 can be designed for a maximum power consumption of 3.2 kW.
  • the AC consumer 21 can be designed for a maximum power consumption of 3.7 kW.
  • the power consumption indicators for the AC consumers 18 to 21 can range between 0.05 kW and 500 kW.
  • the AC consumers 18 to 21 each have a switch 26, via which they can be connected to the AC voltage supply network 22 or can be separated therefrom. These switches 26 can be actuated by the control / regulating unit 8 of the control / regulating module 5 via the signal connection 17.
  • a DC voltage supplier 27 This can be a photovoltaic system.
  • a fuel cell is also possible as a DC voltage supply 27.
  • Via direct current lines 28, 29, the direct voltage supplier 27 is connected to a direct current network control device 30 of the direct voltage module 3.
  • the direct current lines 28, 29 lead to two input ports 31, 32 of the direct current network control device 30.
  • the direct current network control device 30 is in turn connected to the direct voltage network 11.
  • the DC voltage module 3 also includes DC voltage power supplies 33, 34, via which the control module 5 (signal bindings 35, 36) a higher DC mains voltage of the DC voltage network 11 is converted into a lower DC supply voltage for DC consumers 37, 38.
  • the DC voltage network 11 can be operated with a DC voltage of 400 volts.
  • the lower DC supply voltage can be 48 V.
  • the DC consumer 37 can be a network component, a data processing device, for example a computer, a control unit, a server and / or a telephone system.
  • the DC consumer 38 can be DC workshop lighting.
  • the DC consumer 37 can be designed for a power draw of 0.35 kW.
  • the DC consumer 38 can be designed for a power draw of 2 kW.
  • Performance indicators of the DC consumers 37, 38 can in turn lie in a range between 0.05 kW and 50 kW, with a DC consumer also being designed for a higher power consumption.
  • Consumers can also use e.g. DC / DC chargers for e-mobility can be connected to the DC voltage network 11 directly or via the DC network control device 30.
  • a disconnector 39, 40 of a network insulation device 41 for the DC voltage network 11 is arranged on the one hand directly after the charging power supply 7 and on the other hand directly before the connection of the DC network control device 30.
  • the network Insulation device 41 in turn has a current / leakage current monitoring unit 42, by means of which faults in the DC voltage network 11 can be detected and which ensures people and system protection.
  • the energy storage module 4 of the control system 1 contains an energy store 43 with a plurality of battery cells 44.
  • the battery can have a capacity which is greater than 15 kWh and which can be up to 1 MWh or even greater.
  • a maximum line extraction can take place via the energy store 43, which can be greater than 15 kW and which can be, for example, in the range of 20 kW or also of 50 kW.
  • the energy store 43 can be a combination of a plurality of stationary and / or mobile energy stores. Such a plurality of energy stores can be arranged centrally at one location or else distributed over several locations.
  • the DC voltage supplier 27 can have a peak power of more than 5 kW, for example a peak power in the range of 8 or 9 kW, 10 kW or even a higher peak power up to 500 kW or more have higher.
  • the energy store 43 is connected via a direct current line 44a to three parallel input ports 45, 46, 47 of the direct current network control device 30.
  • the energy store 30 is connected to the DC voltage network 11 via these ports 45 to 47 of the DC network control device 30.
  • the control / regulating unit 8 is connected to the direct current network regulating device 30 via a further signal connection 48.
  • the control / regulating unit 8 of the control / regulating module 5 serves for supply and demand-dependent specification:
  • a DC voltage charge of the energy store 43 from the DC voltage supplier 27 via the DC network control device 30.
  • the control / regulating unit 8 is connected to the Internet 49 via a data interface in order to call up information relevant to basic supply requirements for the control / regulating system 1.
  • the data interface includes a data connection 50, which can be implemented as a VPN (Virtual Personal Net work), the control unit 8 with a server 51 and a further data connection 52, which can be implemented as a WAN (Wide Area Network work), of the server 51 to the Internet 49.
  • the server 51 and the data connections 50, 52 belong to the network module 6 of the control system 1.
  • the server 51 can also serve as a hardware firewall to protect the control unit 8 or can be equipped with an additional hardware firewall.
  • the control module 5 also includes a local weather station 53, which is connected to the control unit 8 via a data connection 54.
  • control system 1 In the case of the control / regulating system 1, it is taken into account that the DC voltage supplier 27 is not constantly available as the main energy supplier. In its control algorithm, the control system 1 includes the consumers 18 to 21, 37 and 38, the possibility of feeding in via the public AC voltage network 10 and the available capacity of the energy store 43.
  • the energy store 43 is recharged via the charging power supply 7, the DC voltage network 11, the DC network control device 30 and the DC line 44 and prediction data is cheaper to take energy from the energy store 43, the recharging is switched off via the charging power supply 7 and a current draw takes place via the energy store 43 or directly via the DC voltage supplier 27.
  • a plurality of energy storage levels (cf. FIG. 2) are stored in a data memory 55 of the control / regulating unit 8 of the control / regulating module 5 and characterize a relative fill level of the energy store 43.
  • a recharge level of the energy store 43 is designated 55a in FIG. 2. These energy storage levels are explained using FIG. 2.
  • a highest of these levels is a maximum energy storage level 56, which corresponds to a 100% charge of the energy storage 43.
  • this maximum energy store level 56 can be lower than a chemically or physically maximum possible full charge state of the energy store 43.
  • the maximum energy store level 56 can be predefined dynamically and in this case is calculated by the control unit 8 on the basis of the operating data, energy forecasts and costs.
  • the control / regulating unit 8 can be designed such that when the energy store 43 is charged to the maximum energy store level (MEN) 56, the energy store 43 is disconnected from the DC voltage supplier 27 and / or from the charging power supply 7.
  • the disconnection from the DC voltage supply 27 takes place by controlling the DC network control device 30 via the signal connection 48.
  • the separation from the charging power supply 7 takes place by direct activation via the signal connection 9.
  • the control / regulating unit 8 can alternatively or additionally be designed such that when the energy store 43 is charged to the maximum energy store level (MEN) 56, the current is supplied by the DC voltage supplier 27 and / or by the charging power supply 7.
  • the power can be reduced by controlling the direct current network control device 30 via the signal connection 48. or by directly controlling the charging power supply 7 via the signal connection 9.
  • the power output to the DC network 11 is indirectly controlled by changing the operating voltage at the charging power supply 7.
  • the control unit 8 regulates whether the current from the AC network 10 or from the direct current supplier 27 is preferably fed into the DC network 11.
  • MEN maximum energy storage level
  • the MEN 56 can be calculated synchronously with the time of day and / or dynamically in the control unit 8 of the control module 5 on the basis of recorded operating data of the control / regulating system 1 and / or on the basis of recorded energy forecasts and / or on the basis of recorded energy costs become.
  • the recharge level 55a can be kept at the level of the predetermined energy storage level 56 until it is no longer economical due to the data collected, current via the charging power supply 7 from the AC network 10 and / or current from the DC voltage supplier 27 of the DC network 11 to be removed or until it is no longer possible to supply or generate sufficient electricity from the networks 10. 11.
  • the modular control system 1 for the AC network 10 on the one hand and the DC network 11 on the other including an AC voltage module (cf. AC voltage module 2 according to FIG. 1), a DC voltage module (cf.
  • the electricity supply can be coupled to consumption and the respective energy storage level can thus be kept constant.
  • control unit 8 initiates maximum operation of the consumers 18 to 21, 37 and 38.
  • a maximum charging of electric vehicles can be controlled via the alternating current consumer 21 and possibly via a direct current consumer corresponding to the consumers 37, 38. Even energy-intensive calculation tasks can then be carried out by a computer system that uses the direct current Consumers 37 are connected. A water tank and / or a heat exchange medium can also be heated. In such a case, a liquid pump can also be operated, the liquid in an elevated tank for later use of potential energy. Air conditioning can also be controlled by correspondingly releasing alternating current consumers or direct current consumers in accordance with consumers 18 to 21, 37, 38.
  • Cooling devices can also be maximized when the EMEN 57 level is reached. Such cooling units can then be used as cooling energy stores.
  • the EMEN 57 level is 90% of the MEN 56 level.
  • an unconditional operating energy storage level (UEN) 58 is stored in the data memory 55, which level can be, for example, 50% of the MEN 56 level.
  • the control unit 8 is designed such that when the energy store 43 is charged via the Ni veau UEN 58, all consumers 37, 38 of the DC voltage module 3 are connected to the DC voltage network 11 and all consumers 18 to 21 of the AC voltage module 2 are connected to the AC voltage network 10 takes place. This is done by actuation via the signal connections 35, 36 on the one hand and the multipole signal connection 17 which independently actuates the respective switches 26 on the other.
  • level UEN 58 the energy consumption is not maximized as described above in connection with level EMEN 57, but rather every energy requirement actively called up via consumers 18 to 21, 37, 38 and all consumers 18 to 21 , 37, 38 can be switched on or off to the networks 10, 11 at any time.
  • level UEN 58 there are several conditional operating energy storage levels (BEN) 59 to 61.
  • the control unit 8 is designed so that when the energy storage 43 is discharged, these levels BEN 59, 60, 61 priority-dependent separation of consumers 18 to 21, 37,
  • the BEN 59 level which is in the range of 40% of the EMEN 56 level, can combine the following priorities:
  • Priority conditional switch-off for a planned time interval
  • All consumers marked with this priority can be switched off for a period of time that is also stored in the data memory 55 as the value "switch-off duration”. After the switch-off time has elapsed, these consumers are switched on again for a “switch-on time” period, which is also stored in the data memory 55.
  • Each consumer can be assigned their own periods of switch-off time / switch-on time, which are then stored in data memory 55 in a consumer-specific manner. By appropriately staggering the periods of switch-off duration / switch-on duration, peak loads in the DC voltage network 11 can be avoided.
  • Priority conditional shutdown, e.g. power failure
  • All consumers that are assigned to this priority are switched off when the level BEN 59 is reached in the event of a supply failure via the AC voltage network 10 after a predetermined delay period. This delay period is also stored in the data memory 55.
  • consumers who are assigned this priority can be the charging stations for electric vehicles as well as certain lighting modules.
  • a release signal can be implemented as an active voltage signal, so that an error in the release line, for example a line break, is automatically detected as a release that is not present.
  • a consumer can be a heating system, for example, which is only switched off if this does not lead to frost damage.
  • frost damage is to be feared due to the corresponding outside temperatures
  • the release signal, controlled is activated via the control unit 8, so that once this level BEN 59 has been reached, it is not possible to switch off a consumer marked with this priority.
  • the following priority is assigned to level BEN 60, which is below level BEN 59 at about 30% of level MEN 56:
  • control unit 8 ensures emergency power operation for a set emergency power period for all consumers 18 to 21, 37, 38 marked with this priority, which also depends on the data memory 55 of the nominal capacity of the energy store 43.
  • the following priority is assigned to the BEN 61 level below the BEN 60 level, which can be in the range of 20% of the MEN 56 level:
  • control / regulating unit 8 provides emergency power operation for a longer period of time for the consumers 18 to 21, 37, 38 marked with this priority and depending on the nominal capacity of the energy storage 43 adjustable time period safely. This period of time can also be stored in the data memory 55.
  • a freezer can first be assigned the priority “conditional shutdown for a specified time interval. If a fill level in the energy store 43 falls below the level BEN 59 assigned to this priority, the freezer is switched off for the specified period "switch-off duration". When the freezer reaches its dew point, a system temperature monitor switches the freezer's priority to "conditional emergency power operation”. The freezer is then operated until the energy storage level BEN 60 is reached, until a certain, lower temperature is reached, whereupon the priority is switched back again to “conditional shutdown for a specified time interval”.
  • a minimum energy storage level MIN 62 which can be, for example, 5% of the level MEN 56, is stored below the level BEN 61 in the data memory 55 of the control unit 8.
  • the control unit 8 is designed so that when the level falls below the MIN 62 level, the energy store 27 is disconnected from the DC voltage network 11. This in turn takes place by driving the DC network control device 30 via the signal connection 48.
  • the control module 5 depending on reaching a state of charge corresponding to the respective level Corresponds to BEN 59 to 61, connects or disconnects consumers 18 to 21, 37, 38 with the respective prioritization.
  • control module 5 maintains a connection state of the consumers 18 to 21, 37, 38 with the associated network 10, 11 when the energy store 43 is discharged until the energy store corresponding to the respective priority Level is undershot. Conversely, when the energy store 43 is charged, a connection state of the respective consumer remains separated depending on the priority until the energy storage level assigned to this priority is exceeded.
  • FIG. 3 schematically shows a component or a logic component 63 of the control / regulating unit 8, which is in signal connection with the data memory 55.
  • This logic component 63 has various logic inputs and outputs. PO to P6 different logical priority inputs are designated according to the above connection with the levels BEN 59 to 61 priorities explained. If such a priority input PO to P6 is active, the control / regulating module 5 switches consumers on and off, in accordance with what has been explained above. Another input 64 signals that the EMEN 57 level has been reached. Further inputs 65, 66 signal a consumer-specific switch-off time or a consumer-specific switch-on time. Another input 67 signals a consumer-specific nominal power.
  • a further input 68 represents a release signal for the above-described priority “conditional shutdown on release”.
  • a further input 69 enables consumers to be switched on to avoid overloading the energy store 43.
  • the control / regulating unit 8 of the control / regulating module 5 can, in particular via the network module 6, carry out a time-synchronous evaluation of the recorded data and on this basis the reloading level 55a, the MEN 56, the EMEN 57, the UMEN 58 and / or the BMENs 59 Calculate to 61 so that these levels serve as setpoints for further use of the control unit 8.
  • the control unit 8 of the control module 5 can update and record weather data, energy tariff data and counter values synchronously with the time of day via the weather station 53 and / or the Internet 49.
  • a direct measurement, a registering performance measurement or the determination of a standard load profile can be carried out via the counters.
  • the control / regulating unit 8 can carry out measures to increase efficiency and reduce costs, for example dynamic line control and / or connection and disconnection of consumers of the system.
  • FIG. 4 shows modules of an alternative embodiment of a control system, which can be used upstream or in place of system 1, which has already been explained above with reference to FIGS. 1 to 3.
  • Components and functions which correspond to those which have already been explained above with reference to FIGS. 1 to 3 have the same reference symbols and will not be discussed again in detail.
  • FIG. 4 shows in the left half a power supply module 70 and, separated by a dashed vertical separation, a low-voltage distribution module 71.
  • These two modules 70, 71 can be implemented individually or together in front of system 1 or can be understood as sub-modules of an AC voltage module , which is used instead of the alternating voltage module 2 of the embodiment according to FIG. 1.
  • the network feed-in module 70 has a main connection 72, indicated as a switch in FIG. 4, for feeding in the public AC voltage network 10.
  • the AC voltage network 10 is distributed in the line path after the main connection 72.
  • the AC voltage network 10 is electrically connected to a counter 74 via a disconnector 73, via which a direct measurement and / or a converter measurement for determining the energy consumed, measured for example in kWh, takes place.
  • the counter 74 is in electrical connection with the DC voltage supply 27 via a further disconnector 75 and can also measure the energy made available here.
  • the DC voltage supplier 27 and also the feed-in node 13 are not part of the feed-in module 70.
  • the AC network 10 is in electrical connection with an overvoltage protection 76 via the distribution of the power supply module 70 in the line path after the main connection. Also via this distribution and a further isolating switch 77, the AC voltage network 10 is in electrical connection with a further low-voltage distribution module 78, which can be designed in the same way as the low-voltage distribution module 71, which will be described below Low-voltage distribution module 78 is connected via a tap to a further counter 79, which carries out a registering power measurement of a current flow through the line of the AC voltage network 10 to the further low-voltage distribution module 78.
  • the low-voltage distribution module 71 is in electrical connection with the grid feed-in module 70 via a further disconnector 80 in the distribution after the main connection 72 (grid connection line 81).
  • This network connection line 81 is tapped by a further counter 82 in the manner of counter 79. With the counters 79 and / or 82, a location-load profile of the respective low-voltage distribution module 78, 71 can be determined.
  • a controllable main switch 99a is arranged in the network distribution line 81, via which the subsequent line network of the low-voltage distribution module 71, controlled by the control / regulating unit 8, can be separated from the network distribution line 81.
  • the counters 74, 79 and 82 are in signal connection via a signal bus 83 to the gateway 14, which is a smart meter gateway.
  • the latter is in signal connection via a signal line 84 and a modem 85 to a wide-area network WAN 86 or a data cloud.
  • WAN 86 wide-area network
  • the counters 74, 79, 82 and the gateway 14 as well as the modem 85 are components of the power supply module 70.
  • the low-voltage distribution module 71 provides, via distribution lines 87, 88, 89, 90, 91, 92, an electrical connection of the mains connection line 81 to a DC voltage supply 27 (via an inverter, not shown), to the charging power supply unit 7, with installation distribution modules 93, which are described below, 94 as well as with heavy current consumers 95, 96, for example an electric vehicle charging station or a high-performance machine tool.
  • the DC voltage supply 27, which is connected to the low-voltage distribution module 71 is directly connected via the distribution division 87, it can be the same supply as that described above in connection with the power supply module 70.
  • the low-voltage distribution module 71 can be connected to its own DC voltage supply 27.
  • a measurement of an electrical power flow through the distribution lines 87 to 92 takes place via corresponding taps, which will be described below, by a further counter 97, which is in signal connection with the control unit 8 via a control signal line 98.
  • Switchable isolating switches 99, 100, 101, 102, 103, 104 are connected to the control / signal line 98, which in turn are arranged in the distribution lines 87 to 92 and, controlled by the control / regulating unit 8, are connected or disconnected as required can be.
  • a power flow measurement through the distribution lines 87 to 92 is provided via further taps of a measurement line 105 on the distribution lines 87 to 92, the measurement line 105 in turn being connected to the control unit 8.
  • the counter 97 and the distribution lines 87 to 92 and the taps are part of the low-voltage distribution module 71.
  • the load distribution belongs to the individual installation and sub-distributors at the high-current level.
  • the installation distribution module 93 with one of the low-voltage distribution modules 71, 78 described above is located via a distribution network with distribution lines 106, 107, 108, 109, 110 and 111 in electrical connection.
  • the distribution line 106 creates an electrical connection to a lighting network with lighting units 113, 114 via a main isolating switch 112.
  • the latter are connected to the distribution line 106 via individual isolating switches 115, 116 and sensor-controlled switches 117, 118.
  • the sensor-controlled switches 117, 118 are in signal connection with the control / regulating unit 8 via a signal bus 119.
  • the distribution line 107 is electrically connected via a main isolating switch 120 and individual isolating switches 121, 122 and 123 to sockets 124, 125, 126 via which devices, for example a hot water storage tank 127, can be connected. This is in turn connected via a temperature sensor signal bus 119.
  • a signal control of a sensor-controlled switch 128, via which the hot water tank 127 is connected to the plug 124, wireless control of the sensor-controlled switch 128 via a radio box 129 is shown in FIG. 5, which in turn via a corresponding wireless connection is in signal connection with the control unit 8.
  • the distribution network of the installation distribution module 93 is in electrical connection with a machine 132, the sensors of which in turn are in signal connection with the signal bus 119.
  • the distribution line 109 connects the distribution network via a main isolating switch 133 and an isolating switch 134 to a charging station 135, the sensor of which in turn is connected to the signal bus 119.
  • the distribution network is electrically connected via a main disconnector 136, a disconnector 137 to a compressor 138, the sensor system of which is in turn connected to the signal line 119.
  • the distribution network of the installation distribution module 93 is electrically connected via the distribution line 111 via a main isolating switch 139, an isolating switch 140 to a cooling device 141, for example to a refrigerator, the sensor system of which is in turn connected to the signal bus 119.
  • the installation distribution module 93 is part of the AC voltage module 2.
  • the consumers 113, 114, 124 to 127, 132, 135, 138, 141 represent, for example, consumers comparable to the AC consumers 18 to 21 of the embodiment according to FIG. 1.
  • the distribution to the individual consumer circuits belongs to the installation distribution module 93.
  • a consumer input is additionally provided, which can be set to a fixed power value, for example to 1 kW, which is assigned to the respective consumer is.
  • a load profile can be controlled by the control unit 8 via the various signal inputs and the taps described, on the one hand in relation to the infeed and on the other hand in relation to the create connected consumption loads.
  • the values that can be transmitted to the control unit 8 via the consumer inputs of the logic modules make it possible to decide which consumers can be switched on and off depending on a measured feed energy and priorities.
  • the network operator can be informed via the data link 14, 85, 86 via the control / regulating unit 8 which consumer power has been changed so that the network operator can readjust the load to be made available accordingly.
  • the consumer power read from the consumer input of the logic module 64 which is assigned to the respective consumer, can be used on the basis of the power value.
  • the gateway 14 communicates with the control unit 8 via a VPN data line 142 and / or via a home area network 143 (cf. Lig. 4).
  • the entire control system can be expanded by connecting additional low-voltage distribution modules and installation distribution modules. These modules can be installed at different locations and networked with each other.
  • Loads on the one hand and generators on the other hand can be made more flexible via the control / regulating system 1 with the integration of energy stores, and switching and regulating processes which stabilize the public network can be carried out.
  • the network operator can send the request to accept an additional load of 25 kW from the public network 10 to the control / regulating system 1 via the cloud connection 85, 86 or via a further VPN interface.
  • the control unit 8 can then ensure that corresponding consumers are connected on the one hand in the low-voltage distribution module 71 or 78 and / or in the installation distribution module 93, 94, the network operator being informed of the power value which is made available at the consumer input of the logic module - can ensure that additional consumers of a defined power level are now securely connected.
  • This makes it possible, for example, to charge additional energy stores in the control system 1 according to FIGS. 1, 4 or 5, which may also include, for example, water heating in the hot water store 127 or compressed air generation with the compressor 138.
  • Such additional energy stores can be kept, for example, in the DC voltage module 3, in the AC voltage module 2, in the energy storage module 4, in the power supply module 70, in the low-voltage distribution module 71 and / or in the installation distribution module 93.
  • the network operator immediately receives feedback about load changes and the switching operations that have been carried out to connect defined loads and can then process this information in further network management.
  • a dynamic power control of the consumers and / or a connection and disconnection of consumers in the various modules of the system can take place in particular via the control unit 8.
  • excess energy can be stored in mobile energy stores via the charging station 135. Even through a Sector coupling of the control / regulating system 1 that spans multiple modules or modules can be converted into another form of energy, for example, via the hot water storage tank 127, the compressor 138 and / or the cooling device 141 and stored for later consumption.
  • the network operator requests an energy requirement of a specific power via the respective interface in the control system 1, e.g. 50 kW for a certain period of time.
  • the control system 1 then takes consumers from the AC voltage module 2, the DC voltage module 3 or from the low-voltage distribution modules / installation distribution modules 71, 78, 93, 94 from the network and supplies them via the main connection 72 in accordance with the prioritization explained above the network 10 via the energy store and / or the DC voltage supplier 27 with the requested power.
  • the priorities described above in particular in connection with FIG. 3 can be assigned dynamically via the respective logic module 63. This assignment / denial of priorities can take place dynamically via the control unit 8.
  • a cold store can be supplied as a consumer within the control system 1, to which one of the priorities described above is assigned as a function of a measured cold store temperature, for example the priority “conditional shutdown for a planned time interval at a low measured temperature "And at a higher temperature dynamic allocation of a higher priority up to the priority” conditional emergency power operation ".
  • the control unit 8 can use algorithms using fuzzy logic.
  • the energy store 43 is never disconnected from the DC voltage network 11. Due to the energy generation in the DC voltage network 11 and the energy store that is always switched on in this case, the control system 1 can be restarted even after a longer discharge period. A power supply is then also possible in the event of a prolonged failure of the public energy supply as soon as the energy store 43 is recharged via the direct voltage supply 27.

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Abstract

Ein modulares Steuer/Regel-System (1) für ein Stromnetz hat ein Wechsel- spannungsmodul (2), ein Gleichspannungsmodul (3), ein Energiespeichermodul (4) und ein Steuer/Regelmodul (5). Das Wechselspannungsmodul (2) hat ein Ladenetzteil (7) und einen Wechselrichter (16). Das Gleichspannungsmodul (3) hat ein Gleichspannungsnetz (11), einen Gleichspannungsversorger (27), mindestens ein Gleichspannungs-Netzteil (33, 34) und eine Gleichstrom-Netzregeleinrichtung (30). Das Energiespeichermodul (4) hat mindestens eine Batteriezelle (44). Das Steuer/Regelmodul (5) steht mit dem Ladenetzteil (7) und dem Wechselrichter (16) des Wechselspannungsmoduls (2) sowie mit dem mindestens einen Gleichspannungs-Netzteil (33, 34) und der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung (30) des Gleichspannungsmoduls (3) in Signalverbindung. Dies dient zur versor-gungs-und bedarfsabhängigen Vorgabe einer Wechselspannungs- Nachladung, einer Gleichstrom/Wechselstrom-Umwandlung, einer Netz/Versorgungs-Gleichspannungs-Umwandlung und einer Gleichspannungs-Ladung. Es resultiert ein Steuer/Regel-System, welches an sich ändernde Netzgegebenheiten flexibel anpassbar ist.

Description

Steuer/Regel-System für ein Stromnetz sowie Steuer/Regelmodul für ein Steuer/Regel-System für ein Stromnetz
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Prioritäten der deutschen Pa- tentanmeldung DE 10 2018 215 777.4 und der deutschen Gebrauchsmus- teranmeldung DE 20 2018 105 317.5 in Anspruch, deren Inhalt durch Be- zugnahme hierin aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft ein Steuer/Regel- System für ein Stromnetz. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuer/Regelmodul für ein Steuer/Regel- System für ein Stromnetz.
Ein Steuer/Regel- System für ein Stromnetz ist bekannt aus der US
2010/0076615 Al und aus der DE 10 2015 206 510 Al .
Die EP 1 683 681 Bl beschreibt ein System und ein Verfahren zum Regeln von Leistung in einem Kraftfahrzeugbordnetz. Der Einsatz einer Brenn- stoffzelle als Gleichspannungsversorger in einem Stromnetz ist bekannt aus der DE 10 2013 220 300 Al und aus der DE 10 2013 209 396 Al . Die CN 107785931 A beschreibt ein Stromnetz-Management- System. Die US 2013/0286521 A beschreibt Systeme und Verfahren zum Erfassen und zum Umgang mit Fehlern in einem DC-Bus-System. Im Fachartikel von F. Zhang et el., 2015 IEEE First International Conference on DC microgrids (ICDCM), S. 355 bis 358, Juli 2018 sind Vorteile und Herausforderungen eines DC-Mikronetzes (microgrid) für kommerzielle Gebäude beschrieben. Im Fachartikel von E. Rodriguez-Diaz et all, 2017 IEEE Second Internati- onal Conference on DC migrogrids (ICDCM), S. 256 bis 261, Juni 2017 ist ein Echtzeit-Energiemanagement-System für ein hybrides, stationäres AC/DC-Mikronetz beschrieben. Die US 2011/0291479 Al beschreibt ein Energiespeichersystem und ein Verfahren zum Steuern von diesem. Die US 2018/0197254 Al beschreibt ein autarkes (stand-alone) Energieversor- gungssystem. Die US 2017/0288413 Al beschreibt ein Steuersystem zur beibehalten bevorzugter Batterielevels in einem Microgrid. Die
US 2014/0139188 Al beschreibt ein Gerät zum Steuern von Lade- /Entladevorgängen. Die US 2011/0148360 Al beschreibt ein Energiespei- chersystem und ein Steuerverfahren hierfür. Die US 2011/0125336 Al be- schreibt eine System-Überwachungssteuerung zum Einsatz in einem Tele- kommunikations- Standort, der mit erneuerbarer Energie versorgt ist. Ein Steuer/Regel- System für ein Stromnetz ist bekannt aus der
US 2010/0076615 Al und aus der DE 10 2015 206 510 Al .
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuer/Regel- System für ein Stromnetz derart weiterzubilden, dass es an sich ändernde Netzge- gebenheiten flexibel anpassbar ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein modulares Steu- er/Regel- System mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein modularer Aufbau des Systems, bei dem Wechselspannungskomponenten, Gleichspannungskomponenten und Energiespeicherkomponenten in verschiedenen Modulebenen unterge- bracht sind, einen Systemaufbau ermöglicht, der sich flexibel an sich än- dernde Systemgegebenheiten anpassen lässt. Das System kann beispiels- weise ohne großen Aufwand mit einem neuen Wechselspannungsmodul ausgerüstet werden, dessen Ladenetzteil und Wechselrichter an einen sich entsprechend geänderten Versorgungsknoten eines Wechselspannungsnet- zes angepasst sind. Entsprechende Änderungen sind auch innerhalb des Gleichspannungsmoduls möglich, welches beispielsweise an einen anderen Gleichspannungsversorger angepasst werden kann. Gleiches gilt für das Energiespeichermodul. Das Ladenetzteil kann so ausgeführt sein, dass ein Laden des insbesondere öffentlichen Wechselspannungsnetzes über das Gleichspannungsmodul nicht erfolgen kann. Eine derartige Ausführung des Ladenetzteils vereinfacht einen regulatorischen Aufwand bei einer Installa- tion des Systems. Beim Gleichspannungsversorger kann es sich um eine Lotovoltaikanlage und/oder z.B. um eine Brennstoffzelle, Windrad, Turbi- ne handeln. Die Gleichstrom-Netzregeleinrichtung kann eine Mehrzahl von Gleichstrom-Ports aufweisen, die bei Bedarf parallel zusammengeschaltet werden können. Bei den Gleichstrom- Verbrauchern kann es sich um eine Beleuchtung mit Gleichspannungs-Lichtquellen, zum Beispiel LEDs und/oder um einen Rechner und/oder um Ladestationen für Elektro- oder Hybridfahrzeuge handeln. Das Steuer/Regelmodul betreibt ein Netz- und Lastmanagement des Gleichspannungsnetzes. Das Steuer/Regelmodul ei- nerseits und die Gleichstrom-Netzregeleinrichtung andererseits können zueinander in einem Master/Slave- Verhältnis stehen.
Mindestens eine Netz-Isolationseinrichtung nach Anspruch 2 erhöht eine Betriebssicherheit des Systems. Die Netz-Isolationseinrichtung kann dem Personen- und/oder Anlagenschutz dienen.
Eine Datenschnittstelle nach Anspruch 3 verbessert über den Zugriff bei- spielsweise auf Wetter-Prognosedaten das Netz- und Lastmanagement des Steuer/Regelmoduls. Bei den versorgungs- oder bedarfsrelevanten Infor- mationen kann es sich neben Wetterdaten auch um Luhrparkinformationen in Bezug auf Elektro- oder Hybridfahrzeuge als Verbraucher oder auch um Strompreisinformationen zum nachladbaren Wechselstrom handeln. Mindestens eine lokale Wetterstation nach Anspruch 4 führt zu entspre- chenden Vorteilen und kann durch die Unabhängigkeit von externen Daten eine zusätzliche Sicherheit bieten.
Ein Gateway nach Anspruch 5 ermöglicht aktuelle Tarifinformationen, die dem Regelalgorithmus des Steuer/Regelmoduls zugrunde gelegt werden können. So kann bei höherem Strompreis ein Niveau des Energiespeichers, bei dessen Unterschreitung ein Nachladen aus dem Wechselstromnetz er- folgt, abgesenkt werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steu- er/Regelmodul der eingangs genannten Art derart weiter zu bilden, dass die Kapazität eines Energiespeichers abhängig von dessen Ladezustand flexi- bel und an dessen Kapazität angepasst ausgenutzt wird.
Diese Aufgabe ist erfmdungsgemäß gelöst durch ein Steuer/Regelmodul mit den im Anspruch 6 angegebenen Merkmalen.
Erfmdungsgemäß wurde erkannt, dass die Vorgabe verschiedener Energie- speicher-Niveaus, abhängig von denen bestimmte Lade/Entladesituationen mit Hilfe des Steuer/Regelmoduls vorgegeben werden, zu einer vorteilhaft an innerhalb des Steuer/Regel- System versorgungs- und Verbrauchs abhän- gig vorliegende Situationen angepasst werden kann. Je nach Ausführung des Steuer/Regelmoduls kann die Gleichstrom-Netzregeleinrichtung in das Steuer/Regelmodul integriert sein. Als Gleichspannungsversorger kann eine Fotovoltaikanlage und/oder z.B. auch eine Brennstoffzelle zum Ein- satz kommen. Das Steuer/Regelmodul kann auch bei einem Steuer/ Steu- er/Regel- System zum Einsatz kommen, welches nicht modulweise aufge- baut ist. Unterschiedliche Bedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveaus nach An- spruch 7 mit entsprechender Priorisierung der Verbraucher, die an das Sys- tem angeschlossen sind, ermöglichen eine besonders flexible Ausnutzung des Energiespeichers.
Ein Energieverbrauchs-Maximierungs-Energiespeicher-Niveau nach An- spruch 8 ermöglicht in Situationen, in denen viel Energie günstig aus dem Netz oder durch Eigenenergieerzeugung bereitgestellt werden kann, einen vorausschauenden Betrieb aller angeschlossenen Verbraucher, der so ge- staltet werden kann, dass hierüber für spätere Zeiträume mit geringerer Versorgungskapazität über den Energiespeicher und den Verbrauchern Energierücklagen in Batterien und anderen Sektoren gebildet werden kön- nen. Beispielsweise können dann externe Batterien der Verbraucher gela- den werden oder Kühlaggregate unter eine Normaltemperatur herabgekühlt werden.
Ein Aufrechterhalten von Verbindungszuständen nach Anspruch 9 und ein Trennen von Verbindungszuständen nach Anspruch 10 können abhängig von den Energiespeicher-Niveaus mit einer Hysterese erfolgen, sodass ein unerwünschtes Schwanken der Betriebszustände für den Fall, dass die La- dekapazität des Energiespeichers gerade um eines der Niveaus herum- schwankt, vermieden ist. Die Vorteile eines Verbrauchssteuerungs-Bauelements nach Anspruch 11 entsprechen denen, die vorstehend in Bezugnahme auf das Steu- er/Regelmodul bereits erläutert wurden. Eine tageszeitsynchrone, dynamische Daten- beziehungsweise Parameter- berechnung nach Anspruch 12 ermöglicht eine hohe Flexibilisierung des mit dem Steuer/Regelmodul ausgerüsteten Steuer/Regel- Systems, so dass insbesondere eine kostenoptimierte Stromentnahme einerseits und Ener- gieverteilung andererseits erfolgen kann.
Eine tageszeitsynchrone Auswertung und Berechnung nach Anspruch 13 ermöglicht eine Situationsangepasste Nachregelung eines Ladezustandes des Energiespeichers.
Die Vorteile eines Betriebs Verfahrens nach Anspruch 14 entsprechen de- nen, die vorstehend in Bezugnahme auf das Steuer/Regel- System und das Verbrauchsteuerungs-Bauelement bereits erläutert wurden. Das Verfahren kann auch zum Betrieb eines nicht modular aufgebauten Steuer/Regel- Systems zum Einsatz kommen.
Die Vorteile eines Betriebs Verfahrens nach Anspruch 15 entsprechen de- nen, die vorstehend in Bezugnahme auf das modulare Steuer/Regel- System bereits erläutert wurden.
Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Blockdarstellung ein modulares Steu- er/Regel- System für ein Stromnetz einschließlich eines Steu- er/Regelmoduls;
Fig. 2 einer eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweisenden Energie- speicher eines Energiespeichermoduls des Steuer/Regel- Systems nach Figur 1, wobei verschiedene Energie speicher-Niveaus, die Steueraktivitäten des Steuer/Regelmoduls auslösen, skaliert dar- gestellt sind; Fig. 3 ein Anschlussschema eines elektronischen Bauelements des Steu- er/Regelmoduls, wobei das Bauelement als Verbraucherbaustein ausgeführt ist;
Fig. 4 Module einer weiteren Ausführung eines modularen Steu- er/Regel- Systems einschließlich eines Netzeinspeisemoduls und eines Niederspannungsverteilungsmoduls; und
Fig. 5 Hauptkomponenten eines Installationsverteilermoduls des Steu- er/Regel- Systems nach Fig. 4.
Ein modulares Steuer/Regel- System 1 für ein Stromnetz ist unterteilt in mehrere Modulebenen und umfasst ein Wechselspannungsmodul 2, ein Gleichspannungsmodul 3, ein Energiespeichermodul 4, ein Steuer/Regel- modul 5 und ein Netzwerkmodul 6. Die Module 2 bis 6 können in vonei- nander getrennten Komponenten untergebracht sein, beispielsweise in ver- schiedenen Schaltschränken. Eine Trennung zwischen den Modulen 2 bis 6 ist in der Figur 1 durch gestrichelte Linien angedeutet.
Das Wechselspannungsmodul beinhaltet ein Ladenetzteil 7, über welches auf Abruf von einer Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 (ver- gleiche Signalverbindung 9) Strom aus einem öffentlichen Wechselspan- nungsnetz 10 gleichgerichtet in ein Gleichspannungsnetz 11 des Gleich- spannungsmoduls 3 geladen werden kann. Das Ladenetzteil 7 kann vom öffentlichen Netz 10 galvanisch getrennt sein. Das Ladenetzteil 7 steht über ein Smartmeter 12 mit einem Einspeiseknoten 13 des Wechselspannungs- netzes 10 in Leitungsverbindung. Über das Smartmeter 12 kann ein Preis des jeweils über das Ladenetzteil nachladnachbaren Wechselstroms abge- rufen werden. Über ein Gateway 14 und eine Signalverbindung 15 steht das Smartmeter 12 mit der Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 in Verbindung.
Das Wechselspannungsmodul 2 hat weiterhin einen Wechselrichter 16, über den auf Abruf vom Steuer/Regelmodul 5 (vergleiche Signalverbin- dung 17) Gleichstrom aus dem Gleichspannungsnetz 11 des Gleichspan- nungsmoduls 3 in Wechselstrom für Wechselstrom- Verbraucher 18, 19, 20, 21 umgewandelt wird. Der Wechselrichter 16 verbindet also das Gleich- spannungsnetz 11 mit einem Wechselspannungs- Versorgungsnetz 22 des Wechselspannungsmoduls 2 für die Wechselstrom-Verbraucher 18 bis 21.
Das Wechselspannungs- Versorgungsnetz 22 des Wechselspannungsmoduls 2 weist eine Netz-Isolationseinrichtung 23 zum Personen- und Anlagen- schutz der am Wechselspannungs- Versorgungsnetz 22 angeschlossenen Netzkomponenten, also der Wechselstrom-Verbraucher 18 bis 21 auf. Ent- sprechend beinhaltet die Netz-Isolationseinrichtung 23 eine Leckstrom- Überwachungseinheit 24 und einen Trennschalter 25.
Beim Wechselstrom-Verbraucher 18 kann es sich um kann es sich um eine Netzwerkkomponente, ein Datenverarbeitungsgerät, beispielsweise um einen Rechner, um eine Steuer/Regeleinheit um einen Server und/oder um eine Telefonanlage handeln. Beim Wechselstrom-Verbraucher 19 kann es sich um Verbraucher handeln, die über Haushaltssteckdosen an das Wech- selspannungs- Versorgungsnetz 22 angeschlossen sind. Beim Wechsel- strom- Verbraucher 20 kann es sich um eine Wechselstrom-Beleuchtungs- anlage handeln. Beim Wechselstrom-Verbraucher 21 kann es sich um eine Ladestelle beziehungsweise Ladestation für ein Elektrofahrzeug handeln. Der Wechselstrom-Verbraucher 18 kann für eine maximale Leistungsent- nahme von 0,1 kW ausgelegt sein. Der Wechselstrom-Verbraucher 19 kann für eine maximale Leistungsentnahme von 0,9 kW ausgelegt sein. Der Wechselstrom-Verbraucher 20 kann für eine maximale Leistungsentnahme von 3,2 kW ausgelegt sein. Der Wechselstrom-Verbraucher 21 kann für eine maximale Leistungsentnahme von 3,7 kW ausgelegt sein. Die Leis- tungsentnahme-Kennzahlen für die Wechselstrom-Verbraucher 18 bis 21 können im Bereich zwischen 0,05 kW und 500 kW liegen.
Die Wechselstrom-Verbraucher 18 bis 21 weisen jeweils einen Schalter 26 auf, über den diese mit dem Wechselspannungs- Versorgungsnetz 22 ver- bunden bzw. von diesem getrennt werden können. Diese Schalter 26 kön- nen über die Signalverbindung 17 von der Steuer/Regeleinheit 8 des Steu- er/Regelmoduls 5 betätigt werden.
Teil des Gleichspannungsmoduls 3 ist ein Gleichspannungsversorger 27. Hierbei kann es sich um eine Fotovoltaikanlage handeln. Auch eine Brenn- stoffzelle ist als Gleichspannungsversorger 27 möglich. Über Gleichstrom- leitungen 28, 29 steht der Gleichspannungsversorger 27 mit einer Gleich- strom-Netzregeleinrichtung 30 des Gleichspannungsmoduls 3 in Leitungs- Verbindung. Die Gleichstromleitungen 28, 29 führen zu zwei Eingangs- ports 31, 32 der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30. Die Gleichstrom- Netzregeleinrichtung 30 steht ihrerseits mit dem Gleichspannungsnetz 11 in Leitungsverbindung.
Zum Gleichspannungsmodul 3 gehören weiterhin Gleichspannungs-Netz- teile 33, 34, über welche auf Abruf vom Steuer/Regelmodul 5 (Signalver- bindungen 35, 36) eine höhere Netz-Gleichspannung des Gleichspannungs- netzes 11 in eine niedrigere Versorgungs-Gleichspannung für Gleichstrom- Verbraucher 37, 38 umgewandelt wird.
Das Gleichspannungsnetz 11 kann mit einer Gleichspannung von 400 Volt betrieben werden.
Die niedrigere Versorgungs-Gleichspannung kann bei 48 V liegen.
Beim Gleichstrom- Verbraucher 37 kann es sich um eine Netzwerkkompo- nente, ein Datenverarbeitungsgerät, beispielsweise um einen Rechner, um eine Steuer/Regeleinheit um einen Server und/oder um eine Telefonanlage handeln. Beim Gleichstrom- Verbraucher 38 kann es sich um eine Gleich- spannungs- Werkstattbeleuchtung handeln.
Der Gleichstrom- Verbraucher 37 kann auf eine Leistungsentnahme von 0,35 kW ausgelegt sein. Der Gleichstrom- Verbraucher 38 kann auf eine Leistungsentnahme von 2 kW ausgelegt sein. Leistungs-Kennzahlen der Gleichstrom- Verbraucher 37, 38 können wiederum in einem Bereich zwi- schen 0,05 kW und 50 kW liegen, wobei ein Gleichstrom- Verbraucher auch auf eine höhere Leistungsentnahme ausgelegt sein. Es können auch Verbraucher z.B. DC/DC-Lader für E-Mobilität direkt oder über die Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 an das Gleichspannungsnetz 11 an- geschlossen werden.
Im Gleichspannungsnetz 11 ist einerseits direkt nach dem Ladenetzteil 7 und andererseits direkt vor der Anbindung der Gleichstrom-Netzregel- einrichtung 30 jeweils ein Trennschalter 39, 40 einer Netz-Isolations- einrichtung 41 für das Gleichspannungsnetz 11 angeordnet. Die Netz- Isolationseinrichtung 41 hat ihrerseits eine Strom/Leckstrom- Überwachungseinheit 42, mittels der Fehler im Gleichspannungsnetz 11 erfasst werden können und der Personen und Anlagenschutz sichergestellt ist.
Das Energiespeichermodul 4 des Steuer/Regel- Systems 1 beinhaltet einen Energiespeicher 43 mit einer Mehrzahl von Batteriezellen 44. Die Batterie kann eine Kapazität haben, die größer ist als 15 kWh und die bis zu 1 MWh oder auch noch größer sein kann. Über den Energiespeicher 43 kann eine maximale Leitungsentnahme erfolgen, die größer sein kann als 15 kW und die beispielsweise im Bereich von 20 kW oder auch von 50 kW liegen kann.
Bei dem Energiespeicher 43 kann es sich um einen Verbund mehrerer sta- tionärer und/oder mobiler Energiespeicher handeln. Eine derartige Mehr- zahl von Energiespeichern kann zentral an einem Ort oder auch dezentral verteilt über mehrere Orte angeordnet sein.
Sofern der Gleichspannungsversorger 27 als Fotovoltaikanlage ausgeführt ist, kann diese eine Peak-Leistung von mehr als 5 kW, beispielsweise eine Peak-Leistung im Bereich von 8 oder 9 kW, von 10 kW oder auch eine höhere Peak-Leistung bis zu 500 kW oder noch höher haben.
Der Energiespeicher 43 steht über eine Gleichstromleitung 44a mit drei parallel geschalteten Eingangsports 45, 46, 47 der Gleichstrom-Netzregel- einrichtung 30 in Leitungsverbindung. Über diese Ports 45 bis 47 der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 ist der Energiespeicher 30 mit dem Gleichspannungsnetz 11 verbunden. Über eine weitere Signalverbindung 48 ist die Steuer/Regeleinheit 8 mit der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 verbunden.
Die Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 dient zur versorgungs- und bedarfsabhängigen Vorgabe:
Einer Wechselspannungs-Nachladung über das Ladenetzteil 7;
Einer Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom über den Wechselrichter 16;
Einer Umwandlung von Netz-Gleichspannung in Versorgungs- Gleichspannung über das mindestens eine Gleichspannungs-Netzteil 33, 34 sowie
Einer Gleichspannungs-Ladung des Energiespeichers 43 aus dem Gleichspannungsversorger 27 über die Gleichstrom- Netzregeleinrichtung 30.
Über eine Datenschnittstelle steht die Steuer/Regeleinheit 8 mit dem Inter- net 49 zum Abruf von versorgungs-grundbedarfsrelevanten Informationen für das Steuer/Regel- System 1 in Signalverbindung. Die Datenschnittstelle beinhaltet eine Datenverbindung 50, die als VPN (Virtual Personal Net work) ausgeführt sein kann, der Steuer/Regeleinheit 8 mit einem Server 51 sowie eine weitere Datenverbindung 52, die als WAN (Wide Area Net work) ausgeführt sein kann, des Servers 51 mit dem Internet 49. Der Server 51 und die Datenverbindungen 50, 52 gehören zum Netzwerkmodul 6 des Steuer/Regel- Systems 1. Der Server 51 kann auch als Hardware-Firewall zur Absicherung der Steu- er/Regeleinheit 8 dienen oder mit einer zusätzlichen Hardware-Firewall ausgestattet werden.
Das Steuer/Regelmodul 5 beinhaltet weiterhin eine lokale Wetterstation 53, die über eine Datenverbindung 54 mit der Steuer/Regeleinheit 8 verbunden ist.
Beim Steuer/Regel- System 1 wird berücksichtigt, dass der Gleichspan- nungsversorger 27 als Haupt-Energielieferant nicht ständig zur Verfügung steht. Das Steuer/Regel- System 1 bezieht in seinen Regelalgorithmus die Verbraucher 18 bis 21, 37 und 38, die Möglichkeit der Einspeisung über das öffentliche Wechselspannungsnetz 10 sowie die zur Verfügung stehen- de Kapazität des Energiespeichers 43 ein.
Bei der Bewirtschaftung des Energiespeichers 43 erfolgt eine Kostenopti- mierung. Stromkosten eines Nachladens über das Wechselspannungsnetz 10 werden mit Speicherkosten im Energiespeicher 43 verglichen. Im Nor- malbetrieb wird über eine Nachladung über das Ladenetzteil 7 ein Füll- stand des Energiespeichers 43 konstant gehalten. Über die Steuer/Regel- einheit 8 wird durch Auswertung von Wetterdaten, wobei einerseits Daten des Internets 49 über das Netzwerkmodul 6 und anders als Daten der loka- len Wetterstation 53 ausgewertet werden, ein Energieeintrag des dann als Fotovoltaikanlage ausgeführten Gleichspannungsversorgers 27 für einen hinsichtlich der Wetterdaten überschaubaren zukünftigen Zeitraum abge- schätzt. In regelmäßigen Abständen wird über das Smartmeter 12 ein aktu- eller Stromtarif abgerufen, der über den Einspeiseknoten 13 und das Lade- netzteil 7 nachgeladen werden kann. Bei Bedarf werden ebenfalls in regel- mäßigen Abständen, beispielsweise täglich, Angebote von Stromlieferan- ten eingeholt. Soweit Einspeisestrom günstig angeboten wird und die Wet- tervorhersage sowie der Füllstand des Energiespeichers 43 dies anzeigen, erfolgt eine Nachladung des Energiespeichers 43 über das Ladenetzteil 7, das Gleichspannungsnetz 11, die Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 und die Gleichstromleitung 44. Sobald es anhand der erhobenen Kosten und Vorhersagedaten günstiger ist, Energie aus dem Energiespeicher 43 zu ent- nehmen, wird die Nachladung über das Ladenetzteil 7 abgeschaltet und eine Stromentnahme erfolgt über den Energiespeicher 43 bzw. direkt über den Gleichspannungsversorger 27.
In einem Datenspeicher 55 der Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regel- moduls 5 sind mehrere Energiespeicher-Niveaus (vgl. Fig. 2) abgelegt, die einen relativen Füllstand des Energiespeichers 43 charakterisieren. Ein Nachladeniveau des Energiespeichers 43 ist in der Fig. 2 mit 55a bezeich- net. Diese Energiespeicher-Niveaus werden anhand der Figur 2 erläutert.
Ein höchstes dieser Niveaus ist ein Maximal-Energiespeicher-Niveau 56, welches einer 100%-Ladung des Energiespeichers 43 entspricht. Um den Energiespeicher 43 zu schonen und die Anzahl der Lade- und Entladezyk- len zu erhöhen, kann dieses Maximal-Energiespeicher-Niveau 56 geringer sein als ein chemisch bzw. physikalisch maximal möglicher Voll- Ladezustand des Energiespeichers 43. Das Maximal-Energiespeicher- Niveau 56 kann dynamisch vorgegeben werden und wird in diesem Fall von der Steuer/Regeleinheit 8 anhand der Betriebsdaten, Energieprognosen und Kosten berechnet.
Die Steuer/Regeleinheit 8 kann so ausgeführt sein, dass beim Laden des Energiespeichers 43 auf das Maximal-Energiespeicher-Niveau (MEN) 56 ein Trennen des Energiespeichers 43 vom Gleichspannungsversorger 27 und/oder vom Ladenetzteil 7 erfolgt. Das Trennen vom Gleichspannungs- versorger 27 erfolgt durch Ansteuerung der Gleichstrom-Netzregel- einrichtung 30 über die Signalverbindung 48. Das Trennen vom Ladenetz- teil 7 erfolgt durch direktes Ansteuern über die Signalverbindung 9.
Die Steuer/Regeleinheit 8 kann alternativ oder zusätzlich so ausgeführt sein, dass beim Laden des Energiespeichers 43 auf das Maximal- Energiespeicher-Niveau (MEN) 56 eine Begrenzung die Stromlieferung durch Gleichspannungsversorger 27 und/oder vom Ladenetzteil 7 erfolgt. Die Leistungsreduzierung kann durch Ansteuerung der Gleichstrom- Netzregeleinrichtung 30 über die Signalverbindung 48. oder durch direktes Ansteuern des Ladenetzteils 7 über die Signalverbindung 9 erfolgen. Durch die Veränderung der Betriebsspannung am Ladenetzteil 7 wird indirekt die Leistungsabgabe an das DC Netz 11 gesteuert. Die Steuer/Regeleinheit 8 regelt, ob bevorzugt der Strom aus dem AC-Netz 10 oder vom Gleich- stromversorger 27 in das DC-Netz 11 eingespeist wird. Dabei wird, soweit der Energiespeicher 43 das Maximal-Energiespeicher-Niveau (MEN) 56 erreicht hat, nur noch so viel Strom vom Ladenetzteil 7 und/oder Gleich- stromversorger 27 eingespeist, wie von den Verbrauchern 18 bis 21, 37, 38 verbraucht wird. Das MEN 56 wird durch entsprechende Steuereingriffe der Steuer/Regeleinheit 8 so lange aufrechterhalten, bis es nicht mehr wirt- schaftlich ist, Strom über das Ladenetzteil 7 vom AC-Netz 10 oder vom Gleichspannungsversorger 27 zu entnehmen beziehungsweise bis nicht mehr genügend Strom geliefert/erzeugt werden kann.
Das MEN 56 kann tageszeitsynchron und/oder dynamisch in der Steu- er/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 anhand von erfassten Be- triebsdaten des Steuer/Regel- Systems 1 und/oder anhand von erfassten Energieprognosen und/oder anhand von erfassten Energiekosten berechnet werden. Das Nachladeniveau 55a kann so lange auf Höhe des vorgegebe- nen Energiespeicher-Niveaus 56 gehalten werden, bis es aufgrund der er- fassten Daten nicht mehr wirtschaftlich ist, Strom über das Ladenetzteil 7 vom Wechselstromnetz 10 und/oder Strom vom Gleichspannungsversorger 27 des Gleichstromnetzes 11 zu entnehmen beziehungsweise bis von den Netzen 10. 11 nicht mehr genügend Strom geliefert beziehungsweise er- zeugt werden kann.
Auf diese Weise erfolgt ein Betrieb des modularen Steuer/Regel- Systems 1 für das Wechselstromnetz 10 einerseits und das Gleichstromnetz 11 an- dererseits einschließlich eines Wechselspannungsmoduls (vgl. Wechsel- spannungsmodul 2 nach Fig. 1), eines Gleichspannungsmoduls (vgl.
Gleichspannungsmodul 3 nach Fig. 1) und eines Energiespeichermoduls (vgl. Energiespeichermodul 4 nach Fig. 1) unter Einsatz des Steu- er/Regelmoduls 5 mit der Steuer/Regeleinheit 8.
Die Stromlieferung kann in dieser Weise an den Verbrauch gekoppelt und somit das jeweilige Energiespeicher-Niveau konstant gehalten werden.
Ein nächsthöheres Niveau, welches im Datenspeicher 55 abgelegt ist, ist ein Energieverbrauchs-Maximierungs-Energiespeicher-Niveau (EMEN)
57. Solange ein Füllgrad des Energiespeichers 43 höher ist als dieses Ni veau EMEN 75 veranlasst die Steuer/Regeleinheit 8 einen Maximalbetrieb der Verbraucher 18 bis 21, 37 und 38.
Beispielsweise kann in diesem Fall ein maximales Laden von Elektro fahr- zeugen über den Wechselstrom-Verbraucher 21 sowie ggf. über einen Gleichstrom- Verbraucher entsprechend den Verbrauchern 37, 38 angesteu- ert werden. Auch energieintensive Berechnungsaufgaben können dann von einer Rechneranlage durchgeführt werden, die über den Gleichstrom- Verbraucher 37 angeschlossen sind. Es kann auch eine Erwärmung eines Wassertanks und/oder eines Wärmetauschermediums erfolgen. Es kann in einem solchen Fall auch eine Flüssigkeitspumpe betrieben werden, die Flüssigkeit in einen erhöhten Tank zum späteren Nutzen potentieller Ener- gie. Auch eine Klimatisierung kann durch entsprechende Freigabe von Wechselstrom-Verbrauchern oder Gleichstrom- Verbrauchern entsprechend den Verbrauchern 18 bis 21, 37, 38 angesteuert werden.
Auch ein Betrieb von Kühleinrichtungen kann bei Erreichen des Niveaus EMEN 57 maximiert werden. Derartige Kühleinheiten können dann als Kühlenergiespeicher genutzt werden.
Das Niveau EMEN 57 liegt beispielsweise bei 90% des Niveaus MEN 56.
Unterhalb des Niveaus EMEN 57 ist im Datenspeicher 55 ein Unbedingt- Betriebs-Energiespeicher-Niveau (UEN) 58 abgelegt, welches beispiels- weise bei 50% des Niveaus MEN 56 liegen kann. Die Steuer/Regeleinheit 8 ist so ausgeführt, dass beim Laden des Energiespeichers 43 über das Ni veau UEN 58 ein Verbinden aller Verbraucher 37, 38 des Gleichspan- nungsmoduls 3 mit dem Gleichspannungsnetz 11 und ein Verbinden aller Verbraucher 18 bis 21 des Wechselspannungsmoduls 2 mit dem Wechsel- spannungsnetz 10 erfolgt. Dies geschieht durch Ansteuern über die Signal- verbindungen 35, 36 einerseits und die mehrpolige, die jeweiligen Schalter 26 unabhängig ansteuernde Signalverbindung 17 andererseits. In diesem Betriebsfall„Erreichen des Niveaus UEN 58“ wird der Energieverbrauch nicht wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Niveau EMEN 57 ma ximiert, sondern es wird jeder über die Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 aktiv abgerufene Energiebedarf gedeckt und alle Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 können jederzeit zu den Netzen 10, 11 zu- bzw. abgeschaltet werden. Unterhalb des Niveaus UEN 58 liegen mehrere Bedingt-Betriebs-Energie- speicher-Niveaus (BEN) 59 bis 61. Die Steuer/Regeleinheit 8 ist so ausge- führt, dass beim Entladen des Energiespeichers 43 auf diese Niveaus BEN 59, 60, 61 ein prioritätsabhängiges Trennen der Verbraucher 18 bis 21, 37,
38 gemäß einer Prioritätsvorgabe erfolgt.
Das Niveau BEN 59, welches im Bereich von 40 % des Niveaus EMEN 56 liegt, kann folgende Prioritäten auf sich vereinigen:
Priorität„bedingte Abschaltung bei Überlast“
Bei Lastspitzen im Gleichspannungsnetz 11 können alle mit dieser Priorität gekennzeichneten Verbraucher 37 bzw. 38 kurzzeitig abgeschaltet werden. Eine Dauer einer solchen Kurzzeitabschaltung ist ebenfalls im Datenspei- cher 55 der Steuer/Regeleinheit 8 hinterlegt.
Priorität„bedingte Abschaltung für ein vorgesehenes Zeitintervall“ Alle Verbraucher, die mit dieser Priorität gekennzeichnet sind, können für einen Zeitraum abgeschaltet werden, die als Wert„Abschaltdauer“ eben- falls im Datenspeicher 55 hinterlegt ist. Nach Ablauf der Abschaltdauer werden diese Verbraucher für einen Zeitraum„Einschaltdauer“, der eben- falls im Datenspeicher 55 hinterlegt ist, wieder zugeschaltet. Jedem Ver- braucher können eigene Zeiträume Abschaltdauer/Einschaltdauer zugeord- net werden, die dann verbraucherspezifisch im Datenspeicher 55 hinterlegt sind. Durch eine entsprechende Staffelung der Zeiträume Abschaltdau- er/Einschaltdauer können Belastungsspitzen im Gleichspannungsnetz 11 vermieden werden. Priorität„bedingte Abschaltung beispielsweise Netzausfall“
Alle Verbraucher, die dieser Priorität zugeordnet sind, werden beim Errei- chen des Niveaus BEN 59 beim Ausfall einer Versorgung über das Wech- selspannungsnetz 10 nach einem vorgegebenen Verzögerungszeitraum ab- geschaltet. Auch dieser Verzögerungszeitraum ist im Datenspeicher 55 ab- gelegt. Verbraucher, denen diese Priorität zugewiesen ist, können bei- spielsweise die Ladestationen für Elektrofahrzeuge sowie bestimmte Be- leuchtungsmodule sein.
Priorität„bedingte Abschaltung bei Freigabe“
Mit einer derartigen Priorität gekennzeichnete Verbraucher entsprechend den Verbrauchern 18 bis 21 , 37, 38 werden bei Erreichen des Niveaus BEN
59 nur dann abgeschaltet, wenn gleichzeitig das Vorliegen eines Freigabe- signals über einen entsprechenden Eingang der Steuer/Regeleinheit 8 er- fasst wird. Ein derartiges Freigabesignal kann als aktives Spannungssignal realisiert sein, sodass ein Fehler in der Freigabeleitung, beispielsweise ein Leitungsbruch, automatisch als nicht vorliegende Freigabe erfasst wird. Ein derartiger Verbraucher kann beispielsweise eine Heizungsanlage sein, die nur dann abgeschaltet wird, wenn dies nicht zu Frostschäden führt. Sobald aufgrund entsprechender Außentemperaturen Frostschäden zu befürchten sind, wird das Freigabesignal, gesteuert, über die Steuer/Regeleinheit 8, die aktiviert, sodass es ab dann bei Erreichen dieses Niveaus BEN 59 nicht möglich ist, einen mit dieser Priorität gekennzeichneten Verbraucher abzu- schalten. Dem Niveau BEN 60, welches unterhalb des Niveaus BEN 59 bei etwa 30 % des Niveaus MEN 56 liegt, ist folgende Priorität zugeordnet:
Priorität„bedingter Notstrombetrieb“
Bei Ausfall aller Stromlieferanten, also sowohl des Einspeiseknotens 13 als auch des Gleichspannungsversorgers 27 stellt die Steuer/Regeleinheit 8 für alle mit dieser Priorität gekennzeichneten Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 einen Notstrombetrieb für einen eingestellten Notstromzeitraum sicher, der ebenfalls im Datenspeicher 55, abhängig von der Nominalkapazität des Energiespeichers 43, abgelegt ist.
Dem unterhalb des Niveaus BEN 60 liegenden Niveau BEN 61, welches im Bereich von 20 % des Niveaus MEN 56 liegen kann, ist folgende Priori- tät zugeordnet:
Priorität„unbedingter Notstrombetrieb“
Bei Ausfall aller Stromlieferanten, also wiederum bei Ausfall des Energie- knotens 13 und des Gleichspannungsversorgers 27 stellt die Steuer/Regel- einheit 8 für die mit dieser Priorität gekennzeichneten Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 einen Notstrombetrieb über eine längere und abhängig von der Nominalkapazität des Energiespeichers 43 einstellbare Zeitdauer sicher. Diese Zeitdauer kann ebenfalls im Datenspeicher 55 abgelegt sein.
Beispielsweise kann einer Kühltruhe als Beispiel für einen der Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 zunächst die Priorität„bedingte Abschaltung für ein vor- gesehenes Zeitintervall zugewiesen werden. Unterschreitet ein Füllstand im Energiespeicher 43 das dieser Priorität zugewiesene Niveau BEN 59, wird die Kühltruhe für den vorgegebenen Zeitraum„Abschaltdauer“ abgeschal- tet. Erreicht die Kühltruhe ihren Taupunkt, schaltet ein Temperaturwächter des Systems die Priorität der Kühltruhe auf„bedingter Notstrombetrieb“. Die Kühltruhe wird dann weiter betrieben bis zum Erreichen des Energie- speicher-Niveaus BEN 60, bis eine bestimmte, niedrigere Temperatur er- reicht ist, woraufhin die Priorität wiederum zurück auf„bedingte Abschal- tung für einen vorgesehenen Zeitintervall“ geschaltet wird.
Unterhalb des Niveaus BEN 61 ist im Datenspeicher 55 der Steuer/Regel- einheit 8 ein Minimal-Energiespeicher-Niveau MIN 62 abgelegt, welches beispielsweise bei 5 % des Niveaus MEN 56 liegen kann.
Die Steuer/Regeleinheit 8 ist so ausgeführt, dass beim Unterschreiten des Niveaus MIN 62 ein Not-Trennen des Energiespeichers 27 vom Gleich- spannungsnetz 11 erfolgt. Dies geschieht wiederum über Ansteuerung der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 über die Signalverbindung 48.
Zwischen den Niveaus UEN 58 und MIN 62 liegen, wie vorstehend im Zusammenhang mit den Niveaus BEN 59 bis 61 erläutert, also mehrere unterschiedliche bedingt Betriebs-Energiespeicher-Niveaus vor, wobei das Steuer/Regelmodul 5 abhängig vom Erreichen eines Ladezustands, der dem jeweiligen Niveau BEN 59 bis 61 entspricht, ein Verbinden oder Trennen der Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 mit der jeweiligen Priorisierung durch- führt.
Je nach Priorisierung der Verbraucher wird durch das Steuer/Regelmodul 5 beim Entladen des Energiespeichers 43 ein Verbindungszustand des Ver- brauchers 18 bis 21, 37, 38 mit dem zugehörigen Netz 10, 11 aufrecht er- halten, bis das der jeweiligen Priorität entsprechende Energiespeicher- Niveau unterschritten wird. Umgekehrt bleibt beim Laden des Energiespei- chers 43 ein Verbindungszustand des jeweiligen Verbrauchers prioritätsab- hängig getrennt, bis das dieser Priorität zugeordnete Energiespeicher- Niveau überschritten wird.
Figur 3 zeigt schematisch ein Bauelement bzw. ein Logik-Baustein 63 der Steuer/Regeleinheit 8, welches mit dem Datenspeicher 55 in Signalverbin- dung steht. Dieses Logik-Bauelement 63 hat verschiedene logische Ein- und Ausgänge. Mit PO bis P6 sind verschiedene logische Prioritäts- Eingänge entsprechend dem vorstehenden Zusammenhang mit den Niveaus BEN 59 bis 61 erläuterten Prioritäten bezeichnet. Soweit ein derartiger Pri- oritäts-Eingang PO bis P6 aktiv ist, erfolgt mit dem Steuer/Regelmodul 5 ein Zu- bzw. Abschalten von Verbrauchern, entsprechend dem, was vor- stehend erläutert wurde. Ein weiterer Eingang 64 signalisiert das Erreichen des Niveaus EMEN 57. Weitere Eingänge 65, 66 signalisieren eine ver- braucherspezifische Abschaltdauer bzw. eine verbraucherspezifische Ein- schaltdauer. Ein weiterer Eingang 67 signalisiert eine verbraucherspezifi- sche Nennleistung.
Ein weiterer Eingang 68 stellt ein Freigabesignal für die vorstehend erläu- terte Priorität„bedingte Abschaltung bei Freigabe“ dar. Ein weiterer Ein- gang 69 ermöglicht eine Zwangseinschaltung von Verbrauchern zur Ver- meidung einer Überlastung des Energie Speichers 43.
Die Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 kann, insbesondere über das Netzwerkmodul 6, eine tageszeitsynchrone Auswertung der er- fassten Daten durchführen und auf dieser Grundlage das Nachlade -Niveau 55a, das MEN 56, das EMEN 57, das UMEN 58 und/oder die BMENs 59 bis 61 berechnen, so dass diese Niveaus als Sollwerte für den weiteren Ein- satz der Steuer/Regeleinheit 8 dienen.
Die Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 kann über die Wetter- station 53 und/oder das Internet 49 tageszeitsynchron Wetterdaten, Ener- gie-Tarifdaten sowie Zählerwerte aktualisieren und erfassen. Über die Zäh- ler kann eine Direktmessung, eine registrierende Leistungsmessung oder auch die Bestimmung eines Standardlastprofils erfolgen. Zudem können durch die Steuer/Regeleinheit 8 effizienzsteigernde und kostenreduzierende Maßnahmen durchgeführt werden, beispielsweise eine dynamische Lei- tungssteuerung und/oder eine Zu- und Abschaltung von Verbrauchern des Systems.
Fig. 4 zeigt Module einer alternativen Ausführung eines Steuer/Regel- Systems, welches vorgeschaltet oder an Stelle des Systems 1 zum Einsatz kommen kann, welches vorstehend anhand der Fig. 1 bis 3 bereits erläutert wurde. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vor- stehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht nochmals im Einzel- nen diskutiert.
Fig. 4 zeigt in der linken Hälfte ein Netzeinspeisemodul 70 und, getrennt über eine gestrichelt vertikal angedeutete Modultrennung, ein Niederspan- nungsverteilermodul 71. Diese beiden Module 70, 71 können einzeln oder gemeinsam vor System 1 zur Ausführung kommen oder als Untermodule eines Wechselspannungsmoduls verstanden werden, welches anstelle des Wechselspannungsmoduls 2 der Ausführung nach Fig. 1 zum Einsatz kommt. Das Netzeinspeisemodul 70 hat nach dem Einspeiseknoten 13 einen als Schalter in der Fig. 4 angedeuteten Hauptanschluss 72 zur Einspeisung des öffentlichen Wechselspannungsnetzes 10. Im Leitungsweg nach dem Hauptanschluss 72 wird das Wechselspannungsnetz 10 verteilt. Über einen Trennschalter 73 steht das Wechselspannungsnetz 10 mit einem Zähler 74 in elektrischer Verbindung, über den eine Direktmessung und/oder eine Wandlermessung zur Ermittlung der verbrauchten Energie, gemessen bei- spielsweise in kWh stattfindet. Über einen weiteren Trennschalter 75 steht der Zähler 74 mit dem Gleichspannungsversorger 27 in elektrischer Ver- bindung und kann auch hier eine Messung der zur Verfügung gestellten Energie durchführen. Der Gleichspannungsversorger 27 und auch der Ein- speiseknoten 13 sind keine Bestandteile des Netzeinspeisemoduls 70.
Über die Verteilung des Netzeinspeisemoduls 70 im Leitungsweg nach dem Hauptanschluss steht das Wechselspannungsnetz 10 mit einem Über- spannungsschutz 76 in elektrischer Verbindung. Ebenfalls über diese Ver- teilung und einen weiteren Trennschalter 77 steht das Wechselspannungs- netz 10 mit einem weiteren Niederspannungsverteilermodul 78 in elektri- scher Verbindung, welches so ausgeführt sein kann, wie das nachfolgend noch beschriebene Nieder spannungsverteilermodul 71. Der Leitungsweg, über den dieses weitere Niederspannungsverteilermodul 78 angeschlossen ist, ist über einen Abgriff mit einem weiteren Zähler 79 verbunden, der ei- ne registrierende Leistungsmessung eines Stromflusses durch die Leitung des Wechselspannungsnetzes 10 hin zum weiteren Niederspannungsvertei- lermodul 78 durchführt.
Über einen weiteren Trennschalter 80 in der Verteilung nach dem Haupt- anschluss 72 steht das Niederspannungsverteilermodul 71 mit dem Netz- einspeisemodul 70 in elektrischer Verbindung (Netz- Verbindungsleitung 81). Diese Netz- Verbindungsleitung 81 wird von einem weiteren Zähler 82 nach Art des Zählers 79 abgegriffen. Mit den Zählern 79 und/oder 82 lässt sich ein Standort-Last-Profil des jeweiligen Niederspannungsverteilermo- duls 78, 71 bestimmen.
In der Netz- Verteilerleitung 81 ist ein ansteuerbarer Hauptschalter 99a an- geordnet, über den das nachfolgende Leitungsnetz des Niederspannungs- verteilermoduls 71, gesteuert über die Steuer/Regeleinheit 8 von der Netz- Verteilerleitung 81 getrennt werden kann.
Die Zähler 74, 79 und 82 stehen über einen Signalbus 83 mit dem Gateway 14 in Signalverbindung, bei dem es sich um ein Smartmeter-Gateway han- delt. Letzteres steht über eine Signalleitung 84 und ein Modem 85 mit ei- nem Wide-Area-Network WAN 86 beziehungsweise einer Daten-Cloud in Signalverbindung. Hierüber können insbesondere Zähler- und Lastwerte der Niederspannungsverteilermodule 71, 78 und auch der Gleichspan- nungsversorgung 27 an einen Netzbetreiber weitergegeben werden.
Die Zähler 74, 79, 82 und das Gateway 14 sowie das Modem 85 sind Be- standteile des Netzeinspeisemoduls 70.
Das Niederspannungsverteilermodul 71 stellt über Verteilerleitungen 87, 88, 89, 90, 91, 92 eine elektrische Verbindung der Netz- Verbindungsleitung 81 einerseits zu einer Gleichspannungsversorgung 27 (über einen nicht dargestellten Wechselrichter), mit dem Ladenetzteil 7, mit nachfolgend noch beschriebenen Installationsverteilermodulen 93, 94 sowie mit Starkstrom- Verbrauchern 95, 96, zum Beispiel einer Elektro- fahrzeug-Ladesäule oder einer Hochleistungs- Werkzeugmaschine her. Bei der Gleichspannungsversorgung 27, die mit dem Niederspannungsvertei- lermodul 71 über die Verteilerteilung 87 direkt in Verbindung steht, kann es sich um die gleiche Versorgung handeln wie diejenige, die vorstehend im Zusammenhang mit dem Netzeinspeisemodul 70 beschrieben wurde. Alternativ kann das Niederspannungsverteilermodul 71 mit einer eigenen Gleichspannungsversorgung 27 in Verbindung stehen.
Eine Messung eines elektrischen Leistungsflusses durch die Verteilerlei- tungen 87 bis 92 erfolgt über entsprechende, nachfolgend noch beschriebe- ne Abgriffe durch einen weiteren Zähler 97, der über eine Steuer- Signalleitung 98 mit der Steuer/Regeleinheit 8 in Signalverbindung steht. Mit der Steuer/Signalleitung 98 sind schaltbare Trennschalter 99, 100, 101, 102, 103, 104 verbunden, die wiederum in den Verteilerleitungen 87 bis 92 angeordnet sind und, gesteuert von der Steuer/Regeleinheit 8, je nach Be- darf zugeschaltet oder getrennt werden können. Eine Leistungsflussmes- sung durch die Verteilerleitungen 87 bis 92 ist über weitere Abgriffe einer Messleitung 105 an den Verteilerleitungen 87 bis 92 gegeben, wobei die Messleitung 105 wiederum mit der Steuer/Regeleinheit 8 verbunden ist. Der Zähler 97 sowie die Verteilerleitungen 87 bis 92 und die Abgriffe sind Bestandteile des Niederspannungsverteilermoduls 71.
Zum jeweiligen Niederspannungsverteilermodul 71, 78 gehört die Lastver- teilung zu den einzelnen Installations- und Unterverteilern auf Starkstrom- Niveau.
Fig. 5 zeigt Hauptkomponenten eines Isolationsverteilermoduls am Bei- spiel des Installationsverteilermoduls 93. Über ein Verteilernetz mit Vertei- lerleitungen 106, 107, 108, 109, 110 und 111 steht das Installationsvertei- lermodul 93 mit einem der vorstehend beschriebenen Niederspannungsver- teilermodulen 71, 78 in elektrischer Verbindung. Die Verteilerleitung 106 schafft dabei über einen Haupt-Trennschalter 112 eine elektrische Verbindung mit einem Beleuchtungsnetz mit Leuchteinhei- ten 113, 114. Letztere stehen mit der Verteilerleitung 106 über individuelle Trennschalter 1 15, 116 und sensorgesteuerte Schalter 117, 118 in sensori- scher Verbindung. Die sensorgesteuerten Schalter 117, 118 stehen über einen Signalbus 119 mit der Steuer/Regeleinheit 8 in Signalverbindung.
Die Verteilerleitung 107 steht über einen Haupt-Trennschalter 120 sowie individuelle Trennschalter 121, 122 und 123 mit Steckdosen 124, 125, 126 in elektrischer Verbindung, über die Geräte angeschlossen werden können, beispielsweise ein Heißwasserspeicher 127. Dieser ist über einen Tempera- tursensor wiederum mit dem Signalbus 119 signalverbunden. Als weitere Variante einer Signalsteuerung eines sensorgesteuerten Schalters 128, über den der Heißwasserspeicher 127 mit dem Stecker 124 verbunden ist, ist eine drahtlose Steuerung des sensorgesteuerten Schalters 128 über eine Funkbox 129 in der Fig. 5 dargestellt, die über eine entsprechende drahtlo- se Verbindung wiederum mit der Steuer/Regeleinheit 8 in Signalverbin- dung steht.
Über die Verteilerleitung 108, einen Haupt-Trennschalter 130 und einen Trennschalter 131 steht das Verteilernetz des Installationsverteilermoduls 93 mit einer Maschine 132 in elektrischer Verbindung, deren Sensoren wiederum mit dem Signalbus 119 in Signalverbindung stehen.
Die Verteilerleitung 109 stellt eine Verbindung des Verteilernetzes über einen Haupt-Trennschalter 133 und einen Trennschalter 134 zu einer La- destation 135 her, deren Sensor wiederum mit dem Signalbus 119 verbun- den ist. Über die Verteilerleitung 110 steht das Verteilernetz über einen Haupt- Trennschalter 136, einen Trennschalter 137 mit einem Kompressor 138 in elektrischer Verbindung, dessen Sensorik wiederum mit der Signalleitung 119 in Signalverbindung steht.
Über die Verteilerleitung 111 steht das Verteilernetz des Installationsver- teilermoduls 93 über einen Haupt-Trennschalter 139, einen Trennschalter 140 mit einer Kühleinrichtung 141, zum Beispiel mit einem Kühlschrank, in elektrischer Verbindung, dessen Sensorik wiederum mit dem Signalbus 119 verbunden ist.
Das Installationsverteilermodul 93 ist Teil des Wechselspannungsmoduls 2. Die Verbraucher 113, 1 14, 124 bis 127, 132, 135, 138, 141 stellen bei- spielhaft Verbraucher vergleichbar zu den Wechselstrom-Verbrauchern 18 bis 21 der Ausführung nach Fig. 1 dar.
Zum Installationsverteilermodul 93 gehört die Verteilung zu den einzelnen V erbraucherstromkreisen.
Bei einem Bauelement, dass alternativ zum Bauelement beziehungsweise Logik-Baustein 63 nach Fig. 3 zum Einsatz kommen kann, ist zusätzlich ein Verbrauchereingang vorgesehen, der auf einen festen Leistungswert eingestellt sein kann, zum Beispiel auf 1 kW, der dem jeweiligen Verbrau- eher zugeordnet ist.
Über die Steuerung durch die Steuer/Regeleinheit 8 lässt sich über die ver- schiedenen Signaleingänge und die beschriebenen Abgriffe ein Lastprofil einerseits in Bezug auf die Einspeisung und andererseits in Bezug auf die angeschlossenen Verbrauchslasten erstellen. Durch die Werte, die der Steuer/Regeleinheit 8 über die Verbrauchereingänge der Logik-Bausteine übermittelt werden können, lässt sich abhängig von einer jeweils gemesse- nen Einspeiseenergie und abhängig von den jeweils vergebenen Prioritäten entscheiden, welche Verbraucher zu- und abgeschaltet werden können. Beim jeweiligen Zu- beziehungsweise Ab schaltvorgang kann über die Da- tenverbindung 14, 85, 86 dem Netzbetreiber über die Steuer/Regeleinheit 8 mitgeteilt werden, welche Verbraucherleistung aktuell geändert wurde, so dass der Netzbetreiber die zur Verfügung zu stellende Last entsprechend nachregeln kann. Hierzu kann die vom Verbrauchereingang des Logik- Bausteins 64, der dem jeweiligen Verbraucher zugeordnet ist, anhand des Leistungswertes ausgelesene Verbraucherleistung genutzt werden.
Eine Kommunikation des Gateways 14 mit der Steuer/Regeleinheit 8 findet über eine VPN-Datenleitung 142 und/oder über ein Home- Area-Network 143 statt (vgl. Lig. 4).
Das gesamte Steuer/Regel- System ist durch Zuschaltung weiterer Nieder- spannungsverteilermodule sowie Installationsverteilermodule erweiterbar. Diese Module können an verschiedenen Standorten montiert und miteinan- der vernetzt werden.
Lasten einerseits und Erzeuger andererseits können über das Steuer/Regel- System 1 unter Einbindung von Energiespeichern flexibilisiert und es kön- nen das öffentliche Netz stabilisierende Schalt- und Regelvorgänge durch- geführt werden.
Dies sei noch anhand von Beispielen verdeutlicht: Der Netzbetreiber kann über die Cloud- Verbindung 85, 86 oder über eine weitere VPN-Schnittstelle an das Steuer/Regel-System 1 die Anforderung zur Aufnahme einer zusätzlichen Last aus dem öffentlichen Netz 10 von 25 kW senden. Die Steuer/Regeleinheit 8 kann dann eine Zuschaltung ent- sprechender Verbraucher einerseits im Niederspannungsverteilermodul 71 beziehungsweise 78 und/oder im Installationsverteilermodul 93, 94 sorgen, wobei über den Leistungswert, der am Verbrauchereingang des Logik- Bausteins zur Verfügung gestellt wird, dem Netzbetreiber mitgeteilt wer- den kann, dass sicher zusätzliche Verbraucher einer definierten Leistungs- höhe nun zugeschaltet sind. Hierüber ist es zum Beispiel möglich, im Steu- er/Regel- System 1 nach den Fig. 1, 4 oder 5 zusätzlicheEnergiespeicher aufzuladen, wozu beispielsweise auch eine Wassererwärmung im Heiß- wasserspeicher 127 oder eine Drucklufterzeugung mit dem Kompressor 138 gehören kann. Derartige zusätzliche Energiespeicher können zum Bei- spiel im Gleichspannungsmodul 3, im Wechselspannungsmodul 2, im Energiespeichermodul 4, im Netzeinspeisemodul 70, im Niederspannungs- verteilermodul 71 und/oder im Installationsverteilermodul 93 vorgehalten werden. Der Netzbetreiber bekommt unmittelbar die Rückmeldung über Laständerungen und die erfolgten Schaltvorgänge zur Zuschaltung defi- nierter Lasten und kann diese Information dann beim weiteren Netzma- nagement verarbeiten.
Über die Steuer/Regeleinheit 8 kann insbesondere eine dynamische Leis- tungssteuerung der Verbraucher und/oder eine Zu- und Abschaltung von Verbrauchern in den verschiedenen Modulen des Systems erfolgen.
Überschüssige Energie kann zusätzlich zur Speicherung im Energiespei- cher 43 in den Starkstrom- Verbrauchern 95, 96, über die Ladestation 135 in mobile Energiespeicher eingelagert werden. Auch über eine verbrau- eher- beziehungsweise modulübergreifende Sektorenkopplung des Steu- er/Regel- Systems 1 kann Strom zum Beispiel über den Heißwasserspeicher 127, den Kompressor 138 und/oder die Kühleinrichtung 141 in eine andere Energieform umgewandelt und zum späteren Verbrauch eingelagert wer- den.
Bei einem weiteren Beispiel fordert der Netzbetreiber über die jeweilige Schnittstelle beim Steuer/Regel- System 1 einen Energiebedarf einer be- stimmten Leistung, z.B. 50 kW für eine bestimmte Zeitdauer an. Das Steu- er/Regel- System 1 nimmt dann entsprechend der vorstehend erläuterten Priorisierung Verbraucher aus dem Wechselspannungsmodul 2, dem Gleichspannungsmodul 3 beziehungsweise aus den Niederspannungsvertei- lermodulen/Installationsverteilermodulen 71, 78, 93, 94 vom Netz und ver- sorgt über den Hauptanschluss 72 das Netz 10 über die Energiespeicher und/oder den Gleichspannungsversorger 27 mit der angeforderten Leis- tung.
Die vorstehend insbesondere im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschriebe- nen Prioritäten können dynamisch über den jeweiligen Logik-Baustein 63 zugewiesen werden. Diese Zuweisung/ Aberkennung von Prioritäten kann dynamisch über die Steuer/Regeleinheit 8 erfolgen.
Beispielsweise kann als Verbraucher innerhalb des Steuer/Regel- Systems 1 ein Kühlhaus versorgt werden, dem abhängig von einer gemessenen Kühl- haustemperatur eine der vorstehend beschriebenen Prioritäten zugewiesen wird, beispielsweise bei einer niedrigen gemessenen Temperatur die Priori- tät„bedingte Abschaltung für ein vorgesehenes Zeitintervall“ und bei einer höheren Temperatur eine dynamische Zuweisung einer höheren Priorität bis hin beispielsweise zur Priorität„bedingter Notstrombetrieb“. Die Steuer/Regeleinheit 8 kann sich dabei Algorithmen unter Nutzung von Fuzzy Logic bedienen. Bei einer Variante des Steuer/Regel- Systems wird der Energiespeicher 43 zu keinem Zeitpunkt vom Gleichspannungsnetz 11 getrennt. Aufgrund der Energieerzeugung im Gleichspannungsnetz 11 und dem in diesem Fall immer zugeschalteten Energiespeicher ergibt sich eine Wiederanlauffähig- keit des Steuer/Regel- Systems 1 auch nach einem längeren Entladungszeit- raum. Eine Stromversorgung ist dann auch bei längerem Ausfall der öffent- lichen Energieversorgung möglich, sobald über die Gleichspannungsver- sorgung 27 der Energiespeicher 43 wieder geladen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Modulares Steuer/Regel- System (1) für ein Stromnetz
- mit einem Wechselspannungsmodul (2),
- mit einem Gleichspannungsmodul (3),
- mit einem Energiespeichermodul (4),
- mit einem Steuer/Regelmodul (5),
- wobei das Wechselspannungsmodul (2) aufweist:
— ein Ladenetzteil (7), über welches auf Abruf vom Steu- er/Regelmodul (5) Strom aus einem öffentlichen Wechsel- spannungsnetz (10) gleichgerichtet in das Gleichspannungs- modul (3) geladen werden kann,
— einen Wechselrichter (16), über den auf Abruf vom Steu- er/Regelmodul (5) Gleichstrom aus dem Gleichspannungsmo- dul (3) in Wechselstrom für Wechselstrom-Verbraucher (18 bis 21) umgewandelt wird,
- wobei das Gleichspannungsmodul (3) aufweist:
— ein Gleichspannungsnetz (11),
— einen Gleichspannungsversorger (27),
— mindestens ein Gleichspannungs-Netzteil (33, 34), über wel ches auf Abruf vom Steuer/Regelmodul (5) eine höhere Netz- Gleichspannung des Gleichspannungsnetzes (11) in eine nied- rigere Versorgungs-Gleichspannung für Gleichstrom- Verbraucher (37, 28) umgewandelt wird,
— eine Gleichstrom-Netzregeleinrichtung (30), die mit dem
Gleichspannungsversorger (27) und dem Gleichspannungs- Netzteil (33, 34) und mit dem Gleichspannungsnetz (11) in Verbindung steht.
- wobei das Energiespeichermodul (4) aufweist — mindestens eine Batteriezelle (44), die über die Gleichstrom- Netzregeleinrichtung (30) mit dem Gleichspannungsnetz (11) verbunden ist,
- wobei das Steuer/Regelmodul (5) in Signalverbindung steht mit
— dem Ladenetzteil (7) und dem Wechselrichter (16) des Wech- selspannungsmoduls (2),
— dem mindestens einen Gleichspannungs-Netzteil (33, 34) und der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung (30) des Gleichspan- nungsmoduls (3),
— zur versorgungs- und bedarfsabhängigen Vorgabe
— einer Wechselspannungs-Nachladung über das Ladenetz- teil (7),
— eine Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom über den Wechselrichter (16),
— eine Umwandlung von Netz-Gleichspannung in Versor- gungs-Gleichspannung über das mindestens eine Gleich- spannungs-Netzteil (33, 34),
— eine Gleichspannungs-Ladung der Batteriezelle (44) aus dem Gleichspannungsversorger (27) über die Gleichstrom- Netzregeleinrichtung (30).
2. Modulares Steuer/Regel- System nach Anspruch 1 oder 2 dadurch ge- kennzeichnet, dass das Wechselspannungsmodul (2) und/oder das Gleichspannungsmodul (3) mindestens eine Netz-Isolationseinrichtung (23, 41) zum Schutz von Personen und/oder zum Schutz der am jewei- ligen am Netz angeschlossenen Netzkomponenten (18 bis 21, 37, 38, 30) aufweisen.
3. Modulares Steuer/Regel- System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Steuer/Regelmodul (5) über eine Datenschnitt- stelle (50 bis 52) mit dem Internet (49) zum Abruf von versorgungs- oder bedarfsrelevanten Informationen in Verbindung steht.
4. Modulares Steuer/Regel- System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer/Regelmodul (5) mindestens eine lokale Wetterstation (53) aufweist.
5. Modulares Steuer/Regel- System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselspannungsmodul (2) ein Smartmeter (12) aufweist, über welches ein Preis des jeweils über das Ladenetzteil (7) nachladbaren Wechselstroms abgerufen werden kann, wobei das Smartmeter (12) mit dem Steuer/Regelmodul (5) in Daten- verbindung (14, 15) steht.
6. Steuer/Regelmodul (5) für ein modulares Steuer/Regel- System für ein Stromnetz mit einem Wechselspannungsmodul (2) mit einem Wechsel- stromnetz (10), mit einem Gleichspannungsmodul (3) mit einem Gleichspannungsversorger (27) und einem Gleichstromnetz (11), und mit einem Energiespeichermodul (4) mit mindestens einer Batteriezelle (44),
- wobei das Steuer/Regelmodul (5) in Signalverbindung bringbar ist mit einem Ladenetzteil (7) und einem Wechselrichter (16) des Wechselspannungsmoduls (2) sowie mit mindestens einem Gleich- spannungs-Netzteil (33, 34) und einer Gleichstrom- Netzregeleinrichtung (30) des Gleichspannungsmoduls (3),
- wobei das Steuer/Regelmodul (5) ausgeführt ist zur versorgungs- und bedarfsabhängigen Vorgabe — einer Wechselspannungs-Nachladung über das Ladenetzteil
(7),
— einer Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom über den Wechselrichter (16),
— einer Umwandlung von Netz-Gleichspannung in Versorgungs- Gleichspannung über das mindestens eine Gleichspannungs- Netzteil (33, 34),
— einer Gleichspannungs-Ladung der Batteriezelle (44) aus dem Gleichspannungsversorger (27) über die Gleichstrom- Netzregeleinrichtung (30),
- wobei in einem Datenspeicher (55) des Steuer/Regelmoduls (5) mehrere Energiespeicher-Niveaus (56 bis 62) abgelegt sind, die ei- nen relativen Füllstand des Energiespeichers (43) charakterisieren,
- wobei das Steuer/Regelmodul (5) so ausgeführt ist, dass
— beim Laden des Energiespeichers (43) auf ein Maximal- Energiespeicher-Niveau (56) eine Begrenzung einer Stromlie- ferung durch den Gleichspannungsversorger (27) und/oder durch das Ladenetzteil (7) erfolgt und/oder ein Trennen des Energiespeichers (43) vom Gleichspannungsversorger (27) und/oder vom Ladenetzteil (7) erfolgt,
— beim Laden des Energiespeichers (43) über ein Unbedingt- Betriebs-Energiespeicher-Niveau (58) hinaus ein Verbinden al ler Verbraucher (37, 38) des Gleichspannungsmoduls (3) mit dem Gleichspannungsnetz (11) und aller Verbraucher (18 bis 21) des Wechselspannungsmoduls (2) mit dem Wechselspan- nungsnetz (10) erfolgt,
— beim Entladen des Energiespeichers (43) bis auf ein im Ver- gleich zum Unbedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveau (58) niedrigeres Bedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveau (59 bis 61) ein Trennen von Verbrauchern des Gleichspannungsmo- duls (37, 38) vom Gleichspannungsnetz (11) und/oder von Verbrauchern (18 bis 21) des Wechselspannungsmoduls (2) vom Wechselstromnetz (10) gemäß einer im Datenspeicher (55) abgelegten Prioritätsvorgabe erfolgt,
— beim Unterschreiten eines Minimal-Energiespeicher-Niveaus (62) des Energiespeichers (43) ein Not-Trennen des Energie- speichers (43) vom Stromnetz (10, 11) erfolgt.
7. Steuer/Regelmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Datenspeicher (55) des Steuer/Regelmoduls (5) zwischen dem Mini- mal-Energiespeicher-Niveau (62) und dem Unbedingt-Betriebs- Energiespeicher-Niveau (58) mehrere in ihrer Priorisierung unter- schiedliche Bedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveaus (59 bis 61) ab- gelegt sind, wobei das Steuer/Regelmodul (5) abhängig vom Erreichen eines Ladezustandes des Energiespeichers (43), der dem jeweiligen Bedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveau (59 bis 61) entspricht, ein Verbinden oder Trennen der Verbraucher (18 bis 21, 37, 38) mit der jeweiligen im Datenspeicher (55) abgelegten Priorisierung durchführt.
8. Steuer/Regelmodul nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass im Datenspeicher (55) des Steuer/Regelmoduls (5) zwischen dem Maximal-Energiespeicher-Niveau (56) und dem Unbedingt-Betriebs- Energiespeicher-Niveau (58) ein Energieverbrauchs-Maximierungs- Energiespeicher-Niveau (57) abgelegt ist, wobei das Steu- er/Regelmodul (5) beim Erreichen des Energieverbrauchs- Maximierungs-Energiespeicher-Niveaus (57) einen Betrieb der Ver- braucher (18 bis 21, 37, 38) veranlasst, die mit dem Gleichstromnetz (11) und dem Wechselstromnetz (10) verbunden sind.
9. Steuer/Regelmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Steuer/Regelmodul (5) so ausgeführt ist, dass beim Entladen des Energiespeichers (43) ein Verbindungszustand der Verbraucher (18 bis 21 , 37, 38) des Gleichspannungsnetzes (11) und des Wechselspannungsnetzes (10) aufrecht erhalten wird, bis eines der Energiespeicher-Niveaus (57 bis 62) unterschritten wird.
10. Steuer/Regelmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Steuer/Regelmodul (5) so ausgebildet ist, dass beim Laden des Energiespeichers (43) ein Verbindungszustand der Verbraucher (18 bis 21, 37, 38) des Gleichspannungsnetzes (11) und des Wechselspannungsnetzes (10) getrennt bleibt, bis eines der Ener- giespeicher-Niveaus (57 bis 62) überschritten wird.
11. Steuer/Regelmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeich- net durch ein Verbrauchssteuerungs-Bauelement (63) mit logischen Eingängen (PO bis P6), die den verschiedenen Bedingt-Betriebs- Energiespeicher-Niveaus (59 bis 61) entsprechen.
12. Steuer/Regelmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass das Maximal-Energiespeicher-Niveau (56) tages- zeitsynchron dynamisch im Steuer/Regelmodul (5) anhand erfasster Betriebsdaten des Steuer/Regel- Systems (1) und/oder anhand erfasster Energieprognosen und/oder anhand von erfassten Energiekosten be- rechnet wird.
13. Steuer/Regelmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, dass das Steuer/Regelmodul anhand einer tageszeitsyn- chronen Datenerfassung mindestens eines der folgenden Energiespei- cher-Niveaus vorgibt:
- ein Nachlade -Niveau (55a) des Energiespeichers (43),
- das Maximal-Energiespeicher-Niveau (56),
- das Energieverbrauchs-Maximierungs-Energiespeicher-Niveau (57),
- das Unbedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveau (58) und/oder
- mindestens eines der Bedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveaus (59 bis 61).
14. Verfahren zum Betrieb eines modularen Steuer/Regel- Systems (1), für ein Stromnetz mit einem Wechselspannungsmodul (2) mit einem Wechselstromnetz (10) mit einem Gleichspannungsmodul (3) mit ei- nem Gleichspannungsversorger (27) und einem Gleichstromnetz (11), und mit einem Energiespeichermodul (4) mit mindestens einer Batte - riezelle (44), unter Einsatz eines Steuer/Regelmoduls (5) mit den in ei- nem der Ansprüche 6 bis 13 angegebenen Merkmalen.
15. Verfahren zum Betrieb eines modularen Steuer/Regel- Systems (1), für ein Stromnetz mit einem Wechselspannungsmodul (2) mit einem Wechselstromnetz (10) mit einem Gleichspannungsmodul (3) mit ei- nem Gleichspannungsversorger (27) und einem Gleichstromnetz (11), und mit einem Energiespeichermodul (4) mit mindestens einer Batte - riezelle (44), unter Einsatz eines Steuer/Regelmoduls (5) und eines Steuer/Regel- Systems (1) mit den in einem der Ansprüche 1 bis 5 an- gegebenen Merkmalen.
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