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DE102018215777B4 - Control / regulating module for a control / regulating system for a power grid - Google Patents

Control / regulating module for a control / regulating system for a power grid Download PDF

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DE102018215777B4
DE102018215777B4 DE102018215777.4A DE102018215777A DE102018215777B4 DE 102018215777 B4 DE102018215777 B4 DE 102018215777B4 DE 102018215777 A DE102018215777 A DE 102018215777A DE 102018215777 B4 DE102018215777 B4 DE 102018215777B4
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Abstract

Steuer/Regelmodul (5) für ein modulares Steuer/Regel-System für ein Stromnetz mit einem Wechselspannungsmodul (2) mit einem Wechselstromnetz (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 Gleichspannungs-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 einen 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) 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 aller Verbraucher (37, 38) des Gleichspannungsmoduls (3) mit dem Gleichspannungsnetz (11) und aller Verbraucher (18 bis 21) des Wechselspannungsmoduls (2) mit dem Wechselspannungsnetz (10) erfolgt,-- beim Entladen des Energiespeichers (43) bis auf ein im Vergleich zum Unbedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveau (58) niedrigeres Bedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveau (59 bis 61) ein Trennen von Verbrauchern des Gleichspannungsmoduls (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 Energiespeichers (43) vom Stromnetz (10, 11) erfolgt.Control / regulating module (5) for a modular control / regulating system for a power network with an alternating voltage module (2) with an alternating current network (10), with a direct voltage module (3) with a direct voltage supplier (27) and a direct current network (11), and with an energy storage module (4) with at least one battery cell (44), - wherein the control / regulating module (5) can be brought into signal connection with a charger (7) and an inverter (16) of the AC voltage module (2) and with at least one DC voltage Power supply unit (33, 34) and a direct current mains regulating device (30) of the direct voltage module (3), - the control / regulating module (5) being designed for supply and demand-dependent specification - an alternating voltage recharging via the charger (7), - a conversion of direct current into alternating current via the inverter (16), - a conversion of mains direct voltage into supply direct voltage via the at least one direct voltage power supply unit (33, 34), - - a DC voltage charge of the battery cell (44) from the DC voltage supplier (27) via the DC network control device (30), - several energy storage levels (56 to 62) being stored in a data memory (55) of the control / regulating module (5) which characterize a relative fill level of the energy store (43), - the control / regulating module (5) being designed so that - when the energy store (43) is charged to a maximum energy store level (56), the energy store is disconnected (43) from the DC voltage supplier (27) and / or from the charging power supply (7), - when charging the energy store (43) beyond an unconditional operating energy store level (58), all consumers (37, 38) of the DC voltage module (3) with the DC voltage network (11) and all consumers (18 to 21) of the AC voltage module (2) with the AC voltage network (10), Energy storage icher level (58) lower conditional operating energy storage level (59 to 61) a disconnection of consumers of the direct voltage module (37, 38) from the direct voltage network (11) and / or of consumers (18 to 21) of the alternating voltage module (2) takes place from the alternating current network (10) according to a priority specification stored in the data memory (55), - if the energy storage device (43) falls below a minimum energy storage level (62), an emergency disconnection of the energy storage device (43) from the power network (10, 11) he follows.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuer/Regelmodul für ein Steuer/Regel-System für ein Stromnetz.The invention relates to a control / regulating module for a control / regulating system for a power network.

Ein Steuer/Regel-System für ein Stromnetz ist bekannt aus der US2010/0076615A1 und aus der DE102015206510A1 . Die EP1683681B1 beschreibt ein System und ein Verfahren zum Regeln von Leistung in einem Kraftfahrzeugbordnetz. Der Einsatz einer Brennstoffzelle als Gleichspannungsversorger in einem Stromnetz ist bekannt aus der DE102013220300 A1 und aus der DE102013209396 A1 . Die US 2011/0 291 479 A1 offenbart ein Energiespeichersystem und ein Steuerverfahren hierfür. Die US 2018/0 197 254 A1 offenbart ein Offgrid-Energieversorgungssystem sowie Betriebsverfahren hierfür. Die US 2017/0 288 413 A1 offenbart ein Energieversorgungssystem mit einer Batterie-Ansteuerung abhängig von bevorzugten Batterie-Levels. Die US 2014/0 139 188 A1 offenbart ein Batterie-Managementsystem. Die US 2011/0 148 360 A1 offenbart ein Energiespeichersystem sowie ein Steuerverfahren hierfür. Die US 2011/0 125 336 A1 offenbart ein Überwachungssystem für ein Energieversorgungssystem unter Nutzung verschiedener Quellen erneuerbarer Energie.A control system for a power grid is known from US Pat US2010 / 0076615A1 and from the DE102015206510A1 . the EP1683681B1 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 DE102013220300 A1 and from the DE102013209396 A1 . the US 2011/0 291 479 A1 discloses an energy storage system and a control method therefor. the US 2018/0 197 254 A1 discloses an off-grid energy supply system and operating methods therefor. the US 2017/0 288 413 A1 discloses a power supply system with a battery control depending on preferred battery levels. the US 2014/0 139 188 A1 discloses a battery management system. the US 2011/0 148 360 A1 discloses an energy storage system and a control method therefor. the US 2011/0 125 336 A1 discloses a monitoring system for a power supply system utilizing various sources of renewable energy.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuer/Regelmodul der eingangs genannten Art derart weiter zu bilden, dass die Kapazität eines Energiespeichers abhängig von dessen Ladezustand flexibel und an dessen Kapazität angepasst ausgenutzt wird.It is an object of the present invention to develop a control / regulating module of the type mentioned at the outset in such a way that the capacity of an energy store is used flexibly depending on its state of charge and adapted to its capacity.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuer/Regelmodul mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved according to the invention by a control / regulating module with the features specified in claim 1.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Vorgabe verschiedener Energiespeicher-Niveaus, abhängig von denen bestimmte Lade/Entladesituationen mit Hilfe des Steuer/Regelmoduls vorgegeben werden, zu einer vorteilhaft an innerhalb des Steuer/Regelsystems versorgungs- und verbrauchsabhängig 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 Einsatz kommen. Das Steuer/Regelmodul kann auch bei einem Steuer/Regelsystem zum Einsatz kommen, welches nicht modulweise aufgebaut ist.According to the invention, it was recognized that the specification of different energy storage levels, depending on which certain charging / discharging situations are specified with the aid of the control module, can advantageously be adapted to situations that are supply-dependent and consumption-dependent within the control system. Depending on the design of the control / regulating module, the direct current network regulating device can be integrated into the control / regulating module. A photovoltaic system and / or, for example, a fuel cell can be used as a DC voltage supplier. The control / regulating module can also be used in a control / regulating system that is not constructed in modules.

Unterschiedliche Bedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveaus nach Anspruch 2 mit entsprechender Priorisierung der Verbraucher, die an das System angeschlossen sind, ermöglichen eine besonders flexible Ausnutzung des Energiespeichers.Different conditional operating energy storage levels according to claim 2 with corresponding prioritization of the loads that are connected to the system, enable particularly flexible use of the energy storage.

Ein Energieverbrauchs-Maximierungs-Energiespeicher-Niveau gemäß nach Anspruch 3 ermöglicht in Situationen, in denen viel Energie aus dem Energiespeicher bereitgestellt werden kann, einen vorausschauenden Betrieb aller angeschlossenen Verbraucher, der so gestaltet werden kann, dass hierüber spätere Zeiträume mit geringerer Versorgungskapazität über den Energiespeicher überbrückt werden können. Beispielsweise können dann externe Batterien der Verbraucher geladen werden oder Kühlaggregate unter eine Normaltemperatur herabgekühlt werden.An energy consumption maximizing energy storage level according to claim 3 enables predictive operation of all connected consumers in situations in which a lot of energy can be provided from the energy storage, which can be designed in such a way that later periods of time with lower supply capacity via the energy storage can be bridged. For example, external batteries of the consumers can then be charged or cooling units can be cooled down to below a normal temperature.

Ein Aufrechterhalten von Verbindungszuständen nach Anspruch 4 und ein Trennen von Verbindungszuständen nach Anspruch 5 können abhängig von den Energiespeicher-Niveaus mit einer Hysterese erfolgen, sodass ein unerwünschtes Schwanken der Betriebszustände für den Fall, dass die Ladekapazität des Energiespeichers gerade um eines der Niveaus herumschwankt, vermieden ist.Maintaining connection states according to claim 4 and separating connection states according to claim 5 can take place depending on the energy storage levels with a hysteresis, so that undesired fluctuations in the operating states in the event that the charging capacity of the energy storage device fluctuates around one of the levels is avoided is.

Die Vorteile eines Verbrauchssteuerungs-Bauelements nach Anspruch 6 entsprechen denen, die vorstehend in Bezugnahme auf das Steuer/Regelmodul bereits erläutert wurden.The advantages of a consumption control component according to claim 6 correspond to those which have already been explained above with reference to the control / regulating module.

Die Vorteile eines Betriebsverfahrens nach Anspruch 7 entsprechen denen, die vorstehend in Bezugnahme auf das Steuer/Regelsystem und das Verbrauchsteuerungs-Bauelement bereits erläutert wurden. Das Verfahren kann auch zum Betrieb eines nicht modular aufgebauten Steuer/Regelsystems zum Einsatz kommen.The advantages of an operating method according to claim 7 correspond to those which have already been explained above with reference to the control system and the consumption control component. The method can also be used to operate a non-modular control system.

Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

  • 1 in einer schematischen Blockdarstellung ein modulares Steuer/Regelsystem für ein Stromnetz einschließlich eines Steuer/Regelmoduls;
  • 2 einer eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweisenden Energiespeicher eines Energiespeichermoduls des Steuer/Regelsystems nach 1, wobei verschiedene Energiespeicher-Niveaus, die Steueraktivitäten des Steuer/Regelmoduls auslösen, skaliert dargestellt sind; und
  • 3 ein Anschlussschema eines elektronischen Bauelements des Steuer/Regelmoduls, wobei das Bauelement als Verbraucherbaustein ausgeführt ist.
An exemplary embodiment for the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. In this show:
  • 1 a schematic block diagram of a modular control / regulating system for a power grid including a control / regulating module;
  • 2 an energy store having a plurality of battery cells of an energy storage module of the control / regulating system 1 , wherein different energy storage levels that trigger control activities of the control / regulating module are shown scaled; and
  • 3 a connection diagram of an electronic component of the control / regulating module, wherein the component is designed as a consumer module.

Ein modulares Steuer/Regelsystem 1 für ein Stromnetz ist unterteilt in mehrere Modulebenen und umfasst ein Wechselspannungsmodul 2, ein Gleichspannungsmodul 3, ein Energiespeichermodul 4, ein Steuer/Regelmodul 5 und ein Netzwerkmodul 6. Die Module 2 bis 6 können in voneinander getrennten Komponenten untergebracht sein, beispielsweise in verschiedenen Schaltschränken. Eine Trennung zwischen den Modulen 2 bis 6 ist in der 1 durch gestrichelte Linien angedeutet.A modular control system 1 for a power grid is divided into several module levels and comprises an AC voltage module 2 , a DC voltage module 3 , an energy storage module 4th , a control module 5 and a network module 6th . The modules 2 until 6th can be in separate Components can be housed, for example in different control cabinets. A separation between the modules 2 until 6th is in the 1 indicated by dashed lines.

Das Wechselspannungsmodul beinhaltet ein Ladenetzteil 7, über welches auf Abruf von einer Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 (vergleiche Signalverbindung 9) Strom aus einem öffentlichen Wechselspannungsnetz 10 gleichgerichtet in ein Gleichspannungsnetz 11 des Gleichspannungsmoduls 3 geladen werden kann. Das Ladenetzteil 7 steht über ein Smartmeter 12 mit einem Einspeiseknoten 13 des Wechselspannungsnetzes 10 in Leitungsverbindung. Über das Smartmeter 12 kann ein Preis des jeweils über das Ladenetzteil nachladnachbaren Wechselstroms abgerufen werden. Über ein Gateway 14 und eine Signalverbindung 15 steht das Smartmeter 12 mit der Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 in Verbindung.The AC voltage module contains a charger 7th , via which on request from a control / regulating unit 8th of the control module 5 (compare signal connection 9 ) Electricity from a public AC voltage network 10 rectified in a DC voltage network 11 of the DC voltage module 3 can be loaded. The charger 7th stands over a smart meter 12th with an infeed node 13th of the alternating voltage network 10 in line connection. Via the smart meter 12th a price for the alternating current that can be recharged via the charger can be called up. Via a gateway 14th and a signal connection 15th is the smart meter 12th with the control / regulation unit 8th of the control module 5 in connection.

Das Wechselspannungsmodul 2 hat weiterhin einen Wechselrichter 16, über den auf Abruf vom Steuer/Regelmodul 5 (vergleiche Signalverbindung 17) Gleichstrom aus dem Gleichspannungsnetz 11 des Gleichspannungsmoduls 3 in Wechselstrom für Wechselstrom-Verbraucher 18, 19, 20, 21 umgewandelt wird. Der Wechselrichter 16 verbindet also das Gleichspannungsnetz 11 mit einem Wechselspannungs-Versorgungsnetz 22 des Wechselspannungsmoduls 2 für die Wechselstrom-Verbraucher 18 bis 21.The AC voltage module 2 still has an inverter 16 , via which on request from the control module 5 (compare signal connection 17th ) Direct current from the direct voltage network 11 of the DC voltage module 3 in alternating current for alternating current consumers 18th , 19th , 20th , 21 is converted. The inverter 16 thus connects the DC voltage network 11 with an alternating voltage supply network 22nd of the AC voltage module 2 for the AC consumers 18th until 21 .

Das Wechselspannungs-Versorgungsnetz 22 des Wechselspannungsmoduls 2 weist eine Netz-Isolationseinrichtung 23 zum Personen- und Anlagenschutz der am Wechselspannungs-Versorgungsnetz 22 angeschlossenen Netzkomponenten, also der Wechselstrom-Verbraucher 18 bis 21 auf. Entsprechend beinhaltet die Netz-Isolationseinrichtung 23 eine Leckstromüberwachungseinheit 24 und einen Trennschalter 25.The AC voltage supply network 22nd of the AC voltage module 2 has a network isolation device 23 for personal and system protection on the AC voltage supply network 22nd connected network components, i.e. the AC consumers 18th until 21 on. The mains isolation device contains accordingly 23 a leakage current monitoring unit 24 and a circuit breaker 25th .

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 Wechselspannungs-Versorgungsnetz 22 angeschlossen sind. Beim Wechselstrom-Verbraucher 20 kann es sich um eine Wechselstrom-Beleuchtungsanlage 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 Leistungsentnahme 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 Leistungsentnahme-Kennzahlen für die Wechselstrom-Verbraucher 18 bis 21 können im Bereich zwischen 0,05 kW und 500 kW liegen.With AC consumers 18th it can be a network component, a data processing device, for example a computer, a control unit, a server and / or a telephone system. With AC consumers 19th it can be consumers who are connected to the AC voltage supply network via household sockets 22nd are connected. With AC consumers 20th it can be an AC lighting system. With AC consumers 21 it can be a charging point or charging station for an electric vehicle. The alternating current consumer 18th can be designed for a maximum power consumption of 0.1 kW. The alternating current consumer 19th can be designed for a maximum power consumption of 0.9 kW. The alternating current consumer 20th can be designed for a maximum power consumption of 3.2 kW. The alternating current consumer 21 can be designed for a maximum power consumption of 3.7 kW. The power consumption indicators for the AC consumers 18th until 21 can be in the range between 0.05 kW and 500 kW.

Die Wechselstrom-Verbraucher 18 bis 21 weisen jeweils einen Schalter 26 auf, über den diese mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz 22 verbunden bzw. von diesem getrennt werden können. Diese Schalter 26 können über die Signalverbindung 17 von der Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 betätigt werden.The AC consumers 18th until 21 each have a switch 26th on, via which this is connected to the AC voltage supply network 22nd can be connected or disconnected from it. These switches 26th can use the signal connection 17th from the control unit 8th of the control module 5 be operated.

Teil des Gleichspannungsmoduls 3 ist ein Gleichspannungsversorger 27. Hierbei kann es sich um eine Fotovoltaikanlage handeln. Auch eine Brennstoffzelle ist als Gleichspannungsversorger 27 möglich. Über Gleichstromleitungen 28, 29 steht der Gleichspannungsversorger 27 mit einer Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 des Gleichspannungsmoduls 3 in Leitungsverbindung. Die Gleichstromleitungen 28, 29 führen zu zwei Eingangsports 31, 32 der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30. Die Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 steht ihrerseits mit dem Gleichspannungsnetz 11 in Leitungsverbindung.Part of the DC voltage module 3 is a DC voltage supplier 27 . This can be a photovoltaic system. A fuel cell is also used as a DC voltage supplier 27 possible. Via direct current lines 28 , 29 stands the DC voltage supplier 27 with a direct current network control device 30th of the DC voltage module 3 in line connection. The DC power lines 28 , 29 lead to two input ports 31 , 32 the DC power supply system 30th . The direct current network regulator 30th stands in turn with the DC voltage network 11 in line connection.

Zum Gleichspannungsmodul 3 gehören weiterhin Gleichspannungs-Netzteile 33, 34, über welche auf Abruf vom Steuer/Regelmodul 5 (Signalverbindungen 35, 36) eine höhere Netz-Gleichspannung des Gleichspannungsnetzes 11 in eine niedrigere Versorgungs-Gleichspannung für Gleichstrom-Verbraucher 37, 38 umgewandelt wird.To the DC voltage module 3 continue to belong to DC power supplies 33 , 34 , via which on request from the control module 5 (Signal connections 35 , 36 ) a higher direct voltage of the direct current network 11 into a lower DC supply voltage for DC consumers 37 , 38 is converted.

Das Gleichspannungsnetz 11 kann mit einer Gleichspannung von 380 Volt betrieben werden.The DC voltage network 11 can be operated with a DC voltage of 380 volts.

Die niedrigere Versorgungs-Gleichspannung kann bei 48 V liegen.The lower DC supply voltage can be 48 V.

Beim Gleichstrom-Verbraucher 37 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 Gleichstrom-Verbraucher 38 kann es sich um eine Gleichspannungs-Werkstattbeleuchtung handeln.With direct current consumers 37 it can be a network component, a data processing device, for example a computer, a control / regulating unit, a server and / or a telephone system. With direct current consumers 38 it can be a DC workshop lighting.

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 zwischen 0,05 kW und 25 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 angeschlossen werden.The direct current consumer 37 can be designed for a power consumption of 0.35 kW. The direct current consumer 38 can be designed for a power consumption of 2 kW. Performance indicators of direct current consumers 37 , 38 can in turn lie in a range between 0.05 kW and 25 kW, with a direct current consumer also being designed for a higher power consumption. Consumers can too E.g. DC / DC charger for e-mobility directly or via the direct current network control device 30th to the DC voltage network 11 be connected.

Im Gleichspannungsnetz 11 ist einerseits direkt nach dem Ladenetzteil 7 und andererseits direkt vor der Anbindung der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 jeweils ein Trennschalter 39, 40 einer Netz-Isolationseinrichtung 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.In the direct voltage network 11 is on the one hand directly after the charger 7th and on the other hand directly in front of the connection of the direct current network control device 30th one circuit breaker each 39 , 40 a network isolation device 41 for the DC voltage network 11 arranged. The network isolation device 41 in turn has a current / leakage current monitoring unit 42 , by means of errors in the DC voltage network 11 can be recorded and personal and system protection is ensured.

Das Energiespeichermodul 4 des Steuer/Regelsystems 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 liegen kann.The energy storage module 4th of the control system 1 contains an energy store 43 with a plurality of battery cells 44 . The battery can have a capacity that is greater than 15 kWh and that can be up to 1 MWh or even greater. About the energy storage 43 a maximum line extraction can take place, which can be greater than 15 kW and which can be in the range of 20 kW, for example.

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.If the DC voltage supplier 27 is designed as a photovoltaic system, this 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 even higher.

Der Energiespeicher 43 steht über eine Gleichstromleitung 44a mit drei parallel geschalteten Eingangsports 45, 46, 47 der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 in Leitungsverbindung. Über diese Ports 45 bis 47 der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 ist der Energiespeicher 30 mit dem Gleichspannungsnetz 11 verbunden.The energy storage 43 stands over a direct current line 44a with three input ports connected in parallel 45 , 46 , 47 the DC power supply system 30th in line connection. Via these ports 45 until 47 the DC power supply system 30th is the energy store 30th with the DC voltage network 11 tied together.

Über eine weitere Signalverbindung 48 ist die Steuer/Regeleinheit 8 mit der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 verbunden.Via another signal connection 48 is the control unit 8th with the direct current network control device 30th tied together.

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.
The control / regulation unit 8th of the control module 5 serves for the supply and demand-dependent specification:
  • - An alternating voltage recharge via the charger 7th ;
  • - A conversion of direct current into alternating current via the inverter 16 ;
  • - A conversion of mains direct voltage into supply direct voltage via the at least one direct voltage power supply unit 33 , 34 as
  • - A direct voltage charge of the energy store 43 from the DC voltage supplier 27 via the direct current network control device 30th .

Über eine Datenschnittstelle steht die Steuer/Regeleinheit 8 mit dem Internet 49 zum Abruf von versorgungs-grundbedarfsrelevanten Informationen für das Steuer/Regelsystem 1 in Signalverbindung. Die Datenschnittstelle beinhaltet eine Datenverbindung 50, die als VPN (Virtual Personal Network) ausgeführt sein kann, der Steuer/Regeleinheit 8 mit einem Server 51 sowie eine weitere Datenverbindung 52, die als WAN (Wide Area Network) ausgeführt sein kann, des Servers 51 mit dem Internet 49. Der Server 51 und die Datenverbindungen 50, 52 gehören zum Netzwerkmodul 6 des Steuer/Regelsystems 1.The control / regulating unit is available via a data interface 8th with the Internet 49 for calling up information relevant to basic supply needs for the control system 1 in signal connection. The data interface contains a data connection 50 , which can be implemented as a VPN (Virtual Personal Network), the control / regulating unit 8th with a server 51 as well as another data connection 52 , which can be implemented as a WAN (Wide Area Network), of the server 51 with the Internet 49 . The server 51 and the data connections 50 , 52 belong to the network module 6th of the control system 1 .

Der Server 51 kann auch als Hardware-Firewall zur Absicherung der Steuer/Regeleinheit 8 dienen oder mit einer zusätzlichen Hardware-Firewall ausgestattet werden.The server 51 can also be used as a hardware firewall to protect the control unit 8th serve or be equipped with an additional hardware firewall.

Das Steuer/Regelmodul 5 beinhaltet weiterhin eine lokale Wetterstation 53, die über eine Datenverbindung 54 mit der Steuer/Regeleinheit 8 verbunden ist.
Beim Steuer/Regelsystem 1 wird berücksichtigt, dass der Gleichspannungsversorger 27 als Haupt-Energielieferant nicht ständig zur Verfügung steht. Das Steuer/Regelsystem 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 stehende Kapazität des Energiespeichers 43 ein.
The control module 5 also includes a local weather station 53 that have a data connection 54 with the control / regulation unit 8th connected is.
With the control system 1 is taken into account that the DC voltage supplier 27 as the main energy supplier is not always available. The control system 1 refers to the consumers in its control algorithm 18th until 21 , 37 and 38 , the possibility of feeding in via the public AC voltage network 10 as well as the available capacity of the energy store 43 a.

Bei der Bewirtschaftung des Energiespeichers 43 erfolgt eine Kostenoptimierung. Stromkosten eines Nachladens über das Wechselspannungsnetz 10 werden mit Speicherkosten im Energiespeicher 43 verglichen. Im Normalbetrieb wird über eine Nachladung über das Ladenetzteil 7 ein Füllstand des Energiespeichers 43 konstant gehalten. Über die Steuer/Regeleinheit 8 wird durch Auswertung von Wetterdaten, wobei einerseits Daten des Internets 49 über das Netzwerkmodul 6 und anders als Daten der lokalen Wetterstation 53 ausgewertet werden, ein Energieeintrag des dann als Fotovoltaikanlage ausgeführten Gleichspannungsversorgers 27 für einen hinsichtlich der Wetterdaten überschaubaren zukünftigen Zeitraum abgeschätzt. In regelmäßigen Abständen wird über das Smartmeter 12 ein aktueller Stromtarif abgerufen, der über den Einspeiseknoten 13 und das Ladenetzteil 7 nachgeladen werden kann. Bei Bedarf werden ebenfalls in regelmäßigen Abständen, beispielsweise täglich, Angebote von Stromlieferanten eingeholt. Soweit Einspeisestrom günstig angeboten wird und die Wettervorhersage 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 entnehmen, wird die Nachladung über das Ladenetzteil 7 abgeschaltet und eine Stromentnahme erfolgt über den Energiespeicher 43 bzw. direkt über den Gleichspannungsversorger 27.When managing the energy storage 43 a cost optimization takes place. Electricity costs for recharging via the AC voltage network 10 become with storage costs in the energy storage 43 compared. In normal operation, recharging takes place via the charger 7th a fill level of the energy store 43 kept constant. Via the control / regulation unit 8th is made by evaluating weather data, on the one hand taking data from the Internet 49 via the network module 6th and different from data from the local weather station 53 are evaluated, an energy input from the DC voltage supplier, which is then designed as a photovoltaic system 27 estimated for a future period of time that is manageable in terms of weather data. The smart meter is used at regular intervals 12th a current electricity tariff can be called up via the feed-in node 13th and the charger 7th can be reloaded. If necessary, offers are also obtained from electricity suppliers at regular intervals, for example daily. As far as feed-in electricity is offered cheaply and the weather forecast and the level of energy storage 43 indicate this, the energy storage device is recharged 43 above the charger 7th , the DC voltage network 11 , the DC power supply system 30th and the DC line 44 . As soon as it is cheaper based on the costs and forecast data collected, energy from the energy storage device 43 can be seen, the recharging is carried out via the charger 7th switched off and a current is drawn from the energy store 43 or directly from the DC voltage supplier 27 .

In einem Datenspeicher 55 der Steuer/Regeleinheit 8 des Steuer/Regelmoduls 5 sind mehrere Energiespeicher-Niveaus abgelegt, die einen relativen Füllstand des Energiespeichers 43 charakterisieren. Diese Energiespeicher-Niveaus werden anhand der 2 erläutert.In a data store 55 the control unit 8th of the control module 5 several energy storage levels are stored, which indicate a relative fill level of the energy storage 43 characterize. These energy storage levels are based on the 2 explained.

Ein höchstes dieser Niveaus ist ein Maximal-Energiespeicher-Niveau 56, welches einer 100%-Ladung des Energiespeichers 43 entspricht. Um den Energiespeicher 43 zu schonen, kann dieses Maximal-Energiespeicher-Niveau 56 geringer sein als ein chemisch bzw. physikalisch maximal möglicher Voll-Ladezustand des Energiespeichers 43.A highest of these levels is a maximum energy storage level 56 , which is a 100% charge of the energy storage 43 is equivalent to. To the energy storage 43 to conserve this maximum energy storage level 56 be lower than a chemically or physically maximum possible full charge state of the energy store 43 .

Die Steuer/Regeleinheit 8 ist so ausgeführt, 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 Gleichspannungsversorger 27 erfolgt durch Ansteuerung der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 über die Signalverbindung 48. Das Trennen vom Ladenetzteil 7 erfolgt durch direktes Ansteuern über die Signalverbindung 9.The control / regulation unit 8th is designed so that when charging the energy storage 43 to the maximum energy storage level (MEN) 56 a disconnection of the energy store 43 from the DC voltage supplier 27 and / or from the charger 7th he follows. Disconnection from the DC voltage supplier 27 takes place by controlling the direct current network control device 30th over the signal connection 48 . Disconnecting the charger 7th takes place by direct control via the signal connection 9 .

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 Niveau EMEN 75 veranlasst die Steuer/Regeleinheit 8 einen Maximalbetrieb der Verbraucher 18 bis 21, 37 und 38.A next higher level, which is in the data memory 55 is an Energy Consumption Maximizing Energy Storage Level (EMEN) 57 . As long as the energy storage capacity is full 43 higher than this level EMEN 75 initiates the control / regulation unit 8th a maximum operation of the consumers 18th until 21 , 37 and 38 .

Beispielsweise kann in diesem Fall ein maximales Laden von Elektrofahrzeugen über den Wechselstrom-Verbraucher 21 sowie ggf. über einen Gleichstrom-Verbraucher entsprechend den Verbrauchern 37, 38 angesteuert 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 Energie. Auch eine Klimatisierung kann durch entsprechende Freigabe von Wechselstrom-Verbrauchern oder Gleichstrom-Verbrauchern entsprechend den Verbrauchern 18 bis 21, 37, 38 angesteuert werden.In this case, for example, electric vehicles can be charged to the maximum via the alternating current consumer 21 as well as possibly via a direct current consumer according to the consumers 37 , 38 can be controlled. Energy-intensive calculation tasks can then also be carried out by a computer system that uses the direct current consumer 37 are connected. A water tank and / or a heat exchanger 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 achieved by correspondingly releasing alternating current consumers or direct current consumers according to the consumers 18th until 21 , 37 , 38 can be controlled.

Auch ein Betrieb von Kühleinrichtungen kann bei Erreichen des Niveaus EMEN 57 maximiert werden. Derartige Kühleinheiten können dann als Kühlenergiespeicher genutzt werden.Cooling devices can also be operated when the EMEN 57 can be maximized. Such cooling units can then be used as cooling energy storage.

Das Niveau EMEN 57 liegt beispielsweise bei 90% des Niveaus MEN 56. The EMEN level 57 is for example 90% of the MEN level 56 .

Unterhalb des Niveaus EMEN 57 ist im Datenspeicher 55 ein Unbedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveau (UEN) 58 abgelegt, welches beispielsweise bei 50% des Niveaus MEN 56 liegen kann. Die Steuer/Regeleinheit 8 ist so ausgeführt, dass beim Laden des Energiespeichers 43 über das Niveau UEN 58 ein Verbinden aller Verbraucher 37, 38 des Gleichspannungsmoduls 3 mit dem Gleichspannungsnetz 11 und ein Verbinden aller Verbraucher 18 bis 21 des Wechselspannungsmoduls 2 mit dem Wechselspannungsnetz 10 erfolgt. Dies geschieht durch Ansteuern über die Signalverbindungen 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 maximiert, 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.Below the EMEN level 57 is in the data store 55 an unconditional operating energy storage level (UEN) 58 stored, which for example at 50% of the level MEN 56 can lie. The control / regulation unit 8th is designed so that when charging the energy storage 43 above the UEN level 58 connecting all consumers 37 , 38 of the DC voltage module 3 with the DC voltage network 11 and connecting all consumers 18th until 21 of the AC voltage module 2 with the alternating voltage network 10 he follows. This is done by controlling the signal connections 35 , 36 on the one hand and the multi-pole, the respective switch 26th independently controlling signal connection 17th on the other hand. In this operating case "reaching the level UEN 58", the energy consumption is not as above in connection with the level EMEN 57 rather it gets maximized everybody over the consumer 18th until 21 , 37 , 38 Active energy demand covered and all consumers 18th until 21 , 37 , 38 can at any time to the networks 10 , 11 can be switched on or off.

Unterhalb des Niveaus UEN 58 liegen mehrere Bedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveaus (BEN) 59 bis 61. Die Steuer/Regeleinheit 5 ist so ausgeführt, 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.Below the UEN level 58 there are several conditional operating energy storage levels (BEN) 59 until 61 . The control / regulation unit 5 is designed so that when the energy store is discharged 43 at these levels BEN 59 , 60 , 61 a priority-dependent separation of consumers 18th until 21 , 37 , 38 takes place according to a priority specification.

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“
The BEN level 59 which is in the range of 40% of the EMEN level 56 can combine the following priorities:
  • - Priority "conditional shutdown in case of overload"

Bei Lastspitzen im Gleichspannungsnetz 11 können alle mit dieser Priorität gekennzeichneten Verbraucher 37 bzw. 38 kurzzeitig abgeschaltet werden. At peak loads in the DC voltage network 11 can all consumers marked with this priority 37 respectively. 38 be switched off for a short time.

Eine Dauer einer solchen Kurzzeitabschaltung ist ebenfalls im Datenspeicher 55 der Steuer/Regeleinheit 8 hinterlegt.

  • - Priorität „bedingte Abschaltung für ein vorgesehenes Zeitintervall“
The duration of such a short-term shutdown is also in the data memory 55 the control unit 8th deposited.
  • - Priority "conditional shutdown for a specified time interval"

Alle Verbraucher, die mit dieser Priorität gekennzeichnet sind, können für einen Zeitraum abgeschaltet werden, die als Wert „Abschaltdauer“ ebenfalls im Datenspeicher 55 hinterlegt ist. Nach Ablauf der Abschaltdauer werden diese Verbraucher für einen Zeitraum „Einschaltdauer“, der ebenfalls im Datenspeicher 55 hinterlegt ist, wieder zugeschaltet. Jedem Verbraucher können eigene Zeiträume Abschaltdauer/Einschaltdauer zugeordnet werden, die dann verbraucherspezifisch im Datenspeicher 55 hinterlegt sind. Durch eine entsprechende Staffelung der Zeiträume Abschaltdauer/Einschaltdauer können Belastungsspitzen im Gleichspannungsnetz 11 vermieden werden.

  • - Priorität „bedingte Abschaltung beispielsweise Netzausfall“
All consumers that are marked with this priority can be switched off for a period of time, which is also stored in the data memory as the "switch-off duration" value 55 is deposited. After the switch-off period has elapsed, these consumers are "switched on" for a period of time, which is also stored in the data memory 55 is stored, switched on again. Each consumer can be assigned its own switch-off period / switch-on period, which is then stored in the data memory in a consumer-specific manner 55 are deposited. Due to a corresponding graduation of the periods of switch-off time / switch-on time, load peaks in the DC voltage network can be avoided 11 be avoided.
  • - Priority "conditional shutdown, e.g. power failure"

Alle Verbraucher, die dieser Priorität zugeordnet sind, werden beim Erreichen des Niveaus BEN 59 beim Ausfall einer Versorgung über das Wechselspannungsnetz 10 nach einem vorgegebenen Verzögerungszeitraum abgeschaltet. Auch dieser Verzögerungszeitraum ist im Datenspeicher 55 abgelegt. Verbraucher, denen diese Priorität zugewiesen ist, können beispielsweise die Ladestationen für Elektrofahrzeuge sowie bestimmte Beleuchtungsmodule sein.

  • - Priorität „bedingte Abschaltung bei Freigabe“
All consumers assigned to this priority are activated when the BEN 59 in the event of failure of a supply via the AC voltage network 10 switched off after a specified delay period. This delay period is also in the data memory 55 filed. Consumers to which this priority is assigned can, for example, be the charging stations for electric vehicles and certain lighting modules.
  • - Priority "conditional shutdown when enabled"

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 Freigabesignals über einen entsprechenden Eingang der Steuer/Regeleinheit 8 erfasst 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 abzuschalten.Consumers marked with such a priority correspond to the consumers 18th until 21 , 37 , 38 become when the level BEN 59 only switched off if at the same time the presence of a release signal via a corresponding input of the control / regulating unit 8th is captured. Such a release signal can be implemented as an active voltage signal, so that a fault in the release line, for example a line break, is automatically detected as a non-existent release. Such a consumer can be, for example, a heating system that is only switched off if this does not lead to frost damage. As soon as frost damage is to be feared due to corresponding outside temperatures, the release signal is controlled via the control / regulating unit 8th that activates, so that from then on when this level is reached it will BEN 59 it is not possible to switch off a consumer marked with this priority.

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“
The BEN 60 which is below the BEN 59 at about 30% of the MEN level 56 the following priority is assigned:
  • - Priority "conditional emergency power operation"

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.If all electricity suppliers fail, i.e. both the feed-in node 13th as well as the DC voltage supplier 27 represents the control / regulating unit 8th for all consumers marked with this priority 18th until 21 , 37 , 38 an emergency power operation for a set emergency power period, which is also stored in the data memory 55 , depending on the nominal capacity of the energy storage system 43 , is filed.

Dem unterhalb des Niveaus BEN 60 liegenden Niveau BEN 61, welches im Bereich von 20 % des Niveaus MEN 56 liegen kann, ist folgende Priorität zugeordnet:

  • - Priorität „unbedingter Notstrombetrieb“
The one below the BEN level 60 lying level BEN 61 which is in the range of 20% of the MEN 56 the following priority is assigned:
  • - Priority "unconditional emergency power operation"

Bei Ausfall aller Stromlieferanten, also wiederum bei Ausfall des Energieknotens 13 und des Gleichspannungsversorgers 27 stellt die Steuer/Regeleinheit 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.If all electricity suppliers fail, i.e. again if the energy node fails 13th and the DC voltage supplier 27 represents the control / regulating unit 8th for the consumers marked with this priority 18th until 21 , 37 , 38 emergency power operation over a longer period and depending on the nominal capacity of the energy storage system 43 adjustable duration safe. This period of time can also be stored in the data memory 55 be filed.

Beispielsweise kann einer Kühltruhe als Beispiel für einen der Verbraucher 18 bis 21, 37, 38 zunächst die Priorität „bedingte Abschaltung für ein vorgesehenes Zeitintervall zugewiesen werden. Unterschreitet ein Füllstand im Energiespeicher 43 das dieser Priorität zugewiesene Niveau BEN 59, wird die Kühltruhe für den vorgegebenen Zeitraum „Abschaltdauer“ abgeschaltet. 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 Energiespeicher-Niveaus BEN 60, bis eine bestimmte, niedrigere Temperatur erreicht ist, woraufhin die Priorität wiederum zurück auf „bedingte Abschaltung für einen vorgesehenen Zeitintervall“ geschaltet wird.For example, a freezer can be an example for one of the consumers 18th until 21 , 37 , 38 first the priority "conditional shutdown for a specified time interval must be assigned. If the level in the energy storage device falls below 43 the BEN level assigned to this priority 59 , the freezer is switched off for the specified "switch-off time" period. If the freezer reaches its dew point, a temperature monitor in the system switches the priority of the freezer to "conditional emergency power operation". The freezer is then operated on until the energy storage level BEN is reached 60 until a certain, lower temperature is reached, whereupon the priority is switched back to "conditional shutdown for a specified time interval".

Unterhalb des Niveaus BEN 61 ist im Datenspeicher 55 der Steuer/Regeleinheit 8 ein Minimal-Energiespeicher-Niveau MIN 62 abgelegt, welches beispielsweise bei 5 % des Niveaus MEN 56 liegen kann.Below the BEN level 61 is in the data store 55 the control unit 8th a minimum energy storage level MIN 62 stored, which for example at 5% of the level MEN 56 can lie.

Die Steuer/Regeleinheit 8 ist so ausgeführt, dass beim Unterschreiten des Niveaus MIN 62 ein Not-Trennen des Energiespeichers 27 vom Gleichspannungsnetz 11 erfolgt. Dies geschieht wiederum über Ansteuerung der Gleichstrom-Netzregeleinrichtung 30 über die Signalverbindung 48.The control / regulation unit 8th is designed so that when the level falls below MIN 62 an emergency disconnection of the energy storage 27 from the DC voltage network 11 he follows. This in turn takes place via control of the direct current network control device 30th over the signal connection 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 durchführt.Between the UEN levels 58 and MIN 62 as described above in connection with the BEN 59 until 61 explained, that is, several different conditional operating energy storage levels, with the control / regulating module 5 depending on the level of charge being reached, which corresponds to the respective level BEN 59 until 61 corresponds to a connection or disconnection of the consumers 18th until 21 , 37 , 38 with the respective prioritization.

Je nach Priorisierung der Verbraucher wird durch das Steuer/Regelmodul 5 beim Entladen des Energiespeichers 43 ein Verbindungszustand des Verbrauchers 18 bis 21, 37, 38 mit dem zugehörigen Netz 10, 11 aufrecht erhalten, bis das der jeweiligen Priorität entsprechende Energiespeicher-Niveau unterschritten wird. Umgekehrt bleibt beim Laden des Energiespeichers 43 ein Verbindungszustand des jeweiligen Verbrauchers prioritätsabhängig getrennt, bis das dieser Priorität zugeordnete Energiespeicher-Niveau überschritten wird.Depending on the prioritization of the consumer, the control module 5 when discharging the energy store 43 a connection state of the consumer 18th until 21 , 37 , 38 with the associated network 10 , 11 maintained until the energy storage level corresponding to the respective priority is undershot. The opposite remains when the energy store is charged 43 a connection state of the respective consumer is disconnected depending on the priority until the energy storage level assigned to this priority is exceeded.

3 zeigt schematisch ein Bauelement bzw. ein Logik-Baustein 63 der Steuer/Regeleinheit 8, welches mit dem Datenspeicher 55 in Signalverbindung steht. Dieses Logik-Bauelement 63 hat verschiedene logische Ein- und Ausgänge. Mit P0 bis P6 sind verschiedene logische Prioritäts-Eingänge entsprechend dem vorstehenden Zusammenhang mit den Niveaus BEN 59 bis 61 erläuterten Prioritäten bezeichnet. Soweit ein derartiger Prioritäts-Eingang P0 bis P6 aktiv ist, erfolgt mit dem Steuer/Regelmodul 5 ein Zu- bzw. Abschalten von Verbrauchern, entsprechend dem, was vorstehend erläutert wurde. Ein weiterer Eingang 64 signalisiert das Erreichen des Niveaus EMEN 57. Weitere Eingänge 65, 66 signalisieren eine verbraucherspezifische Abschaltdauer bzw. eine verbraucherspezifische Einschaltdauer. Ein weiterer Eingang 67 signalisiert eine verbraucherspezifische Nennleistung. 3 shows schematically a component or a logic module 63 the control unit 8th , which with the data storage 55 is in signal connection. This logic component 63 has different logical inputs and outputs. With P0 until P6 are different logical priority inputs corresponding to the above connection with the BEN levels 59 until 61 outlined priorities. So much for such a priority input P0 until P6 is active, is done with the control module 5 a connection or disconnection of consumers, according to what has been explained above. Another entrance 64 signals that the EMEN level has been reached 57 . Further entrances 65 , 66 signal a consumer-specific switch-off period or a consumer-specific switch-on period. Another entrance 67 indicates a consumer-specific nominal power.

Ein weiterer Eingang 68 stellt ein Freigabesignal für die vorstehend erläuterte Priorität „bedingte Abschaltung bei Freigabe“ dar. Ein weiterer Eingang 69 ermöglicht eine Zwangseinschaltung von Verbrauchern zur Vermeidung einer Überlastung des Energiespeichers 43.Another entrance 68 represents an enable signal for the priority explained above, "conditional shutdown on enable". Another input 69 enables loads to be switched on to avoid overloading the energy store 43 .

Claims (7)

Steuer/Regelmodul (5) für ein modulares Steuer/Regel-System für ein Stromnetz mit einem Wechselspannungsmodul (2) mit einem Wechselstromnetz (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 Gleichspannungs-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 einen 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) 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 aller Verbraucher (37, 38) des Gleichspannungsmoduls (3) mit dem Gleichspannungsnetz (11) und aller Verbraucher (18 bis 21) des Wechselspannungsmoduls (2) mit dem Wechselspannungsnetz (10) erfolgt, -- beim Entladen des Energiespeichers (43) bis auf ein im Vergleich zum Unbedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveau (58) niedrigeres Bedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveau (59 bis 61) ein Trennen von Verbrauchern des Gleichspannungsmoduls (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 Energiespeichers (43) vom Stromnetz (10, 11) erfolgt.Control / regulating module (5) for a modular control / regulating system for a power network with an alternating voltage module (2) with an alternating current network (10), with a direct voltage module (3) with a direct voltage supplier (27) and a direct current network (11), and with an energy storage module (4) with at least one battery cell (44), - wherein the control / regulating module (5) can be brought into signal connection with a charging power supply unit (7) and an inverter (16) of the AC voltage module (2) as well as with at least one DC voltage power supply unit (33, 34) and a direct current network control device (30) of the DC voltage module (3), - The control / regulating module (5) is designed for supply-dependent and demand-dependent specification - an alternating voltage recharge via the charger (7), - A conversion of direct current into alternating current via the inverter (16), - a conversion of mains direct voltage into supply direct voltage via the at least one direct voltage power supply unit (33, 34), - a DC voltage charge of the battery cell (44) from the DC voltage supplier (27) via the DC network control device (30), - wherein in a data memory (55) of the control / regulating module (5) several energy storage levels (56 to 62) are stored, which characterize a relative fill level of the energy storage (43), - The control / regulating module (5) is designed so that - when charging the energy store (43) to a maximum energy store level (56), the energy store (43) is disconnected from the DC voltage supplier (27) and / or from the charging power supply (7), - When charging the energy store (43) beyond an unconditional operating energy store level (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) the AC voltage module (2) takes place with the AC voltage network (10), - When discharging the energy store (43) up to a compared to the unconditional operating energy storage level (58) lower conditional operating energy storage level (59 to 61) a disconnection of consumers of the DC voltage module (37, 38) from DC voltage network (11) and / or loads (18 to 21) of the AC voltage module (2) from the AC network (10) according to a priority specification stored in the data memory (55), - When the energy store (43) falls below a minimum energy storage level (62), the energy store (43) is emergency disconnected from the power grid (10, 11). Steuer/Regelmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Datenspeicher (55) des Steuer/Regelmoduls (5) zwischen dem Minimal-Energiespeicher-Niveau (62) und dem Unbedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveau (58) mehrere in ihrer Priorisierung unterschiedliche Bedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveaus (59 bis 61) abgelegt 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.Control module according to Claim 1 , characterized in that in the data memory (55) of the control / regulating module (5) between the minimum energy storage level (62) and the unconditional operating energy storage level (58) a plurality of conditional operating energy storage with different priorities Levels (59 to 61) are stored, the control / regulating module (5) depending on the reaching of a charge state of the energy store (43), which corresponds to the respective conditional operating energy storage level (59 to 61), a connection or disconnection of the Consumers (18 to 21, 37, 38) with the respective prioritization stored in the data memory (55). Steuer/Regelmodul nach Anspruch 1 oder 2 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) dazu abgelegt ist, wobei das Steuer/Regelmodul (5) beim Erreichen des Energieverbrauchs-Maximierungs-Energiespeicher-Niveaus (57) einen Betrieb der Verbraucher (18 bis 21, 37, 38) veranlasst, die mit dem Gleichstromnetz (11) und dem Wechselstromnetz (10) verbunden sind.Control module according to Claim 1 or 2 characterized in that in the data memory (55) of the control / regulating module (5) between the maximum energy storage level (56) and the unconditional operating energy storage level (58) an energy consumption maximizing energy storage level (57) is filed, wherein the control / regulating module (5) initiates operation of the loads (18 to 21, 37, 38) which are connected to the direct current network (11) and the alternating current network (10) when the energy consumption maximizing energy storage level (57) is reached are. Steuer/Regelmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 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.Control module according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the control / regulating module (5) is designed so that when the energy store (43) is discharged, a connection state of the consumers (18 to 21, 37, 38) of the DC voltage network (11) and the AC voltage network (10) is maintained is until one of the energy storage levels (57 to 62) is undershot. Steuer/Regelmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 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 Energiespeicher-Niveaus (57 bis 62) überschritten wird.Control module according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the control / regulating module (5) is designed so that when the energy store (43) is charged, a connection state of the loads (18 to 21, 37, 38) of the DC voltage network (11) and the AC voltage network (10) remains disconnected until one of the energy storage levels (57 to 62) is exceeded. Steuer/Regelmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Verbrauchssteuerungs-Bauelement (63) mit logischen Eingängen (P0 bis P6), die den verschiedenen Bedingt-Betriebs-Energiespeicher-Niveaus (59 bis 61) entsprechen.Control module according to one of the Claims 1 until 5 , characterized by a consumption control component (63) with logic inputs (P0 to P6) which correspond to the various conditional operating energy storage levels (59 to 61). Verfahren zum Betrieb eines modularen Steuer/Regelsystems (1), für ein Stromnetz mit einem Wechselspannungsmodul (2) mit einem Wechselstromnetz (10) mit einem Gleichspannungsmodul (3) mit einem Gleichspannungsversorger (27) und einem Gleichstromnetz (11), und mit einem Energiespeichermodul (4) mit mindestens einer Batteriezelle (44), unter Einsatz eines Steuer/Regelmoduls (5) mit den in den Ansprüchen 1 bis 6 angegebenen Merkmalen.A method for operating a modular control system (1) for a power grid with an AC voltage module (2) with an AC power system (10) with a DC voltage module (3) with a DC voltage supplier (27) and a DC power system (11), and with an energy storage module (4) with at least one battery cell (44), using a control / regulating module (5) with the in the Claims 1 until 6th specified features.
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