Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautomobile. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Teilnetz einer Ladestation. Im Zuge der wachsenden Elektromobilität ist der Trend zu beobachten, dass immer mehr Elektrofahrzeuge bzw. Elektroautomobile nicht nur für den privaten Bereich, sondern auch für gewerbliche Unternehmungen im Straßenverkehr zugelassen werden.

Durch die steigende Anzahl der Elektrofahrzeuge steigt somit auch der Bedarf, flächendeckend Ladesysteme bzw. Ladestationen zu errichten an denen die Elektrofahrzeuge aufgeladen werden können. Dabei beziehen die Ladesysteme die Leistung zum Laden der Fahrzeuge zumeist aus dem elektrischen Versorgungsnetz.

Dabei können für das elektrische Versorgungsnetz Probleme entstehen, denen in Zukunft begegnet werden muss. An Ballungszentren, Autobahnraststätten oder im Innenstadtbereich einer Großstadt können Netzproblemen auftreten, wenn dort gleichzeitig sehr viele Elektrofahrzeuge geladen werden müssen und relativ lokalisiert viel elektrische Leistung in sehr kurzer Zeit benötigt wird. Besonders an solchen Zentren können Spannungsprobleme oder Leistungsengpässe auftreten, wenn die Anschlussleitungen, an denen das Ladesystem angeschlossen ist, nicht dazu ausgelegt sind, die geforderte Leistung übertragen zu können. Ebenso ist an solchen Zentren nicht nur die Anzahl der Elektrofahrzeuge herausfordernd für den Betrieb eines elektrischen Versorgungsnetzes, sondern auch Schnelladesysteme. Schnellladesysteme zum Laden der Elektrofahrzeuge benötigen viel Leistung in sehr kurzer Zeit, die nicht unbedingt jederzeit an der Ladestation bereitgestellt werden kann. Dabei wird angenommen, dass die Anzahl der zugelassenen Elektrofahrzeuge sowie auch die Verbreitung von Schnelladesystemen in naher Zukunft steigen wird.

Demnach ist damit zu rechnen, dass in Zukunft sehr große Last- bzw. Leistungsflüsse in kurzer Zeit über das elektrische Versorgungsnetz an die Ladestation transportiert und bereitgestellt werden müssen. Dass der Netzabschnitt, an dem die Ladestation angeschlossen ist, für diesen hohen Leistungsbedarf bzw. diese hohen Leistungsflüsse ausgelegt ist, ist dabei nicht immer gewährleistet. Unter Umständen müssen Netzausbaumaßnahmen durchgeführt werden, die stets mit ungewünschten zusätzlichen Kosten verbunden sind. Bevor ein Netzausbau daher vorgenommen werden muss, ist es vielmehr wünschenswert die vorhandenen Netzleitungen bzw. deren Leistungsgrenzen in den Netzabschnitten des elektrischen Versorgungsnetzes möglichst maximal und effektiv nutzen zu können.

Aus dem US-Patent US 8,981 ,708 ist eine Ladevorrichtung bekannt, die elektrische Speicher von Elektrofahrzeugen aus dem Wechselspannungsnetz laden kann und in das Wechselspannungsnetz einspeisen kann.

Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zur vorliegenden Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 10 2010 002 237 A1 , DE 10 201 1 008 675 A1 , DE 10 2012 101 799 A1 , US 8,981 ,708 B2, US 201 1/0106321 A1 , US 2016/0224045 A1 , EP 2 592 709 A1 , WO 2016/120240 A1 , ISLAM, F.R.; POTA, H.R.; ALI, M.S.: V2G technology to design a Virtual UPFC. In: 1 1th International Conference on Environment and Electrical Engineering, Venice, 2012, S. 568-573. In: IEEE Xplore [online], DOI: 10.1 109/EEEIC.2012.6221441 , In: IEEE, und KREIKEBAUM, F. (et al.): Ubiquitous power flow control in meshed grids, In: IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, San Jose, CA, 2009, S 3907-3914, In: IEEE Xplore [online], DOI: 10.1 109/ECCE.2009.5316035, In: IEEE.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, zumindest eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die zumindest eine Steuerung eines Leistungsflusses in einem Netzabschnitt ermöglicht. Zumindest soll zu bisher bekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden. Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Dieses ist zum Betreiben einer Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Automobile vorgesehen. Dazu wird eine Ladestation, die mehrere Ladesäulen umfassen kann, an einen Netzanschlusspunkt mit dem elektrischen Versorgungsnetz verbunden. Die Ladestation kann somit elektrische Energie bzw. elektrische Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz beziehen. Zusätzlich ist die Ladestation dazu vorbereitet, ebenfalls eine Leistung in das Versorgungsnetz einzuspeisen. Demnach ist die Ladestation nicht nur als ein Verbraucher sondern auch als ein Erzeuger anzusehen. Dabei speist die Ladestation bei Bedarf Wirk- und/oder Blindleistung in das Netz ein. Die La- destation kann somit das Versorgungsnetz aktiv beeinflussen bzw. verändern und wirkt nicht nur wie ein passiver Verbraucher.

Dazu ist Ladestation an einem Netzanschlusspunkt an einem ersten Netzabschnitt des elektrischen Versorgungsnetzes angeordnet und kann einen ein- oder mehrphasigen Wechselstrom beziehen oder einspeisen. Der Netzanschlusspunkt wird allgemein auch als PCC (engl.: Point of Commom Coupling) bezeichnet.

Neben dem ersten Netzabschnitt, an dem die Ladestation angeschlossen ist, können auch weitere elektrische Verbraucher, wie beispielsweise eine Fabrik oder ein Wohnhaus, an einem weiteren zweiten Netzabschnitt des Versorgungsnetzes angeschlossen sein. Der Netzabschnitt an dem die Ladestation angeschlossen ist, ist dabei mit dem zweiten Netzabschnitt verbunden. Die Verbindung muss dabei nicht zwangsläufig direkt sein, sodass auch weitere Netzabschnitte oder Transformatoren zwischen den Netzabschnitten angeordnet sein können.

Durch die elektrische Verbindung der zwei Netzabschnitte ist jedoch der wenigstens eine weitere Verbraucher und/oder der wenigstens eine zweite Netzabschnitt über die La- destation beeinflussbar. Prägt die Ladestation beispielsweise einen Strom bzw. eine Blindleistung an dem Netzanschlusspunkt in das elektrische Versorgungsnetz ein, hat dies einen Einfluss auf den elektrischen Verbraucher und/oder den zweiten Netzabschnitt. Dabei kann der weitere Verbraucher auch eine zweite Ladestation sein.

Die Ladestation ist somit dazu eingerichtet, ein Beziehen der elektrischen Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz und/oder ein Einspeisen elektrischer Leistung an den Netzanschlusspunkt in das elektrische Versorgungsnetz zu steuern. Dabei erfolgt die Steuerung der Ladestation so, dass sich nicht nur am PCC der Ladestation eine geänder- te Netzspannung bzw. ein geänderter Leistungsfluss einstellt, sondern auch ein anderer Netzabschnitt an denen die Ladestation nicht direkt angeschlossen ist mit der Ladestation beeinflusst werden kann.

Demnach erfolgt die Steuerung des Leistungsflusses und/oder der Netzspannung in einem anderen Netzabschnitt vorzugsweise durch eine gezielte Begrenzung der Leistungsentnahme oder über eine gezielte Leistungseinspeisung der Ladestation an dem jeweiligen Netzanschlusspunkt. Besonders die Netzspannung kann über eine Blindleistungseinspeisung oder -entnähme gesteuert werden.

Es wurde erkannt, dass Leistungsflüsse, zumindest teilweise in einem Maschen- oder einem Ringnetz beispielsweise über weniger stark ausgelastete Netzabschnitte zu einem Netzabschnitt mit einem hohen Leistungsbedarf umgeleitet werden können, wie beispielsweise zu einem zuvor vorgenannten Zentrum vieler zu ladender Elektroautomobile. Zumindest können Aufteilungen von Lastflüssen geändert werden. Demnach können durch die Steuerung der Lastflüsse bzw. der Spannung weniger stark ausgelastete Netzabschnitte als eine Art Umleitung für Leistungsflüsse oder Teile davon verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, dass die Ladestation die Leistungsflüsse steuert und Netzengpässe reduziert werden können.

Zusätzlich oder alternativ ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Spannungsteuerung so, dass Unter- oder Überspannungen in den Netzabschnitten vorbeugt werden kann.

Ferner kann zusätzlich oder alternativ das Steuern der Netzspannung und/oder das Steuern des Lastflusses unabhängig vom Einspeisen oder Entnehmen elektrischer Wirkleistung durchgeführt werden.

Vorzugsweise wird wenigstens eine weitere Ladestation in einem weiteren Netzabschnittspunkt vorgesehen. Die wenigstens zwei Ladestationen sollen dabei koordiniert gesteuert werden bzw. miteinander kommunizieren. Demnach wird jede Ladestation für sich gesehen an einen Netzanschlusspunkt an das elektrische Versorgungsnetz angeschlossen und ist jeweils, jede für sich, dazu vorbereitet, eine Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz zu beziehen oder einzuspeisen. Vorzugsweise sind die Ladestationen so gekoppelt, dass sie untereinander Energie austauschen können. Vorzugsweise kann auch eine Kopplung mit wenigstens einem Windpark vorgenommen werden. Eine bevorzugte Kopplung wird so durchgeführt, dass die zu koppelnden Einheiten, also der wenigstens eine Windpark und die Ladestationen jeweils einen Gleichspannungszwischenkreis aufweisen und diese Gleichspannungszwischenkreise direkt gekoppelt werden. Dadurch können Lastflüsse zwischen den Einheiten, besonders zwischen den Ladestationen direkt ausgetauscht werden und dadurch kann eine Situation berücksichtigt werden, in der eine Ladestation stark und die andere schwach ausgelastet ist. Die Ladestationen kommunizieren dabei über ein geeignetes Kommunikationsnetzwerk, so dass eine koordinierte Steuerung der wenigstens zwei Ladestationen möglich ist. Beispielsweise können Abstimmungen über eine Leistungsentnahme vorgenommen werden, so dass eine hohe Leistungsentnahme der einen Ladestation durch eine entsprechend geringere Leistungsentnahme durch die andere Ladestation ausgeglichen kann, so dass das Netz im Ergebnis nicht überlastet wird.

Die gemeinsame bzw. koordinierte Steuerung kann dabei beispielsweise von einer Steuereinheit durchgeführt werden, die direkt in der Ladestation angeordnet ist. Ebenfalls kann eine übergeordnete Steuereinheit die koordinierte Steuerung der Ladestationen vornehmen. Somit können die Leistungsflüsse an mehreren unterschiedlichen Netzanschlusspunkten beeinflusst werden, nämlich an den Netzabschnitten, an denen auch eine Ladestation angeschlossen ist.

Möchte eine erste Ladestation beispielsweise mehr Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz beziehen als aktuell in dem Netzabschnitt vorhanden ist, kann die erste Ladestation der weiteren Ladestation den höheren Leistungsbedarf mitteilen. Die zweite Ladestation, die unter Umständen noch nicht vollständig ausgelastet ist, kann daraufhin eine Blindleistung oder sogar direkt eine Wirkleistung aus einem Energiespeicher einspeisen. Dabei stellt sich durch die gezielte Blindleistung ein geänderter Leistungsfluss ein, so dass ein zusätzlicher Leistungsfluss zu der ersten Ladestation entsteht der höher ist als in einem ungesteuerten Netzabschnitt. In einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass eine bzw. die wenigstens eine weitere Ladestation an dem ersten Netzabschnitt angeschlossen ist und dieser Netzabschnitt eine Leistungsgrenze aufweist. Diese Leistungsgrenze beschreibt dabei die maximal übertragbare Gesamtleistung, die zu der angeschlossenen Ladestation übertragen werden kann. Die Leistungsgrenze hängt dabei nicht nur vom konstruktiven Aufbau des Netzabschnittes ab, sondern auch vom Netzzustand oder den Netzeigenschaften. Typischerweise hängt die Leistungsgrenze des Netzabschnitts vom konstruktiven Aufbau der Netzanschlussleitungen ab, wie dem Leiterquerschnitt, der Anzahl der vorhandenen Phasen oder der angelegten Spannung. Auch die Länge der betrachteten Netzanschlussleitungen kann einer Rolle spielen.

Zur Einhaltung der Leistungsbegrenzung des Netzabschnittes weist jede Ladestation für sich jeweils eine eigene Stationsleistungsgrenze auf, die veränderbar ist.

Es wird somit vorgeschlagen, dass jede Ladestation eine eigene Leistungsgrenze aufweist, die an den maximal möglichen Leistungsfluss angepasst wird, der in einem Netzabschnitt auftreten kann. Sinkt beispielsweise die Spannung an dem Netzanschlusspunkt einer Ladestation zu stark ab, was auf eine zu niedrige Leistung im Netzabschnitt hinweist, wird die Leistungsentnahme der Ladestation aus dem Netz vermindert, indem die Leistungsgrenze reduziert wird.

Demnach kann durch die Anpassung der Stationsleistungsgrenze erreicht werden, dass die Spannung am Netzanschlusspunkt der Ladestation nicht unter einen kritischen Wert abfällt.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Stationsleistungsgrenzen in Abhängigkeit voneinander so eingestellt werden, dass die Summe der Stationsleistungsgrenzen des Netzabschnittes, an dem die Ladestationen angeschlossen sind, nicht die maximale Gesamtleistungsgrenze des Netzabschnittes überschreitet.

Somit ermöglicht das Verfahren zum Betreiben der Ladestation eine angepasste Begrenzung der entnommenen Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz, angepasst an die maximal bereitgestellte Leistung des Netzabschnittes. Leistungsengpässe werden somit vermindert. Es wird ermöglicht, dass eine Ladestation Ihre Leistungsgrenze überschreiten kann, solange die Summe aller Stationsleistungsgrenzen nicht die Gesamtleistungsgrenze des Netzabschnitts überschreitet. Vorzugsweise wird zudem vorgeschlagen, dass jede Ladestation eine steuerbare variable Stationsleistungsgrenze aufweist.

Dabei werden die Stationsleistungsgrenzen bedarfsabhängig gesteuert, so dass auch eine Ladestation ihre jeweilige Stationsleistungsgrenze bei Bedarf reduziert, wenn eine andere Ladestation desselben Netzabschnittes, an den die beiden Ladestationen angeschlossen sind, ihre Ladestationsgrenze erhöht. Besonders wird durch die bedarfsabhängige Steuerung der Stationsleistungsgrenzen ermöglicht, dass der aktuelle Zustand des Netzes berücksichtigt wird. Die Leistungsaufteilung zwischen den Ladestationen kann flexibel und dynamisch gesteuert werden und sich dadurch geänderten Situationen schnell anpassen.

Liegt im Netz beispielsweise zu wenig Leistung vor, korrigieren die Ladestationen ihre Leistungsgrenze nach unten, um nicht zu viel elektrische Leistung aus dem Netz zu entnehmen. Stehen dagegen große Leistungsmengen zur Verfügung, da zum Beispiel ein großer Verbraucher beispielsweise derzeit inaktiv ist, können die Leistungsgrenzen bei Bedarf auch angehoben werden.

Zudem ist es möglich, dass eine Ladestation ihre variable Stationsleistungsgrenze verringert, so dass eine andere Ladestation ihre variable Stationsleistungsgrenze über ihre vorgegebene Stationsleistungsgrenze erhöht.

Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren bestimmte Ladestationen bevorzugt mit Leistung aus dem Netz zu versorgen und Leistungsflüsse durch die geänderte Leistungsentnahme der Ladestationen zu ändern.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der erste Netzabschnitt einen ersten Leistungsfluss und der zweite Netzabschnitt einen zweiten Leistungsfluss aufweist. Die Ladestation bzw. wenigstens eine der Ladestationen beeinflusst den Netzab- schnitt, an dem die Ladestation angeschlossen ist, durch das Beziehen oder Einspeisen elektrischer Leistung so, dass die Leistungsaufteilung des ersten und zweiten Leistungsflusses zwischen dem ersten und dem zweiten Netzabschnitt teilweise gesteuert werden kann.

Wird als Beispiel von einem maschenförmigen Netz ausgegangen, kann ein gezieltes Beziehen oder Einspeisen elektrischer Leistung so gesteuert werden, dass entweder der erste Lastfluss vergrößert oder verringert wird oder der zweite Lastfluss im zweiten Netzabschnitt vergrößert oder verringert werden kann.

Dazu werden die beiden Leistungsflüsse in den beiden Netzabschnitten derart gesteuert, dass die Leistungsbegrenzungen möglichst maximal ausgenutzt werden. Somit können die beiden Leistungsflüsse je nach Leistungsbedarf im jeweiligen Netzabschnitt gesteuert werden. Wird z.B. in einem der beiden Netzabschnitte ein höherer Leistungsbedarf gefordert als die Leistungsbegrenzung des Netzabschnittes ermöglicht, kann über die Steuerung der Lastflüsse der Ladestation zusätzliche Leistung über einen anderen Pfad an einen Verbraucher im ausgelasteten Netzabschnitt bereitgestellt wer- den.

Es wird somit vorgeschlagen, dass die Leistungsflüsse in unterschiedlichen Netzabschnitten über die Ladestation gesteuert werden, insbesondere so, dass überlastete Netzabschnitte entlastet und schwach genutzte Netzabschnitte mit mehr Leistung betrieben werden. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Steuerung der Leistungsaufteilung so erfolgt, dass eine Spannung in einem der Netzabschnitte verändert wird. Dabei wird die Spannung in dem Netzabschnitt verändert, indem eine Blindleistung bzw. ein Blindleistungsanteil einer Netzeinspeisung in dem Netzabschnitt eingespeist wird. Eine Blindleistungseinspeisung kann dabei ganz generell kapazitiv oder induktiv erfolgen. Je nachdem, ob die eingespeiste Spannung kapazitiv oder induktiv erfolgt, verändert sich die Phasenlage des Stroms in Bezug auf die Spannung im Bereich des Netzanschlusspunktes. Durch die geänderte Spannung am Netzanschlusspunkt, oder durch eine Veränderung der Phasenlage, stellen sich andere Leistungsflüsse in dem Netzabschnitt ein, also beispielsweise ein erhöhter Leistungsfluss oder ein reduzierter Leistungsfluss. Die gezielte Blindleistungseinspeisung oder - entnähme an dem Netzanschlusspunkt der Ladestation verändert somit den Lastfluss in wenigstens einem Netzabschnitt.

Besonders kann eine Blindleistungseinspeisung in einen Netzabschnitt so erfolgen, dass vorhandene Blindströme in dem Netzabschnitt zu null kompensiert werden und dadurch kann dieser Netzabschnitt mehr Wirkleistung transportieren. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Steuerung der Leistungsaufteilung durch die Steuerung der variablen Stationsleistungsgrenze erfolgt. Jede Ladestation weist dabei wie zuvor beschrieben eine Stationsleistungsgrenze auf, die veränderlich ist und somit erhöht oder reduziert werden kann. Eine erhöhte Stationsleistungsgrenze bedeutet dabei, dass die Ladestation mehr Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz beziehen darf. Eine niedrigere Stationsleistungsgrenze hingegen bedeutet, dass weniger Leistung aus dem Netz entnommen werden darf. Die Stationsleistungsgrenzen können demnach so gesteuert werden, dass sich die Ladestation wie ein steuerbarer Verbraucher verhält. Soll beispielsweise eine Ladestation an einer derzeit stark befahrenen Autobahnseite viel Leistung entnehmen, kann dieser Ladestation eine höhere Leistungsentnahme aus dem Netz erlaubt werden, als einer Ladestation an der gegenüberliegenden Seite der Autobahn, die in dem Moment schwach befahren ist. Ändert sich nun die Auslastung der exemplarisch genannten Autobahnseiten, z.B. zwischen morgendlichem und abendlichem Berufsverkehr oder zwischen Hin- und Rückrei- severkehr, oder wegen einer unvorhergesehenen Umleitungssituation, kann die Leistungsverteilung geändert werden. Das kann durch die Änderung der Stationsleistungsgrenzen erfolgen.

Das Ändern der Stationsleistungsgrenzen hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise die Aufteilung der Ladestationen beeinflusst werden kann, die Ladestation gleichwohl ein gewisses Maß an Eigenständigkeit seiner Regelung behält.

Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Ladestation als steuerbare Last zu betreiben, indem die entnommene Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz begrenzt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zudem vorgeschlagen, dass das Beziehen der elektrischen Leistung und/oder das Einspeisen elektrischer Leistung in Abhängigkeit eines Netzzustandes und/oder einer Netzeigenschaft und/oder eines Ladestationszu- standes gesteuert wird.

Dabei wird als ein Netzzustand ein Zustand des elektrischen Versorgungsnetzes aus der folgenden Liste bezeichnet:

Eine Netzfrequenz, besonders ihre Abweichung von einer Nennfrequenz wie 50Hz oder 60Hz; eine Netzfrequenzänderung, also die Änderung der Netzfrequenz pro Zeit; eine Netzspannung; eine Netzspannungsänderung, also eine Änderung der Netzspannung pro Zeit; ein Netzinnenwiderstand bzw. Netzimpedanz, gemessen zwischen einem Außenleiter und Neutralleiter und/oder eine Schleifenimpedanz gemessen zwischen Außen- und Schutzleiter; eine Oberwelligkeit der Netzspannung; ein Wirkstrom bzw. eine Wirkleistungsströmung in dem ersten Netzabschnitt; und ein Blindstrom bzw. eine Blindleistungsströmung in dem ersten Netzabschnitt.

Als Netzeigenschaft des elektrischen Versorgungsnetzes werden dabei die Netzsensitivi- tät und das Kurzschlussstromverhältnis bezeichnet. Dabei beschreibt die Netzsensitivität eine Spannungsreaktion des elektrischen Versorgungsnetzes an einem Netzanschlusspunkt auf eine geänderte Leistungsentnahme oder Einspeisung der Ladestation am Netzanschlusspunkt.

Als Kurzschlussstromverhältnis wird ein Verhältnis eines am Netzanschlusspunkt maximal durch das elektrische Versorgungsnetz bereitstellbaren Kurzschlussstroms in Bezug auf eine durch die Ladestation entnehmbare Nennleistung verstanden.

Zudem schlägt das erfindungsgemäße Verfahren vor, das Beziehen der elektrischen Leistung und das Einspeisen elektrischer Leistung in Abhängigkeit eines Ladestationszu- standes zu steuern. Der Ladestationszustand beschreibt dabei einen aktuellen Zustand der Ladestation, wie eine aktuell bezogene Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz, oder eine zum Laden der angeschlossenen Elektrofahrzeuge aktuell verwendete Ladeleistung. Zudem kommt als Ladestationszustand eine aktuelle Blindleistungseinspeisung in das Versorgungsnetz und/oder eine aktuelle Wirkleistungseinspeisung in das elektrische Versorgungsnetz in Betracht. Die Wirk- und/oder Blindleistung kann aus einer erfassten Netzspannung und dem zugehörigen, erfassten Strom bestimmt werden, wenn zudem die Phasenlage des erfassten Stromes zur erfassten Netzspannung bekannt ist.

Zudem werden auch die jeweils aktuell an der Ladestation eingestellte Stationsleistungs- grenze sowie - falls ein Energiespeicher in der Ladestation vorhanden ist - ebenfalls die noch vorhandene Energiereserve eines solchen Energiespeichers dem Ladestationszu- stand zugeordnet. Dabei wird ein Energiespeicher beispielsweise benötigt, wenn eine Wirkleistungseinspeisung in das elektrische Versorgungsnetz durch die Ladestation durchgeführt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Ladestation bzw. mehrere Ladestationen nicht nur untereinander sondern mit weiteren Netzeinheiten kommunizieren. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Ladestation und die weiteren Netzeinheiten gemeinsam gesteuert werden können. Eine Netzeinheit kann dabei zum Beispiel ein steuerbarer Schalttransformator in einem Netzabschnitt sein, der eine Spannungshöhe in dem jeweiligen Netzabschnitt anpassen kann, in dem der Schalttransformator angeordnet ist. Zudem können weitere Netzeinheiten auch steuerbare Verbraucher und steuerbare Einspeiseeinheiten sein.

Somit können die steuerbaren Verbraucher, wenn zu viel oder zu wenig Leistung im Netz vorhanden ist, bedarfsabhängig koordiniert mit den Ladestationen gesteuert werden bzw. zu- oder abgeschaltet werden.

Gemäß einer Ausführungsform wir vorgeschlagen, dass die Ladestation dazu vorbereitet ist, als vereinheitlichter Leistungsflussregler zu arbeiten, insbesondere um dadurch einen Phasenwinkel eines Stroms im elektrischen Versorgungsnetz zu verändern oder einzustellen. Durch einen solchen vereinheitlichten Leistungsflussregler, der synonym auch als Unified-Power-Flow-Controller bezeichnet werden kann, ist es möglich, den Phasenwinkel eines Stromes im elektrischen Versorgungsnetz, nämlich in dem Netzabschnitt, an den der vereinheitlichte Leistungsflussregler angeschlossen ist, zu verändern. Durch ein solches Verändern des Stromes kann ein Lastfluss beeinflusst werden und somit eine Lastflusssteuerung erreicht werden. Die Ladestation kann somit auf effiziente Weise auch für eine solche Netzstützung bzw. Netzunterstützung oder Netzsteuerung. Ferner wird erfindungsgemäß eine Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautomobile vorgeschlagen, die dazu vorbereitet ist, ein Verfahren gemäß den vorstehenden Ausführungsformen durchzuführen.

Dabei ist die Ladestation an einem Netzanschlusspunkt mit einem elektrischen Versor- gungsnetz verbunden, um darüber mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Versorgungsnetz versorgt zu werden, wobei der Netzanschlusspunkt an einem ersten Netzabschnitt des elektrischen Versorgungsnetzes angeordnet ist und wenigstens ein weiterer elektrischer Verbraucher an wenigstens einem zweiten Netzabschnitt des elektrischen Versorgungsnetzes angeschlossen ist und der erste und zweite Netzabschnitt elektrisch verbunden sind, und der wenigstens eine weitere Verbraucher, der auch eine Ladestation sein kann und/oder der wenigstens eine zweite Netzabschnitt über die Ladestation beeinflussbar ist. Relevant sind insoweit nur solche weiteren Verbraucher bzw. Netzabschnitte, die auch so nah zur Ladestation angeordnet und/oder installiert sind, dass eine gegenseitige Beeinflussung überhaupt technisch in Betracht kommt. Die Ladestation steuert dabei das Beziehen der elektrischen Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz und/oder ein Einspeisen elektrischer Leistung an dem Netzanschlusspunkt in das elektrische Versorgungsnetz. Dabei steuert die Ladestation das Beziehen und das Einspeisen so, dass eine Netzspannung und/oder ein Leistungsfluss in wenigstens einem der beiden Netzabschnitte gesteuert oder beeinflusst wird. Die Ladestation kann bspw. eine Netzspannung und/oder einen Leistungsfluss an wenigstens einem Netzabschnitt verändern, indem eine Blind- oder Wirkleistung dazu gezielt eingespeist wird oder die Stationsleistungsgrenzen begrenzt wird.

Die Ladestation kann dabei als auch Phasenschieber, zumindest teilweise, arbeiten. Im Gegensatz zu einem konventionellen, reinen Phasenschieber verbraucht die Ladestation beispielsweise elektrische Leistung und verschiebt nicht nur die Phase einer Phasenspannung. Demnach ist die Ladestation vielmehr eine Kombination aus einer steuerbaren Last mit Stationsleistungsgrenzen und ermöglicht durch ihr die Netzeinspeisung einen Phasenschieberbetrieb.

Als weitere Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass für das Beziehen der elektrischen Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz bzw. ggf. auch das Einspeisen elektrischer Leistung an dem Netzanschlusspunkt mittels eines gesteuerten Gleichrichters oder eines bidirektionalen Wechselrichters gesteuert wird. Durch Verwendung eines bidirektionalen Wechselrichters kann die Ladestation elektrische Leistung auch in das elektrische Versorgungsnetz einspeisen und einen solchen Vorgang steuern.

Konventionelle und bereits bekannte Ladesysteme verwenden in der Regel ungesteuerte Gleichrichter um passiv Energie aus dem Versorgungsnetz beziehen zu können. Somit ermöglicht ein gesteuerter Gleichtrichter gegenüber einem ungesteuerten Gleichrichter die Möglichkeit eine Blindleistung in das elektrische Versorgungsnetz über den Netzanschlusspunkt gezielt einspeisen zu können.

Demnach kann der gesteuerte Gleichrichter dazu verwendet werden, das Netz über die Einspeisung am Netzanschlusspunkt aktiv zu verändern bzw. zu beeinflussen. Der bidirektionale Wechselrichter, der sich auch aus einem aktiven Gleichrichter und einem Wechselrichter zusammensetzen kann, ermöglicht zudem eine Wirkleistungseinspeisung.

Ferner wird erfindungsgemäße ein Teilnetz eines elektrischen Versorgungsnetzes mit einer Ladestation zum Laden mehrerer Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautomobi- le vorgeschlagen, wobei das Teilnetz wenigstens einen ersten Netzabschnitt aufweist, in dem ein erster Leistungsfluss auftritt, wenigstens einen zweiten Netzabschnitt des elektrischen Versorgungsnetzes aufweist, in dem ein zweiter Leistungsfluss auftritt, wobei der erste und der zweite Netzabschnitt elektrisch verbunden sind.

Zudem weist die Ladestationsvorrichtung wenigstens eine Ladestation auf, wobei die Ladestation mit wenigstens einem der beiden Netzabschnitte über einen Netzanschlusspunkt verbunden ist. Ebenfalls werden weitere elektrische Verbraucher in der Ladestationsvorrichtung vorgeschlagen, wobei wenigstens ein weiterer Verbraucher und/oder der wenigstens eine zweite Netzabschnitt über die Ladestation beeinflussbar sind, und wenigstens eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das Beziehen der elektrischen Leistung der Ladestation aus dem elektrischen Versorgungsnetz und/oder das Einspeisen der elektrischen Leistung an dem Netzanschlusspunkt in das Versorgungsnetz zu steuern, wobei eine Netzspannung in wenigstens einem der Netzabschnitte gesteuert wird und/oder ein Leistungsfluss in dem wenigstens einen zweiten Netzabschnitt gesteuert wird. Eins solches Teilnetz kann dabei besonders gut gesteuert werden und damit effizient betrieben werden. Besonders wird eine solche gute Steuerbarkeit durch wenigstens eine Ladestation erreicht, die nicht nur die für sich selbst benötigte Leistung entnimmt sondern auch Aufgaben der Netzstützung und/oder Beeinflussung eines Leistungsflusses übernimmt.

Vorzugsweise beinhaltet das Teilnetz wenigstens eine Ladestation nach Anspruch 10 oder 1 1 , wobei jede Ladestation eine dezentrale Steuereinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, mit wenigstens einer weiteren Steuereinheit einer anderen Ladestation zu kommunizieren, um das Beziehen der elektrischen Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz und/oder das Einspeisen der elektrischen Leistung koordiniert zu steuern.

Somit wird eine dezentrale Steuerungstopologie vorgeschlagen, bei der die Ladestationen direkt untereinander kommunizieren, um die Netzspannung oder den Leistungsfluss koordiniert steuern zu können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Teilnetz zudem eine zentrale Steuereinheit, wobei die zentrale Steuereinheit ebenfalls dazu eingerichtet ist, mit einer weiteren Steuereinheit zu kommunizieren. Die zentrale Steuereinheit übermittelt dabei bspw. einen Sollwert an wenigstens eine Ladestation, um das Beziehen und/oder das Einspeisen der elektrischen Leistung vorzugeben. Darüber hinaus kann die zentrale Steuereinheit ebenfalls dazu vorgesehen sein, auch andere Steuersignale an die Ladestation vorzugeben, wie beispielsweise die zuvor beschriebenen Ladestationsgrenzen und/oder sonstige Sollwerte, die die Ladestation anpassen sollen.

Demnach umfasst das Teilnetz neben den dezentralen Steuereinheiten der Ladestation auch eine übergeordnete Steuereinheit, also einer Mischtopologie.

Als weitere Variante wird ebenfalls vorgeschlagen, ausschließlich eine zentrale Steuereinheit zu verwenden, wobei dann die Ladestation lediglich aus Stellgliedern besteht und dazu vorbereitet ist, Steuerbefehle von der zentralen Steuereinheit empfangen zu können.

Vorzugsweise weist die Steuereinheit und/oder die Ladestation einen externen Signaleingang auf, um externe Signale empfangen und verarbeiten zu können. Dabei wird insbesondere vorgeschlagen, dass sowohl die dezentrale Steuereinheit wie auch die dezentralen Steuereinheiten einen externen Signaleingang aufweisen können. Somit wird ein Teilnetz vorgeschlagen, das auch von übergeordneten Reglern oder auch Netzbetreibern über die externe Schnittstelle gesteuert werden kann. Dies ermöglicht Netzbetreibern Steuerbefehle zu verwenden zur Koordination der Lastflüsse in einem Teil des elektrischen Versorgungsnetzes in dem eine Ladestation angeschlossen ist.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Teilnetz auch Messmittel zum Erfassen eines Netzzustandes und/oder einer Netzeigenschaft und/oder eines Ladestationszu- standes in dem Teilnetz, wobei an dieser Stelle auf die zuvor beschriebenen Abhängigkeiten und Bezeichnungen des Netzzustandes, der Netzeigenschaft und/oder des Netzladezustandes verwiesen wird. Insbesondere sind ein Frequenzaufnehmer, ein Strommessmittel und/oder ein Spannungssensor vorgesehen. Mit diesen Sensoren können weitere Größen, wie die Frequenzänderung und/oder Spannungsänderung bestimmt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines elektrischen Versorgungsnetzes als Maschennetz.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des elektrischen Versorgungsnetzes als Strangnetz.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Ladestation die als vereinheitlichter Leistungsflussregler arbeiten.

Figur 4 zeigt eine Detaildarstellung einer Ladestation.

Figur 5 zeigt eine Lastflusssteuerung in einem Netzsegment.

Figur 1A zeigt ein elektrisches Versorgungsnetz 100 das über einen Transformator 102 mit einem Netzsegment 104 verbunden ist. Dabei ist das Netzsegment 104 ein Teil bzw. ein Teilbereich des elektrischen Versorgungsnetzes 100. Das Netzsegment 104 kann dabei eine beliebige Form aufweisen, d.h. die Netzanschlussleitungen 106 können beliebig verschaltet bzw. verbunden sein oder weitere Netzanschlussleitung weitere Netz- segmente aufspannen. Zur Veranschaulichung ist das Netzsegment 104 gemäß der Ausführungsform in der Figur 1 A stark vereinfacht als eine Masche dargestellt.

Dabei ist die Netzanschlussleitung 106 an den Knotenpunkten 108 und 1 10 mit einer Netzsammeischiene 1 12 elektrisch verbunden, so dass eine Netzmasche von der Netz- anschlussleitung aufgespannt wird. An diese Netzmasche können beliebige elektrische Netzkomponenten wie Erzeuger oder Verbraucher angeschlossen werden. Zudem können auch weitere Transformatoren im Netzsegment 104 oder zwischen weiteren Netzsegmenten angeordnet sein, genauso wie Sicherheitsschaltschalter und Freischalteinrichtung zu Netzschutzzwecken. Da diese Komponenten für das Prinzip der Erfindung eine untergeordnete Rolle spielen, sind diese zur Veranschaulichung nicht dargestellt.

An die Netzanschlussleitung 106 die als Masche dargestellt ist, sind gemäß der Figur 1A zwei Ladestationen CS1 und CS2 und zwei Verbraucher L1 und L2 angeschlossen. Sowohl die Ladestationen als auch die Verbraucher sind über einen Netzanschlusspunkt PCC (engl.: Point of Common Coupling) mit der Netzanschlussleitung 106 verbunden. Der Übersichtlichkeit halber wurde der PCC nur für die Ladestation CS1 in Fig. 1 A dargestellt.

Dabei kann die Netzanschlussleitung 106 bzw. die Masche in unterschiedliche Netzabschnitte untergliedert werden, wobei gemäß der Fig. 1A zwei Netzabschnitte NS1 und NS2 dargestellt sind. Der erste Netzabschnitt NS1 umfasst dabei eine maximale Leis- tungsgrenze Pi, _ma x, die Ladestation CS1 sowie einen Verbraucher L1. Der zweite Netzabschnitt NS2 umfasst eine maximale Leistungsgrenze P2,max, eine weitere Ladestation CS2. Dabei beschreiben die maximalen Leistungsgrenzen Pi, _ma x und P2,max die maximale Leistung, mit der die Netzanschlussleitung belastet werden darf (Strombelastbarkeit). Diese Grenze ist typischerweise abhängig von dem Leitungsquerschnitt der Netzan- Schlussleitung, der Anzahl der Leitungen (Phasen), aus der die Netzanschlussleitung besteht, sowie von der vorliegenden Spannung und dem Strom.

Neben den zuvor beschriebenen Komponenten sind auch drei Lastflüsse Pi bis P3 in der Fig. 1A veranschaulicht. Um die Leistungsflüsse im Maschennetz beschreiben zu können, beschreiben die Größenverhältnisse der Pfeile qualitativ die Größe eines Leistungs- flusses. Je größer ein Lastflusspfeil dargestellt ist desto mehr Leistung fließt durch den jeweiligen Netzabschnitt. Demnach ist der dargestellte Leistungsfluss P2 der durch den Netzabschnitt NS2 fließt bzw. dort anliegt in der Fig. 1A größer als der anliegende Leistungsfluss P1 im Netzabschnitt NS1 . Zudem fließt eine kleine Leistung P3 zwischen den beiden Netzabschnitten NS1 und NS2 in Richtung des zweiten Netzabschnittes. Die Figur 1 A veranschaulicht dabei den ungesteuerten Fall in dem keine Ladestation eine Lastflusssteuerung gemäß einer Ausführungsform durchführt. Die Ladestation CS2 ist dabei in einer Situation, in der sie viel Leistung benötigt. Der Leistungsbedarf der Ladestation CS2 ist hier hoch und wird in dem vorliegend veranschaulichten Fall zu 100% angenommen. Die Ladestation CS2 kann aber aufgrund der begrenzten Kapazität des zweiten Netzabschnitts nur einen Teil davon beziehen. Das ist durch die Leistungsgrenze P2,max veranschaulicht, die nur ein Beziehen von maximal 50% der gewünschten Leistung über den Netzabschnitt NS2 zulässt. Es ergibt sich ein Leistungsengpass am Knotenpunkt 1 10 der mit einem Warnsymbol veranschaulicht ist. Die Ladestation möchte aber mehr Leistung aus dem Netz beziehen als sie derzeitig aufgrund der Netzsituation bezie- hen kann.

Die Ladestation CS1 im Netzabschnitt NS1 ist in diesem Beispiel aber nicht stark ausgelastet, sodass die Leistungsgrenze Pi, _ma x im Netzabschnitt NS1 noch nicht erreicht ist.

Die Figur 1 B zeigt nun den Fall, in dem die Ladestation gemäß einer zuvor beschrieben Ausführungsform den Leistungsfluss verändert. Gemäß der Fig. 1 B speisen die Ladestationen CS1 und CS2 eine Blindleistung Q1 und Q2 über ihren jeweiligen PCC in das Netzsegment ein. Durch eine Blindleistungseinspeisung stellen sich nun andere Lastflüsse als im ungesteuerten Fall der Fig . 1A ein. Dabei erfolgt die Blindleistungseinspeisung der Ladestation CS1 so, dass ein größerer Leistungsfluss P1 durch den Netzabschnitt NS1 fließt als im ungesteuert Fall (Fig. 1A). Da der Ladestation CS2 aufgrund der Maschenform des Netzsegmentes von zwei Seiten Leistung an den PCC bereitgestellt werden kann, ist es somit möglich, der Ladestation eine vergrößerte Leistung P3 bereitzustellen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig . 1 B werden beispielsweise die fehlenden 50% im Vergleich zum ungesteuerten Fall in der Fig. 1A über den Leistungsfluss P3 der Ladestation CS2 bereitgestellt. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die prozentual angenommen Werte stark vereinfacht wurden. Ferner ist in der Figur 1 B eine Steuereinheit 105 (CU) eingezeichnet, die dazu vorbereitet ist, den Ladestationen einen Sollwert (Qsoii) für die Blindleistungseinspeisung vorzugeben, um die Lastflüsse steuern zu können. Die Steuereinheit kann dabei eine übergeordnete, zentrale Steuereinheit sein oder dezentral in der Ladestation angeordnet sein. Ebenfalls sind Mischformen aus zentraler und dezentraler Steuereinheiten denkbar.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die in den Fig. 1A und 1 B gezeigten Ladestationen ebenfalls eine Wirkleistungseinspeisung vornehmen, wenn ein geeigneter Energiespeicher innerhalb der Ladestation vorhanden ist. Da Energiespeicher als Pufferspeicher vorgesehen sein können um Spannungsschwankungen im elektrischen Versor- gungsnetz vorzubeugen, ist es wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen denkbar, dass die Energiespeicher einer wenig frequentierten Ladestation (CS1 ) kurzzeitig auch Wirkleistung für eine andere Ladestation oder einen anderen Verbraucher bereitstellen können. Dieser Fall ist in der Figur 1A und 1 B nicht gezeigt.

In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Netzsegment 204 des elektri- sehen Versorgungsnetzes als Sternnetz ausgebildet und über den Transformator 202 mit dem elektrischen Versorgungsnetz 200 verbunden. Zudem ist das Netzsegment 204 über den Transformator 203 mit dem Netzsegment 104 der Fig. 1a und 1 b verbunden.

Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 umfasst das Netzsegment 204 demnach drei Stichleitungen k1 , k2 und k3 an denen die Ladestationen CS1 - CS3, die Verbraucher L1 - L6 sowie ein Erzeuger G1 angeschlossen sind. In der obersten von den drei Stichleitungen ist gezeigt, dass mehrere Ladestationen hintereinander an eine Stichleitung angeschlossen sein können. In diesem Fall kann die Ladestation CS1 seine bezogene Leistung aus dem Netz begrenzen, damit einer bevorzugten Ladestation CS2 beispielsweise mehr Leistung über die Stichleitung bereitgestellt werden kann. Ebenfalls wird der Fall gezeigt, dass die Ladestation CS1 , die einen Energiespeicher aufweist, an der Ladestation CS2 zusätzlich eine Wirkleistung Pcsi bereitstellen kann. Sind demnach mehrere Ladestationen an einem Netzabschnitt angeschlossen, besteht die Möglichkeit den gesamten verfügbaren Leistungsfluss bzw. die Netzkapazität dynamisch auf die Ladestationen aufzuteilen. Neben der reinen Lastflusssteuerung ermöglicht die Einspeisung einer Blindleistung ebenfalls eine Spannungsregelung innerhalb des Netzsegmentes 204. In der untersten der drei Stichleitung k1 , k2 und k3, nämlich in der Stichleitung k3, ist gemäß der Fig. 2 ein großer Verbraucher L6 angedeutet. Verbraucht dieser viel Leistung, besonders Blindleistung, kann eine Unterspannung am Netzanschlusspunkt des Verbrauchers L6 resultieren. Um dieser Unterspannung vorzugbeugen die mit dem Warnsymbol in der Fig. 2 angedeutet ist, kann die Ladestation CS3 eine Blindleistung einspeisen und für eine Spannungsstützung der Netzspannung sorgen.

Damit die Lastflüsse innerhalb des Netzsegmentes 204 oder zwischen unterschiedlichen Netzsegmenten (104, 204) bestimmt werden können, sind unterschiedliche Messpunkte mit Messmitteln in den Netzsegmenten vorgesehen. Gemäß der Fig. 2 werden beispielsweise Blind- und Wirkleistung sowie eine Netzspannung und eine Netzfrequenz mit Messmitteln an den Messpunkten MP1 und MP2 erfasst. Der Messpunkt MP1 befindet sich dabei am Transformator 202 der das Versorgungsnetz 200 mit dem Netzsegment

204 verbindet. Er ermöglicht eine Messung der Leistungsflüsse, die in das Netzsegment bzw. aus dem Netzsegment in das elektrische Versorgungnetz fließen. Dieser Leistungs- fluss ist mit dem Doppelpfeil am Transformator 202 verdeutlicht. Der Messpunkt MP2 befindet sich an dem Knotenpunkt der oberen Stichleitung mit der Sammelschiene 206.

Ferner ist in der Figur 2 eine zentrale Steuereinheit 205 (CCU) dargestellt. Die erfassten Messwerte an den Messpunkten MP1 und MP2 werden dabei der zentralen Steuereinheit

205 übermittelt. Dazu steht ein Kommunikationsnetzwerk 207 zur Verfügung, dass über die gestrichelten und gepunkteten Pfeile angedeutet ist. Dabei beschreiben die gestri- chelten Pfeile qualitativ Messsignale wohingegen die gepunkteten Pfeile Steuersignale beschreiben. Es können aber sowohl die Messsignale, als auch die Steuersignale jeweils in beide Richtungen übertragen werden. Die zentrale Steuereinheit 205 koordiniert demnach die Lastflüsse im Netzsegment 204 basierend auf den Messwerten aus dem Netzsegment, wie beispielsweise ein Netzzustand und/oder eine Netzeigenschaft. Unter anderem können die Ladestationen ihren aktuellen Ladestationszustand an wenigstens eine Steuereinheit übermitteln, was mit den zurückgeführten gestrichelten Pfeilen aus der Ladestation CS1 und CS2 veranschaulicht ist. Zudem weist die Steuereinheit 205 (CCU) einen externen Signaleingang 209 auf. Der mit dem EXT-Symbol dargestellt externe Signaleingang 209 ermöglicht dabei der Steuereinheit 205 externe Signale, beispielswei- se von einem Netzbetreiber oder einer anderen übergeordneten Regelungseinheit zu empfangen und diese zu verarbeiten.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt somit ein Teilnetz die ein ladestationsüber- greifendes Wirk- und Blindleistungsmanagement in dem Netzabschnitt 204 ermöglicht, um Netzverluste reduziert werden können und die vorhandenen Netzkapazitäten möglichst effektiv ausnutzen.

Die Figur 3 zeigt eine Ladestation 300 die an einen Netzabschnitt 301 angeschlossen ist. Dabei umfasst die Ladestation im gezeigten Ausführungsbeispiel einen vereinheitlichten Leistungsflussregler 31 1 , der auch üblicherweise vom Fachmann synonym als Unified- Power-Flow-Controller bzw. UPFC bezeichnet wird. Zur Vereinfachung ist die Ladestation 300 nur mit gestrichelt angedeutet. Die Ladestation umfasst aber noch weitere Komponenten die zur Vereinfachung in der Fig. 3 nicht gezeigt sind.

Zu der gezeigten Topologie, gleiches gilt für die nachfolgend noch erläuterte Figur 4, wird vorzugsweise eine bedarfsgerechte Aktivierung des vereinheitlichten Leistungsflussreglers 31 1 (UPFC) vorgeschlagen. In dem gezeigten Fall können der gesteuerte Gleichrichter 308 und der Wechselrichter 310 jeweils durch einen Schaltschrank realisiert sein.

Somit wären zwei Leistungsschränke 308 und 310 vorhanden, welche im Leistungsbezugsbetrieb, wenn also die Ladestation Leistung aus dem Versorgungsnetz bezieht, beide mit dem Paralleltransformator 304 verbunden sind. Es wird nun vorgeschlagen, dass bei einer schwachen Auslastung die Lastflusssteuerung aktiviert werden kann und dazu ein Schaltschrank, besonders der Wechselrichter 310, mit dem Serientransformator 306 verbunden wird.

Bei einer solchen schwachen Auslastung der Ladestation benötigt diese selbst wenig Leistung und daher auch nicht die volle Kapazität der Schaltschränke. Die Schaltschränke haben dann Kapazitäten frei, Aufgaben des vereinheitlichten Leistungsflussreglers zu übernehmen.

Der vereinheitlichte Leistungsflussregler weist einen Paralleltransformator 304 und einen Serientransformator 306 auf. Der Paralleltransformator 304 ist dabei an einer Nebenlei- tung 303 angeschlossen, und der Serientransformator 306 ist an einer Hauptleitung 302 angeschlossen. Die Nebenleitung 303 und die Hauptleitung 302 sind über den Anschlussknoten 305 miteinander verbunden.

Der Paralleltransformator 304 ist ladestationsseitig mit einem aktiven Gleichrichter 308 verbunden. Dadurch kann ein Strom und dadurch Leistung aus dem Versorgungsnetz, nämlich der Nebenleitung, bezogen und für den Gleichspannungszwischenkreis 312 gleichgerichtet werden. Der Gleichrichter 308 kann dabei die Phasenlage des bezogenen Stromes steuern und dadurch einen Blindleistungsanteil in der Nebenleitung und damit im Versorgungsnetz steuern. Dadurch kann auch ein Blindleistungsanteil im Netzabschnitt 301 verändert werden. Der Serientransformator 306 erhält ladestationsseitig von einem Wechselrichter 310 einen gesteuerten Wechselstrom. Dieser gesteuerte Wechselstrom wird in dem Serientransformator 306 transformiert und kann dadurch netzseitig einen Strom beeinflussen, nämlich einen Strom in der Hauptleitung 302. Dadurch kann eine Phasenlage des Stromes in der Hauptleitung 302 verändert werden. Der vereinheitlichten Leistungsflussregler 31 1 umfasst den Paralleltransformator 304, den aktiven Gleichrichter 308, den Gleichspannungszwischenkreis 312 mit dem Zwi- schenkreiskondensator 314, den Wechselrichter 310 und den Serientransformator 306. Die beiden Transformatoren 304 und 306 können somit auch Teil der Ladestation 300 angesehen werden. Statt des aktiven Gleichrichters 308 kann auch ein weiterer Wechsel- richter vorgesehen sein.

Es können mit der Ladestation 300, besonders mit dem in Figur 3 gezeigten vereinheitlichten Leistungsflussregler 31 1 , grundsätzlich mehrere Steuerungen auch unabhängig voneinander vorgenommen werden.

Mit dem gesteuerten Gleichrichter 308 und dem Paralleltransformator 304 kann zur Längskompensation der Blindleistung entsprechende Blindleistung im Netz zur Verfügung gestellt werden.

Mit dem Wechselrichter 310 und dem Serientransformator 306 kann eine Querkompensation der Blindleistung gesteuert werden.

Durch eine Wirkleistungsübertragung zwischen den beiden Transformatoren 304 und 306 kann wie bei einem Phasenschieber gezielt ein bestimmter Wirkleistungsfluss in der Hauptleitung bzw. dem Netzabschnitt 301 gesteuert werden.

Bei Dreiphasenanwendung kann auch eine Asymmetrie im Netz durch einen entsprechenden asymmetrischen Betrieb des aktiven Gleichrichters 308 bzw. des Wechselrich- ters 310 kompensiert werden. Der Leistungsausgleich zwischen den Phasen erfolgt hierbei über einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis.

Die Figur 4 zeigt schematisch eine Ladestation 400, die über einen Netzanschlusspunkt 402 an ein elektrisches Versorgungsnetz 404 angeschlossen ist. Dieses elektrische Versorgungsnetz 404 ist hier nur symbolisch dargestellt und kann vereinfachend auch einfach als Netz bezeichnet werden.

Der Netzanschlusspunkt 402 weist einen Netztrafo 406 auf. Darüber bezieht die Ladestation 400 elektrische Energie aus dem Netz 404. Dies erfolgt im Wesentlichen durch eine gesteuerte Leistungsentnahme. Dazu ist der bidirektionale Wechselrichter 408 vorgese- hen. Dieser bidirektionale Wechselrichter 408 wandelt im Normalbetrieb elektrischen dreiphasigen Wechselstrom aus dem Versorgungsnetz 404 in einen Gleichstrom um. Dieser Gleichstrom kann in einem Gleichspannungszwischenkreis 410 bereitgestellt werden, der hier als Ausgang des bidirektionalen Wechselrichters 408 angedeutet ist.

Über diesen bidirektionalen Wechselrichter 408 kann die Entnahme der elektrischen Leistung auch so gesteuert werden, dass ein dafür erforderlicher Entnahmestrom lv auch in seinem Phasenwinkel φ in Bezug auf die Netzspannung UN eingestellt werden kann. Die Netzspannung UN ist hier der Einfachheit halber an einem Messpunkt zwischen dem Netztrafo 406 und dem bidirektionalen Wechselrichter 408 eingezeichnet. Eine entsprechende Netzspannung des elektrischen Versorgungsnetzes 404 an der anderen Seite des Netztrafos 406 ergibt sich entsprechend durch das Übertragungsverhältnis des Netztrafos 406.

Außerdem kann der hier vorgesehene bidirektionale Wechselrichter 408 auch Leistung in das elektrische Versorgungsnetz 404 einspeisen. Der bidirektionale Wechselrichter 408, der hier vereinfachend auch einfach als Wechselrichter bezeichnet werden kann, kann somit einen dem Entnahmestrom lv entgegengesetzten Einspeisestrom erzeugen. Natürlich fließt nur der Entnahmestrom Iv oder der Einspeisestrom .

Die wesentliche Aufgabe des bidirektionalen Wechselrichters 408 besteht darin, elektrische Energie aus dem Netz 404 zu beziehen, nämlich durch Entnahme elektrischer Leistung aus dem Netz 404. Diese Leistung wird in dem Gleichspannungszwischenkreis 410 bereitgestellt, nämlich im Wesentlichen dem Verteilerblock 412. Der Verteilerblock 412 ist als DC-DC-Wandler dargestellt, um zu veranschaulichen, dass er als Eingang einen Gleichstrom erhält und an einzelne Ladesäulen 414 bedarfsgerecht weitergibt. Veranschaulichend sind drei Ladesäulen 414 dargestellt, die repräsentativ für viele Ladesäulen 414 stehen. An einer Ladesäule 414 soll jeweils ein Elektrofahrzeug 416 zurzeit geladen werden. Grundsätzlich kommt natürlich auch in Betracht, dass nicht immer an jeder Ladesäule 414 auch ein Elektrofahrzeug 416 zum Laden angeschlossen ist.

Die Verteilung mittels des Verteilerblocks 412 ist ebenfalls nur veranschaulichend zu verstehen und es kommt auch in Betracht, dass beispielsweise durch eine zentrale Steuerung jede Ladesäule 414 für sich ihre Ladesteuerung und auch ein ihr zur Verfügung stehendes Energiekontingent steuert und dazu könnte eine solche Ladesäule 414 auch jeweils unmittelbar an den Gleichspannungszwischenkreis 410 angeschlossen sein. Vorzugsweise wird aber ein solcher Verteilerblock 412 vorgeschlagen, der auch eine Spannungsabsenkung auf die Spannungshöhe eines Elektrofahrzeugs 416 durchführt.

Zusätzlich zu diesem Verteilerblock 412, der die Ladesäulen 414 versorgt, ist auch noch eine Batteriebank 418 dargestellt, die ebenfalls an dem Gleichspannungszwischenkreis 410 angeschlossen sein kann. Dieser Batterieblock 418 ist somit ein elektrischer Speicher. Er kann zum Puffern von Energie dienen, um Ladespitzen durch das Laden der Elektrofahrzeuge 416 auszugleichen, so dass solche Ladespitzen, nämlich Leistungsspitzen, nicht, zumindest nicht in voller Höhe, an das elektrische Versorgungsnetz 404 weitergereicht werden. Die Batteriebank 418, die hier repräsentativ für einen elektrischen Speicher steht, kann aber auch dafür verwendet werden, elektrische Leistung in das elektrische Versorgungsnetz 404 einzuspeisen, nämlich durch den Einspeisestrom . Durch eine solche Batteriebank 418 ist somit auch ein Betrieb im ersten und vierten Quadranten gemäß dem Diagramm der Figur 3 möglich.

Außerdem ist an dem Gleichspannungszwischenkreis 410 ein Choppersystem 420 ange- schlössen. Dieses Choppersystem 420 weist vereinfachend einen Halbleiterschalter 422 und einen Widerstand 424 auf. Durch dieses Choppersystem 420 kann somit kurzfristig Leistung aus dem Gleichspannungszwischenkreis 410 verbraucht werden. Der Halbleiterschalter 422 kann dafür pulsartig angesteuert werden, um entsprechend Strompulse von dem Gleichspannungszwischenkreis 410 durch den Widerstand 424 zu steuern. Der Widerstand 424 wird dabei heiß und kann dadurch die zugeführte Leistung verbrauchen. Das Ansteuern dieses Choppersystems 420 ist besonders für eine kurzfristige Leistungsentnahme zur Netzstützung vorgesehen. Der bidirektionale Wechselrichter 408 kann dafür entsprechend so gesteuert werden, dass er die zu verbrauchende Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz 404 entnimmt und das Choppersystem 420 diese bzw. einen Anteil davon wie beschrieben verbraucht.

Zur Steuerung der Ladestation 400 ist besonders eine Zentralsteuereinrichtung 426 vorgesehen. Diese Zentralsteuereinrichtung 426 koordiniert grundsätzlich die entspre- chenden Elemente der Ladestation 400. Dazu sind veranschaulichend interne Datenübertragungsleitungen 428 vorgesehen, die hier der Einfachheit halber jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind, um dadurch deutlich zu machen, dass dies interne Datenübertragungsleitungen betrifft, die innerhalb der Ladestation 400 Daten übertragen, insbesondere nämlich in beide Richtungen, also sowohl von der Zentralsteuereinrichtung 426 als auch zur Zentralsteuereinrichtung 426. Die Zentralsteuereinrichtung 426 ist somit über eine interne Datenübertragungsleitung 428 jeweils verbunden mit dem bidirektionalen Wechselrichter 408, der Batteriebank 418, dem Choppersystem 420, jeder Ladesäule 414 und dem Verteilerblock 412.

Entsprechend kann die Zentralsteuereinrichtung 426 besonders den Ladebetrieb der Ladestation 400 steuern, wie beispielsweise gegebenenfalls eine Ladeleistungszuweisung für jede Ladesäule 414 und das entsprechende Entnehmen elektrischer Leistung aus dem Versorgungsnetz 404. Es kann aber auch die Batteriebank 418 zum Puffern gesteuert werden und das Zuordnen der Leistung kann auch über eine Steuerung des Verteilerblocks 412 erfolgen. Besonders können solche Steuerungen kombiniert werden. Im Übrigen können auch weitere Datenübertragungsleitungen vorgesehen sein, wie beispielsweise zwischen den Ladesäulen 414 und dem Verteilerblock 412. Solche Datenübertragung kann auch zentral über die Zentralsteuereinrichtung 426 erfolgen. Es kommen grundsätzlich aber auch andere Datennetztopologien zur Kommunikation innerhalb der Ladestation 400 in Betracht. Besonders wird aber vorgeschlagen, dass die Zentralsteuereinrichtung 426 den bidirektionalen Wechselrichter 408 steuert, um gegebenenfalls eine Netzstützung dadurch zu steuern. Je nach Art der Netzstützung kann dabei eine entsprechende Steuerung bzw. Anpassung der Steuerung innerhalb der Ladestation 400 erforderlich sein. Beispielsweise kann erforderlich sein, die Batteriebank 418 anzusteuern, wenn der bidirektionale Wech- selrichter 408 Wirkleistung in das Netz 404 einspeisen soll. Bei einer Vorgabe der Leistung, die aus dem Netz 404 zu entnehmen ist, kann gegebenenfalls eine Steuerung des Choppersystems 420 erforderlich sein. Auch eine angepasste Steuerung der Ladevor- gänge der Elektrofahrzeuge 416, die an die Ladesäulen angeschlossen sind, kommt in Betracht.

Um auch unmittelbare Vorgaben durch einen Netzbetreiber berücksichtigen zu können, ist zudem eine externe Datenübertragungsleitung 430 vorgesehen. Eine solche externe Datenübertragungsleitung 430 ist hier zu einer Netzsteuereinheit 432 dargestellt. Diese Netzsteuereinheit 432 kann auch repräsentativ für einen Netzbetreiber stehen, der das elektrische Versorgungsnetz 404 betreibt. Ein solcher Netzbetreiber bzw. die Netzsteuereinheit 432 kann beispielsweise eine Wirkleistungseinspeisung anfordern. Um das oder Weiteres zu steuern, kann auch die Zentralsteuereinrichtung 426 der Ladestation 400 eine Information über die externe Datenübertragungsleitung 430 an die Netzsteuereinheit 432 geben, die mitteilt, wie viel Leistungskapazität die Ladestation 400 und damit insbesondere die Batteriebank 418 überhaupt zur Verfügung hat. Die Netzsteuereinheit 432 kann beispielsweise aber auch Grenzwerte vorgeben. Solche Grenzwerte können beispielsweise eine maximale Wirkleistungsentnahme für die Ladestation 400 bedeuten, oder eine Gradientenbegrenzung zur maximalen Änderung einer Wirkleistungsentnahme, um nur zwei Beispiele zu nennen.

Figur 4 veranschaulicht außerdem ein Kraftwerk 434, das über einen Kraftwerkstrafo 436 an das elektrische Versorgungsnetz 404 angeschlossen ist. Vorsorglich wird darauf hingewiesen, dass auch weitere Transformatoren 438 vorgesehen sein können, auf die es hier aber nicht ankommt. Ein solcher weiterer Trafo 438 ist nur zur Veranschaulichung eingezeichnet, um deutlich zu machen, dass in dem elektrischen Versorgungsnetz 404 auch unterschiedliche Spannungshöhen existieren können.

Jedenfalls kann das Kraftwerk 434 als konventionelles Kraftwerk vorgesehen sein, wie beispielsweise ein Kohlekraftwerk oder ein Kernkraftwerk. Weiterhin ist veranschauli- chend ein Windpark 440 dargestellt, der über einen Parktrafo 442 an das elektrische Versorgungsnetz 404 angeschlossen ist. Sowohl das konventionelle Kraftwerk 434 als auch der Windpark 440 können ebenfalls über externe Datenübertragungsleitungen 430 mit der Netzsteuereinheit 432 kommunizieren. Für den Windpark 440 ist zudem vorgesehen, dass dieser unmittelbar mit der Zentralsteuereinrichtung 426 und damit der Ladesta- tion 400 kommunizieren bzw. Daten austauschen kann.

Besonders soll die Figur 4 veranschaulichen, dass der Windpark 440 und die Ladestation 400 in dem elektrischen Versorgungsnetz 404 im Wesentlichen nahe beieinander ange- ordnet sind. Sie sind auch an einem Netzabschnitt gleicher Spannungshöhe angeordnet. Durch entsprechende Punkte zwischen dem weiteren Transformator 438 und dem Kraftwerkstrafo 436 soll auch eine entsprechend große Entfernung zu dem Kraftwerk 434 veranschaulicht werden. Der Windpark 440 ist also vergleichsweise nah an der Ladestation 400 angeordnet, jedenfalls in Bezug auf die Verbindung zwischen der Ladestation und dem Windpark über einen Abschnitt des elektrischen Versorgungsnetzes 404. Dieser Abschnitt ist hier als Verbindungsabschnitt 444 angedeutet und bezeichnet den Bereich zwischen dem Parktrafo 442 und dem Netztrafo 406 der Ladestation 400. Ein solcher Verbindungsabschnitt muss aber nicht als unmittelbare und direkte Verbindungsleitung vorgesehen sein, sondern kann auch weitere Abzweigungen zu anderen Verbrauchern oder dezentralen Einspeisern beinhalten.

Jedenfalls sind die Ladestation 400 und der Windpark 440 so nah beieinander, dass der Windpark 440 die Spannung am Netzanschlusspunkt 402 der Ladestation 400 beeinflus- sen kann. Genauso kann die Ladestation 400 eine Spannung an dem Parktrafo 442 beeinflussen.

In Kenntnis dieser Nähe zwischen Windpark 440 und Ladestation 400 wird nun vorgeschlagen, dass diese sich besonders hinsichtlich einer Netzstützung koordinieren. Dazu ist eine Kommunikation zwischen dem Windpark 440 und der Ladestation 400 vorgese- hen, die hier durch eine externe Datenübertragungsleitung 430 zur Zentralsteuereinrichtung 426 veranschaulicht wird. Eine solche Koordination kann auch die Umsetzung einer Anforderung eines Netzbetreibers durch die Netzsteuereinheit 432 betreffen. Gibt also der Netzbetreiber dadurch beispielsweise eine Anforderung an eine Wirkleistungsreduzierung im elektrischen Versorgungsnetz 404 vor, so kann diese Wirkleistungsreduzierung dadurch koordiniert werden, dass der Windpark 440 einen Teil davon, beispielsweise die Hälfte, weniger einspeist und die Ladestation 400 davon einen Teil zusätzlich entnimmt, zum Beispiel die verbleibende Hälfte.

Eine Koordination kommt aber auch für andere Aufgaben in Betracht, wie beispielsweise eine Spannungsregulierung mittels Blindleistungseinspeisung. Besonders kann hier vorgesehen sein, dass sowohl der Windpark 440 als auch die Ladestation 400 einen Teil einer geforderten Blindleistungseinspeisung übernehmen. Das kann den Vorteil haben, dass keine von beiden, also weder der Windpark 440 noch die Ladestation 400, einen sehr großen Phasenwinkel steuern müssen, was ineffizient sein kann, sondern dass sie sich so aufteilen können, dass beide einen Teil der Blindleistung einspeisen und damit jeweils keinen zu großen Phasenwinkel steuern müssen.

Ferner ist in der Fig. 4 ein vereinheitlichter Leistungsflussregler 41 1 dargestellt, der den Netztransformator 406, der hier auch als Paralleltransformator bezeichnet werden kann, und einen Serientransformator 407. Weiterhin weist der vereinheitlichte Leistungsflussregler einen Gleichspannungszwischenkreis 410 sowie einen Gleichrichter 409 und einen Wechselrichter 408 auf.

Figur 5 zeigt eine Lastflusssteuerung in einem Netzsegment 504. Das Netzsegment 504 weist gemäß Fig. 5A einen Transformator 502, eine Sammelschiene 512, vier Netzimpedanzen Z1 bis Z4 sowie zwei Ladestationen CS1 und CS2 auf. Dabei ist das Netzsegment 504 über den Transformator 502 mit einem elektrischen Versorgungsnetz 500 verbunden.

Zudem ist gemäß der Fig. 5A die Netzanschlussleitung 506 maschenförmig an die Sam- melschiene 512 angeschlossen, so dass die Netzimpedanzen Z1 bis Z4 sowie die Ladestationen CS1 und CS2 ringförmig in Reihe geschaltet angeordnet sind. Über den vier Netzimpedanzen Z1 bis Z4 fallen jeweils die Spannungen UZ1 bis UZ4 ab, wobei diese zur besseren Beschreibung jeweils in einen Realteil und einen Imaginärteil aufgeteilt sind. Zusätzlich weist das Netzsegment 504 vier Knotenpunkte Uss, ULPI , UM und ULP2 als Spannungsbezugspunkte auf. Das Bezugspotential 0 ist mit einem Symbol für die elektrische Erdung dargestellt.

Figuren 5B und 5C zeigen die abfallenden Spannungen Uzi bis Uz4 an den Netzimpedanzen Zi bis Z4 in vektorieller Darstellung. Zusätzlich sind die absoluten Spannungen an den Knotenpunkten Uss, ULPI , UM und ULP2 in Bezug auf das Bezugspotential 0 in Vektorform dargestellt.

Die Figur 5B zeigt die Spannungen Uzi-Uz4 für den Fall, dass der Lastfluss nicht von wenigstens einer der beiden Ladestationen gesteuert wird. Die Spannungsvektoren Uzi bis Uz3 weisen sowohl einen Realteil als auch einen Imaginärteil auf, auf die zur Verein- fachung als Quer- und Längskomponenten Bezug genommen werden kann. Vergleicht man die Spannungszeiger Uzi-Uz3 mit dem Zeiger Uz4, ist zu erkennen, dass die Länge der Quer- und Längskomponenten 11 und 12 von Uz4 in Fig. 5B wesentlich länger sind als bei Uzi-Uz3.

Demnach fällt im gezeigten Ausführungsbeispiel die größte Spannung am Widerstand Z4 ab. Folglich fließt auch dort der größte Leistungsfluss.

Figur 5C zeigt die Spannungsvektoren, wenn die Ladestation CS1 eine Blindleistung derart einspeist, dass die Imaginärteile der Spannungen UZ1 und UZ2 kompensiert werden. Eine solche Blindleistungseinspeisung kann durch einen vereinheitlichten Leistungsflussregler (UPFC) einer Ladestation bewirkt werden. Durch die Reduzierung bzw. Kompensation der Imaginärteile der Spannungen UZ1 und UZ2 stellen sich gemäß der Kirchhoffschen Maschenregeln entsprechend geänderte Spannungen UZ3 und UZ4 ein.

Das ist in Fig. 5C zu erkennen, demnach die Quer- und Längskomponenten der Spannung Uz3 im Vergleich zu Fig. 5B größer geworden sind. Die Quer- und Längskomponenten 13 und 14 der Spannung Uz4 sind dagegen kürzer geworden. Somit ist die Spannung bzw. die Leistung an Z4 kleiner und an Z3 größer geworden. Es fließt somit ein größerer Lastfluss durch den oberen Teil der Masche und die Netzimpedanz Z3 als im ungesteuerten Fall. Durch das gezielte Einspeisen von Blindleistung durch die Ladestation CS1 in dem Netzabschnitt mit den Netzimpedanzen Z1 und Z2 kann somit ein Leistungsfluss zumindest teilweise gesteuert werden,