Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ELECTRIC GRID
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/200494
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric grid (1000) which is equipped with feed-ins (1010... 1013), loads (1050... 1053), a distribution grid (2000) arranged therebetween, at least one semiconductor switch (2010, 2011), and at least one electromechanical switch (2020... 2027) for separating a feed-in or a load in the event of a fault. The feed-ins and loads are arranged in groups which are connected together by means of a busbar (200) and paired semiconductor switches, wherein each feed-in and load can be separated from the grid by means of an electromechanical switch in the event of a fault, and the individual groups of feed-ins and loads can be separated from one another by means of the semiconductor switches in the event of a fault in order to prevent cross currents on the busbar.

Inventors:
BATRA SHIVANSH (DE)
BECKERT THOMAS (DE)
HEIN MICHAEL (DE)
ZHU YI (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/074542
Publication Date:
October 08, 2020
Filing Date:
September 13, 2019
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H02J1/10; H02H3/06; H02H3/087; H02H7/26
Domestic Patent References:
WO2012123015A12012-09-20
Foreign References:
EP3379674A12018-09-26
EP3109964A12016-12-28
EP2634885A12013-09-04
US9698589B12017-07-04
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Elektrisches Netzwerk (1000) mit Einspeisungen (1010;

1011; 1012; 1013), Verbrauchern (1050; 1051; 1052; 1053) und einem dazwischen angeordneten Verteilnetzwerk (2000) sowie mit mindestens einem Halbleiterschalter (2010;

2011) und mit mindestens einem elektromechanischen Schal ter (2020; 2021; 2022; 2023; 2024; 2025; 2026; 2027) zum Trennen einer Einspeisung (1010; 1011; 1012; 1013) oder eines Verbrauchers (1050; 1051; 1052; 1053) im Fehler fall, wobei Einspeisungen (1010; 1011; 1012; 1013) und Verbraucher (1050; 1051; 1052; 1053) in Gruppen angeord net sind, die mittels einer Sammelschiene (200) und zuge ordneter Halbleiterschalter (2010; 2011) miteinander ver bunden sind,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die jeweiligen Einspeisungen (1010; 1011; 1012; 1013) und Verbraucher (1050; 1051; 1052; 1053) jeweils mittels ei nes elektromechanischen Schalters (2020; 2021; 2022;

2023; 2024; 2025; 2026; 2027) im Fehlerfall vom Netzwerk (1000) abgetrennt werden können und im Fehlerfall zur Vermeidung von Querströmen auf der Sammelschiene (200) die einzelnen Gruppen an Einspeisungen (1010; 1011; 1012; 1013) und Verbrauchern (1050; 1051; 1052; 1053) voneinan der getrennt werden können mittels der Halbleiterschalter (2010; 2011) .

2. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß Anspruch 1, bei dem eine der Gruppen an Einspeisungen (1010; 1011; 1012;

1013) und Verbrauchern (1050; 1051; 1052; 1053) aus einer Einspeisung (1010; 1013) und einem Verbraucher (1050;

1053) besteht.

3. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine der Gruppen an Einspeisungen (1010; 1011; 1012; 1013) und Verbrauchern (1050; 1051; 1052; 1053) aus zwei Einspeisungen (1011; 1012) und zwei Verbrauchern (1051; 1052) bestehen.

4. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem im Fehlerfall nach Auslösung eines elektromechanischen Schalters (2020; 2021; 2022; 2023; 2024; 2025; 2026; 2027) die Gruppe, in der der Fehlerfall aufgetreten ist und der elektromechanische Schalter

(2020; 2021; 2022; 2023; 2024; 2025; 2026; 2027) ausge löst hat, wiedergeladen wird von einer Gruppe ohne Feh lerfall durch das Schalten eines Halbleiterschalters (2010; 2011), der zwischen diesen beiden Gruppen angeord net ist.

5. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß Anspruch 4, bei dem der Halbleiterschalter (2010; 2011), der zwischen diesen beiden Gruppen angeordnet ist, beim Wiederladen als

Strombegrenzer dient.

6. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß Anspruch 5, wobei beim Halbleiterschalter (2010; 2011), der zwischen diesen bei den Gruppen angeordnet ist, ein Widerstand angeordnet ist, der beim Wiederladen als Strombegrenzer dient.

7. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Einspeisungen (1010; 1011; 1012; 1013) und Verbraucher (1050; 1051; 1052; 1053) so auf die Gruppen verteilt sind, dass

- jede Gruppe durch ihre Einspeisungen (1010; 1011; 1012; 1013) genügend Energie für ihre Verbraucher (1050; 1051; 1052; 1053) zur Verfügung stellen kann.

8. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Einspeisungen (1010; 1011; 1012; 1013) und Verbraucher (1050; 1051; 1052; 1053) so auf die Gruppen verteilt sind, dass

- jede Gruppe durch ihre Einspeisungen (1010; 1011; 1012; 1013) genügend Energie für die Versorgung benach barter Gruppen zur Verfügung stellen kann.

9. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Einspeisungen (1010; 1011; 1012;

1013) und Verbraucher (1050; 1051; 1052; 1053) so auf die Gruppen verteilt sind, dass

- hochverfügbare Verbraucher (1050; 1051; 1052;

1053) in Gruppen angeordnet sind, die zwei benachbarte Gruppen aufweisen.

10. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Einspeisungen (1010; 1011; 1012; 1013) und Verbraucher (1050; 1051; 1052; 1053) so auf die Gruppen verteilt sind, dass

- empfindliche Verbraucher (1050; 1051; 1052; 1053) in einer Zusatz-Gruppe angeordnet sind, die wiederum in einer anderen Gruppe als Untergruppe ausgebildet ist. 11. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß Anspruch 10, bei dem die Zusatz-Gruppe mittels eines Halbleiterschalters (2010; 2011) als Untergruppe an die andere Gruppe

elektrisch angebunden ist.

Description:
Beschreibung

Elektrisches Netzwerk

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Netzwerk.

Gleichstromnetzwerke, auch DC (Direct Current) - Netzwerke, bestehen aus Einspeisungen und Verbrauchern. Beispielsweise ist in der Figur 1 ein solches DC-Netzwerk dargestellt mit Einspeisungen 1010; 1011; 1012; 1013 und Verbrauchern 1050; 1051; 1052; 1053. Solche Gleichstromnetzwerke erfreuen sich einer immer höheren Popularität, da Umwandlungsverluste mini miert werden können. Die Energieeffizienz wird dadurch er höht, dass eine Konvertierung von Wechselstrom zu Gleichstrom nur einmal für alle Motoren notwendig ist, anstatt so eine Konvertierung für jeden Motor vorzunehmen.

Des Weiteren ist vorteilhaft, dass die Verluste in Gleich strom-Verteilnetzen sehr gering sind, da die Frequenz Null ist und keine Impedanzverluste sondern nur ohmsche Verluste vorliegen. Ein weiterer Vorteil von Gleichstromnetzen ist, dass kein Skin-Effekt aufgrund der Frequenz Null vorliegt, somit können beispielsweise Kabel mit kleineren Querschnitten verwendet werden bei geringeren Kosten.

An einem typischen Gleichstromnetz kann jede Art von Einspei sung verwendet werden. Beispielsweise können als Einspeisun gen auch erneuerbare Energiequellen wie Photovoltaik oder Windturbinen oder als Backup-Ressourcen Batterien oder

Schwungräder und Wechselstrom-Netz Verbindungen mit Wechsel strom-Gleichstromwandlern verwendet werden. Jede Einspeisung benutzt einen Wandler, entweder einen Wechselstrom- Gleichstrom oder Gleichstrom-Gleichstrom bei unterschiedli chen Gleichstromspannungen. Um einen nahezu konstanten

Gleichstrom ohne Fluktuationen zu erhalten, werden typischer weise Gleichstrom-Zwischenkreis-Kondensatoren direkt nach den Wandlern auf der Gleichstromseite verwendet. So wird typi- scherweise jeder Wandler mit einem Gleichstrom-Zwischenkreis- Kondensator verbunden, ein solches System wird als Gleich- strom-Zwischenkreis (DC-Link) bezeichnet.

Der Wechselstrom-Gleichstromwandler in einem Gleichstromnetz kann entweder unidirektional (Gleichrichter) oder bidirektio nal (beispielsweise in Active Front End Technologie) aufge baut werden. Typischerweise bestehen ungesteuerte Gleichrich ter im unidirektionalen Modus aus Dioden und Active Front Ends (AFE) , welche aus IGBTs und Dioden bestehen, sodass ein Strom nicht von der Gleichstrom- zur Wechselstromseite flie ßen kann, wenn das Active Front End (AFE) ausgeschaltet ist, was von Freilaufdioden verhindert wird. Dass Strom von der Wechselstrom- zur Gleichstromseite fließen kann wird durch die Diodenanordnung nicht verhindert, wenn die Gleichstrom seite eine geringere Spannung als die Wechselstromseite auf weist. Somit spricht im Falle eines Active Front Ends (AFE) im ausgeschalteten Zustand einem dreiphasigen unkontrollier tem Gleichrichter.

Typischerweise sind die Einspeisungen an eine Sammelschiene 200 angeschlossen, entsprechend der Darstellung in Figur 1. Die Verbraucher werden über eine gemeinsame Sammelschiene mit Leistung aus den Einspeisungen versorgt.

Als elektrische Verbraucher kommen generell elektrische Moto ren in Betracht, die eine Wechselstromversorgung benötigen, weshalb extra Gleichstrom-Wechselstromwandler für jeden Motor auf der Verbraucherseite benötigt werden. Jeder Wandler ist wiederum an einen Gleichstrom-Zwischenkreise-Kondensator an geschlossen, um eine konstante Spannung zu erhalten. Somit befinden sich weitere Kondensatoren vor den Gleichstrom- Wechselstromwandlern (Invertern) .

Wie dargelegt, sind in einem Gleichstromnetz viele Kondensa toren vorhanden, sowohl auf der Einspeise-, aber auch auf der Verbraucherseite angeordnet. Um ein Gleichstromnetz zu star- ten, müssen diese Kondensatoren vorgeladen werden auf die Verteilspannung des Netzwerks, da ansonsten hohe Ströme flie ßen wie bei Kurzschlüssen. Zum Laden der Kondensatoren wird typischerweise ein Widerstand verwendet zur Begrenzung des Stroms, was wiederum eine Erhöhung der Ladezeit bedeutet. Während des normalen Betriebs wirken die Kondensatoren als Filter und verursachen keine Probleme. Aber sobald ein Fehler im Gleichspannungsnetz auftritt, werden die Kondensatoren entladen, und entladen ihre komplette Energie in einer Zeit spanne von ms (Milli Sekunden) . Ein dadurch entstehender Strom in der Größenordnung von hunderten von kA (Kilo Ampere) kann daher zu Beschädigungen im Gleichstromnetzwerk führen.

Ein weiteres Problem sind sogenannte LCR-Schwingungen, be dingt durch induktive, kapazitive und ohmsche Elemente im Netzwerk. Im Fehlerfall fällt typischerweise unvermittelt die Spannung und der Strom steigt stark, aber aufgrund der LCR- Schwingungen wird eine negative Spannung im Gleichstromsystem für eine kurze Zeit beobachtet. Die Schwingungen werden be dingt durch Streuinduktivitäten der Kabel. Induktivität und ohmscher Widerstand werden typischerweise über Kabel und Ka pazitäten typischerweise über Gleichstrom-Zwischenkreise- Kondensatoren (DC-Link) ins System eingebracht. Im Fehlerfall werden die Kondensatoren entladen und die Spannung über den Kondensatoren wird negativ aufgrund der LCR-Schwingungen. So mit ergibt sich der Zustand, dass nach der Entladung der Kon densatoren an der Wechselstromseite der Wechselstrom- Gleichstromwandler ungefähr Null Volt anliegen und aufgrund der LCR-Schwingungen auf der Gleichstromseite eine negative Spannung. Daher fließt ein hoher Strom durch die Wandlerdio den zum Wiederladen der Kondensatoren, welches zu einer Zer störung dieser Dioden führen kann.

In der Figur 1 sind daher Schutzeinrichtungen 2020; 2021;

2022; 2023; 2024; 2025; 2026; 2027 an den Einspeisungen 1010; 1011; 1012; 1013 und Verbrauchern 1050; 1051; 1052; 1053 an geordnet zwischen diesen und der Sammelschiene 200. Diese Schutzeinrichtungen können eine Kombination von Sicherungen oder elektrischen Schaltern sein. Bei Gleichstromnetzen mit verschiedenen Quellen kann im Fehlerfall eine typische

Schutzeinrichtung nicht schnell genug auslösen. Die Kondensa toren entladen trotz konventioneller Sicherungen und elektri scher Schalter. Dadurch werden Dioden der Wandler typischer weise geschädigt.

Zusätzlich, falls der Fehler an einem kleinen Verbraucher mit Kabeln mit geringem Querschnitt vorliegt, kann ebenfalls die ses Kabel beschädigt werden. Das größte Problem ist aber, dass im Fehlerfall der Entladestrom von verschiedenen Konden satoren gleichzeitig kommt. Der hohe, summarische Strom führt dazu, dass Kabel permanent geschädigt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Netzwerk zur Verfügung zu stellen, welches die bekannten Probleme von Gleichstromnetzwerken im Fehlerfall umgeht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das elektrische Netzwerk gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun gen des erfindungsgemäßen elektrischen Netzwerks sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das elektrische Netzwerk gemäß Anspruch 1 ist ausgestattet mit Einspeisungen, Verbrauchern und einem dazwischen angeord netem Verteilnetzwerk sowie mit mindestens einem Halbleiter schalter und mit mindestens einem elektromechanischen Schal ter zum Trennen einer Einspeisung oder eines Verbrauchers im Fehlerfall, wobei Einspeisungen und Verbraucher in Gruppen angeordnet sind, die mittels einer Sammelschiene und zugeord neter Halbleiterschalter miteinander verbunden sind, wobei die jeweiligen Einspeisungen und Verbraucher jeweils mittels eines elektromechanischen Schalters im Fehlerfall vom Netz werk abgetrennt werden können und im Fehlerfall zur Vermei dung von Querströmen auf der Sammelschiene die einzelnen Gruppen an Einspeisungen und Verbrauchern voneinander ge trennt werden können mittels der Halbleiterschalter.

Vorteilhaft hierbei ist, dass die einzelnen Gruppen an Ein speisungen und Verbrauchern ein System mit sehr hoher Zuver lässigkeit ermöglichen. Im Fehlerfall kann dieser Fehler vom Netzwerk isoliert werden und das restliche Netzwerk kann wei terhin betrieben werden. Ebenso wird verhindert, dass es zu einer Entladung des Gleichstrom-Zwischenkreis-Kondensator (DC-Links) anderer Einspeisungen kommen kann. Ebenso wird durch die Verwendung relativ weniger Halbleiterschalter, die an der Sammelschiene angeordnet sind, geringere Kosten verur sacht. Im Fall des Wiederladens der Kondensatoren der abge trennten Gruppen können die Halbleiterschalter als Strombe grenzer dienen. Dabei können die Halbleiterschalter kurzzei tig im aktiven Bereich als geregelter Widerstand oder gepulst betrieben werden.

In einer weiteren Ausgestaltung besteht eine der Gruppen an Einspeisungen und Verbrauchern aus einer Einspeisung und ei nem Verbraucher.

In einer weiteren Ausgestaltung bestehen eine der Gruppen an Einspeisungen und Verbrauchern aus zwei Einspeisungen und zwei Verbrauchern.

In einer Ausgestaltung wird im Fehlerfall nach Auslösung ei nes elektromechanischen Schalters die Gruppe, in der der Feh lerfall aufgetreten ist und der elektromechanische Schalter ausgelöst hat, wiedergeladen von einer Gruppe ohne Fehlerfall durch das Schalten eines Halbleiterschalters, der zwischen diesen beiden Gruppen angeordnet ist.

In einer weiteren Ausgestaltung dient der Halbleiterschalter, der zwischen diesen beiden Gruppen angeordnet ist, beim Wie derladen als Strombegrenzer. Dabei kann der Halbleiterschal ter kurzzeitig im aktiven Bereich als geregelter Widerstand oder gepulst betrieben werden. Alternativ dient ein Wider stand angeordnet zwischen diesen beiden Gruppen beim Wieder laden als Strombegrenzer.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Einspeisungen und Verbraucher so auf die Gruppen verteilt, dass jede Gruppe durch ihre Einspeisungen genügend Energie für ihre Verbrau cher zur Verfügung stellen kann.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Einspeisungen und Verbraucher so auf die Gruppen verteilt, dass jede Gruppe durch ihre Einspeisungen genügend Energie für die Versorgung benachbarter Gruppen zur Verfügung stellen kann.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Einspeisungen und Verbraucher so auf die Gruppen verteilt, dass hochverfügbare Verbraucher in Gruppen angeordnet sind, die zwei benachbarte Gruppen aufweisen.

In einer Ausgestaltung sind die Einspeisungen und Verbraucher so auf die Gruppen verteilt, dass empfindliche Verbraucher in einer Zusatz-Gruppe angeordnet sind, die wiederum in einer anderen Gruppe als Untergruppe ausgebildet ist.

In einer weiteren Ausgestaltung ist diese Zusatz-Gruppe mit tels eines Halbleiterschalters als Untergruppe an die andere Gruppe elektrisch angebunden.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.

Dabei zeigen: Figur 1: konventionelles elektrisches DC-Netzwerk mit Ein speisungen und Verbrauchern;

Figur 2: Gleichstrom-Netzwerk mit Einspeisungen und Verbrau chern und Halbleiterschaltern; und

Figur 3: erfindungsgemäßes elektrisches Netzwerk mit Ein

speisungen und Verbrauchern, wobei die Einspeisun gen und Verbraucher in Gruppen angeordnet sind.

In Figur 3 ist das erfindungsgemäße elektrische Netzwerk 1000 dargestellt. Das elektrische Netzwerk 1000 umfasst Einspei sungen 1010; 1011; 1012; 1013, Verbraucher 1050; 1051; 1052; 1053 und ein dazwischen angeordnetes Verteilnetzwerk 2000.

Das Verteilnetzwerk 2000 umfasst weiter elektromechanische Schalter 2020; 2021; 2022; 2023; 2024; 2025; 2026; 2027. Die elektromagnetischen Schalter 2020; 2021; 2022; 2023; 2024; 2025; 2026; 2027 sind so angeordnet, dass die Einspeisungen 1010; 1011; 1012; 1013 oder die Verbraucher 1050; 1051; 1052; 1053 im Fehlerfall von einer Sammelschiene 200 getrennt wer den können. Über die Sammelschiene 200 sind die verschiedenen Einspeisungen 1010; 1011; 1012; 1013 und Verbraucher 1050; 1051; 1052; 1053 miteinander elektrisch verbunden.

Die Einspeisungen 1010; 1011; 1012; 1013 und Verbraucher 1050; 1051; 1052; 1053 sind in Gruppen angeordnet, beispiels weise eine Gruppe 1 wird gebildet von der Einspeisung 1010 und dem Verbraucher 1050. Die Einspeisung 1010 ist über den elektromechanischen Schalter 2020 an die Sammelschiene 200 angeschlossen, der Verbraucher 1050 über den elektromechani schen Schalter 2021.

Eine zweite Gruppe wird von den Einspeisungen 1011; 1012 und

Verbrauchern 1051; 1052 gebildet. Einspeisung 1011 ist über den elektromechanischen Schalter 2022 an die Sammelschiene 200 elektrisch angebunden, Einspeisung 1012 über den elektro mechanischen Schalter 2024 und Verbraucher 1051 über den elektromechanischen Schalter 2023 und Verbraucher 1052 über den elektromechanischen Schalter 2025. Die Gruppe 1 gebildet von Einspeisung 1010 und Verbraucher 1050 ist mittels des Halbleiterschalters 2010 mit der Gruppe 2 aus Einspeisungen 1011; 1012 und Verbrauchern 1051; 1052 verbunden.

In Figur 3 ist eine dritte Gruppe dargestellt, welche aus der Einspeisung 1013 und dem Verbraucher 1053 besteht. Einspei sung 1013 ist mittels des elektromechanischen Schalters 2026 an die Sammelschiene 200 angeschlossen, Verbraucher 1053 über den elektromechanischen Schalter 2027. Die dritte Gruppe aus Einspeisung 1013 und Verbraucher 1053 ist mittels des Halb leiterschalters 2011 elektrisch mit der Gruppe 2 aus Einspei sungen 1011; 1012 und Verbrauchern 1051; 1052 verbunden.

Die elektromechanischen Schalter bewirken, dass im Fehlerfall die jeweils zugordneten Einspeisungen 1010; 1011; 1012; 1013 und Verbraucher 1050; 1051; 1052; 1053 vom Netzwerk 1000 ab getrennt werden können. Ebenso können im Fehlerfall zur Ver meidung von Querströmen auf der Sammelschiene 200 die einzel nen Gruppen an Einspeisungen 1010; 1011; 1012; 1013 und Ver brauchern 1050; 1051; 1052; 1053 voneinander getrennt werden mittels der Halbleiterschalter 2010; 2011.

Die im erfindungsgemäßen elektrischen Netzwerk 1000 verwende ten Halbleiterschalter 2010; 2011 können auf Silicium (Si)-, Siliciumcarbid (SiC) - oder Galliumnitrid (GaN) - Basis her gestellt sein.

Das erfindungsgemäße elektrische Netzwerk 1000 kann Gruppen unterschiedlicher Anzahl an Einspeisungen und Verbrauchern aufweisen. Beispielsweise kann eine Gruppe aus einer Einspei sung und einem Verbraucher bestehen, wie beispielsweise in der Figur 3 die Gruppe 1 aus Einspeisung 1010 und Verbraucher 1050 und die Gruppe 3 aus Einspeisung 1013 und Verbraucher Ebenso können Gruppen aus zwei Einspeisungen und zwei Ver brauchern bestehen, wie beispielsweise in der Figur 3 darge stellt in der Gruppe 2 aus Einspeisungen 1011; 1012 und Ver brauchern 1051; 1052.

Gruppen jeweils mehr als zwei Einspeisungen und Verbrauchern sowie aus einer unterschiedlichen Anzahl an Einspeisungen o- der Verbrauchern sind denkbar.

Im Fehlerfall auf Seiten der Einspeisungen oder der Verbrau cher löst der zugeordnete elektromechanische Schalter aus. Ebenso wird die Gruppe mittels des Halbleiterschalters 2010; 2011 getrennt von den anderen Gruppen, sodass zum einen keine Querströme auf der Sammelschiene 200 fließen, und zum anderen die nicht vom Fehlerfall betroffenen Gruppen weiterhin normal betrieben werden können. Ist nun der Fehler behoben, so kann die Gruppe wieder ans Netz gehen. Dazu müssen die Kondensato ren auf Einspeise- oder Verbraucherseite geladen werden. Dies kann von einer Gruppe ohne Fehlerfall durch das Wiederein schalten des Halbleiterschalters 2010; 2011, der zwischen diesen beiden Gruppen angeordnet ist, geschehen. Dieser zwi schen diesen beiden Gruppen angeordnete Halbleiterschalter 2010; 2011 dient beim Wiederladen als Strombegrenzer. Dabei kann der Halbleiterschalter kurzzeitig im aktiven Bereich als geregelter Widerstand oder gepulst betrieben werden. Zusätz lich kann am Halbleiterschalter 2010; 2011 ein Widerstand an geordnet sein, der beim Wiederladen als Strombegrenzer dient.

Damit das Konzept des Abtrennens oder Unterteilens in Gruppen von Einspeisungen und Verbrauchern im Fehlerfall autonome Gruppen bildet, sollten die Einspeisungen und Verbraucher so auf die Gruppen verteilt werden, dass jede Gruppe durch ihre Einspeisungen genügend Energie für ihre Verbraucher zur Ver fügung stellen kann.

Für das Wiederladen einer Gruppe, die im Fehlerfall mittels Halbleiterschalter 2010; 2011 vom Netzwerk getrennt wird, sollten die Einspeisungen und Verbraucher so auf die Gruppen verteilt werden, dass jede Gruppe durch ihre Einspeisungen genügend Energie für die Versorgung benachbarter Gruppen zur Verfügung stellen kann.

Bei hochverfügbaren Verbrauchern, die nach Möglichkeit nicht vom Netz getrennt werden dürfen, sollten diese so auf die Gruppen verteilt sein, dass die hochverfügbaren Verbraucher in Gruppen angeordnet sind, die zwei benachbarte Gruppen auf weisen. Somit können hochverfügbare Verbraucher von gegebe nenfalls unterschiedlichen Quellen gespeist werden.

Empfindliche Verbraucher, wie beispielsweise Schweißroboter, können in einer Zusatz-Gruppe angeordnet sein, die wiederum in einer anderen Gruppe als Untergruppe ausgebildet ist. Die se Zusatz-Gruppen können wiederum mittels eines Halbleiter schalters 2010; 2011 als Untergruppe an die andere Gruppe elektrisch angebunden sein.

Halbleiterschalter 2010; 2011 unterteilen die Sammelschiene 200 entsprechend der Darstellung in Figur 3 in drei Gruppen. Jede Kabelverbindung über die Sammelschiene 200 ist mittels eines elektromechanischen Schalters abgesichert, da diese kostengünstiger sind als beispielsweise Halbleiterschalter. Die Schaltzeit oder Reaktionszeit der elektromechanischen Schalter ist in der Ordnung von ungefähr 10 ms (Milli Sekun den) . Das Gleichstromnetzwerk ist somit unterteilt in kleine, unabhängige Gruppen, die mittels Halbleiterschalter 2010;

2011 miteinander verbunden sind.

Das erfindungsgemäße elektrische Netzwerk 1000 ermöglicht es, Gruppen unterschiedlichen Schutzes zu erzeugen. Jede Gruppe ist mit einer anderen oder mit anderen Gruppen über einen Halbleiterschalter 2010; 2011 verbunden. Im Fehlerfall in ei ner Gruppe sorgen Halbleiterschalter 2010; 2011 für eine schnelle Isolation innerhalb von 10 ps (Mikro Sekunden) die ser Gruppe vom restlichen elektrischen Netzwerk 1000, sodass große Teile des elektrischen Netzwerks 1000 weiter betrieben werden können während des Fehlerfalls.

Innerhalb einer Gruppe, in der der Fehlerfall aufgetreten ist, werden elektromagnetische Schalter verwendet, um den Fehler zu isolieren. Nachdem der Fehler mittels des elektro magnetischen Schalters abgetrennt ist, können die Verbraucher wieder verbunden werden und die Gruppe mit dem Fehlerfall wiedergeladen werden mittels eines Powermanagers. Zum Wieder laden der Kondensatoren können entweder die Halbleiterschal ter 2010; 2011 als Strombegrenzer oder zusätzliche Widerstän de als Strombegrenzer verwendet werden.

Die Einteilung der Gruppen sollte unter den folgenden Randbe dingungen geschehen. Jede Gruppe sollte von ihren Einspeisun gen her so viel Energie zur Verfügung stellen, dass zumindest die eigenen Verbraucher betrieben werden können, sodass diese Gruppe unabhängig von anderen Einspeisungen ist. Des Weiteren sollten die Einspeisungen genug Reserveenergie zur Verfügung haben, um Gruppen mit Fehlern zu versorgen, nachdem ein Feh ler isoliert wurde. Ebenso sollten Verbraucher priorisiert werden nach ihrer Wichtigkeit im getrennten Zustand. Verbrau cher mit geringem Bedarf sollten mit Einspeisungen mit klei nem Gleichstrom-Zwischenkreis-Kondensator (DC-Link) verbunden sein. Hochverfügbare Verbraucher sollten zwischen zwei Grup pen angeordnet sein, um eine erhöhte Redundanz im erfindungs gemäßen elektrischen Netzwerk 1000 zu haben. Empfindliche Verbraucher sollten in Zusatz-Gruppen innerhalb einer Gruppe angeordnet sein, wobei diese Zusatz-Gruppe mittels eines Halbleiterschalters als Untergruppe an diese Gruppe

elektrisch angebunden ist. Weitere Gruppen können wiederum mit weiteren Halbleiterschaltern angebunden werden.

Das erfindungsgemäße elektrische Netzwerk 1000 reduziert ebenso LCR-Schwingungen . Die Sammelschiene 200 sollte direkt mit einem Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler verbunden sein, sodass eine geringe Induktivität im Fehlerfall vorliegt. Ebenso bedeutet diese Konfiguration, dass negative Spannung nur in Ausnahmefällen auftreten können. Die negative Spannung kann endgültig dadurch verhindert werden, dass ein Widerstand oder eine Induktivität in Serie geschaltet ist, während der Kondensator entladen wird, sodass die Dioden des Wandlers ge schützt sind. Ein weiterer Schutz ist möglich, in dem Surge- Dioden parallel zum Gleichstrom-Zwischenkreis-Kondensator (DC-Link) verbunden werden.

Das erfindungsgemäße elektrische Netzwerk ermöglicht eine ho he Systemverfügbarkeit aufgrund der Bildung von Gruppen, die im Fehlerfall unabhängig betrieben werden können. Ebenso wird eine Gleichstrom-Zwischenkreis (DC-Link) Entladung von ande ren Einspeisungen verhindert, was eine Entlastung der Kabel im Fehlerfall ermöglicht. Ebenso wird verhindert, dass vom Verbraucher Gleichstrom-Zwischenkreis (DC-Link) aus benach barten Gruppen eine Entladung vorkommt, da eine Entladung hinein in einen Fehler nicht mehr möglich ist. Im Betrieb des elektrischen Netzwerks 1000 ergibt sich ein geringer Energie verlust, da nur wenige Halbleiterschalter 2010; 2011 verwen det werden. Die Halbleiterschalter 2010; 2011 dienen als Strombegrenzer beim Wiederladen der Kondensatoren abgeschal teter Gruppen nach einem Fehlerfall. Dabei kann der Halb leiterschalter kurzzeitig im aktiven Bereich als geregelter Widerstand oder gepulst betrieben werden.