Betreiben einer Umspannanlage

Der Gegenstand betrifft eine Umspannanlage eines Energieversorgungsnetzes sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Umspannanlage.

Durch die zunehmende Digitalisierung der Stromnetze und dem steigenden Anteil volatiler, erneuerbarer Energieerzeuger ist das Risiko eines großflächigen, überregionalen Netzausfalls in den letzten Jahren stark gestiegen. Um das Stromnetz auch in Zukunft nach einem Ausfall wieder systematisch aufbauen zu können, müssen neue Strategien entwickelt werden.

Der N etzwiederaufbau erfordert die Durchführung einer Vielzahl von

Schalthandlungen. Hierfür müssen der netzführenden Stelle des Netzbetreibers Informationen aus den Umspannanlagen zur Verfügung stehen. Gleichzeitig muss der Fernzugriff auf die Schaltgeräte der Umspannanlagen durch die netzführende Stelle gewährleistet sein. Für die Aufrechterhaltung dieser Schnittstelle muss eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zumindest der Leittechnik und der

Nachri chtentechnik, vorzugsweise auch der Schutztechnik sichergestellt sein.

Innerhalb einer Umspannanlage wird die Versorgung der Schutz-, Leit- und

N achri chtentechnik im N ormalbetriebszustand häufig durch einen Transformator sichergestellt. Dem Transformator nachgelagert befindet sich die

Drehstromverteilung der Umspannanlage. In der Drehstromverteilung befinden sich neben Drehstromverbrauchern in der Regel zwei Gleichstromrichter mit

unterschiedlicher Ausgangsspannung, welche die Schutz- und Leittechnik sowie die Nachrichtentechnik jeweils mit der entsprechend erforderlichen Gleichspannung versorgen. Jeder Gleichspannungsebene ist in der Regel eine Bleibatterie zugeordnet, welche eine unterbrechungsfreie Stromversorgung von zwölf Stunden gewährleistet.

Nach aktuellen anerkannten Regeln der Technik ist eine unterbrechungsfreie

Stromversorgung in Umspannanlagen von zwölf Stunden vorgeschrieben. Unter Berücksichtigung der oben genannten veränderten Rahmenbedingungen ist davon auszugehen, dass das Stromnetz nach einem überregionalen Ausfall nicht innerhalb dieser Zeit wiederaufgebaut werden kann.

Daher lag dem Gegenstand die Aufgabe zu Grunde, die unterbrechungsfreie

Stromversorgung in Umspannanlagen im Netzwiederaufbaufall zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gegenständlich durch eine Umspannanlage nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 17 gelöst.

Die aus dem Stand der Technik bekannte Wechselstromverteilung, die insbesondere eine Drehstromverteilung ist, wird gegenständlich modifiziert, so dass eine längere Zeit eine unterbrechungsfreie Stromversorgung möglich ist.

Um die Versorgung der für den Netzwiederaufbau notwendigen Verbraucher bei einem Netzausfall zu gewährleisten, wird die Energieversorgung über den Generator, der insbesondere aus einer erneuerbaren Energiequelle gespeist werden kann, und den Energiespeicher gewährleistet. Hierfür wird vorgeschlagen, eine Netztrennung mit dem Schalter durchzuführen. Die Netztrennung führt dazu, dass nach einem Netzausfall die Wechselspannungsverteilung von dem Energieversorgungsnetz getrennt ist. In diesem Fall wird über den Batteriewechselrichter des

Energiespeichers eine Frequenz in der Wechselspannungsverteilung vorgegeben und es entsteht ein Inselnetz. Durch die Frequenzvorgabe wird sichergestellt, dass der Wechselrichter des Generators weiter in die Wechselspannungsverteilung einspeisen kann. Auch wird vorgeschlagen, die Wechselspannungsverteilung zu unterteilen. In einer vorgelagerten Spannungsverteilung können solche Verbraucher, auf die bei einem Netzausfall verzichtet werden kann, integriert werden. Dieser Spannungsverteilung ist die gegenständliche Wechselspannungsverteilung nachgelagert, an welche die Verbraucher angeschlossen sind, die bei einem Netzausfall weiterhin versorgt werden sollten. Es wird vorgeschlagen, zwischen diesen beiden Verteilungen den Schalter anzuordnen. Der Generator als auch der Energiespeicher werden bevorzugt an die nachgelagerte Wechselspannungsverteilung angeschlossen.

Innerhalb einer Umspannanlage kann ein Transformator angeordnet sein, der zur Versorgung der Schutz-, Leit- und N achrichtentechnik dient. Ein solcher

Transformator kann als Eigenbedarfstransformator gebildet sein. Ausgangsseitig des Transformators befindet sich die Wechselspannungsverteilung, über welche die Sekundärtechnik der Umspannanlage versorgt wird. Es wird vorgeschlagen, den Transformator primärseitig an ein Energieversorgungsnetz anzuschließen und sekundärseitig mittelbar oder unmittelbar an die Wechselspannungsverteilung.

Über die Wechselspannungsverteilung werden schütz-, leit- und

nachrichtentechnische Komponenten der Umspannanlage mit elektrischer Energie versorgt.

Um sicher zu stellen, dass im Falle des Netzausfalls diese sekundärtechnischen Komponenten unabhängig vom Netz mit elektrischer Energie versorgt werden können, wird vorgeschlagen, dass mit einem Schalter die

Wechselspannungsverteilung von dem Energieversorgungsnetz getrennt werden kann. Der Schalter kann dabei mittelbar oder unmittelbar an dem sekundärseitigen Anschluss des Transformators angeordnet sein. Auch ist es möglich, den Schalter primärseitig an dem Transformator anzuordnen.

An der Wechselspannungsverteilung ist zumindest eine sekundärtechnische

Schalteinheit angeschlossen. Eine sekundärtechnische Schalteinheit kann dabei insbesondere eine Mittelspannungsfeldanschalteinheit oder eine kompakte

Feldanschalteinheit sein. Über die sekundärtechnische Schalteinheit kann

Primärtechnik, insbesondere ein Trafosteller und/oder ein Motorantrieb betrieben werden. Die sekundärtechnische Schalteinheit kann als sogenannter Verbraucher der Priorität 1 angesehen werden, welcher im Falle des N etzwiederaufbaus angesteuert werden muss.

An der Wechselspannungsverteilung ist ein Anschluss eines Batteriewechselrichters eines Energiespeichers angeschlossen. Über die Wechselspannungsverteilung sind somit zumindest eine sekundärtechnische Schalteinheit sowie ein Energiespeicher über einen Batteriewechselrichter unmittelbar oder mittelbar angeschlossen. Zur Einhaltung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung über einen Zeitraum von mehr als zwölf Stunden ist darüber hinaus ein netzgeführter Wechselrichter des Generators an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen.

Zur Sicherstellung der Funktion der Umspannanlage wird vorgeschlagen, dass der Schalter bei einem Abfall einer eingangsseitigen Spannung unter einem unteren Grenzwert öffnet. Der untere Grenzwert kann dabei, insbesondere bei einem

Netzausfall auch 0 V sein. Auch wird vorgeschlagen, dass der Batteriewechselrichter abhängig von der Schalterstellung des Schalters eine Frequenz in die

Wechselspannungsverteilung einprägt. Wird der Schalter geöffnet, schaltet der Batteriewechselrichter in einen selbstgeführten Betrieb und kann eine Frequenz für die Wechselspannungsverteilung vorgeben. Wird der Schalter bei einer

wiederkehrenden Spannung des Energieversorgungsnetzes, insbesondere über einen oberen Grenzwert oder bei einer wiederkehrenden Frequenz des

Energieversorgungsnetzes, insbesondere über einen oberen Grenzwert, wieder geschlossen, so wird während oder kurz vor dem Schließen des Schalters der

Batteriewechselrichter abgeschaltet und von einem selbstgeführten Betrieb in einen netzgeführten Betrieb umgeschaltet. Dadurch kann die Wechselspannungsverteilung von dem Inselbetrieb in den Netzbetrieb wechseln und es findet eine

Frequenzsynchronisation statt. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass ein netzgeführter Wechselrichter abhängig von der durch den Batteriewechselrichter eingeprägten Frequenz eine elektrische Leistung eines Generators in die Wechselspannungsverteilung einspeist. An der Wechselspannungsverteilung ist ein netzgeführter Wechselrichter angeschlossen, der eingangsseitig mit einem Generator verbunden ist und somit elektrische Leistung in die Wechselspannungsverteilung einspeisen kann.

Öffnet der Schalter, so ist die Umspannanlage von dem Energieversorgungsnetz getrennt. Dies ist regelmäßig der Fall, wenn die Umspannanlage in einem räumlichen Bereich eines ausgefallenen Energieversorgungsnetzes liegt. In einem solchen

Netzbereich fällt am Umspannwerk die Eingangsspannung und/oder die

Eingangsfrequenz unter einen unteren Grenzwert. Der untere Grenzwert kann dabei insbesondere auch 0 Volt und/oder 0 Hertz sein. Der Schalter wird bei Detektion des unteren Grenzwertes geöffnet. Daraufhin, insbesondere ausgelöst durch die geöffnete Schalterstellung, gibt der Batteriewechselrichter eine Frequenz für die

Wechselspannungsverteilung vor. Diese Frequenz ist in der Regel die Netzffequenz, welche in Europa 50 Hz, in den USA 60 Hz beträgt.

Durch die vorgegebene Netzffequenz kann der netzgeführte Wechselrichter Leistung des Generators in die Wechselspannungsverteilung einspeisen und somit Verbraucher an der Wechselspannungsverteilung speisen, als auch den Ladezustand des

Energiespeichers verändern, insbesondere den Energiespeicher laden.

Durch das Trennen der Wechselspannungsverteilung von dem

Energieversorgungsnetz und dem gleichzeitigen Einprägen der Frequenz in die Wechselspannungsverteilung ist der Generator im Falle eines Netzausfalls in der Lage, die notwendigen sekundärtechnischen Komponenten mit Energie zu versorgen, um somit die Verfügbarkeit der Umspannanlage im Netzwiederaufbaufall zu erhöhen.

Auch wird vorgeschlagen, dass die sekundärtechnische Schalteinheit zumindest ein Schutzleitmodul oder eine Feldanschalteinheit, insbesondere umfassend eine Feldeinheit und/oder ein Schutzmodul, umfasst. Ein Schutzleitmodul kann Teil einer Mittelspannungsfeldanschalteinheit sein. Eine Feldanschalteinheit kann Leittechnik und Schutztechnik Vorhalten.

Über eine Feldanschalteinheit können primärtechnische Schaltgeräte angesteuert werden. Hierbei können insbesondere Stellmotoren der E-Spulen und Trafos angesteuert und mit elektrischer Energie versorgt werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Mehrzahl von sekundärtechnischen Schalteinheiten an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen sein. Hierbei kann neben der Feldanschalteinheit auch Schutztechnik an die

Wechselspannungsverteilung angeschlossen sein.

Um zu gewährleisten, dass die Umspannstation aus der Ferne bedienbar ist, wird neben den sekundärtechnischen Schalteinheiten auch Kommunikationstechnik benötigt. Die Stationsleittechnik fasst die Datenströme der Umspannstation zusammen und überträgt diese an das Netzleitsystem und empfängt von dem

Netzleitsystem Schaltbefehle. Hierdurch kann die Netzleitstelle den Ist-Zustand der Umspannanlage, z.B. Schaltstellungen und Lastflüsse erfassen und darauf basierend Entscheidungen treffen und gegebenenfalls entsprechende Schalthandlungen auslösen. Zur Sicherstellung der Kommunikation wird vorgeschlagen, dass eine Kommunikationstechnik, insbesondere nachrichtentechnische Komponenten und/oder leittechnische Komponenten über einen ersten Gleichrichter an die

Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist.

In einer Umspannanlage sind in der Regel eine Mehrzahl an primärtechnischen Schalteinheiten und Komponenten vorgesehen, die jeweils über sekundärtechnische Schalteinheiten angesteuert werden. Zur Erhaltung der Betriebsbereitschaft der Umspannanlage im Falle des Netzausfalls sind alle maßgeblichen

sekundärtechnischen Schalteinheiten an die Wechselspannungsverteilung

angeschlossen. Neben den sekundärtechnischen Schalteinheiten können ebenfalls Komponenten der Schutztechnik an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass diese Schutztechnik über einen zweiten Gleichrichter an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist. Schutztechnik schützt die in der Umspannanlage verbauten Betriebsmittel vor unzulässig hohen Belastungen, insbesondere im Fall von Kurzschlüssen und Erdschlüssen.

Schutztechnik kann insbesondere ein Leitungsschutz, ein Transformatorschutz und ein Sammelschienenschutz sein. Schutztechnik wird in der Regel auf einer anderen Spannungsebene betrieben als die Spannungsebene der Wechselspannungsverteilung. Die Schutztechnik besteht insbesondere aus Gleichstromkomponenten, die über den in der Wechselspannungsverteilung angeschlossenen Gleichrichter direkt mit

Gleichspannung versorgt werden.

Um die Verfügbarkeit der Umspannanlage weiter zu erhöhen, ist die Schutztechnik abschaltbar. Im Falle des Netzausfalls ist Schutztechnik in der Regel nicht notwendig. Da im Falle des Netzausfalls weder ein Erdschluss noch ein Kurzschluss auftreten kann, und auch ein Leitungsschutz oder ein Berührschutz nicht notwendig ist, da das Energieversorgungsnetz ohnehin spannungslos ist, kann die Schutztechnik im Falle des Netzausfalls auch außer Betrieb genommen werden. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass die Schutztechnik abhängig von einer Spannung und/oder einer Frequenz in der Wechselspannungsverteilung oder abhängig von einem Ladezustand des Energiespeichers abschaltbar ist. Auch kann die Schutztechnik in ihrer

Spannungsebene eine eigene Spannungsversorgung haben. Das Abschalten der Schutztechnik kann auch abhängig von einem Ladezustand eines solchen

Energiespeichers sein.

Der Energiespeicher ist im Normalbetriebsfall, also wenn Netzspannung anliegt, bevorzugt vollständig geladen. Der Energiespeicher entlädt sich in einem solchen Fall bevorzugt nicht im Falle des Netzausfalis aber, sofern vom Generator nicht

ausreichend elektrische Leistung in die Wechselspannungsverteilung eingespeist wird, speist der Energiespeicher die an die Wechselspannungsverteilung angeschlossenen schütz-, leit- und/oder nachrichtentechnischen Komponenten und entlädt sich. Der Ladezustand des Energiespeichers sinkt daher ab. Tritt ein solches Absinken des Ladezustands ein, kann die Schutztechnik beispielsweise ab einem bestimmten Ladezustand des Energiespeichers abgeschaltet werden.

Die Schutztechnik kann beispielsweise abschaltbar sein, wenn zunächst die notwendige Bedingung erfüllt ist, dass ein Netzausfall eingetreten ist, insbesondere dass der Schalter geöffnet ist und darüber hinaus die hinreichende Bedingung, dass eine Spannung und/oder eine Frequenz innerhalb der Wechselspannungsverteilung und/oder ein Ladezustand des Energiespeichers unterhalb eines Grenzwertes fällt. Sind beide Bedingungen erfüllt, kann die Schutztechnik abgeschaltet werden. Durch das Abschalten der Schutztechnik verbraucht diese keine weitere elektrische Energie und der Energiespeicher wird somit langsamer entladen. Dadurch gelingt es, den Leistungsbedarf der Umspannanlage im N etzwiederaufbau signifikant zu verringern und die Überbrückungszeit zu erhöhen. Insbesondere werden bei den oben genannten Bedingungen Gleichstromverbraucher der Schutztechnik abgeschaltet.

Die nachrichtentechnischen Komponenten werden bevorzugt auf einem anderen Gleichspannungsniveau betrieben als die Schutztechnik. Daher wird vorgeschlagen, dass der erste Gleichrichter eine erste Ausgangsspannung hat und/oder dass der zweite Gleichrichter eine zweite von der ersten Ausgangsspannung verschiedene Ausgangsspannung hat. Dabei ist die erste Ausgangsspannung beispielsweise im Bereich zwischen 40 V und 60 V, beispielsweise 48 V und die zweite

Ausgangsspannung beispielsweise im Bereich zwischen 150 V und 300 V,

beispielsweise 212 V. Die Wechselspannungsverteilung wird beispielsweise bei einer Spannung von 400 V betrieben.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Energiespeicher ein Lithium-Ionen

Speicher. Da im Falle eines Netzausfalls eine Vielzahl an Ladezyklen durch den Generator durchlaufen wird, ist ein solcher Energiespeicher besser geeignet, als beispielsweise ein Bleisäure-Akkumulator.

Um zu verhindern, dass im Normalbetriebsfall, also wenn kein Netzausfall vorliegt, elektrische Leistung vom Generator in das Energieversorgungsnetz fließt, wird zwischen der Wechselspannungsverteilung und dem Energieversorgungsnetz ein Leistungsflusswächter vorgesehen. Mit Hilfe des Leistungsflusswächters ist es möglich, einen Leistungsfluss zwischen der Wechselspannungsverteilung und dem Energieversorgungsnetz zu überwachen. Im Verbraucherzählpfeilsystem fließt im Normalbetriebsfall elektrische Leistung aus dem Energieversorgungsnetz in die Wechselspannungsverteilung. Im Falle eines Spannungsabfalls im

Energieversorgungsnetz würde elektrische Leistung vom Generator über den Wechselrichter und die Wechselspannungsverteilung in das Energieversorgungsnetz fließen. Dies wird mittels des Leistungsflusswächters verhindert. Misst der

Leistungsflusswächter beispielsweise einen negativen Leistungsfluss, kann er den Schalter öffnen. Der Leistungsflusswächter kann beispielsweise durch ein Smart Meter gebildet sein.

Über die Wechselspannungsverteilung werden Komponenten wie Motoren mit elektrischer Energie versorgt. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass die Wechselspannungsverteilung dreiphasig ist und insbesondere, dass der

Batteriewechselrichter die Wechselspannungsverteilung dreiphasig speist. Die Wechselspannungsverteilung ist dann eine Drehstromverteilung. Dies ist

insbesondere für motorische Stellelemente, beispielsweise eines Trafostellers oder eines motorisch betriebenen Schalters sinnvoll.

Die sekundärtechnische Schalteinheit ist bevorzugt dreiphasig an die

Wechselspannungsverteilung angeschlossen. Hierdurch sind dreiphasig betriebene Motoren der sekundärtechnischen Schalteinheiten über die

Wechselspannungsverteilung betreibbar. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Generator eine Photovoltaikanlage umfasst. Mit Hilfe der Photovoltaikanlage ist es möglich, elektrische Energie aus Sonnenenergie zu gewinnen und diese in die

Wechselspannungsverteilung einzuspeisen. Im Falle des Netzausfalls wird über die Photovoltaikanlage eine Speisung der Verbraucher an der

Wechselspannungsverteilung bewirkt. Hierdurch wird der Energiespeicher, der während der Überbrückungszeit im des Netzausfalls die Wechselspannungsverteilung elektrisch speist, entlastet. Die Umspannanlage verfügt daher über eine längere Verfügbarkeit im des Netzausfalls, so dass der N etzwiederaufbau für eine längere Zeit möglich ist.

Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Umspannanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt beispielhaft eine 10 kV Umspannanlage 2 mit einer Schaltanlage 4. Für die weitere Betrachtung werden lediglich die für den Gegenstand relevanten

Komponenten der Umspannanlage 2 gezeigt. Ein Eigenbedarfstransformator 6 ist primärseitig einphasig oder dreiphasig an das Energieversorgungsnetz in der

Schaltanlage 4 angeschlossen.

Der Eigenbedarfstransformators 6 ist sekundärseitig dreiphasig an eine erste

Wechselspannungsverteilung angeschlossen. Die Wechselspannung der ersten Wechselspannungsverteilung kann bei beispielsweise 400 V liegen. An der

Wechselspannungsverteilung, die über zumindest eine Sammelschiene realisiert sein kann, können verschiedenste Verbraucher 8 angeschlossen sein, welche nicht sicherheitsrelevant sind und somit keine unterbrechungsfreie Stromversorgung im Fall des Netzausfalls benötigen. Darüber hinaus sind ein Leistungsflusswächter 10 sowie ein Schalter 12 mit ihren Eingängen an den sekundärseitigen Ausgang des Eigenbedarfstransformators 6 und/oder die erste Wechselspannungsverteilung angeschlossen.

Ausgangsseitig des Schalters 12 und des Leistungsflusswächters 10 ist eine

Wechselspannungsverteilung 14, beispielsweise über eine Sammelschiene, einphasig oder dreiphasig angeschlossen. An der Wechselspannungsverteilung 14 sind sekundärtechnische Schalteinheiten 16 unmittelbar angeschlossen. Der Anschluss der Schalteinheiten 16 kann einphasig und/oder dreiphasig sein. Gezeigt ist eine einzige Schalteinheit 16, es ist jedoch eine Vielzahl an Schalteinheiten 16 möglich. Mit Hilfe der Schalteinheiten 16 können Komponenten der Prozessebene unmittelbar angesteuert werden. Über die Schalteinheiten 16 können Elemente der Primärtechnik, wie z.B. Motoren der T ransformatorstufenschalter und der E-Spulen angesteuert werden.

Darüber hinaus ist über einen ersten Gleichrichter 18 ein Anschluss von

nachrichtentechnischen Komponenten 20 realisiert. Die nachrichtentechnischen Komponenten 20 werden bei Gleichspannung, insbesondere bei einer Spannung zwischen 30 V DC und 60 V DC , insbesondere 48 V DC betrieben.

Über die nachrichtentechnische Komponenten 20 ist es möglich, eine

Datenübertragung zwischen der Netzleitebene und der Stationsleitebene,

insbesondere über ein Weitverkehrsnetz zu realisieren. Ferner ermöglichen die nachrichtentechnische Komponenten 20 eine Kommunikation zwischen der

Stationsleitebene und der Feldleitebene, insbesondere über ein lokales

Kommunikationsnetz. Die Kommunikation zwischen Netzleitebene und

Stationsleitebene erfolgt über Lichtwellenleiter und/oder über Kupferkabel. Die Kommunikation zwischen der Stationsleitebene und der Feldleitebene erfolgt über Lichtwellenleiter und/oder Kupferkabel. Im Falle eines Netzausfalls ist es notwendig, dass die Netzleitebene Informationen über die einzelnen Stationen und deren Zustände hat. Daher ist es notwendig, dass die nachrichtentechnischen Komponenten 20 über die Wechselspannungsverteilung 14 mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung verbunden sind. Ferner ist es notwendig, dass die Netzleitebene und/oder die Stationsleitebene auf die

Feldleitebene zugreifen kann und dort Schalthandlungen auslösen können. Auch für diese Rückwirkung aus der Leitebene ist es notwendig, dass die

nachrichtentechnischen Komponenten 20 eine unterbrechungsfreie Stromversorgung aufweisen.

Die unterbrechungsfreie Stromversorgung wird zunächst über einen

Batteriewechselrichter 22 realisiert. Der Batteriewechselrichter 22 ist bidirektional betreibbar. Dies ermöglicht es, einen Energiespeicher 24, insbesondere einen Lithium Ionen Speicher zu laden und zu entladen.

Darüber hinaus sind Schutzmodule vorgesehen, wie beispielsweise ein

Erdschlussdetektor, ein Kurzschlussdetektor, ein Leiterschutz und/oder dergleichen. Diese Schutztechnik ist jedoch nur notwendig, wenn in dem jeweils zu schützenden Feld der Umspannanlage 2 tatsächlich elektrische Spannung anliegt. Aus diesem Grunde sind schutztechnische Komponenten 26 über eine sogenannten TENAB Schaltung 28 und einen zweiten Gleichrichter 30 an die Wechselspannungsverteilung 14 angeschlossen.

Die Schutztechnik 26 wird mit einer höheren Gleichspannung betrieben als die nachrichtentechnische Komponenten 20, die Gleichspannung liegt beispielsweise zwischen 150 V DC und 300 V DC, insbesondere bei 212 V DC.

Die TENAB Schaltung 28 kann beispielsweise abhängig von der Frequenz auf der Wechselspannungsverteilung 14 und/oder dem Ladezustand des Lithium-Ionen- Speichers 24 und/oder der Schalterstellung des Schalters 12 aktiviert sein, derart, dass beispielsweise bei einem geöffneten Schalter 12 und einem unterem Ladezustand des Energiespeichers 24 und/oder einer unteren Frequenz der

Wechselspannungsverteilung 14 die TENAB Schaltung 28 öffnet und dadurch die daran angeschlossene Schutztechnik 26 abgeschaltet wird. Dies führt dazu, dass im Falle eines Netzausfalls die Überbrückungszeit erheblich erhöht wird, da die

Schutztechnik 26 keine weitere Leistung bezieht und der Energiespeicher 24 weniger Leistung zur Verfügung stellen muss.

Schließlich ist an der Wechselspannungsverteilung 14 ein netzgeführter

Wechselrichter 32 angeschlossen, der mit einem Generator 34, beispielsweise vorliegend einer Photovoltaikanlage verbunden ist. Der Wechselrichter 32 speist elektrische Leistung des Generators 34 in die Wechselspannungsverteilung 14 mit der durch den Batteriewechselrichter 22 vorgegebenen Frequenz ein.

Im Normalbetriebsfall ist der Schalter 12 geschlossen. Der Energiespeicher 24 wird durch elektrische Leistung von dem Energieversorgungsnetz geladen und sein Ladezustand wird auf einem bestimmten Niveau, beispielsweise 90% oder höher gehalten. Das Laden des Energiespeichers 24 erfolgt bedarfsweise auch über den Generator 34.

Mittels des Leistungsflusswächters 10 ist feststellbar, wenn ein negativer

Leistungsfluss (im Verbraucherzählpfeilsystem) zwischen der Schaltanlage 4 und der Wechselspannungsverteilung 14 anliegt, das heißt, dass Strom bzw. elektrische Leistung, die durch den Generator 34 und/oder den Energiespeicher 24 in die

Wechselspannungsverteilung 14 eingespeist wurde, von der

Wechselspannungsverteilung 14 über den Transformator 6 in das übergelagerte Energieversorgungsnetz geleitet wird. In einem solchen Fall kann der Schalter 12 geöffnet werden, um ein Rückspeisen von elektrischer Leistung in das vorgelagerte Energieversorgungsnetz zu verhindern.

Im Falle eines Netzausfalls kommt es zu einem Spannungseinbruch in der

Umspannanlage 2, insbesondere der Schaltanlage 4. Dieser Spannungseinbruch geht bis zu 0 V. Über den Leistungsflusswächter 10 _» der beispielsweise zumindest ein

Smart Meter aufweisen kann, lässt sich dieser Spannungsabfall messen und daraus schließen _» dass ein Netzausfall eingetreten ist. Der Schalter 12 wird daraufhin geöffnet. Auch ein negativer Leistungsfluss, wie oben beschrieben, kann das

Auslösekriterium des Schalters 12 sein, da auch im Falle eines Netzausfalls ein oben beschriebener Leistungsfluss eintritt.

Bei geöffnetem Schalter 12 wird die Wechselspannungsverteilung 14 zunächst über den Energiespeicher 24 betrieben. Der Energiespeicher 24 speist elektrische Leistung mittels des Batteriewechselrichters 22 in die Wechselspannungsverteilung 14 ein und betreibt somit die Komponenten 16, 20, 26, 28.

Da der Batteriewechselrichter 22 eine Frequenz in der Wechselspannungsverteilung 14 vorgibt, kann auch der Generator 34 über den netzgeführten Wechselrichter 32 elektrische Leistung in die Wechselspannungsverteilung 14 einspeisen.

Es kann dazu kommen, dass die Leistung des Generators 34 größer ist, als von den Komponenten 16, 20, 26, 28 benötigt wird. In diesem Fall wird der Energiespeicher 24 durch den Generator 34 geladen, so dass der Energiespeicher 24 eine längere Zeit die unterbrechungsfreie Stromversorgung der Wechselspannungsverteilung 14 auffechterhalten kann.

Kommt es zum Netzausfall, das heißt bei geöffnetem Schalter 12, dazu, dass der Ladezustand des Energiespeicher 24 einen unteren Grenzwert unterschreitet, kann dies als Auslösesignal für die TENAB Schaltung 28 gewertet werden. Daraufhin können die Komponenten der Schutztechnik 26 durch die TENAB Schaltung 28 von der Wechselspannungsverteilung 14 getrennt werden, so dass die Leistungsaufnahme an der Wechselspannungsverteilung 14 reduziert wird. Auch hierdurch wird die Zeit der unterbrechungsfreien Stromversorgung erhöht, da einerseits weniger Leistung vom Energiespeicher 24 abgerufen wird und andererseits mehr der elektrischen Leistung, welche von dem Generator 34 zur Verfügung gestellt wird, zum Laden des Energiespeichers 24 genutzt werden kann.

Die Zustände der 'kompakten Feldanschalteinheit 16 werden über die

nachrichtentechnischen Komponenten 20 an die Stationsleitebene und/oder die Netzleitebene übermittelt. Die Netzleitebene ermöglicht es, Schaltzustände abzufragen und Schaltvorgänge durchzuführen. Hierbei werden über die

nachrichtentechnische Komponenten 20 Schaltbefehle empfangen, welche über die kompakten Feldanschalteinheit 16 im Feld ausgeführt werden. Dies ermöglicht es, die Umspannanlage 2 im Netzwiederaufbaufall anzusteuern und somit einen geregelten Netzwiederaufbau zu ermöglichen. Dieser geregelte N etzwiederaufbau ist durch die beschriebene unterbrechungsfreie Stromversorgung über einen längeren Zeitraum möglich. Eine gegenständlich betriebene Umspannanlage 2 kann auch nach einem Netzausfall von mehr als 12 oder 24 Stunden geschaltet werden und trägt somit zu einem geregelten N etzwiederaufbau bei.

Bezugszeichenliste

2 Umschaltanlage

4 Schaltanlage

6 Eigenbedarfstransformator

8 Verbraucher

10 Leistungsflusswächter

12 Schalter

14 Wechselspannungsverteilung

16 Schalteinheiten

18 Gleichrichter

20 nachrichtentechnische Komponente

22 Batteriewechselrichter

24 Energiespeicher

26 Schutztechnik

28 TENAB Schaltung

30 Gleichrichter

32 Wechselrichter

34 Generator