Verfahren zum Betrieb eines Gleichstrom-Netzes sowie Gleich ^¬ strom-Netz

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines

Gleichstrom-Netzes. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Gleichstrom-Netz . Eine Energieverteilung beispielsweise innerhalb einer Indust ^¬ rieanlage mittels Gleichstrom (DC) ist nicht nur aufgrund ei ^¬ nes einfachen Energieaustausches zwischen Geräten und / oder einem einfachen Anschluss an (regenerative) Energiequellen vorteilhaft. Auch die einfache und hohe Modularität eines DC- Netzes hat sich gerade in der heutigen sich ständig verändernden Industrie als vorteilhaft erwiesen.

Typischerweise weisen Gleichstrom-Netze, im Folgenden auch DC-Netze genannt, mehrere Netzabschnitte, beispielsweise Energiequellen, Energiespeicher sowie elektrische Verbraucher auf. Die Netzabschnitte sind häufig über Schalt- und Schutz ^¬ elemente miteinander elektrisch trennbar verbunden. Zur Trennung der Netzabschnitte weist das Schalt- und Schutzorgan üb ^¬ licherweise elektronische und / oder galvanische Schalter auf.

Üblicherweise weist ein DC-Netz auch eine Verbindung zu einem Drehstromnetz auf, welches die Versorgung des DC-Netzes bil ^¬ det. Der Drehstrom wird hierbei häufig mit Hilfe eines

Gleichrichters gleichgerichtet und über eine Einspeiseeinheit dem DC-Netz zugeführt.

Bei einem gewollten und / oder ungewollten Herunterfahren des DC-Netzes sowie beispielsweise einer Trennung des DC-Netzes vom Drehstromnetz weisen die Energiespeicher des DC-Netzes aufgrund ihrer unterschiedlich hohen elektrischen Ladung üblicherweise unterschiedliche Spannungen auf. Ein Zusammen ^¬ schalten der Netzabschnitte untereinander und / oder an das Drehstromnetz ist im geladenen Zustand der Energiespeicher aufgrund eines durch das Zusammenschalten verursachten unkontrollierten Fließens von Umladeströmen unerwünscht und möglichst zu vermeiden, da die Umladeströme häufig zu irrever- siblen Schäden innerhalb des DC-Netzes führen.

Zur kontrollierten Begrenzung eines Umladestroms besteht die Möglichkeit mittels einer Überbrückungsschaltung ein kontrolliertes Abfließen der Umladeströme zu realisieren. Hierzu ist die Überbrückungsschaltung gemäß ihrer Bezeichnung innerhalb des Schalt- und Schutzelementes eines jeden Netzabschnittes derart angeordnet, sodass sie die Schalter überbrückt. Somit weist das Schalt- und Schutzorgan einen weiteren sich parallel zu den Schaltern erstreckenden Strompfad - nämlich die Überbrückungsschaltung - auf. Die Überbrückungsschaltung weist typischerweise ein strombegrenzendes Bauteil, bei ^¬ spielsweise einen ohm' sehen Widerstand und einen Überbrü- ckungsschalter, beispielweise einen galvanischen Schalter auf. Aufgrund der bevorzugten Realisierung der Strombegren- zung mittels eines ohm' sehen Widerstandes, wird diese Varian ^¬ te auch resistive Strombegrenzung genannt.

Ein Schließen des Überbrückungsschalters bei geöffnetem

Schalt- und Schutzorgan hat ein Fließen von Umladeströmen durch die Überbrückungsschaltung zur Folge. Durch das strombegrenzende Bauteil werden die Umladeströme in ihrem Wert be ^¬ grenzt .

Die Strombegrenzung mittels der Überbrückungsschaltung ist allerdings zum einen durch den ohm' sehen Widerstand verlust ^¬ behaftet und zum anderen mit einem hohen Arbeits- und Materialaufwand verbunden, da jeder Netzabschnitt eine eigene auf den jeweiligen Netzabschnitt passend dimensionierte Überbrü ^¬ ckungsschaltung aufweisen muss.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Gleichstrom-Netzes anzugeben, mit dessen Hilfe auftretende Umladeströme verlustarm und mit geringem Aufwand begrenzt werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Gleichstrom-Netzes (DC-Netz) mit den Merk ^¬ malen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das DC-Netz weist mehrere über ein Schaltelement trennbar verbundene Netzabschnitte und eine Einspeiseeinheit auf. Die Einspeiseeinheit und die Netzabschnitte sind hierbei eben ^¬ falls mittels zumindest eines Schaltelements trennbar verbun ^¬ den. Die Schaltelemente weisen zum einen einen elektronischen Schalter, beispielsweise einen Transistor zum Schalten einer Leistung des DC-Netzes und zum anderen einen galvanischen Schalter zu einer Potentialtrennung auf. Der galvanische Schalter ist als Schutzschalter ausgebildet und dient einem Freischalten des mit ihm verbundenen Netzabschnittes von der Einspeiseeinheit, beispielsweise in einem Notfall oder zu ei- nem Schutz von Arbeitern beispielsweise bei Wartungsarbeiten.

Weiterhin werden nach einem Trennen der Einspeiseeinheit von den Netzabschnitten und vor einem (erneuten) Zusammenschalten der Einspeiseeinheit mit den Netzabschnitten auftretende Umladeströme mit Hilfe einer steuerbaren Strombegrenzereinheit begrenzt. Unter steuerbar wird hierbei vorliegend dem allgemeinen Sprachgebrauch eine bewusste Variierung und / oder Variierbarkeit einer Höhe eines Umladestromes verstan ^¬ den .

Die Variierbarkeit der Höhe des Umladestromes ist ein Vorteil gegenüber einer Strombegrenzung mittels eines rein ohm' sehen Widerstandes, da bei diesem ein maximal fließender Strom durch das ohm' sehe Gesetz festgelegt ist. Die steuerbare Strombegrenzereinheit ist somit individuell auf jedes DC-Netz anpassbar . Weiterhin werden die Umladeströme der Netzabschnitte bevor ^¬ zugt mittels einer steuerbaren Strombegrenzereinheit be ^¬ grenzt. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass aufgrund der steuerbaren Strombegrenzereinheit eine An- passung dieser auf mögliche Veränderungen der Umladeströme auf einfache Weise erfolgt und realisiert wird. Unter Verän ^¬ derungen der Umladeströme wird beispielsweise eine Erhöhung der Umladeströme beispielsweise durch eine Erweiterung des DC-Netzes um weitere Netzabschnitte verstanden.

Umladeströme fließen üblicherweise bei einem Zusammenschalten von Energiespeichern, welche einen unterschiedlichen Ladezustand und somit unterschiedliche Spannungsniveaus aufweisen. Die Umladeströme sind meist unkontrolliert, unerwünscht und führen oftmals zu einer Beschädigung und / oder Zerstörung von Bauteilen des DC-Netzes.

Durch die steuerbare Begrenzung der Umladeströme ist für die Bauteile des DC-Netzes ein gefahrloses Zusammenschalten der einzelnen Netzabschnitte mit der Einspeiseeinheit nach einem vorhergehenden Trennen gewährleistet.

Zweckdienlicherweise ist das DC-Netz über eine Einspeise ^¬ leitung mit der Einspeiseeinheit verbunden, sodass das DC- Netz über die Einspeiseleitung von der Einspeiseeinheit mit einer Einspeisespannung gespeist wird. Analog und zusätzlich weist die Strombegrenzereinheit eine Verteilerleitung auf, über die sie mit den Netzabschnitten verbunden ist. Die

Strombegrenzereinheit ist somit derart mit den Netzabschnit- ten des DC-Netzes verbunden, dass sie mögliche Umladeströme aller mit dem DC-Netz verbundenen Netzabschnitte über die Verteilerleitung begrenzt.

Hierdurch bildet das Strombegrenzerelement eine zentrale Strombegrenzung im Vergleich zu der resistiven Strombegrenzung, welche individuell an jedem Netzabschnitt erfolgt. Wei ^¬ terhin ist hierdurch ein geringer schaltungstechnischer Aufwand realisiert. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Strombegrenzereinheit in einer ersten Ausgestaltungsvariante als ein steuerbarer Spannungsgeber ohne Potentialtrennung, beispiels- weise als eine steuerbare Spannungsquelle ausgebildet. Zudem weist die Verteilerleitung eine Ladeleitung auf, über die die Netzabschnitte nach einem Trennen von der Einspeiseeinheit und vor einem Zusammenschalten mit derselbigen eine Vorladung erfahren .

Zur Vorladung speist der steuerbare Spannungsgeber über die Vorladeleitung eine Vorladespannung in die Netzabschnitte ein und gleicht somit die unterschiedlichen Spannungen der Energiespeicher an die Vorladespannung an. Allgemein werden die Umladeströme somit unabhängig der unterschiedlichen Spannungsniveaus begrenzt.

Unter Angleichen wird hierbei allerdings nicht zwangsläufig verstanden, dass die Spannungen der Netzabschnitte nach dem Vorladen exakt der Vorladespannung entsprechen. Vielmehr ist das Angleichen auch erfolgt, wenn die Spannungen der Netzabschnitte und die Vorladespannung eine Spannungsdifferenz mit einem Wert im Bereich von vorzugsweise 10% bis 20% der

Einspeisespannung aufweisen. Gemäß einer besonders bevorzug- ten Ausgestaltung weisen die Netzabschnitte nach dem Angleichen eine bis auf bauteilbedingte Schwankungen exakt gleiche Spannung auf.

Vorzugsweise ist ergänzend auch vorgesehen, dass zu einem schnelleren Angleichen der unterschiedlichen Spannungen der Netzabschnitte die Vorladespannung während der Vorladung ge ^¬ steigert wird. Die Steigerung der Vorladespannung erfolgt beispielsweise linear. Alternativ erfolgt die Steigerung nach Art einer Treppenform.

Der Steigerung der Vorladespannung liegt die Überlegung zugrunde, die Umladeströme möglichst schnell abfließen zu las ^¬ sen. Hierfür werden zu Beginn der Vorladung die Netzabschnit- te über den steuerbaren Spannungsgeber zusammengeschaltet. Somit ist ein Abfließen der unerwünschten Umladeströme ermöglicht. Die durch den Spannungsgeber über die Vorladeleitung eingespeiste Vorladespannung begrenzt die Umladeströme in ih- rer Höhe, sodass diese abfließen ohne die Bauteile der Netz ^¬ abschnitte zu schädigen und / oder zu zerstören.

Durch die Steigerung der Vorladespannung verkürzt sich die Zeit für das Abfließen der Umladeströme und das Angleichen der unterschiedlichen Spannungsniveaus der Netzabschnitte im Vergleich zu einer Zeit, die beispielsweise für eine Begren ^¬ zung der Umladeströme mittels der resistiven Strombegrenzung benötigt wird. Beispielsweise verkürzt sich das Abfließen der Umladeströme durch die Steigerung der Vorladespannung um vor- zugsweise 50% im Vergleich zu der Variante der resistiven

Strombegrenzung mittels der Überbrückungsschaltung (Bei beiden Varianten weist zur Bestimmung des Zeitunterschiedes der begrenzte Strom einen gleichen Wert auf) . Bevorzugt ist der steuerbare Spannungsgeber als ein Gleich ^¬ spannungswandler, insbesondere als ein Tiefsetzsteller ausgebildet. Der Tiefsetzsteller weist eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite auf. Die Ausgestaltung des Spannungsgebers als Tiefsetzsteller hat den Vorteil, dass eine einfache und verlustfreie Regelung, insbesondere die Steigerung der Vorladespannung realisiert ist. Die verlustfreie Regelung beruht auf einer widerstands ^¬ losen Bauweise des Tiefsetzstellers. Unter widerstandslos wird vorliegend entgegen dem allgemeinen Sprachgebrauch eine Bauweise des Tiefsetzstellers verstanden, welcher insbesonde ^¬ re keinen ohm' sehen Widerstand in einem Leistungspfad auf ^¬ weist. Unter Leistungspfad wird hierbei ein Strompfad und / oder mehrere Strompfade eines elektrotechnischen Bauteils verstanden, welcher / welche die Leistung des Bauteils und / oder durch das Bauteil übertragen. Der Gleichspannungswandler, insbesondere der Tiefsetzsteller, weist typischerweise an der Eingangsseite eine Eingangsspan ^¬ nung zu seiner Versorgung auf. Die Eingangsspannung ist die maximale Spannung, die der Gleichspannungswandler ausgangs- seitig (ein- ) stellen kann.

Alternativ ist der steuerbare Spannungsgeber als ein potentialtrennender Steller ausgebildet. Ein potentialtrennender Steller weist beispielsweise neben den Bauteilen eines ge- wohnlichen Tiefsetzstellers und / oder anstelle eines Bau ^¬ teils eines Tiefsetzstellers ein potentialtrennendes Bauteil, beispielsweise einen Transformator auf.

Zweckdienlicherweise wird der steuerbare Spannungsgeber, ins- besondere der Tiefsetzsteller von der Einspeiseeinheit ge ^¬ speist. Mit anderen Worten: Der Tiefsetzsteller ist über eine Versorgungsleitung an die Einspeiseeinheit angeschlossen.

Der Vorteil ist in dem einfachen schaltungstechnischen Auf- wand zu sehen, welcher zum einen Material und zum anderen Kosten spart.

Alternativ wird der steuerbare Spannungsgeber von einer externen Spannungsquelle, beispielsweise einer Batterie ge- speist. Unter extern wird hierbei verstanden, dass die Span ^¬ nungsquelle, welche den Spannungsgeber versorgt, kein Teil des DC-Netzes ist. Ebenfalls ist auch eine Versorgung des Spannungsgebers mittels einer internen Spannungsquelle, bei ^¬ spielsweise einer Versorgung einer Signalverarbeitung denk- bar. Hierbei gilt es zu beachten, dass bei der Ausgestaltung des steuerbaren Spannungsgebers ohne Potentialtrennung die Spannungsquelle der alternativen Versorgung des Spannungsge ^¬ bers zwingend eine Spannung mit einem Wert liefern kann, wel ^¬ cher bevorzugt zumindest bis auf eine Toleranz im Bereich von 10% bis 20% dem Wert der Einspeisespannung der

Einspeiseeinheit entspricht. Gemäß der alternativen Ausbildung des Spannungsgebers als po ^¬ tentialtrennender Steller, beispielsweise mittels eines

Transformators, ist mit Hilfe einer geeigneten Wahl der Win ^¬ dungszahlen der Wicklungen und somit des Übersetzungsverhält- nisses des Transformators ein Spannungsunterschied auch au ^¬ ßerhalb der oben genannten Toleranz ausgleichbar.

Um die abfließenden Umladeströme möglichst auf ein Minimum zu reduzieren, wird im zeitlichen Verlauf der Vorladung die Vor- ladespannung bevorzugt auf den Wert einer Einspeisespannung der Einspeiseeinheit gesteigert. Somit werden die unter ^¬ schiedlichen Spannungsniveaus der Netzabschnitte an das Span ^¬ nungsniveau der Einspeisespannung angeglichen. Hierdurch ist nach der Vorladung eine geringe Spannungsdiffe ^¬ renz zwischen den vorgeladenen Netzabschnitten und der

Einspeiseeinheit gewährleistet, sodass entweder die noch fließenden Umladeströme keine schädigende Wirkung mehr auf ^¬ weisen oder keine Umladeströme mehr fließen.

Die Vorladung der Netzabschnitte mit der Einspeisespannung der Einspeiseeinheit erfolgt insbesondere durch den von der Einspeiseeinheit gespeisten Tiefsetzsteller. Hierzu wird zu ^¬ nächst der Tiefsetzsteller von der Einspeiseeinheit mit der Einspeisespannung versorgt. Anschließend lädt der Tiefsetzsteller die Netzabschnitte mit der Vorladespannung vor, welche er im zeitlichen Verlauf der Vorladung auf den Wert der Einspeisespannung steigert. Nach der Vorladung ist somit eine optimale Schaltbedingung geschaffen. Anschließend schaltet sich der Tiefsetzsteller ab und die Netzabschnitte werden mit der Einspeiseeinheit zusammengeschaltet. Unter optimaler Schaltbedingungen wird hierbei ein Zustand des DC-Netzes ver ^¬ standen, bei dem ein störungsfreies Zusammenschalten der Einspeiseeinheit mit den Netzabschnitten erfolgen kann.

Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung wird die Vorladespannung insbesondere in das Schaltelement eines jeden Netz ^¬ abschnittes gespeist. Bevorzugt ist daher die Ladeleitung derart an dem Schaltelement angeordnet, dass sie zwischen dem elektronischen Schalter und dem galvanischen Schalter angeschlossen ist. Durch diese Anordnung der Ladeleitung ist zum einen das Trennen eines Netzabschnittes von der

Strombegrenzereinheit und somit von der Vorladung und zum an ^¬ deren eine Vorladung eines Netzabschnittes, welcher von der Einspeiseeinheit getrennt ist ermöglicht.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante werden die

Umladeströme nach einem Trennen der Einspeiseeinheit von den Netzabschnitten durch ein gesteuertes und / oder steuerbares Entladen der geladenen Energiespeicher der Netzabschnitte begrenzt . Die Entladung der Netzabschnitte erfolgt sinngemäß analog zur Vorladung gemäß der ersten Ausgestaltungsvariante. Ein Unter ^¬ schied besteht darin, dass die unterschiedlichen Spannungen der Netzabschnitte gemäß der zweiten Ausgestaltungsvariante über einen elektrischen Verbraucher abfallen und somit die Umladeströme kontrolliert abfließen und die Energie der Ener ^¬ giespeicher der Netzabschnitte innerhalb des elektrischen Verbrauchers, beispielsweise in Wärme umgewandelt wird.

Zur Ausbildung der Steuerbarkeit ist der elektrische Verbrau- eher, beispielsweise in einer einfachsten Ausgestaltungsform ein ohm' scher Widerstand, mittels eines Schalters, vorzugs ^¬ weise eines elektronischen Schalters an die Netzabschnitte angeschlossen. Mit Hilfe des Schalters werden die abfließenden Umladeströme begrenzt, sodass diese ohne die Bauteile des DC-Netzes zu beschädigen über den elektrischen Verbraucher abfließen können.

Das gesteuerte Abfließen der Umladeströme ermöglicht eine op ^¬ timale Anpassung an das DC-Netz, auch bei einer Erweiterung des DC-Netzes um weitere Netzabschnitte.

Weiterhin erfolgt durch das Entladen ein Angleichen der unterschiedlichen Spannungsniveaus der Netzabschnitte auf ein definiertes Spannungsniveau, beispielsweise das Nullpotenti ^¬ al .

Ergänzend hierzu ist optionalerweise auch eine sich an die Entladung anschließende Vorladung der Netzabschnitte vorgese ^¬ hen, um ein erneutes Zusammenschalten der Netzabschnitte mit der Einspeiseinheit zu ermöglichen.

In einer zweckdienlichen Ausgestaltung weist die Verteiler- leitung in dieser Variante eine Entladeleitung auf. Weiterhin erfolgt das Entladen der Netzabschnitte mittels einer zentra ^¬ len Entladeeinheit. Die Entladeeinheit weist vorzugsweise den elektrischen Verbraucher und / oder den Schalter auf. Die Entladeleitung ist an alle Netzabschnitte angeschlossen und hierzu parallel zur Einspeiseleitung angeordnet. Weiterhin sind die Entladeeinheit und die Entladeleitung elektrisch miteinander verbunden.

Der Vorteil ist, dass mittels der Entladeleitung alle Netzab- schnitte des DC-Netzes über die zentrale Entladeeinheit ent ^¬ laden werden. Unter zentral wird hierbei verstanden, dass das DC-Netz lediglich eine Entladeeinheit aufweist, welche zum Entladen aller Netzabschnitte des DC-Netzes ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine aufwandsarme Realisierung der Entladung der Netzabschnitte.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Entladeeinheit als ein steuerbarer Entladesteller ausgebildet. Der

Entladesteller weist einen elektronischen Schalter, vorzugs- weise einen Transistor und einen elektrischen Verbraucher, vorzugsweise einen ohm' sehen Widerstand auf.

Nach dem Trennen der Netzabschnitte von der Einspeiseeinheit fließen die Umladeströme somit in ihrem Wert begrenzt über den steuerbaren Entladesteller ab und die unterschiedlichen Spannungsniveaus der Netzabschnitte werden angeglichen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist in der einfachen Funktionsweise zum Erreichen angeglichener Spannungsniveaus der Netzabschnitte und somit einer optimalen Schaltbedingung zum (erneuten) Zusammenschalten der Netzabschnitte mit der

Einspeiseeinheit zu sehen. Unter angeglichenen Spannungen wird analog zur zuvor genannten ersten Variante nicht zwingend ein exakt gleicher Wert der unterschiedlichen Spannungen der Netzabschnitte verstanden, sondern vielmehr eine Annäherung der einzelnen Spannungen der Netzabschnitte an einen Spannungswert.

Bevorzugt wird die Strombegrenzung bei der ersten und / oder der zweiten Ausgestaltungsvariante mittels einer Fernsteue ^¬ rung, beispielsweise mittels einer Remote-Verbindung gesteu- ert . Der Vorteil liegt darin, dass beispielsweise mehrere DC- Netze von einer Schaltzentrale aus gesteuert werden können.

Vorzugsweise weist das DC-Netz sowohl die erste Variante der Umladestrombegrenzung mittels der Vorladung als auch die zweite Variante der Umladestrombegrenzung mittels der Entla ^¬ dung der Netzabschnitte auf. Hierzu ist die Verteilerleitung vorzugsweise als eine kombinierte Leitung ausgebildet, welche die Vorladeleitung und die Entladeleitung aufweist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch ein Gleichstrom-Netz (DC-Netz) mit den Merkmalen des Anspruchs 13.

Das DC-Netz weist eine Einspeiseeinheit mit einer

Einspeiseleitung sowie mehrere Netzabschnitte auf. Die Netz ^¬ abschnitte sind über Schaltelemente mit der Einspeiseeinheit trennbar verbunden. Vorzugsweise weist das Schaltelement ei ^¬ nen Leistungsschalter, beispielsweise einen Transistor und einen galvanischen Schalter zur Potentialtrennung des Netzab- Schnittes von der Einspeiseinheit auf.

Zur Begrenzung von Umladeströmen, die aufgrund eines Spannungsunterschiedes innerhalb der Netzabschnitte auftreten, weist das elektrische Versorgungsnetz eine steuerbare

Strombegrenzereinheit auf. Unter steuerbar wird vorliegend verstanden, dass die Strombegrenzereinheit derart ausgebildet ist, dass zur Begrenzung der Umladeströme diese mittels der Strombegrenzereinheit in seiner Höhe variiert wird und / oder variierbar ist. D.h. ein maximal zulässiger Wert der fließenden Umladeströme ist mittels der Strombegrenzereinheit einge ^¬ stellt und / oder einstellbar. Hierdurch ist eine Anpassung der Strombegrenzereinheit an das DC-Netz gewährleistet, derart, dass auch bei Veränderungen innerhalb des DC-Netzes, beispielsweise durch einen Ausbau des DC-Netzes mit weiteren Netzabschnitten lediglich eine Anpassung der Strombegrenzereinheit hinsichtlich des maximal zulässigen Wertes der Umladeströme erfolgt.

Die Strombegrenzereinheit weist eine zusätzliche Verteiler ^¬ leitung auf und ist mittels dieser mit den Netzabschnitten verbunden .

Um alle in den Netzabschnitten des elektrischen Versorgungsnetzes auftretenden Umladeströme mit der Strombegrenzereinheit zu begrenzen, ist die Verteilerleitung vorzugsweise pa ^¬ rallel zur Einspeiseleitung geschaltet.

Die Begrenzung der Umladeströme erfolgt gemäß einer ersten Ausführungsvariante vorzugsweise mit Hilfe einer Vorladung der Netzabschnitte, sodass die unterschiedlichen Spannungen der Netzabschnitte angeglichen werden. Hierzu weist die

Strombegrenzereinheit einen steuerbaren Spannungsgeber und die Verteilerleitung eine Ladeleitung für ein Vorladen der Netzabschnitte mit einer Vorladespannung auf. Die Vorladung erfolgt im Betrieb des steuerbaren Spannungsgebers. Der steuerbare Spannungsgeber ist dabei derart ausgebildet, dass die Vorladespannung während der Vorladung einen in ihrem Wert gesteigerten Verlauf aufweist, bis sie an einen Wert ei ^¬ ner Einspeisespannung der Einspeiseeinheit angeglichen ist, insbesondere einen gleichen Wert wie die Einspeisespannung aufweist. Unter der Einspeisespannung wird hierbei eine Spannung verstanden, mit der das elektrische Versorgungsnetz gespeist ist.

Bevorzugt ist der steuerbare Spannungsgeber als ein Tiefsetzsteller ausgebildet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass mittels des Tiefsetzstellers eine verlustarme Vorladung der Netzabschnitte realisiert ist, da der Tiefsetzsteller ei- ne widerstandslose Bauweise aufweist. Unter widerstandslos wird hierbei entgegen dem allgemeinen Sprachgebrach verstanden, dass der Tiefsetzsteller insbesondere keine ohm' sehen Widerstände in einem Leistungspfad aufweist. Ein weiterer Vorteil ist in einer einfachen Realisierung der Steigerung der Vorladespannung durch eine Änderung eines Tastgrades des Tiefsetzstellers zu sehen.

Über den Tastgrad des Tiefsetzstellers ist eine Einstellung einer Ausgangsspannung - hier die Vorladespannung - ermög- licht, welche einem Vielfachen einer Eingangsspannung des

Tiefsetzstellers entspricht. Hierbei weist das Vielfache der Eingangsspannungen Werte in einem Bereich zwischen 0 und 1 oder, relativ betrachtet, Werte in einem Bereich zwischen 0% und 100% auf. Beispielsweise weist ein Tiefsetzsteller, bei dem einem Tastgrad von 0,5 eingestellt ist, eine Ausgangs ^¬ spannung auf, deren Wert die Hälfte des Wertes der Eingangs ^¬ spannung aufweist.

Weiterhin weist der Spannungsgeber bevorzugt als Eingangs- Spannung eine Einspeisespannung der Einspeiseeinheit auf. Der Versorgung des Tiefsetzstellers durch die Einspeisespannung der Einspeiseeinheit liegt die Überlegung zugrunde, dass der Tiefsetzsteller hierdurch derart ausgelegt ist, dass die Spannungen der Netzabschnitte nach der Vorladung an die

Einspeisespannung der Einspeiseeinheit angeglichen ist und somit eine optimale Schaltbedingung zum Zusammenschalten der Netzabschnitte mit der Einspeiseeinheit aufweisen. Alternativ weist der Tiefsetzsteller eine Versorgung durch eine Spannungsquelle, beispielsweise einer Spannungsversor ^¬ gung einer Signalverarbeitung auf. Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante weist die Strombe ^¬ grenzereinheit eine Entladeeinheit und die Verteilerleitung eine Entladeleitung zu einem strombegrenzten Entladen von Netzabschnitten auf, welche von der Einspeiseeinheit getrennt sind. Durch das Entladen wird einem Angleichen der unter- schiedlichen Spannungen der Netzabschnitte auf einfache Weise Rechnung getragen. Weiterhin liegt dieser Ausgestaltung die Überlegung zugrunde, dass zu einem Entladen der Energiespei ^¬ cher aller Netzabschnitte das DC-Netz lediglich eine Ent ^¬ ladeeinheit aufweist. Hierdurch sind zudem Vorteile bezüglich der Einrichtungs- und Betriebskosten des elektrischen Versorgungsnetzes gewährleistet.

Insbesondere ist die Entladeinheit als ein steuerbarer

Entladesteller ausgebildet. Diese Weiterbildung hat den Vor- teil, dass mit Hilfe des steuerbaren Entladestellers eine einfache sowie geregelte und / oder regelbare Strombegrenzung realisiert ist. Zur Regelung und / oder Regelbarkeit weist der steuerbare Entladesteller vorzugsweise einen Schalter, insbesondere einen Transistor auf.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind mehrere Strombegrenzereinheiten, beispielsweise pro Schaltschrank, an die Gleichstromversorgung angeschlossen, welche einen kaska- dierten Aufbau aufweisen. Hierzu weist vorzugsweise eine Strombegrenzereinheit eines jeweils nachgeordneten Netzab ^¬ schnittes eine Speisung aus einem jeweils übergeordneten Netzabschnitt auf. Weiterhin sind an jede Strombegrenzereinheit vorzugsweise mehrere Netzabschnitte angeschlossen. Bevorzugt weist die Ladeleitung und / oder die Entladeleitung eine Entkoppeldiode auf. Zweckdienlicherweise ist die

Entkopplediode an einem Anschluss der Ladeleitung und / oder der Entladeleitung an dem jeweiligen Schaltelement angeord- net. Die Anordnung einer Entkoppeldiode hat, entsprechend vorliegend ihrer Bezeichnung, den Vorteil, dass die einzelnen Netzabschnitte voneinander entkoppelt sind. Unter Entkoppeln wird hierbei vorliegend verstanden, dass sich die Netzab- schnitte beim Vorladen oder Entladen nicht gegenseitig durch Umladeströme beeinflussen.

Die im Hinblick auf das Verfahren aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf das DC-Netz zu übertragen und umgekehrt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen teilweise in stark vereinfachten Darstellungen:

FIG 1 einen Schaltplan eines Gleichstrom-Netzes (DC-

Netz)

FIG 2 ein Schaltelement mit einer angeschlossenen

Ladeleitung,

FIG 3 einen steuerbaren Spannungsgeber,

FIG 4 einen steuerbaren Entladesteller sowie

FIG 5 ein Schaltelement mit angeschlossener Lade- und Entladeleitung.

In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Be- zugszeichen dargestellt.

In FIG 1 ist ein Gleichstrom-Netz (DC-Netz) 2, insbesondere für Industrieanlagen dargestellt, welche eine Gleichstromnetz 2 (DC-Netz) aufweist.

Das Gleichstrom-Netz 2 weist zusätzlich einen Anschlusseinheit 4 zu einem Anschluss an ein Netz, beispielsweise ein Drehstromnetz auf. An die Anschlusseinheit 4 schließt sich eine Einspeiseeinheit 6 an, in der typischerweise der Dreh ^¬ strom in einen Gleichstrom gleichgerichtet und dann in das DC-Netz 2 eingespeist wird. Das DC-Netz 2 weist mehrere mit der Einspeiseeinheit 6 verbundene Netzabschnitte 8 sowie, im Ausführungsbeispiel, ein Subnetz 10 auf. Ein Subnetz 10 weist wiederum mehrere Netzabschnitte 8 auf. Netzabschnitte 8 sind beispielsweise elektrische Verbraucher V, Energiespeicher E oder Photovoltaik-Anlagen PV. Die Netzabschnitte 8 sind mittels einer Einspeiseleitung 12 mit der Einspeiseeinheit 6 verbunden. Über die Einspeiseleitung 12 fließt der elektrische Gleichstrom in die einzelnen Netzabschnitte 8. Über eine Masseleitung 14 fließt der Gleichstrom anschließend zurück zur Einspeiseeinheit 6. Um das DC-Netz 2 beziehungsweise die Netzabschnitte 8 vor

Überspannungen und / oder Überströmen zu schützen, weist jeder Netzabschnitt 8 ein Schaltelement 16a auf. Analog dazu ist zwischen der Einspeiseeinheit 6 und der Einspeiseleitung 12 ein Hauptschaltelement 16b geschaltet. Das Hauptschaltele- ment 16b und die Schaltelemente 16a weisen technisch den gleichen Aufbau auf. Das Hauptschaltelement 16b ermöglicht ein Trennen des gesamten DC-Netzes 2 von der Anschlusseinheit 4, beispielsweise im Fall einer Notabschaltung oder zu Wartungszwecken .

Das DC-Netz 2 weist eine Strombegrenzereinheit 18 auf, welche über eine Verteilerleitung 20 mit allen Netzabschnitten 8 und Subnetzen 10 des DC-Netzes 2 verbunden ist. Die Verteilerlei ^¬ tung 20 ist im Ausführungsbeispiel parallel zur

Einspeiseleitung 12 und parallel zur Masseleitung 14 geschaltet .

Nach einem Trennen der Netzabschnitte 8 von der Einspeise ^¬ einheit 6, beispielsweise über das Hauptschaltelement 16b re- sultieren aufgrund unterschiedlicher Spannungen Umladeströme innerhalb des DC-Netzes 2, sofern die Netzabschnitte 8 erneut mit der Einspeiseeinheit 6 zusammengeschaltet werden. Unkon ^¬ trollierte und / oder in ihrem Wert unbegrenzte Umladeströme können die Komponenten des DC-Netzes 2 beschädigen und / oder zerstören. Um die Umladeströme kontrolliert abfließen zu las ^¬ sen, sind die Netzabschnitte 8 gemäß einer ersten Variante zweckdienlicherweise zunächst vor einem erneuten Zusammen- schalten mit der Einspeiseeinheit 6 über die Strombegrenzereinheit 18 zusammengeschaltet. Hierdurch erfahren die

Umladeströme eine Strombegrenzung.

Die Strombegrenzereinheit 18 ist derart ausgebildet, dass die Netzabschnitte 8 über die Verteilerleitung 20, welche gemäß der ersten Variante eine Ladeleitung 21a aufweist, eine Vor ^¬ ladung mit einer Vorladespannung erfahren. Die Vorladespannung wird während der Vorladung in ihrem Wert gesteigert, bis sie an einen Wert einer Einspeisespannung der Einspeise- einheit 6 angeglichen ist. Unter Einspeisespannung wird hierbei die Spannung verstanden, welche von der Einspeiseeinheit 6 in das DC-Netz 2 gespeist wird. Nach dem Angleichen der Spannungen der Netzabschnitte erfolgt ein störungsfreies Zu ^¬ sammenschalten der Netzabschnitte 8 mit der Einspeiseeinheit 6.

Zur Einstellung und / oder zur Steuerung der Vorladespannung weist die Strombegrenzereinheit 18 einen Gleichspannungswand ^¬ ler, im Ausführungsbeispiel insbesondere einen Tiefsetzstel- 1er 22 und alternativ einen potentialtrennenden Steller auf. Der Tiefsetzsteller 22 weist im Ausführungsbeispiel eine Ver ^¬ sorgung 24 durch die Einspeiseeinheit 6 auf.

Im Ausführungsbeispiel wird die Vorladespannung für einen je- weiligen Netzabschnitt in das dazugehörige Schaltelement 16 eingespeist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist ein Trennen eines Netzabschnittes 8, welcher keine Vorladung erfahren soll, da dieser beispielsweise nicht erneut an die Einspeise ^¬ einheit 6 zugeschaltet wird.

Ein Schaltbild eines derartigen Schaltelements 16a, b ist in FIG 2 dargestellt. Das Schaltelement 16a, b weist sowohl elektronische Schalter 26, beispielsweise Transistoren als auch potentialtrennende Schalter 28 auf. Beide Schalter 26,28 weisen leistungselekt ^¬ ronische Unterschiede auf. Elektronische Schalter 26 sind we- gen ihrer hohen Leistungsdichte und Schaltzeiten mit Werten im Bereich von einigen Nanosekunden vorzugsweise zu einem Schalten von elektrischer Leistung ausgelegt. Ihre Isolierwirkung ist jedoch hinsichtlich einer Potentialtrennung unzureichend. Aus diesem Grund weisen die Schaltelemente 16a, b zusätzlich potentialtrennende Schalter 28 auf.

Im Ausführungsbeispiel ist die Vorladespannung über die Lade ^¬ leitung 21a in das Schaltelement 16a, b eingespeist. Vorzugs ^¬ weise ist die Ladeleitung 21a in dem Schaltelement 16a, b zwi- sehen dem elektronischen Schalter 26 und dem potentialtrennenden Schalter 28 angeschlossen. Diese Anordnung der Ladeleitung 21a ermöglicht eine Vorladung der Netzabschnitte 8 bei noch durch den potentialtrennenden Schalter 28 von der Einspeiseeinheit 6 getrennten Netzabschnitten 8. Nach der Vorladung und somit dem Angleichen der Spannungsniveaus der Netzabschnitte 8 mit dem Spannungsniveau der

Einspeisespannung, werden die Netzabschnitte 8 durch den potentialtrennenden Schalter 28 mit der Einspeiseeinheit 6 zusammengeschaltet. Die Ladeleitung 21a weist weiterhin eine Entkoppeldiode 29 zu einem Entkoppeln der einzelnen Netzab ^¬ schnitte 8 voneinander auf.

In FIG 3 ist ein Schaltbild eines Tiefsetzstellers 22 darge ^¬ stellt .

Der Tiefsetzsteller 22 weist eine Eingangsseite 30 für eine Eingangsspannung U _e (im Ausführungsbeispiel die

Einspeisespannung der Einspeiseeinheit 6) und eine Ausgangs ^¬ seite 32 für eine Ausgangsspannung U _a (im Ausführungsbeispiel die Vorladespannung) auf. Weiterhin weist der Tiefsetzsteller 22 einen Schalter 34, vorzugsweise einen Halbleiterschalter und insbesondere einen Transistor sowie eine Spule 36 und einen Kondensator 38 auf. Die Funktionsweise des Tiefsetzstellers 22 ergibt sich wie folgt: Bei einem Schließen des Schalters 34 speist die an die Eingangsseite 3 angelegte Eingangsspannung U _e eine an die Ausgangsseite 32 angelegte Last mit der Ausgangsspannung U _a . Im Ausführungsbeispiel entsprechen die an den Tiefsetzsteller 22 angeschlossenen Netzabschnitte 8 der Last. Durch eine, im Ausführungsbeispiel nicht aufgeführte und näher erläuterte Steuerung wird der Schalter 34 alternierend geschlossen und geöffnet. Während der Schalter 34 geöffnet ist, speisen die beiden Energiespeicher Spule 36 und Kondensator 38 über eine Richtungsdiode 39 die Last. Die an der Ausgangsseite 32 an ^¬ liegende Ausgangsspannung U _a ist somit in Abhängigkeit eines Tastgrades eingestellt und / oder einstellbar. Der Tastgrad definiert ein Verhältnis zwischen einer Impulsdauer zu einer Periodendauer. D.h. der Tastgrad gibt im Ausführungsbei- spiel an, über welchen Anteil einer Periodendauer der Schalter 34 geschlossen ist. Der Tastgrad weist somit Werte im Bereich von 0 bis 1 beziehungsweise relativ betrachtet im Be ^¬ reich zwischen 0% und 100% auf. Weist der Tastgrad bei ^¬ spielsweise einen Wert von 0,5 auf, so ist der Schalter 34 die Hälfte der Zeit der Periodendauer geschlossen.

Mit anderen Worten: Die an der Ausgangsseite 32 anliegende Ausgangspannung U _a variiert zwischen 0V (entspricht einem Tastgrad von 0; d.h. der Schalter 34 weist über die Perioden- dauer eine offene Stellung auf) und dem Wert der Eingangs ^¬ spannung (entspricht einem Tastgrad von 1; d.h. der Schalter 34 weist über die Periodendauer eine geschlossene Stellung auf) . Gemäß der ersten Ausgestaltungsvariante werden die Netzab ^¬ schnitte 8 mit einer Vorladespannung vorgeladen. Schaltungstechnisch wird die Vorladung derart realisiert, dass der Tiefsetzsteller 22 im Betrieb einen variierenden, insbesonde- re im Wert steigenden Tastgrad aufweist, sodass zu Beginn der Vorladung ausgangsseitig eine Ausgangsspannung, welche der Vorladespannung entspricht, mit einem Wert von OV anliegt, welche während der Vorladung durch einen steigenden Tastgrad auf den Wert der Eingangsspannung des Tiefsetzstellers 22, welche der Einspeisespannung entspricht gestei ^¬ gert wird.

Um den Tiefsetzsteller 22, insbesondere den Schalter 34 in einem Spannungs-Fehlerfall zu schützen, weist der Tiefsetz ^¬ steller 22 eine Schutzdiode 40 auf.

In FIG 4 ist gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante ein Schaltbild eines Entladestellers 42 dargestellt.

Analog zu der ersten Variante der Vorladung der Netzabschnit ^¬ te 8 erfolgt gemäß der zweiten Variante durch eine Entladung der von der Einspeiseeinheit 6 getrennten Netzabschnitte 8 ein Angleichen der unterschiedlichen Spannungen der Netzab- schnitte 8.

Die Entladung der Netzabschnitte 8 erfolgt über den in FIG 3b dargestellten Entladesteller 42. Der Entladesteller 42 weist ebenfalls einen Schalter 34, vorzugsweise einen Halbleiter- Schalter und insbesondere einen Transistor sowie eine Spule 36 und einen Widerstand 44, bevorzugt einen ohm' sehen Widerstand auf.

Die Funktionsweise des Entladestellers 42 ergibt sich wie folgt: Nach dem Trennen der Netzabschnitte 8 von der

Einspeiseeinheit 6 weisen diese verschiedene Spannungen und somit verschiedene gespeicherte Energien auf. Zum Entladen der Netzabschnitte wird der Schalter 34 des Entladestellers 42 geschlossen. Die fließenden Umladeströme, welche die Leis- tung aus den Energiespeichern in den Widerstand 44 „transferieren" sind durch die Steuerbarkeit des Schalters 34 be ^¬ grenzt, sodass ein kontrolliertes Abfließen der Umladeströme erfolgt. Nach einem Öffnen des Schalters 34 fließt der noch im Entladesteller 42 vorhandene Umladestrom über eine Richtungsdiode 39 erneut durch den Widerstand 44 und gibt dort Energie, typischerweise in Form von Wärme ab. In FIG 5 ist ein Schaltbild eines Schaltelementes 16a, b mit angeschlossener Ladeleitung 21a und einer Entladeleitung 21b. Die Entladeleitung 21b ist in ihrer Funktionsweise analog zur Ladeleitung 21a zu sehen. Über die Entladeleitung 21b sind die Netzabschnitte 8 mit dem Entladesteller 42 verbunden, so- dass dieser als zentrale Entladeeinheit zum Entladen aller Netzabschnitte 8 des DC-Netzes 2 ausgebildet ist.

Im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 5 weist das Schaltelement 16a, b einen elektronischen Schalter 26 und einen potential- trennenden Schalter 28 auf. Analog zu dem Schaltelement 16a, b aus FIG 2 sind die Ladeleitung 21a und die Entladeleitung 21b zwischen den elektronischen Schalter 28 und den potentialtrennenden Schalter 28 angeschlossen. Dieser Anschluss ermöglicht erfindungsgemäß entweder eine Vorladung oder ein Entla- den der Netzabschnitte 8 bei getrennter Einspeiseeinheit 6. Sowohl die Ladeleitung 21a als auch die Entladeleitung 21b weisen eine in entgegengesetzte Richtungen leitende Ent ^¬ koppeldioden 29 auf. Die Entkoppeldioden 29 sind, analog zu dem Schaltelement aus FIG 2 zum Entkoppeln der einzelnen Netzabschnitte 8 voneinander angeordnet.

Zweckdienlicherweise sind die Ladeleitung 21a und die

Entladeleitung 21b gemeinsam in einem Kabel angeordnet. Bei einer kombinierten Ausgestaltung aus Vorladung und Entladen der Netzabschnitte 8 erfolgt beispielsweise nach einem Entla ^¬ den der Netzabschnitte 8 eine Vorladung der Netzabschnitte 8 bevor diese erneut mit der Einspeiseeinheit 6 zusammenge ^¬ schaltet werden.