Verfahren zum Betreiben eines dezentralen Versorgungsnetzes in Abhängigkeit einer Kennlinie, Netzsteuerungssystem, Computerprogramm sowie elektronisch lesbarer Datenträger

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines de- zentralen Versorgungsnetzes mittels eines Netzsteuerungssys- tems, bei welchem das dezentrale Versorgungsnetz zumindest mit einer dezentralen Energieerzeugungseinrichtung, einem elektrischen Verbraucher, einer elektrischen Energiespeicher- einrichtung und einer elektrischen Energieverteilereinrich- tung, an welcher die dezentrale Energieerzeugungseinrichtung und die elektrische Energiespeichereinrichtung und der elekt- rische Verbraucher elektrisch gekoppelt sind, bereitgestellt wird, wobei zumindest eine erste Netzumrichtereinrichtung der elektrischen Energiespeichereinrichtung in Abhängigkeit von einer Spannung innerhalb der Energieverteilereinrichtung kennliniengesteuert wird, so dass in Abhängigkeit einer Kenn- linie elektrische Leistung von dem elektrischen Energiespei- cher für die Energieverteilereinrichtung bereitgestellt wird oder die elektrische Energiespeichereinrichtung mit elektri- scher Leistung der Energieverteilereinrichtung geladen wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Netzsteuerungssystem, ein Computerprogramm sowie einen elektronisch lesbaren Datenträ- ger.

Industrieanlagen mit einem zentralen Gleichstrombus bestehen aus elektrischer Sicht in der Regel aus jeweils einem oder mehreren Netzumrichtern zur Versorgung aus dem übergeordneten AC- oder DC-Netz, also beispielsweise einem öffentlichen Netz, beispielsweise Active Front End / AFE oder DC-DC- Steller, regenerativen Quellen, beispielsweise Photovoltaik oder Windkraft, elektrischen Energiespeichereinrichtungen (Speicher), beispielsweise Batterie, Schwungradspeicher und Verbrauchern, beispielswiese Motoren, Roboter oder Schweiß- einrichtungen. Quellen, Speicher und Verbraucher unterschied- licher Hersteller sind dabei über Wechselrichter, beispiels- weise für Asynchronmotoren oder DC-DC-Steller, beispielsweise für Batterien, an den DC-Bus, welcher auch als elektrische Energieverteilereinrichtung bezeichnet werden kann, ange- schlossen.

Grundsätzlich können fast alle Komponenten elektrische Leis- tung in das lokale Anlagennetz einspeisen oder Leistung aus dem lokalen DC-Netz beziehen. Ziel einer energieeffizienten Leistungsflussregelung ist es, das Netz so zu betreiben, dass die überwiegend oder vollständig als Verbraucher wirksamen Anlagenteile nicht unmittelbar aus dem übergeordneten Netz, sondern direkt aus den verfügbaren Leistungen der regenerati- ven Quellen beziehungsweise der Speicher im lokalen Netz ge- speist werden. Über die weitgehend lokale Nutzung der Ener- giegewinnung aus dezentralen Quellen wird vermieden, dass un- nötige Kosten aus dem Bezug von Energie aus übergeordneten Netzen und zusätzliche Transmissionsverluste durch mehrfache Ein- beziehungsweise Rückspeisung aus dem / in das übergeord- nete Netz entstehen.

Da die Leistungen der regenerativen Quellen entsprechend der Wettersituation schwanken und gegebenenfalls nicht ausrei- chen, um die Verbraucher zu versorgen, bedarf es eines geeig- neten Verfahrens, mit dem einerseits der Bezug elektrischer Energie aus dem übergeordneten Netz minimiert wird und ande- rerseits verhindert wird, dass sich die Speicher über- oder entladen. Der Algorithmus muss also sowohl die aktuellen Leistungsflüsse im Netz als auch die Ladezustände der betei- ligten Speicher berücksichtigen.

Es sind zwei Verfahren bekannt, mit denen der Leistungsfluss in industriellen Netzen beeinflusst werden kann.

Das Konzept des Local Grid Controllers, bei welchem zusätz- lich zur SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) für die Pro- duktionsabläufe der Industrieanlage eine zweite SPS (Local Grid Controller / LGC) installiert wird, die sich ausschließ- lich mit der EchtZeiterfassung der Leistungsflüsse der Kompo- nenten und mit deren externer Steuerung befasst. Die SPS ist jeweils mit den vorgeschalteten Umrichtern verbunden, von de- nen sie die aktuellen Leistungsdaten ausliest und an die sie Referenzsignale für die Leistungsregelung zurückgibt.

Intern vergibt der LGC für jede Komponente Prioritäten, nach denen der Leistungsfluss gesteuert wird. Der Referenzwert für die Leistungsabgabe von Komponenten mit geringster Priorität wird bereits bei geringen temporären Abweichungen von der ausgeglichenen Leistungsbilanz des Systems angepasst, während die Vorgaben für Komponenten mit höherer Priorität nur bei größeren Abweichungen, wie etwa bei Schweißprozessen, Kurz- schlüssen oder Ausfall des übergeordneten Netzes, verändert werden.

Bei dieser Methode wird wegen der hohen Auslastung durch die Echtzeiterfassung im Bereich von einigen Millisekunden stets eine zweite leistungsfähige SPS benötigt. Änderungen der Ab- läufe in der Anlage erfordern eine Anpassung der Prioritäts- liste und gegebenenfalls eine Rückkopplung zur SPS der Pro- duktionssteuerung .

Die zweite bekannte Methode ist das dezentrale Netzmanagement über komponentenspezifische I(U)- bzw. P(U)-Regelkennlinien, welche auch als Droop-Curve-Control bezeichnet werden kann.

Die Spannungsregler der Netzumrichter, insbesondere des über- geordneten Netzes, beziehungsweise die üblicherweise konstan- ten Leistungs-Referenzwerte der Komponentenumrichter werden durch komponentenspezifische I _set (V _dc )- beziehungsweise P _set (V _dc )-Regelkennlinien ergänzt beziehungsweise ersetzt. Da- mit ändert sich die Regelvorgabe automatisch in Abhängigkeit von der am gemeinsamen DC-Bus gemessenen Spannung V _dc , die bei temporären Belastungen erheblich von der Nennspannung des Netzes abweichen kann. Diese dezentrale Vorgehensweise kann durch eine zentrale Abstimmung ergänzt werden, die einzelne Messgrößen an den Komponenten erfasst und den Verlauf der Kennlinie in Abhängigkeit von der aktuellen Belastungssitua- tion, ähnlich wie bei den oben erwähnten Prioritätslisten, verändern kann.

Es ist jedoch kein Verfahren bekannt, dass bei diesen Bedin- gungen automatisch eine ausschließlich lokale Nutzung der lo- kal erzeugten Energie beziehungsweise der lokal erzeugten elektrischen Leistung ermöglicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, ein Netzsteuerungssystem, ein Computerprogramm sowie einen elekt- ronisch lesbaren Datenträger zu schaffen, mittels welchen ein verbesserter Betrieb eines dezentralen Versorgungsnetzes rea- lisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein Netzsteuerungs- system, ein Computerprogramm sowie durch einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den unab- hängigen Ansprüchen angegeben.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines dezentralen Versorgungsnetzes mittels eines Netzsteue- rungssystems, bei welchem das dezentrale Versorgungsnetz zu- mindest mit einer dezentralen Energieerzeugungseinrichtung, einem elektrischen Verbraucher, einer elektrischen Energie- speichereinrichtung und einer elektrischen Energieverteiler- einrichtung, an welcher die dezentrale Energieerzeugungsein- richtung und die elektrische Energiespeichereinrichtung und der elektrische Verbraucher elektrisch gekoppelt sind, be- reitgestellt wird, wobei zumindest eine erste Netzumrichter- einrichtung der elektrischen Energiespeichereinrichtung in Abhängigkeit von einer Spannung innerhalb der Energievertei- lereinrichtung kennliniengesteuert wird, so dass in Abhängig- keit einer Kennlinie elektrische Leistung von dem elektri- schen Energiespeicher für die Energieverteilereinrichtung be- reitgestellt wird oder die elektrische Energiespeicherein- richtung mit elektrischer Leistung der Energieverteilerein- richtung geladen wird. Es ist vorgesehen, dass die erste Netzumrichtereinrichtung zusätzlich in Abhängigkeit von einem aktuellen Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinrichtung kennliniengesteu- ert wird, so dass zusätzlich ladezustandsabhängig elektrische Leistung von dem elektrischen Energiespeicher für die Ener- gieverteilereinrichtung bereitgestellt wird oder die elektri- sche Energiespeichereinrichtung mit elektrischer Leistung der Energieverteilereinrichtung geladen wird.

Dadurch ist ein verbesserter Betrieb des dezentralen Versor- gungsnetzes realisiert. Insbesondere ist es dadurch ermög- licht, dass gegenüber dem Stand der Technik ein Betrieb des dezentralen Versorgungsnetzes ermöglicht ist, ohne Leistung aus einem übergeordneten Netz beziehen zu müssen. Insbesonde- re wird dabei die Differenz zwischen erzeugter Leistung und dem Verbrauch im Normalbetrieb des dezentralen Versorgungs- netzes stets von der elektrischen Energiespeichereinrichtung geliefert oder zu deren Nachladen genutzt. Damit verbleibt insbesondere alle lokal erzeugte Leistung im dezentralen Ver- sorgungsnetz. Dadurch kann eine Erhöhung der Effizienz und Senkung der Verbrauchskosten realisiert werden. Insbesondere kann dadurch realisiert werden, dass sich die elektrische Energiespeichereinrichtung im Normalbetrieb automatisch nach- lädt, sodass immer genügend Leistung für außergewöhnliche Be- lastungen zur Verfügung steht.

Unter Normalbetrieb kann beispielsweise der Betrieb des Net- zes mit mindestens einem Verbraucher, zum Beispiel einem Ro- boter, dessen mittlere Leistung nur um einige kW um einen Mittelwert von einigen kW schwankt, angesehen werden. Als au- ßergewöhnliche temporäre Belastung kann der Betrieb des Net- zes mit einem zusätzlichen Verbraucher, z.B. einem Punkt- schweißgerät, angesehen werden, das über einen vergleichswei- se geringen Zeitraum, z.B. von 150 Millisekunden, eine sehr hohe Leistung von z.B. 550kW abfordert. Insbesondere beschreibt die Kennlinie nach dem dargestellten Verfahren die Abhängigkeit des Leistungsreferenzwertes an der Netzumrichtereinrichtung des Speichers von der Spannung an der Energieverteileinrichtung, wobei sie sich in Abhängigkeit von einer Leistungsmessung der Verbraucher im Normalbetrieb, der Messung des aktuellen Leistungseintrags der regenerativen Quellen und vom Ladezustand des Speichers verändert.

Ferner kann gegenüber dem Stand der Technik realisiert wer- den, dass das Netzsteuerungssystem mit einfachen Schaltungen, insbesondere mit einer einfachen elektronischen Rechenein- richtung realisiert werden kann, ohne dabei eine zusätzlich SPS einsetzen oder die SPS zur Produktionssteuerung kontak- tieren zu müssen. Insbesondere hat dies den Hintergrund da- rin, dass die Steuerung eines optimalen Leistungsflusses bei der erfindungsgemäßen Methode nur die Implementierung der Kennlinie, die Erfassung der Leistungsdaten am Verbraucher im Normalbetrieb und an den regenerativen Quellen sowie der Im- plementierung des Algorithmus im Netzmanagement, insbesondere innerhalb einer elektronischen Recheneinrichtung des Netz- steuerungssystems, erfordert.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das dezentrale Versor- gungsnetz eine Vielzahl von elektrischen Energiespeicherein- richtungen, eine Vielzahl von dezentralen Erzeugungseinrich- tungen und eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern auf- weist. Insbesondere können die jeweiligen Elemente dann mit jeweiligen Netzumrichtereinrichtungen bereitgestellt werden, wobei insbesondere die Netzumrichtereinrichtungen der elektrischen Energiespeichereinrichtungen jeweils kennlinien- gesteuert sind.

Insbesondere dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, alle regenerativ erzeugte Energie beziehungsweise Leistung im de- zentralen Versorgungsnetz zu nutzen, wobei dies mit der ent- sprechenden Kennliniensteuerung durchgeführt wird. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel gebracht, bei wel- chem eine Gleichspannung von der Energieverteilereinrichtung bereitgestellt wird. Die entsprechenden Netzumrichtereinrich- tungen sind dann zumindest auf der Energieverteilereinrich- tungsseite für Gleichspannung ausgelegt. Alternativ kann durch die Energieverteilereinrichtung auch eine Wechselspan- nung bereitgestellt werden, wobei dann die entsprechenden Netzumrichtereinrichtungen zumindest auf der Energieverteile- reinrichtungsseite für Wechselspannung ausgebildet sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Energie- verteilereinrichtung derart bereitgestellt, dass diese zu- sätzlich mit einem übergeordneten Netz gekoppelt ist und zum Empfangen von elektrischer Energie aus dem übergeordneten Netz ausgebildet ist. Als übergeordnetes Netz kann beispiels- weise ein öffentliches Netz oder beispielsweise ein Werksnetz bereitgestellt werden. Das übergeordnete Netz kann sowohl Wechselspannung als auch Gleichspannung bereitstellen. Insbe- sondere kann die Energieverteilereinrichtung mit einem Netzumrichter für das übergeordnete Netz bereitgestellt wer- den. Insbesondere kann somit elektrische Leistung aus dem übergeordneten Netz empfangen werden. Sollte beispielsweise innerhalb des dezentralen Versorgungsnetzes zu wenig elektri- sche Energie beziehungsweise Leistung zur Verfügung stehen, so kann, ohne dass ein Leistungseinbruch innerhalb des de- zentralen Versorgungsnetzes zu verzeichnen ist, entsprechend die elektrische Leistung aus dem übergeordneten Netz empfan- gen werden. Der Netzumrichter kann dabei sowohl als Wechsel- richter als auch als Gleichspannungssteller ausgebildet sein. Dadurch ist es ermöglicht, dass zuverlässig das dezentrale Versorgungsnetz sowohl an einem übergeordneten DC- als auch aus einem übergeordneten AC-Netz betrieben werden kann.

Alternativ kann vorgeschlagen werden, wenn die installierte Leistung beispielsweise der regenerativen Quellen ausreicht, um unter entsprechenden klimatischen Bedingungen im Jahres- mittel mehr Energie zu erzeugen, als für den Betrieb der An- lage und die Auffüllung der Speicher, also der elektrischen Energiespeichereinrichtung, erforderlich ist, dann kann man auch während des Punktschweißens auf die Energiezufuhr aus dem übergeordneten Netz verzichten. Der vierte Netzumrichter würde dann nur dazu dienen, überschüssige Energie an das Netz zurück zu speisen. Gegebenenfalls müsste die Leistung der Speicher erhöht oder die Buskapazität aufgestockt werden, um zu verhindern, dass das AFE beim Schweißen in den ungeregel- ten Zustand verfällt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die Energieverteilereinrichtung derart bereitgestellt, dass diese zusätzlich mit einem übergeordneten Netz gekoppelt ist und zum Übertragen von elektrischer Leistung aus der Energiever- teilereinrichtung in das übergeordnete Netz ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, sollte ein Über- schuss an elektrischer Leistung innerhalb der Energievertei- lereinrichtung aufzufinden sein, welche insbesondere nicht durch ein Laden der elektrischen Energiespeichereinrichtung abgefangen werden kann, so kann vorgesehen sein, dass diese überschüssige elektrische Leistung in das übergeordnete Netz gespeist wird. Insbesondere kann hierzu vorgesehen sein, dass entsprechende Einspeisevergütungen für das Einspeisen der überschüssigen elektrischen Leistung ausgezahlt werden kön- nen. Insbesondere ist es dadurch ermöglicht, dass auch bei einem Überschuss an elektrischer Leistung dieser nicht verlo- ren geht, sondern entsprechend in das übergeordnete Netz zu- rückgeführt werden kann. Dadurch ist ein verbesserter Betrieb des dezentralen Versorgungsnetzes ermöglicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die erste Netzumrichtereinrichtung mittels der Kennlinie derart gesteuert, dass bei einem ersten vorgegebenen Spannungs- schwellwert innerhalb der Energieverteilereinrichtung eine maximal mögliche elektrische Leistung der elektrischen Ener- giespeichereinrichtung für die Energieverteilereinrichtung bereitgestellt wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einem Netz, welches im Mittel bei einer Spannung von 650V betrieben wird, der vorgegebene Spannungsschwellwert bei 600 V liegt. Sollte dann innerhalb der Energieverteilerein- richtung die Spannung unter 600 V liegen, so kann vorgesehen sein, dass die elektrische Energiespeichereinrichtung die ma- ximal mögliche elektrische Leistung in die Energieverteiler- einrichtung einspeist. Dies hat insbesondere den Hintergrund darin, sollten beispielsweise kurzfristig hohe elektrische Leistungen innerhalb der Energieverteilereinrichtung benötigt werden, so können diese durch die elektrische Energiespei- chereinrichtung bereitgestellt werden. Insbesondere ist es dadurch ermöglicht, dass keine zusätzliche elektrische Leis- tung aus einem übergeordneten Netz bezogen werden muss. Mit anderen Worten wird lokal die elektrische Energie bereitge- stellt, auch wenn hohe Kurzzeitleistungen innerhalb des de- zentralen Versorgungsnetzes abgerufen werden, welche das de- zentrale Versorgungsnetz außergewöhnlich belasten, wie das z.B. beim Punktschweißen der Fall ist. Die hohen Ströme füh- ren zu einem deutlichen transienten Abfall der Spannung in- nerhalb der Energieverteilereinrichtung, beispielsweise um 100 V. Traditionell im Stand der Technik wird die vierte Netzumrichtereinrichtung derart ausgelegt, dass das dezentra- le Versorgungsnetz kurzzeitig 600 kW aus dem übergeordneten Netz beziehen kann. Liegt die mittlere Verbraucherlast im Normalbetrieb beispielsweise bei 10kW, dann arbeitet ein ent- sprechender Netzumrichter auf der übergeordneten Netzseite fast immer im Bereich verlustreicher Niedriglasten. Sollte es nun zu einem solchen Punktschweißprozess innerhalb des de- zentralen Versorgungsnetzes kommen, so ist insbesondere vor- gesehen, dass unabhängig vom Ladezustand des elektrischen Energiespeichers dieser die maximal mögliche elektrische Leistung bereitstellt, um einem Spannungseinbruch innerhalb der Energieverteilereinrichtung entgegenzuwirken. Insbesonde- re, sollte das dezentrale Versorgungsnetz eine Vielzahl von elektrischen Energiespeichereinrichtungen aufweisen, so kann hier vorgesehen sein, dass die Vielzahl von elektrischen Energiespeichereinrichtungen unabhängig von ihrem Ladezustand die maximal mögliche elektrische Leistung für die Energiever- teilereinrichtung bereitstellen, um einen Spannungseinbruch innerhalb der Energieverteilereinrichtung zu verhindern. Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die erste Netzumrichterein- richtung mittels der Kennlinie derart gesteuert wird, dass bei einem zweiten vorgegebenen Spannungsschwellwert innerhalb der Energieverteilereinrichtung die elektrische Energiespei- chereinrichtung mit einer maximal möglichen elektrischen Leistung aus der Energieverteilereinrichtung geladen wird. Insbesondere ist es dadurch vorgesehen, dass die lokal er- zeugte Energie beziehungsweise Leistung der elektrischen Energieerzeugungseinrichtung somit zum Laden der elektrischen Energiespeichereinrichtung genutzt wird. Insbesondere wird dabei überschüssige Leistung aus dem dezentralen Versorgungs- netz somit zum Laden der elektrischen Energiespeichereinrich- tung verwendet. Dadurch ist es ermöglicht, dass die lokal er- zeugte Energie beziehungsweise Leistung im lokalen Netz ver- bleiben kann, und insbesondere im Nachhinein dann entspre- chend viel elektrische Leistung für die Energieverteilerein- richtung bei Bedarf bereitgestellt werden kann.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die erste Netzumrichterein- richtung mittels der Kennlinie derart gesteuert wird, dass innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs innerhalb der Energieverteilereinrichtung keine elektrische Leistung zwi- schen der elektrischen Energiespeichereinrichtung und der Energieverteilereinrichtung ausgetauscht wird, insbesondere dann, wenn die mittlere Verbraucherleistung im Normalbetrieb gleich dem Leistungseintrag der regenerativen Quellen ist. Im Beispiel kann dies beispielsweise bei einem Mittelwert von 650 V liegen, sodass der Bereich beispielsweise zwischen 640 V und 660 V aufgezogen wird. Dieser Spannungsbereich kenn- zeichnet damit zugleich den Normalbetrieb, in Abgrenzung zur außergewöhnlichen Belastung, die die Spannung der Energiever- teilereinrichtung aus diesem Bereich herausführt. Innerhalb dieses Bereichs kann dann vorgesehen sein, dass keine elekt- rische Leistung zwischen der Energieverteilereinrichtung und der elektrischen Energiespeichereinrichtung ausgetauscht wird. Dies hat insbesondere den Hintergrund darin, dass sich die elektrische Energiespeichereinrichtung andernfalls im Normalbetrieb permanent an der Abdeckung der Verbraucherlast beteiligt und damit unnötig entlädt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die erste Netzumrichtereinrichtung mittels der Kennlinie derart gesteuert, dass unterhalb eines ersten vorgegebenen Ladezu- stands der elektrischen Energiespeichereinrichtung die elekt- rische Energiespeichereinrichtung mit einer maximal möglichen elektrischen Leistung P _max von der Energieverteilereinrichtung geladen wird. Sollte beispielsweise ein Ladelevel der elektrischen Energiespeichereinrichtung unterhalb von 20 % liegen, so droht eine entsprechende Unterladung und es kann zur Beeinträchtigung der elektrischen Energiespeichereinrich- tung führen. Dadurch ist es insbesondere vorgesehen, dass, sollte der Ladezustand unterhalb dieses vorgegebenen Ladezu- stands liegen, möglichst schnell und effizient die elektri- sche Energiespeichereinrichtung wieder aufgeladen wird. Dadurch kann eine Unterladung der elektrischen Energiespei- chereinrichtung verhindert werden.

Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die erste Netzumrichterein- richtung mittels der Kennlinie derart gesteuert wird, dass oberhalb eines zweiten vorgegebenen Ladezustands der elektri- schen Energiespeichereinrichtung eine maximal mögliche elekt- rische Leistung P _max ' von der elektrischen Energiespeicherein- richtung für die Energieverteilereinrichtung bereitgestellt wird. Insbesondere kann damit eine Überladung verhindert wer- den. Sollte beispielsweise der Ladezustand oberhalb von 95 % liegen, so wird die elektrische Leistung für die Energiever- teilereinrichtung bereitgestellt. Sollte innerhalb der Ener- gieverteilereinrichtung diese überschüssige Leistung nicht benötigt werden, so kann beispielsweise vorgesehen sein, dass diese überschüssige elektrische Leistung dann in das überge- ordnete Netz zurückgespeist wird. Dadurch kann die Überladung verhindert und die überschüssige Leistung zwar nicht lokal aber im übergeordneten Netz nachgenutzt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die erste Netzumrichtereinrichtung mittels der Kennlinie der- art gesteuert, dass zwischen einem dritten vorgegebenen Lade- zustand der elektrischen Energiespeichereinrichtung und einem vierten vorgegebenen Ladezustand der elektrischen Energie- speichereinrichtung die elektrische Energiespeichereinrich- tung in Abhängigkeit von einer elektrischen Energiebereit- stellung der dezentralen Energieerzeugungseinrichtung die elektrische Leistung bereitstellt oder mit der elektrischen Leistung geladen wird. Dieser Ladezustandsbereich kann bei- spielsweise durch 25% bis 90% des Ladezustandes, welcher auch als SOC (state of Charge) bezeichnet werden kann, definiert sein. Es handelt sich somit um einen mittleren Bereich, wobei hierbei dann die Netzumrichtereinrichtung auf die effektive Einspeiseleistung von DP=-(P _{Last RQ} ) ausgelegt ist (unter Be- achtung der Vorzeichenregel, dass positive Stromrichtung im Folgenden immer von der entsprechenden Komponente zur Ener- gieverteilereinrichtung zeigt), das heißt die Energiespei- chereinrichtung lädt sich auf oder speist ein, je nachdem, ob die dezentrale Energieerzeugungseinrichtung mehr oder weniger Leistung liefert, als die Last im Normalbetrieb abfordert. Dabei entspricht P _RQ der Leistung der regenerativen Energie- quelle und P _Last der Verbraucherlast. Dadurch ist ein verbes- serter Betrieb des dezentralen Versorgungsnetzes ermöglicht.

Insbesondere bei beispielsweise regenerativen Energiequellen als dezentrale Energieerzeugungseinrichtung sind die Erzeu- gungsbedingungen zur Erzeugung der elektrischen Leistung nicht sicher vorhersehbar, sodass sich die Entwicklung des Ladezustands der elektrischen Energiespeichereinrichtung nach den aktuellen Möglichkeiten der regenerativen Quellen rich- tet. Für eine energieeffiziente Fahrweise sollte aber in je- dem Fall nur dann elektrische Leistung mit dem übergeordneten Netz, insbesondere mit einem öffentlichen Netz, ausgetauscht werden, wenn temporär außergewöhnlich hohe Leistung abgefor- dert wird, beispielsweise geschweißt wird, oder wenn der La- dezustand der elektrischen Energiespeichereinrichtung einen der kritischen Werte annimmt. Ansonsten wird alle regenerativ erzeugte Energie beziehungsweise Leistung im dezentralen Ver- sorgungsnetz genutzt. Insbesondere dient das erfindungsgemäße Verfahren somit dazu, wie dies mit der entsprechenden Kennli- niensteuerung erreicht werden kann.

Ferner kann vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten vorge- gebenen Ladezustand und dem dritten vorgegebenen Ladezustand, wobei dies beispielsweise insbesondere zwischen 20 % und 25% des Ladezustands liegt, und dem zweiten Ladezustand und dem vierten Ladezustand, wobei dies insbesondere beispielsweise zwischen 90 % und 95% des Ladezustands liegt, aus Stabili- tätsgründen eine Vermittlung zwischen den mittleren und den äußeren Bereichen stattfinden kann. Dies kann zum Beispiel durch SOC-abhängige lineare Interpolation zwischen einer ma- ximalen Leistung und DP erfolgen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die erste Netzumrichtereinrichtung mittels der Kennlinie derart gesteuert, dass eine bereitgestellte elektrische Leistung durch die dezentrale Energieerzeugungseinrichtung bei der Be- reitstellung der elektrischen Leistung durch die elektrische Energiespeichereinrichtung berücksichtigt wird. Insbesondere wird dabei die aktuelle Erzeugung von elektrischer Leistung durch die elektrische Energieerzeugungseinrichtung berück- sichtigt. Dadurch kann vorteilhaft das dezentrale Versor- gungsnetz betrieben werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird das Netzsteuerungssystem mit zumindest einer Erfassungsein- richtung zum Erfassen von zumindest einer benötigten elektri- schen Leistung des elektrischen Verbrauchers und/oder zum Er- fassen einer bereitgestellten elektrischen Leistung der de- zentralen Energieerzeugungseinrichtung bereitgestellt. Insbe- sondere kann hierzu das Netzsteuerungssystem eine elektroni- sche Recheneinrichtung aufweisen, welche die erfassten Werte auswertet und in Abhängigkeit davon entsprechend eine Steue- rung des dezentralen Versorgungsnetzes durchführt. Insbeson- dere wird somit die Kennlinie im laufenden Anlagenbetrieb stetig verschoben, sodass die entsprechenden Werte für P _max / P _max ' und DP an der elektrischen Energiespeichereinrichtung als Stellgrößen weitergegeben werden. Die benötigte elektri- sche Leistung und die bereitgestellte elektrische Leistung sind im Normalbetrieb eine langsam veränderliche Größe, so- dass keine sonderlich hohen Anforderungen an diese Auflösung der Messung gestellt werden. Ähnliches gilt auch für die Re- aktionszeit der elektrischen Energiespeichereinrichtung.

Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass als dezentrale Ener- gieerzeugungseinrichtung eine regenerative Energiequelle be- reitgestellt wird. Als regenerative Energiequelle kann bei- spielsweise eine Photovoltaikanlage oder eine Windkraftanlage angesehen werden. Insbesondere da diese wetterabhängig die elektrische Energie erzeugen, ist somit durch das erfindungs- gemäße Verfahren ein verbesserter Betrieb ermöglicht.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Netzsteue- rungssystem für ein dezentrales Versorgungsnetz, mit zumin- dest einer elektronischen Recheneinrichtung, wobei das Netz- steuerungssystem zum Durchführen eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels des Netzsteuerungssystems durchgeführt.

Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Com- puterprogramm, welches direkt in einen Speicher einer elekt- ronischen Recheneinrichtung einer Magnetresonanzanlage ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um die Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Aspekte auszuführen, wenn das Programm in der elektronischen Recheneinrichtung der Mag- netresonanzanlage ausgeführt wird.

Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektronisch lesbaren Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach den vorhergehenden Aspekten umfas- sen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer elektronischen Recheneinrichtung einer Magnetresonanzanlage ein Verfahren nach einem dem vorherge- henden Aspekt durchführen.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Netzsteuerungssystems, der Computerprogramms sowie des elektronisch lesbaren Daten- trägers anzusehen. Das Netzsteuerungssystem weist dazu gegen- ständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfah- rens oder einer vorteilhaften Ausgestaltungsform davon ermög- lichen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprü- chen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinati- onen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genann- ten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebe- nen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen ver- wendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbei- spielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun- gen näher erläutert.

Dabei zeigen:

FIG 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform ei- nes dezentralen Versorgungsnetzes;

FIG 2 eine Beispielkennlinie einer regenerativen, dezent- ralen Energieerzeugungseinrichtung;

FIG 3 eine Beispielkennlinie einer elektrischen Energie- speichereinrichtung;

FIG 4 ein Prinzipschaltbild eines Ladeverhaltens einer elektrischen Energiespeichereinrichtung; FIG 5 ein Kennlinienverlauf einer ersten Netzumrichter- einrichtung in einer ersten Situation;

FIG 6 ein weiterer Kennlinienverlauf der ersten Netzum- richtereinrichtung in einer zweiten Situation; und

FIG 7 einen weiteren Kennlinienverlauf des ersten Netzum- richters in einer dritten Situation,

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

FIG 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Ausführungs- form eines dezentralen Versorgungsnetzes 10. Das dezentrale Versorgungsnetz 10 wird mit einem Netzsteuerungssystem 12 be- trieben. Das Netzsteuerungssystem 12 weist insbesondere eine elektronische Recheneinrichtung 14 auf. Das dezentrale Ver- sorgungsnetz 10 weist eine dezentrale Energieerzeugungsein- richtung 16 auf, wobei diese insbesondere als regenerative Energiequelle ausgebildet ist. Beispielsweise kann es sich bei der regenerativen Energiequelle um eine Photovoltaikanla- ge oder eine Windkraftanlage handeln. Ferner weist das de- zentrale Versorgungsnetz 10 einen elektrischen Verbraucher 18 auf. Der elektrische Verbraucher 18 kann beispielsweise ein Motor sein. Des Weiteren weist das dezentrale Versorgungsnetz 10 eine elektrische Energiespeichereinrichtung 20 auf. Ferner weist das dezentrale Versorgungsnetz 10 eine elektrische Energieverteilereinrichtung 22 auf, welche insbesondere als Gleichspannungs-Bus ausgebildet sein kann. Alternativ kann diese auch als Wechselspannungs-Bus ausgebildet sein. An der elektrischen Energieverteilereinrichtung 22 ist die dezentra- le Energieerzeugungseinrichtung 16, die elektrische Energie- speichereinrichtung 20 und der elektrische Verbraucher 18 elektrisch gekoppelt. Zumindest zwischen der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 und der elektrischen Energie- verteilereinrichtung 22 ist eine erste Netzumrichtereinrich- tung 24 angeordnet. Insbesondere ist im vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel die erste Netzumrichtereinrichtung 24 als DC/DC-Steller ausgebildet.

Die erste Netzumrichtereinrichtung 24 wird insbesondere in Abhängigkeit von einer elektrischen Spannung innerhalb der Energieverteilereinrichtung 22 kennliniengesteuert, sodass in Abhängigkeit einer Kennlinie 26 elektrische Leistung von der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 für die Energie- verteilereinrichtung 22 bereitgestellt wird oder die elektri- sche Energiespeichereinrichtung 20 mit elektrischer Leistung der Energieverteilereinrichtung 22 geladen wird.

Es ist vorgesehen, dass die erste Netzumrichtereinrichtung 24 zusätzlich in Abhängigkeit von einem aktuellen Ladezustand 28 (FIG 4) der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 kenn- liniengesteuert wird, so dass zusätzlich ladezustandsabhängig elektrische Leistung von der elektrischen Energiespeicherein- richtung 20 für die Energieverteilereinrichtung 22 bereitge- stellt wird oder die elektrische Energiespeichereinrichtung 20 mit elektrischer Leistung der Energieverteilereinrichtung 22 geladen wird.

Insbesondere zeigt die FIG 1 ferner, dass zwischen der de- zentralen Energieerzeugungseinrichtung 16 eine weitere zweite Netzumrichtereinrichtung 32 ausgebildet sein kann. Diese ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere ebenfalls als DC/DC-Steller ausgebildet. Alternativ kann diese auch als Kombination aus Wechselrichter und DC/DC-Steller ausgebildet sein. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass vor dem elektrischen Verbraucher 18 ebenfalls eine dritte Netzumrich- tereinrichtung 34 ausgebildet ist. Diese kann sowohl als Wechselrichter als auch als DC/DC-Steller ausgebildet sein.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Energieverteiler- einrichtung 22 derart bereitgestellt wird, dass diese zusätz- lich mit einem übergeordneten Netz 36 gekoppelt ist und zum Empfangen von elektrischer Leistung aus dem übergeordneten Netz 36 ausgebildet ist. Insbesondere kann hierzu zwischen dem übergeordneten Netz 36 und der Energieverteilereinrich- tung 22 eine vierte Netzumrichtereinrichtung 38 ausgebildet sein, welche als Wechselrichter oder als DC/DC-Steller ausge- bildet sein kann. Hierzu kann ferner vorgesehen sein, dass die Energieverteilereinrichtung 22 derart bereitgestellt wird, dass diese zusätzlich mit einem übergeordneten Netz 36 gekoppelt ist und zum Übertragen von elektrischer Leistung aus der Energieverteilereinrichtung 22 in das übergeordnete Netz 36 ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann ein bidirek- tionaler Energieaustausch zwischen dem übergeordneten Netz 36 und der Energieverteilereinrichtung 22 durchgeführt werden. Insbesondere kann hierzu die elektronische Recheneinrichtung 14 entsprechend der vorhandenen elektrischen Spannung inner- halb der Energieverteilereinrichtung 22 eine entsprechende Steuerung durchführen.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das dezentrale Versor- gungsnetz 10 eine Vielzahl von elektrischen Energiespeicher- einrichtungen 20, eine Vielzahl von dezentralen Erzeugungs- einrichtungen 16, eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern 18 und ein Vielzahl von Netzumrichtern zwischen dem lokalen und dem übergeordneten oder mehreren übergeordneten Netzen 36 aufweist. Insbesondere können auch mehrere Netzumrichterein- richtungen 24, 32, 34, 38 beziehungsweise Gleichrichter zwi- schen dem dezentralen Versorgungsnetz 10 und dem übergeordne- tem Netz 36, um so beispielsweise eine Redundanz zu schaffen. Insbesondere können die jeweiligen Elemente dann mit jeweili- gen Netzumrichtereinrichtungen 24, 32, 34, 38 bereitgestellt werden, wobei insbesondere die Netzumrichtereinrichtung 24 der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 jeweils kenn- liniengesteuert ist.

FIG 1 zeigt ferner, dass das Netzsteuerungssystem 12 mit zu- mindest einer Erfassungseinrichtung 40 zum Erfassen von zu- mindest einer benötigten elektrischen Leistung als Verbrau- cherleistung P ₁ des elektrischen Verbrauchers 18 und/oder zum Erfassen einer bereitgestellten elektrischen Leistung als Energieerzeugungsleistung P ₂ der dezentralen Erzeugungsein- richtung 16 bereitgestellt wird. Insbesondere kann zusätzlich auch eine Speicherenergie als Speicherleistung P ₃ erfasst werden sowie eine Netzenergie als übergeordnete Netzleistung P ₄ .

Insbesondere zeigt die FIG 1 somit einen vereinfachten Aufbau des dezentralen Versorgungsnetzes 10. Als elektrischer Ver- braucher 18 gelten alle Anlagenkomponenten, die dem System im Mittel mehr Leistung entziehen als sie zurückspeisen. Der da- raus resultierende Verbrauch muss vom dezentralen Versor- gungsnetz 10 unter allen Umständen zur Verfügung gestellt werden, um die Produktion zu sichern. Deshalb wären Kennli- nien, die den Leistungsbedarf der dritten Netzumrichterein- richtung 34 einschränken würden, eher kontraproduktiv, so dass für den elektrischen Verbraucher 18 keine P(U)-Profile spezifiziert werden. Die vierte Netzumrichtereinrichtung 38 stellt insbesondere elektrische Leistung aus dem übergeordne- ten Netz 36 zur Verfügung, wenn die innerhalb der Energiever- teilereinrichtung 22 vorhandene elektrische Leistung temporär nicht ausreicht, um den elektrischen Verbraucher 18 zu ver- sorgen. Die regenerative Energiequelle, welche im vorliegen- den Ausführungsbeispiel der dezentralen Energieerzeugungsein- richtung 16 entspricht, ist in der Regel nicht rückspeisefä- hig, das heißt sie speist Leistung entsprechend den Witte- rungsbedingungen in das dezentrale Versorgungsnetz 10 ein, von 0 bis zur Nennleistung. Eine entsprechende Kennlinie ist insbesondere in der FIG 2 gezeigt. Die FIG 2 zeigt somit eine Erzeugungseinrichtungskennlinie 42. In der FIG 2 ist insbe- sondere auf einer Abszisse die Spannung U in Volt aufgetragen und auf der Ordinate eine Leistung P in Watt. Die FIG 2 zeigt rein beispielhaft, dass die regenerative Energiequelle bei 400 V 10 kW Leistung erbringen kann und bei 700 V keine Leis- tung mehr erzeugt. Hierbei ist insbesondere zu beachten, dass die positive Stromrichtung im Folgenden immer von der ent- sprechenden Komponente zur Energieverteilereinrichtung 22 zeigt. Die dezentrale Energieerzeugungseinrichtung 16 liefert zu ei- nem gegebenen Zeitpunkt eine konstante Leistung bis zu einer Spannung leicht über der Nennspannung der Energieverteiler- einrichtung 22, welche in diesem vorliegenden Ausführungsbei- spiel insbesondere 650 V entspricht. Steigt die Spannung wei- ter, wird die Einspeiseleistung auf 0 reduziert. Dabei kann sich die Obergrenze der Leistung, insbesondere hier 10 kW, zum Beispiel entsprechend der Sonneneinstrahlung verändern.

Um einen entsprechenden Überschuss an Energie beziehungsweise Leistung innerhalb der Energieverteilereinrichtung 22 sicher bewältigen können, können entsprechende netzseitige Netzum- richter, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die vierte Netzumrichtereinrichtung 38, am übergeordneten Netz 36 über eine Kennlinie verfügen. Ein entsprechendes Active Front End (AFE) regelt nicht die Leistungsabgabe, sondern den einge- speisten Strom bei gegebener Busspannung. Der Nulldurchgang liegt insbesondere bei der Nennspannung der Energieverteiler- einrichtung 22, sodass der Netzumrichter bei Über- oder Un- terspannung, in das Netz zurück speist oder elektrische Leis- tung aus dem übergeordneten Netz 36 bezieht. Ohne eine elekt- rische Energiespeichereinrichtung 20 und eine dezentrale Energieerzeugungseinrichtung 16 verschiebt die Verbraucher- last die Busspannung nach unten, es sei denn, auslaufende elektrische Verbraucher 18 würden beispielsweise temporär Leistung zurückspeisen.

Insbesondere zeigt somit die FIG 2, dass vorgesehen sein kann, dass der erste Netzumrichter 24 mittels der Kennlinie 26 derart gesteuert wird, dass eine bereitgestellte elektri- sche Leistung durch die dezentrale Energieerzeugungseinrich- tung 16 bei der Bereitstellung der elektrischen Leistung durch die elektrische Energiespeichereinrichtung 20 berück- sichtigt wird.

Um das permanente Laden/Entladen von der elektrischen Ener- giespeichereinrichtung 20 bei normalen Lastwechseln der elektrischen Verbraucher 18 in der Nähe der Nennspannung zu vermeiden, eignet sich zum Beispiel eine Speicherkennlinie 44, wie dies in der FIG 3 gezeigt ist. FIG 3 zeigt somit ins- besondere, dass die erste Netzumrichtereinrichtung 24 mittels der Kennlinie 26 derart gesteuert wird, dass innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs 46 innerhalb der Energiever- teilereinrichtung 22 keine elektrische Leistung zwischen der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 und der Energie- verteilereinrichtung 22 ausgetauscht wird, wenn die regenera- tive Energieerzeugungseinheit gerade den Bedarf des Verbrau- chers im Normalbetrieb abdeckt. Der Bereich ohne Einspeisung, im vorliegenden Ausführungsbeispiel somit zwischen 640 V und 660 V, kann dabei zum Beispiel so gewählt werden, dass sich die Busspannung bei allen mäßigen Lastschwankungen innerhalb des dezentralen Versorgungsnetzes 10, also im Normalbetrieb, nicht aus diesem Spannungsbereich 46 herausbewegt.

Im Folgenden wird nicht danach unterschieden, um welche Art von elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 es sich han- delt, sofern sie an ihrer Systemschnittstelle elektrische Leistung zur Verfügung stellen oder abrufen. Der Ladezustand des Speichers (State of Charge / SOC) kann dann jeweils ent- sprechend der Vorzeichenkonvention nach mit dem Ladestrom I(t), der nominalen elektrischen Speicher- kapazität C _nom und der Festlegung SOC(t ₀ ) = SOC _initial berechnet werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Ladestrom un- terhalb SOC=0 und oberhalb SOC=1 verschwindet. Für Batterien ist dieses Verständnis leicht nachzuvollziehen. Für einen als Schwungmassenspeicher betriebenen Motor würde man beispiels- weise jeweils den Stromfluss aufsummieren, der nötig ist, um den Motor von der unteren Grenzdrehzahl bis zu seiner Nenn- drehzahl im Feldschwächebereich zu beschleunigen.

Wegen der Vorzeichenregel gilt die folgende allgemeine Leis- tungsbilanz im System P _NU (V _dc ) + P _RQ ( _dc ) + P _V (V _dc ) + P _Sp (V _dc ) = 0 mit den Leistungen des Netzumrichters P _NU (P ₄ ), der regenera- tiven Quelle P _RQ (P ₂ ), des Verbrauchers P _V (P ₁ ) und des Spei- chers P _Sp (P ₃ ). Dabei wird vorausgesetzt, dass die Spannung V _dc nur unwesentlich vom Ort abhängt, was für übliche Lei- tungslängen in dezentralen Versorgungsnetzen eine gute Nähe- rung ist. Im Normalbetrieb ohne Netzsteuerungssystem 12 sind die Speicher inaktiv (P _Sp (V _dc )=0), das heißt die vierte Netzumrichtereinrichtung 38 stellt zu jedem Zeitpunkt genau die negative Summenleistung aus zusätzlicher Einspeisung durch die regenerativen Quellen und dem aktuellem Verbrauch zur Verfügung oder speist sie zurück, je nachdem, ob |P _RQ | den Verbrauch |P _V | unter- oder überschreitet.

Ein wesentlicher Gedanke des nachstehend beschriebenen Ver- fahrens ist es, den Energieaustausch über die vierte Netzum- richtereinrichtung 38 nur während außergewöhnlicher Belastun- gen wie beim Punktschweißen oder zum Nach- oder Entladen der Speicher beim Erreichen kritischer Ladezustände zu ermögli- chen. Beim Punktschweißen mit der Leistung P _PS fallen bei- spielsweise Lasten von ungefähr 550 kW über 150 ms an. Die hohen Ströme führen zu einem deutlich transienten Abfall der Busspannung, etwa 100 V. Gemäß dem Stand der Technik wird durch das übergeordnete Netz 36 dann entsprechend kurzzeitig elektrische Leistung bereitgestellt. Liegt die mittlere Ver- braucherlast im Normalbetrieb P _Last = P _V -P _PS in der Anlage bei einigen kW, dann arbeitet ein entsprechendes AFE allerdings fast immer im Bereich verlustreicher Niedriglasten. Soll nun eine kleinere vierte Netzumrichtereinrichtung 38 zum Einsatz kommen, so muss die Nennleistung die Grundlast der restlichen Verbraucher 18 abdecken können, falls die dezentrale Energie- erzeugungseinrichtung 16 versiegt. Ferner müssen die Energie- erzeugungseinrichtung 16 und die elektrische Energiespeicher- einrichtung 20 beim Punktschweißen P _PS die verbleibenden 500 kW zur Verfügung stellen können, ohne dass die vierte Netzum- richtereinrichtung 38 in den ungeregelten Gleichrichterbe- trieb verfällt. Des Weiteren sollte die elektrische Speicher- einrichtung 20 bei P _RQ +P _Last >0 im Normalbetrieb, insbesondere ohne Punktschweißen P _PS , aus dem Überschuss P _RQ +P _Last geladen werden, sodass der Strom innerhalb der vierten Netzumrichter- einrichtung 38 verschwindet. Des Weiteren sollte die elektri- sche Energiespeichereinrichtung 20 bei P _RQ +P _Last <0 im Normalbe- trieb das Defizit P _RQ +P _Last liefern, sodass der Strom der vier- ten Netzumrichtereinrichtung 38 wiederum verschwindet und die elektrische Leistung aus der dezentralen Energieerzeugungs- einrichtung 16 und dem vorherigen Speichereintrag innerhalb der Energieverteilereinrichtung 22 verbleibt. Ferner dürfen sich die elektrische Energiespeichereinrichtung 20 nur bei einem kritischen Ladezustand SOC, zum Beispiel bei einem La- dezustand kleiner als 25 % aus dem übergeordneten Netz 36 aufladen und bei einem oberen Ladezustand SOC größer als 90 % in das übergeordnete Netz 36, insbesondere das öffentliche Netz, entladen.

FIG 4 zeigt in einer schematischen Ansicht beispielhaft eine Kennliniensteuerung mit dem aktuellen Ladezustand 28. FIG 4 zeigt somit insbesondere dass die erste Netzumrichtereinrich- tung 24 mittels der Kennlinie 26 derart gesteuert wird, dass unterhalb eines ersten vorgegebenen Ladezustands SOC ₁ der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 die elektrische Energiespeichereinrichtung 20 mit einer maximal möglichen elektrischen Leistung P ^max von der Energieverteilereinrichtung 22 geladen wird. Ferner zeigt die FIG 4, dass die erste Netzumrichtereinrichtung 24 mittels der Kennlinie 26 derart gesteuert wird, dass oberhalb eines zweiten vorgegebenen La- dezustands SOC ₂ der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 eine maximal mögliche elektrische Leistung P ^max' von der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 für die Energie- verteilereinrichtung 22 bereitgestellt wird.

Des Weiteren zeigt die FIG 4, dass die erste Netzumrichter- einrichtung 24 mittels der Kennlinie 26 derart gesteuert wird, dass zwischen einem dritten vorgegebenen Ladezustand SOC ₃ der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 und einem vierten vorgegebenen Ladezustand SOC ₄ der elektrischen Ener- giespeichereinrichtung 20 die elektrische Energiespeicherein- richtung 20 in Abhängigkeit von einer elektrischen Energiebe- reitstellung der dezentralen Energieerzeugungseinrichtung 16 die elektrische Leistung bereitstellt oder mit der elektri- schen Leistung geladen wird. Dies ist insbesondere durch den Bereich 48 dargestellt. Des Weiteren zeigt die FIG 4 jeweils einen Übergangsbereich 50, 52. Der erste Übergangsbereich 50 ist zwischen dem zweiten Ladezustand SOC ₂ und dem vierten La- dezustand SOC ₄ ausgebildet. Ein zweiter Übergangsbereich 52 ist zwischen dem ersten Ladezustand SOC ₁ und dem dritten La- dezustand SOC ₃ ausgebildet.

Insbesondere da die Witterungsbedingungen nicht sicher vor- hersagbar sind, richtet sich die Entwicklung des Ladezustands SOC der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 nach den aktuellen Möglichkeiten der dezentralen Energieerzeugungsein- richtung 16. Für eine energieeffiziente Fahrweise sollte aber in jedem Fall nur dann elektrische Leistung mit dem überge- ordneten Netz 36 ausgetauscht werden, wenn beispielsweise ge- schweißt wird oder wenn der Ladezustand SOC der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 einen der kritischen Werte an- nimmt. Ansonsten wird alle regenerative erzeugte Energie be- ziehungsweise Leistung in dem dezentralen Versorgungsnetz 10 genutzt.

FIG 4 zeigt beispielhaft hier das Ladeverhalten der elektri- schen Energiespeichereinrichtung 20 im Normalbetrieb. In dem Bereich 48, in welchem der Ladezustand SOC zwischen 25 % und 90 % liegt, regelt der erste Netzumrichter 24 auf die effek- tive Einspeiseleistung DP=-(P _Last P _RQ ), das heißt er lädt sich auf oder speist ein, je nachdem ob die dezentrale Energieer- zeugungseinrichtung 16 mehr oder weniger Leistung liefert, als die Last im Normalbetrieb abfordert. Fig. 4 zeigt rein beispielhaft, wie entsprechende Ladezustandsbereiche defi- niert werden können. Es ist selbstverständlich, dass auch weitere Ladezustandsbereiche definiert werden können. Im Bereich oberhalb von 95 %, welcher dem zweiten Ladezustand SOC ₂ entspricht, und unterhalb von 20 %, welches im vorlie- genden Ausführungsbeispiel dem ersten Ladezustand SOC ₁ ent- spricht, droht Über- oder Unterladung der elektrischen Ener- giespeichereinrichtung 20, sodass er sich jeweils mit einer maximalen Last P ^max lädt oder mit P ^max' entlädt.

In den Übergangsbereichen 50, 52, welche im vorliegenden Aus- führungsbeispiel einem Ladezustand SOC von 90 % bis 95 % ent- sprechen und einem Ladezustand SOC zwischen 20 % und 25% kann aus Stabilitätsgründen eine Vermittlung zwischen den mittle- ren und den äußeren Bereichen stattfinden. Dies kann zum Bei- spiel durch ladezustandsabhängige lineare Interpolation zwi- schen P ^max und DP erfolgen.

Die FIG 5 bis 7 zeigen unterschiedliche Kennlinienverläufe innerhalb der ersten Netzumrichtereinrichtung 24. In der FIG 5 ist insbesondere ein Kennlinienverlauf bei einem DP von 0 W zu sehen, das heißt wenn die Einspeiseleistung der regenera- tiven Energieerzeugungseinrichtung gerade die mittlere Ver- braucherleistung im Normalbetrieb abdeckt. In der FIG 6 ist ein Kennlinienverlauf bei einem DP=-5 kW zu sehen, das heißt wenn mehr Energie eingespeist als verbraucht wird, und in der FIG 7 ist ein Kennlinienverlauf bei einem DP = 7,2 kW zu se- hen, wenn also mehr Energie verbraucht wird als zum Beispiel die PV-Anlage zur Verfügung stellt.

Die FIG 5 bis 7 zeigen somit, dass vorgesehen sein kann, dass die erste Netzumrichtereinrichtung 24 mittels der Kennlinie 26 derart gesteuert wird, dass bis zu einem ersten vorgegebe- nen Spannungsschwellwert 54 innerhalb der Energieverteiler- einrichtung 22 die maximale elektrische Leistung der elektri- schen Energiespeichereinrichtung 20 für die Energieverteiler- einrichtung 22 bereitgestellt wird. Ferner zeigen die FIG 5 bis 7, dass die erste Netzumrichtereinrichtung 24 mittels der Kennlinie 26 derart gesteuert wird, dass oberhalb eines zwei- ten vorgegebenen Spannungsschwellwertes 56 innerhalb der Energieverteilereinrichtung 22 die elektrische Energiespei- chereinrichtung 20 mit der maximalen elektrische Leistung - aus der Energieverteilereinrichtung 22 geladen wird.

Um das entsprechende Verhalten gemäß FIG 4 auf den Normalbe- trieb zu beschränken, darf der Ladezustand SOC die Speicher- kennlinie aber nur in dem Spannungsbereich beeinflussen, in dem ohne ein aktives Netzsteuerungssystem 12 keine Einspei- sung erfolgt, wie in FIG. 3 dargestellt, also vorliegend ins- besondere zwischen 640 V und 660 V. Bei starken Belastungen, wie im Falle des Punktschweißens P _PS müssen sich alle elektrischen Energiespeichereinrichtungen 20, wobei insbeson- dere eine Vielzahl von elektrischen Energiespeichereinrich- tungen 20 innerhalb des dezentralen Versorgungsnetzes 10 an- geordnet sein können, unabhängig von ihrem Ladezustand SOC, umgehend an der Aufrechterhaltung des Anlagenbetriebs und da- mit an der Bereitstellung der Schweißleistung beteiligen.

Dies ist insbesondere durch den ersten vorgegebenen Span- nungsschwellwert 54 gezeigt.

Die FIG 5 bis 7 zeigen jeweils in ihrer Ausführungsform fünf unterschiedlichen Kennlinien 26 für fünf unterschiedliche La- dezustände SOC. Eine erste Kennlinienform 58 zeigt beispiels- weise den Verlauf bei einem Ladezustand von 95%. Eine zweite Kennlinienform 60 ist bei einem Ladezustand SOC von 92%, eine dritte Kennlinienform 62 ist bei einem Ladezustand SOC von 80%, eine vierte Kennlinienform 64 ist bei einem Ladezustand SOC von 23% und eine fünfte Kennlinienform 66 ist bei einem Ladezustand SOC von 20% zu sehen.

Wenn die regenerative Quelle den Verbrauch im Normalbetrieb gerade abdeckt (FIG 5), dann greift die elektrische Energie- speichereinrichtung im mittleren SOC-Bereich (SOC=80%) nicht ein - die Leistung wird auf 0 geregelt. An der Obergrenze des mittleren SOC-Bereiches bei 90% beginnt der linear interpo- lierte Übergangsbereich. Damit erreicht die Entladeleistung der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 bei 92% gerade 2/5 der maximal möglichen Entladeleistung P ^max' . Das Gleiche passiert mit umgekehrtem Vorzeichen bei 23%. Die maximal mög- liehen Lade-/Entladeleistung im Normalbetrieb P ^max / P ^max'

(hier -42.8kW bzw. 37.2kW) werden jeweils bei 20% bzw. bei 95% erreicht. Analog gestalten sich die Verhältnisse bei den beiden anderen DP-Werten. Hier wird im mittleren SOC-Bereich stets der Überschuss / das Defizit DP durch die elektrische Energiespeichereinrichtung 20 kompensiert, wobei sich der oben beschriebene 2/5-Wert jetzt jeweils auf den Differenzbe- trag zwischen DP und P ^max / P ^max' bezieht.

Die maximal möglichen Lade- / Entladeleistungen im Normalbe- trieb P ^max / P ^max' sind direkt vom Regelverhalten des Netzum- richters abhängig. Wenn der Netzumrichter (wie beim AFE) im üblichen Regelmodus mit konstanter Referenzspannung, das heißt ohne Kennlinie, arbeitet, dann kann er für jedes V _dc im Normalbetrieb die volle Nennleistung P _NUN liefern. Gemäß der oben aufgeführten Gleichung kann die elektrische Energiespei- chereinrichtung 20 dann maximal mit der Leistung

P ^max /P ^max' = -(±P _NUN + P _Last + P _RQ ) geladen bzw. entladen werden. Beim Einsatz der Kennlinienre- gelung am AFE ist zu beachten, dass die Busspannung jetzt von der Belastung des Netzumrichters abhängt. Aus der Kennlinie kann die maximal verfügbare Leistung des Netzumrichters bei gegebenem V _dc ermittelt und so unter anderem vermieden wer- den, dass die durch die Lade-/Entladeleistung der elektri- schen Energiespeichereinrichtung 20 erzeugte Belastung die Busspannung V _dc unter/über die Grenzen des Normalbetriebsbe- reiches, im Beispiel 640V und 660V, drückt. In einer verfei- nerten Variante können die P ^max / P ^max' auch jeweils entspre- chend des aktuellen Wertes von P _RQ nachgeführt werden.

Um die Kennlinie 26 im laufenden Anlagenbetrieb stetig ver- schieben zu können, müssen P _Last und P _RQ von einem zentralen Netzmanagement, vorliegend dem Netzsteuerungssystem 12, er- fasst und die entsprechenden Werte für P ^max / P ^max' und DP an die elektrische Energiespeichereinrichtung 20 als Stellgrößen weitergegeben werden. P _RQ ist ähnlich wie die mittlere Ver- braucherleistung P _Last im Normalbetrieb eine langsam veränder- liche Größe, so dass keine sonderlich hohen Anforderungen an die Auflösung der Messung gestellt werden. Ähnliches gilt für die Reaktionszeit der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20.

Das oben beschriebene Verfahren regelt das autonome Verhalten der elektrischen Energiespeichereinrichtung 20 in Abhängig- keit von ihrem eigenen Ladezustand SOC. Wenn man darüber hin- aus noch erreichen will, dass ein oder mehrere elektrische Energiespeichereinrichtungen 20 in Abhängigkeit vom Ladezu- stand SOC anderer elektrischer Energiespeichereinrichtungen 20 agieren, dann muss der aktuelle SOC-Wert aller elektri- schen Energiespeichereinrichtungen 20 ebenfalls an das Netz- management übertragen werden.

Die Methode lässt sich auf mehrere regenerative Quellen i=1...n nach und auf mehrere elektrische Energiespeichereinrichtungen 20 k=1...m z.B. nach mit der individuellen Stellgröße DP _k erweitern.

Ein hierin beschriebenes Verfahren kann auch in Form eines Computerprogramm (produkt)s vorliegen, dass das Verfahren auf einer Steuereinheit, insbesondere der elektronischen Rechen- einrichtung 14, implementiert, wenn es auf der Steuereinheit ausgeführt wird. Ebenso kann ein elektronisch lesbarer Daten- träger (nicht dargestellt) mit darauf gespeicherten elektro- nisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumin- dest ein beschriebenes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Daten- trägers in einer Steuereinheit einer MR-Anlage ein beschrie- benes Verfahren durchführen.

Alternativ kann vorgeschlagen werden, wenn die installierte Leistung der regenerativen Quellen ausreicht, um unter ent- sprechenden klimatischen Bedingungen im Jahresmittel mehr Energie zu erzeugen, als für den Betrieb der Anlage und die Auffüllung der Speicher, also der elektrischen Energiespei- chereinrichtung 20, erforderlich ist, dann kann man auch wäh- rend des Punktschweißens auf die Energiezufuhr aus dem über- geordneten Netz 36 verzichten. Der vierte Netzumrichter 38 würde dann nur dazu dienen, überschüssige Energie an das Netz zurück zu speisen. Gegebenenfalls müsste die Leistung der Speicher erhöht oder die Buskapazität aufgestockt werden, um zu verhindern, dass das AFE beim Schweißen in den ungeregel- ten Zustand verfällt.

Nochmals alternativ kann vorgeschlagen werden, dass zu jedem Zeitpunkt gilt:

P _SP = —P _NU — P _Last — P _RQ = -P _NU + DP

Regelt die elektrische Energiespeichereinrichtung 20 im Nor- malbetrieb, wie oben beschrieben, auf DP, dann verschwindet P _NU entsprechend. Soll P _NU auf einem von 0 verschiedenen Wert P _NUfix konstant gehalten werden, muss der Speicher auf:

DP' = -P _NUfix + DP = —(P _RQ + P _Last + P _NUfix ) regeln.

Diese Vorgehensweise kann beispielsweise genutzt werden, wenn die regenerativen Energiequellen keine Energie liefern (P _RQ =0) oder wenn diese für einen bestimmten Zeitraum nicht zur Verfügung stehen. In diesem Fall würde die Regelung auf DP = - P _Last die Speicher, also die elektrische Energiespei- chereinrichtung 20, im Normalbetrieb solange entladen, bis die untere kritische SOC-Zone erreicht wird. Danach würde der Netzumrichter zum übergeordneten Netz 36 die Speicher schrittweise wieder aus dem Netz aufladen. Das aber würde be- deuten, dass alle zum Betrieb der Anlage nötige Energie letztendlich zuerst aus dem übergeordnetem Netz 36 in die Speicher und von dort an die Verbraucher gebracht wird. Das würde im gesamten Betrieb erhöhte dynamische Wandlungsverlus- te an allen beteiligten Umrichter erzeugen.

In diesem Fall wäre es effizienter, den Netzumrichter im Nor- malbetrieb nicht im Leerlauf (P _NU =0), sondern so zu betrei- ben, dass er im Mittel gerade die Last kompensiert. Da P _Last im Allgemeinen von der Zeit abhängt, würden die Speicher im Normalbetrieb nur die leichten Schwankungen der Last um deren zeitlichen Mittelwert <P _Last > ausgleichen. Ansonsten kämen sie ausschließlich während des Punktschweißens und zum Nachladen zum Einsatz. Im Normalbetrieb regelt der Speicher jetzt auf:

DP' = - ( P _Last + P _NUfix ) = — ( P _Last -P _Last Der Netzumrichter würde entsprechend vergleichsweise dynamik- und damit verlustarm mit konstanter Leistung P _NUfix = - <P _Last > einspeisen.

Bezugszeichenliste

10 dezentrales Versorgungsnetz

12 Netzsteuerungssystem

14 elektronische Recheneinrichtung

16 dezentrale Energieerzeugungseinrichtung

18 elektrischer Verbraucher

20 elektrische Energiespeichereinrichtung

22 Energieverteilereinrichtung

24 erste Netzumrichtereinrichtung

26 Kennlinie

28 aktueller Ladezustand

32 zweite Netzumrichtereinrichtung

34 dritte Netzumrichtereinrichtung

36 übergeordnetes Netz

38 vierte Netzumrichtereinrichtung

40 Erfassungseinrichtung

42 Erzeugungseinrichtungskennlinie

44 Speicherkennlinie

46 Spannungsbereich

48 Bereich

50 erster Übergangsbereich

52 zweiter Übergangsbereich

54 erster vorgegebener Spannungsschwellwert

56 zweiter vorgegebener Spannungsschwellwert

58 erste Kennlinienform

60 zweite Kennlinienform

62 dritte Kennlinienform

64 vierte Kennlinienform

66 fünfte Kennlinienform

P ₁ Verbraucherleistung

P ₂ Energieerzeugungsleistung

P ₃ Speicherleistung

P ₄ öffentliche Netzleistung

P ^max maximale Leistung

SOC Ladezustand

SOC ₁ erster Ladezustand

SOC ₂ zweiter Ladezustand SOC ₃ dritter Ladezustand

SOC ₄ vierter Ladezustand