WO2020099055A1 - Electrical substation of a power supply grid, and a method for operating an electrical substation - Google Patents

Electrical substation of a power supply grid, and a method for operating an electrical substation Download PDF

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WO2020099055A1
WO2020099055A1 PCT/EP2019/077931 EP2019077931W WO2020099055A1 WO 2020099055 A1 WO2020099055 A1 WO 2020099055A1 EP 2019077931 W EP2019077931 W EP 2019077931W WO 2020099055 A1 WO2020099055 A1 WO 2020099055A1
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voltage
switch
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substation
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PCT/EP2019/077931
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Rainer Bunselmeyer
Mario Jaschke
Laura Modic
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Westnetz Gmbh
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    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads

Definitions

  • the subject matter relates to a substation of an energy supply network and a method for operating a substation.
  • Network restoration requires a variety of operations to be performed
  • the network operator of the network operator must have information from the substations available.
  • remote access to the switching devices of the substations must be guaranteed by the network-managing body.
  • an uninterruptible power supply must be available for at least the control technology and the
  • the transformer is located downstream
  • a lead-acid battery is generally assigned to each DC voltage level, which guarantees an uninterrupted power supply of twelve hours.
  • the alternating current distribution known from the prior art which is in particular a three-phase current distribution, is objectively modified so that an uninterruptible power supply is possible for a long time.
  • the energy supply via the generator which can be fed in particular from a renewable energy source, and the energy store are guaranteed.
  • the switch be disconnected from the mains.
  • the grid separation means that the AC voltage distribution is disconnected from the power supply network after a power failure.
  • Energy storage is given a frequency in the AC voltage distribution and an island grid is created.
  • the frequency specification ensures that the generator's inverter can continue to feed into the AC voltage distribution.
  • Such consumers which can be dispensed with in the event of a power failure, can be integrated in an upstream voltage distribution. This voltage distribution is followed by the AC voltage distribution to which the consumers are connected, which should continue to be supplied in the event of a power failure. It is proposed to place the switch between these two distributions.
  • the generator and the energy store are preferably connected to the downstream AC voltage distribution.
  • a transformer can be arranged within a substation, which serves to supply the protective, control and message technology.
  • Transformer can be designed as a self-made transformer. On the output side of the transformer is the AC voltage distribution, via which the secondary technology of the substation is supplied. It is proposed to connect the transformer on the primary side to an energy supply network and indirectly or directly on the secondary side to the AC voltage distribution.
  • the switch can be arranged indirectly or directly on the secondary connection of the transformer. It is also possible to arrange the switch on the primary side of the transformer.
  • a secondary switching unit can especially a medium voltage field switch unit or a compact one
  • the secondary switching unit can be regarded as a so-called priority 1 consumer, which must be activated in the event of network restoration.
  • a connection of a battery inverter of an energy store is connected to the AC voltage distribution. At least one secondary switching unit and an energy store are thus connected directly or indirectly via a battery inverter via the AC voltage distribution.
  • a grid-guided inverter of the generator is also connected to the AC voltage distribution.
  • the lower limit can be, in particular for one
  • Power failure can also be 0 V. It is also proposed that the battery inverter have a frequency depending on the switch position of the switch
  • the battery inverter switches to self-controlled operation and can specify a frequency for the AC voltage distribution. If the switch at a
  • Power supply network in particular above an upper limit, closed again, so during or shortly before the switch is closed
  • a grid-guided inverter depending on the frequency impressed by the battery inverter feeds an electrical power of a generator into the AC voltage distribution.
  • a grid-connected inverter is connected to the AC voltage distribution, which is connected on the input side to a generator and can thus feed electrical power into the AC voltage distribution.
  • the switch opens, the substation is disconnected from the power supply network. This is regularly the case if the substation is located in a spatial area of a failed power supply network.
  • the Input frequency below a lower limit can in particular also be 0 volts and / or 0 hertz.
  • the switch opens when the lower limit is detected. Thereupon, in particular triggered by the open switch position, the battery inverter gives a frequency for the
  • This frequency is usually the network frequency, which is 50 Hz in Europe and 60 Hz in the USA.
  • the grid-guided inverter can feed the generator power into the AC voltage distribution and thus feed consumers at the AC voltage distribution, as well as the state of charge of the
  • the generator In the event of a power failure, the generator is able to supply the necessary secondary technical components with energy in order to increase the availability of the substation in the event of a network restoration.
  • the secondary switching unit have at least one protective control module or one field connection unit, in particular comprising one Field unit and / or a protection module.
  • a protective control module can be part of a medium-voltage field connection unit.
  • a field interface unit can provide control and protection technology.
  • Primary technical switching devices can be controlled via a field connection unit.
  • servomotors of the electric coils and transformers can be controlled and supplied with electrical energy.
  • a plurality of secondary switching units can be connected to the AC voltage distribution.
  • protection technology can also be connected to the
  • the station control system combines the data streams from the substation and transmits them to the network control system and receives from it
  • the network control center can check the current status of the substation, e.g. Detect switching positions and load flows and make decisions based on them and, if necessary, trigger appropriate switching actions.
  • a communication technology in particular communications technology components and / or control technology components, be sent to the via a first rectifier
  • a substation generally has a plurality of primary technical switching units and components, each of which is controlled by secondary technical switching units. To maintain the operational readiness of the substation in the event of a power failure, all are decisive
  • components of the protective technology can also be connected to the AC voltage distribution.
  • this protection technology be connected to the AC voltage distribution via a second rectifier. Protection technology protects the equipment installed in the substation against impermissibly high loads, especially in the event of short circuits and earth faults.
  • Protection technology can in particular be line protection, transformer protection and busbar protection. Protection technology is usually operated at a different voltage level than the voltage level of the AC voltage distribution.
  • the protection technology consists in particular of direct current components that are directly connected to the rectifier connected in the alternating voltage distribution
  • the protection technology can be switched off.
  • protective technology is generally not necessary. Since neither a ground fault nor a short circuit can occur in the event of a power failure, and line protection or contact protection is not necessary, since the power supply network is already dead, the protection technology can also be taken out of operation in the event of a power failure. For this reason, it is proposed that the protection technology can be switched off depending on a voltage and / or a frequency in the AC voltage distribution or depending on a state of charge of the energy store. Protection technology can also be used in their
  • the energy store is preferably fully charged in normal operation, that is to say when mains voltage is present. In such a case, the energy store preferably does not discharge in the event of a grid failure, but if the generator does not
  • the energy storage unit feeds the contactor, control and / or communications technology components connected to the AC voltage distribution and discharges.
  • the state of charge of the energy store therefore drops. If such a drop in the state of charge occurs, the protection technology can be switched off, for example, from a certain state of charge of the energy store.
  • the protection technology can be switched off, for example, when the necessary condition that a power failure has occurred is met, in particular that the switch is open and, in addition, the sufficient condition that a voltage and / or a frequency within the AC voltage distribution and / or a state of charge of the energy storage falls below a limit value. If both conditions are met, the protection technology can be switched off. By switching off the protection technology, it does not consume any further electrical energy and the energy storage is thus discharged more slowly. As a result, it is possible to significantly reduce the power requirement of the substation in the network restoration and to increase the bridging time. In particular, direct current consumers of protective technology are switched off under the above-mentioned conditions.
  • the communications technology components are preferably operated at a different DC voltage level than the protection technology. It is therefore proposed that the first rectifier have a first output voltage and / or that the second rectifier have a second output voltage that is different from the first output voltage.
  • the first output voltage is for example in the range between 40 V and 60 V, for example 48 V and the second
  • Output voltage for example in the range between 150 V and 300 V
  • the AC voltage distribution is operated, for example, at a voltage of 400 V.
  • the energy store is a lithium ion
  • a power flow monitor is provided between the AC voltage distribution and the power supply network. With the help of the power flow monitor, it is possible to monitor a power flow between the AC voltage distribution and the energy supply network. In the consumer arrow system, normal power flows from the power supply network into the AC voltage distribution during normal operation. In the event of a voltage drop in the
  • Energy supply network would flow electrical power from the generator via the inverter and the AC voltage distribution into the energy supply network. This is prevented by the power flow monitor. Measures
  • Power flow monitor for example, a negative power flow
  • the power flow monitor can be formed, for example, by a smart meter.
  • Components such as motors are supplied with electrical energy via the AC voltage distribution.
  • the AC voltage distribution be three-phase, and in particular that the
  • Battery inverter feeds the AC voltage distribution in three phases.
  • the AC voltage distribution is then a three-phase distribution. This is
  • motorized control elements for example a transformer actuator or a motor-operated switch.
  • the secondary switching unit is preferably three-phase to the
  • the generator comprise a photovoltaic system. With the help of the photovoltaic system, it is possible to extract electrical energy from solar energy and transfer it into the
  • the photovoltaic system is used to supply consumers to the
  • the substation therefore has a longer availability in the event of a network failure, so that network restoration is possible for a longer period of time.
  • Fig. 1 a transformer station according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows an example of a 10 kV substation 2 with a switchgear 4. Only those relevant to the object are considered for further consideration
  • An in-house transformer 6 is on the primary side single-phase or three-phase to the power supply network in the
  • the own-use transformer 6 has a three-phase connection to a first on the secondary side
  • the AC voltage of the first AC voltage distribution can be, for example, 400 V.
  • AC voltage distribution which can be implemented via at least one busbar, can be connected to a wide variety of consumers 8 which are not safety-relevant and therefore do not require an uninterruptible power supply in the event of a power failure.
  • a power flow monitor 10 and a switch 12 are connected with their inputs to the secondary-side output of the own-use transformer 6 and / or the first AC voltage distribution.
  • the output side of the switch 12 and the power flow monitor 10 is one
  • AC voltage distribution 14 for example connected via a busbar, single-phase or three-phase.
  • Secondary switching units 16 are directly connected to the AC voltage distribution 14.
  • the connection of the switching units 16 can be single-phase and / or three-phase.
  • a single switching unit 16 is shown, but a large number of switching units 16 are possible.
  • components of the process level can be controlled directly.
  • Elements of the primary technology, such as e.g. Motors of the transformer tap changer and the E-coils can be controlled.
  • the communications technology components 20 are operated at DC voltage, in particular at a voltage between 30 V DC and 60 V DC, in particular 48 V DC.
  • the telecommunications components 20 enable communication between the
  • Station management level and the field management level in particular via a local one
  • Station control level takes place via optical fibers and / or copper cables. Communication between the station control level and the field control level takes place via optical fibers and / or copper cables.
  • the network control level In the event of a network failure, it is necessary for the network control level to have information about the individual stations and their status. It is therefore necessary for the communications technology components 20 to be connected to an uninterruptible power supply via the AC voltage distribution 14. Furthermore, it is necessary that the network control level and / or the station control level on the
  • Field control level can access and trigger switching operations there. For this retroactive effect from the management level, it is necessary that the
  • telecommunications components 20 have an uninterruptible power supply.
  • the uninterruptible power supply is initially a
  • Battery inverter 22 realized.
  • the battery inverter 22 can be operated bidirectionally. This makes it possible to charge and discharge an energy store 24, in particular a lithium ion store.
  • protection modules are provided, such as a
  • the protection technology 26 is operated with a higher DC voltage than the communications technology components 20, the DC voltage is, for example, between 150 V DC and 300 V DC, in particular at 212 V DC.
  • the TENAB circuit 28 can be activated, for example, as a function of the frequency on the AC voltage distribution 14 and / or the state of charge of the lithium-ion memory 24 and / or the switch position of the switch 12, such that, for example, with an open switch 12 and a lower one State of charge of the energy store 24 and / or a lower frequency
  • AC voltage distribution 14 opens the TENAB circuit 28 and thereby the protection technology 26 connected to it is switched off. This means that in the event of a power failure, the bridging time is increased considerably because the
  • Protection technology 26 receives no further power and the energy storage 24 must provide less power.
  • Inverter 32 connected, which is connected to a generator 34, for example a photovoltaic system in the present case.
  • the inverter 32 feeds electrical power from the generator 34 into the AC voltage distribution 14 at the frequency specified by the battery inverter 22.
  • the switch 12 In normal operation, the switch 12 is closed.
  • the energy store 24 is charged by electrical power from the energy supply network and its state of charge is kept at a certain level, for example 90% or higher. If necessary, the energy store 24 is also charged via the generator 34.
  • AC voltage distribution 14 is conducted via the transformer 6 in the higher-level power supply network.
  • the switch 12 can be opened in order to prevent electrical power from being fed back into the upstream energy supply network.
  • Substation 2 especially the switchgear 4. This voltage drop goes up to 0 V.
  • the power flow monitor 10 » for example at least one
  • Trigger criterion of the switch 12 since the power flow described above occurs even in the event of a power failure.
  • the AC voltage distribution 14 is initially operated via the energy store 24.
  • the energy store 24 feeds electrical power into the AC voltage distribution 14 by means of the battery inverter 22 and thus operates the components 16, 20, 26, 28.
  • the generator 34 can also feed electrical power into the AC voltage distribution 14 via the network-controlled inverter 32.
  • the power of the generator 34 is greater than is required by the components 16, 20, 26, 28.
  • the energy store 24 is charged by the generator 34, so that the energy store 24 can maintain the uninterruptible power supply of the AC voltage distribution 14 for a longer time.
  • the switch 12 If there is a power failure, that is to say when the switch 12 is open, that the state of charge of the energy store 24 falls below a lower limit value, this can be evaluated as a trigger signal for the TENAB circuit 28.
  • the components of the protection technology 26 can then be separated from the AC voltage distribution 14 by the TENAB circuit 28, so that the power consumption at the AC voltage distribution 14 is reduced. This also increases the time of the uninterruptible power supply since, on the one hand, less power is drawn from the energy store 24 and, on the other hand, more of the electrical one Power that is provided by the generator 34 can be used to charge the energy store 24.
  • the states of the 'compact field connection unit 16 are the
  • the network control level enables switching states to be queried and switching operations to be carried out.
  • communications components 20 receive switching commands, which are executed via the compact field connection unit 16 in the field. This makes it possible to control the substation 2 in the event of a network restoration and thus to enable a regulated network restoration. This regulated network restoration is possible over a longer period of time thanks to the described uninterruptible power supply. A substation 2 operated in this way can also be switched after a power failure of more than 12 or 24 hours and thus contributes to a regulated network restoration.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The invention relates to a transformer having a primary-side connection to a power supply grid and a secondary-side connection to an alternating voltage distribution network, a switch separating the alternating voltage distribution network from the power supply grid, a connection of a secondary switching unit to the alternating voltage distribution network, a connection of a first rectifier of a communication unit to the alternating voltage distribution network, and a connection of a battery inverter of an energy store to the alternating voltage distribution network. A controlled grid restoration process is assisted in that the switch opens in the event of a decrease of an input-side voltage below a lower limit value, in that the battery inverter impresses a frequency into the alternating voltage distribution network according to the position of the switch, and in that a grid-guided inverter feeds an electrical power of a generator into the alternating voltage distribution network according to the impressed frequency.

Description

Umspannanlage eines Energieversorgungsnetzes sowie ein Verfahren zum  Substation of an energy supply network and a method for
Betreiben einer Umspannanlage  Operation of a substation
Der Gegenstand betrifft eine Umspannanlage eines Energieversorgungsnetzes sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Umspannanlage. The subject matter relates to a substation of an energy supply network and a method for operating a substation.
Durch die zunehmende Digitalisierung der Stromnetze und dem steigenden Anteil volatiler, erneuerbarer Energieerzeuger ist das Risiko eines großflächigen, überregionalen Netzausfalls in den letzten Jahren stark gestiegen. Um das Stromnetz auch in Zukunft nach einem Ausfall wieder systematisch aufbauen zu können, müssen neue Strategien entwickelt werden. Due to the increasing digitalization of the power grids and the increasing share of volatile, renewable energy producers, the risk of a large, national grid failure has increased significantly in recent years. In order to be able to systematically rebuild the power grid in the future after a failure, new strategies must be developed.
Der N etzwiederaufbau erfordert die Durchführung einer Vielzahl von Network restoration requires a variety of operations to be performed
Schalthandlungen. Hierfür müssen der netzführenden Stelle des Netzbetreibers Informationen aus den Umspannanlagen zur Verfügung stehen. Gleichzeitig muss der Fernzugriff auf die Schaltgeräte der Umspannanlagen durch die netzführende Stelle gewährleistet sein. Für die Aufrechterhaltung dieser Schnittstelle muss eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zumindest der Leittechnik und der Switching operations. For this, the network operator of the network operator must have information from the substations available. At the same time, remote access to the switching devices of the substations must be guaranteed by the network-managing body. In order to maintain this interface, an uninterruptible power supply must be available for at least the control technology and the
Nachri chtentechnik, vorzugsweise auch der Schutztechnik sichergestellt sein. Nachr rtentechnik, preferably also the protection technology.
Innerhalb einer Umspannanlage wird die Versorgung der Schutz-, Leit- und The supply of the protection, control and
N achri chtentechnik im N ormalbetriebszustand häufig durch einen Transformator sichergestellt. Dem Transformator nachgelagert befindet sich die Night technology in normal operating conditions is often ensured by a transformer. The transformer is located downstream
Drehstromverteilung der Umspannanlage. In der Drehstromverteilung befinden sich neben Drehstromverbrauchern in der Regel zwei Gleichstromrichter mit Three-phase distribution of the substation. In addition to three-phase consumers, there are usually two direct current converters in the three-phase distribution
unterschiedlicher Ausgangsspannung, welche die Schutz- und Leittechnik sowie die Nachrichtentechnik jeweils mit der entsprechend erforderlichen Gleichspannung versorgen. Jeder Gleichspannungsebene ist in der Regel eine Bleibatterie zugeordnet, welche eine unterbrechungsfreie Stromversorgung von zwölf Stunden gewährleistet. different output voltage, which the protection and control technology as well as the communication technology each with the correspondingly required DC voltage supply. A lead-acid battery is generally assigned to each DC voltage level, which guarantees an uninterrupted power supply of twelve hours.
Nach aktuellen anerkannten Regeln der Technik ist eine unterbrechungsfreie According to current recognized rules of technology, an uninterruptible
Stromversorgung in Umspannanlagen von zwölf Stunden vorgeschrieben. Unter Berücksichtigung der oben genannten veränderten Rahmenbedingungen ist davon auszugehen, dass das Stromnetz nach einem überregionalen Ausfall nicht innerhalb dieser Zeit wiederaufgebaut werden kann.  Power supply required in substations for twelve hours. Taking into account the above-mentioned changed framework conditions, it can be assumed that the electricity grid cannot be rebuilt within this time after a national failure.
Daher lag dem Gegenstand die Aufgabe zu Grunde, die unterbrechungsfreie Therefore, the object was based on the task, the uninterrupted
Stromversorgung in Umspannanlagen im Netzwiederaufbaufall zu erhöhen. To increase the power supply in substations in the event of network restoration.
Diese Aufgabe wird gegenständlich durch eine Umspannanlage nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 17 gelöst. This object is achieved by a substation according to claim 1 and a method according to claim 17.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Wechselstromverteilung, die insbesondere eine Drehstromverteilung ist, wird gegenständlich modifiziert, so dass eine längere Zeit eine unterbrechungsfreie Stromversorgung möglich ist. The alternating current distribution known from the prior art, which is in particular a three-phase current distribution, is objectively modified so that an uninterruptible power supply is possible for a long time.
Um die Versorgung der für den Netzwiederaufbau notwendigen Verbraucher bei einem Netzausfall zu gewährleisten, wird die Energieversorgung über den Generator, der insbesondere aus einer erneuerbaren Energiequelle gespeist werden kann, und den Energiespeicher gewährleistet. Hierfür wird vorgeschlagen, eine Netztrennung mit dem Schalter durchzuführen. Die Netztrennung führt dazu, dass nach einem Netzausfall die Wechselspannungsverteilung von dem Energieversorgungsnetz getrennt ist. In diesem Fall wird über den Batteriewechselrichter des In order to ensure the supply of the consumers necessary for the restoration of the grid in the event of a grid failure, the energy supply via the generator, which can be fed in particular from a renewable energy source, and the energy store are guaranteed. For this purpose, it is proposed that the switch be disconnected from the mains. The grid separation means that the AC voltage distribution is disconnected from the power supply network after a power failure. In this case, the
Energiespeichers eine Frequenz in der Wechselspannungsverteilung vorgegeben und es entsteht ein Inselnetz. Durch die Frequenzvorgabe wird sichergestellt, dass der Wechselrichter des Generators weiter in die Wechselspannungsverteilung einspeisen kann. Auch wird vorgeschlagen, die Wechselspannungsverteilung zu unterteilen. In einer vorgelagerten Spannungsverteilung können solche Verbraucher, auf die bei einem Netzausfall verzichtet werden kann, integriert werden. Dieser Spannungsverteilung ist die gegenständliche Wechselspannungsverteilung nachgelagert, an welche die Verbraucher angeschlossen sind, die bei einem Netzausfall weiterhin versorgt werden sollten. Es wird vorgeschlagen, zwischen diesen beiden Verteilungen den Schalter anzuordnen. Der Generator als auch der Energiespeicher werden bevorzugt an die nachgelagerte Wechselspannungsverteilung angeschlossen. Energy storage is given a frequency in the AC voltage distribution and an island grid is created. The frequency specification ensures that the generator's inverter can continue to feed into the AC voltage distribution. It is also proposed to subdivide the AC voltage distribution. Such consumers, which can be dispensed with in the event of a power failure, can be integrated in an upstream voltage distribution. This voltage distribution is followed by the AC voltage distribution to which the consumers are connected, which should continue to be supplied in the event of a power failure. It is proposed to place the switch between these two distributions. The generator and the energy store are preferably connected to the downstream AC voltage distribution.
Innerhalb einer Umspannanlage kann ein Transformator angeordnet sein, der zur Versorgung der Schutz-, Leit- und N achrichtentechnik dient. Ein solcher A transformer can be arranged within a substation, which serves to supply the protective, control and message technology. Such a
Transformator kann als Eigenbedarfstransformator gebildet sein. Ausgangsseitig des Transformators befindet sich die Wechselspannungsverteilung, über welche die Sekundärtechnik der Umspannanlage versorgt wird. Es wird vorgeschlagen, den Transformator primärseitig an ein Energieversorgungsnetz anzuschließen und sekundärseitig mittelbar oder unmittelbar an die Wechselspannungsverteilung. Transformer can be designed as a self-made transformer. On the output side of the transformer is the AC voltage distribution, via which the secondary technology of the substation is supplied. It is proposed to connect the transformer on the primary side to an energy supply network and indirectly or directly on the secondary side to the AC voltage distribution.
Über die Wechselspannungsverteilung werden schütz-, leit- und Protective, conductive and
nachrichtentechnische Komponenten der Umspannanlage mit elektrischer Energie versorgt. telecommunications components of the substation supplied with electrical energy.
Um sicher zu stellen, dass im Falle des Netzausfalls diese sekundärtechnischen Komponenten unabhängig vom Netz mit elektrischer Energie versorgt werden können, wird vorgeschlagen, dass mit einem Schalter die In order to ensure that, in the event of a power failure, these secondary technical components can be supplied with electrical energy independently of the power supply, it is proposed that the switch be used to switch the
Wechselspannungsverteilung von dem Energieversorgungsnetz getrennt werden kann. Der Schalter kann dabei mittelbar oder unmittelbar an dem sekundärseitigen Anschluss des Transformators angeordnet sein. Auch ist es möglich, den Schalter primärseitig an dem Transformator anzuordnen.  AC voltage distribution can be separated from the power supply network. The switch can be arranged indirectly or directly on the secondary connection of the transformer. It is also possible to arrange the switch on the primary side of the transformer.
An der Wechselspannungsverteilung ist zumindest eine sekundärtechnische There is at least one secondary technical one at the AC voltage distribution
Schalteinheit angeschlossen. Eine sekundärtechnische Schalteinheit kann dabei insbesondere eine Mittelspannungsfeldanschalteinheit oder eine kompakte Switching unit connected. A secondary switching unit can especially a medium voltage field switch unit or a compact one
Feldanschalteinheit sein. Über die sekundärtechnische Schalteinheit kann  Field switch unit. Via the secondary switching unit
Primärtechnik, insbesondere ein Trafosteller und/oder ein Motorantrieb betrieben werden. Die sekundärtechnische Schalteinheit kann als sogenannter Verbraucher der Priorität 1 angesehen werden, welcher im Falle des N etzwiederaufbaus angesteuert werden muss.  Primary technology, in particular a transformer actuator and / or a motor drive. The secondary switching unit can be regarded as a so-called priority 1 consumer, which must be activated in the event of network restoration.
An der Wechselspannungsverteilung ist ein Anschluss eines Batteriewechselrichters eines Energiespeichers angeschlossen. Über die Wechselspannungsverteilung sind somit zumindest eine sekundärtechnische Schalteinheit sowie ein Energiespeicher über einen Batteriewechselrichter unmittelbar oder mittelbar angeschlossen. Zur Einhaltung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung über einen Zeitraum von mehr als zwölf Stunden ist darüber hinaus ein netzgeführter Wechselrichter des Generators an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen. A connection of a battery inverter of an energy store is connected to the AC voltage distribution. At least one secondary switching unit and an energy store are thus connected directly or indirectly via a battery inverter via the AC voltage distribution. In order to maintain an uninterruptible power supply for a period of more than twelve hours, a grid-guided inverter of the generator is also connected to the AC voltage distribution.
Zur Sicherstellung der Funktion der Umspannanlage wird vorgeschlagen, dass der Schalter bei einem Abfall einer eingangsseitigen Spannung unter einem unteren Grenzwert öffnet. Der untere Grenzwert kann dabei, insbesondere bei einem  To ensure the function of the substation, it is proposed that the switch open when a voltage on the input side drops below a lower limit. The lower limit can be, in particular for one
Netzausfall auch 0 V sein. Auch wird vorgeschlagen, dass der Batteriewechselrichter abhängig von der Schalterstellung des Schalters eine Frequenz in die Power failure can also be 0 V. It is also proposed that the battery inverter have a frequency depending on the switch position of the switch
Wechselspannungsverteilung einprägt. Wird der Schalter geöffnet, schaltet der Batteriewechselrichter in einen selbstgeführten Betrieb und kann eine Frequenz für die Wechselspannungsverteilung vorgeben. Wird der Schalter bei einer Impresses alternating voltage distribution. If the switch is opened, the battery inverter switches to self-controlled operation and can specify a frequency for the AC voltage distribution. If the switch at a
wiederkehrenden Spannung des Energieversorgungsnetzes, insbesondere über einen oberen Grenzwert oder bei einer wiederkehrenden Frequenz des recurring voltage of the power supply network, in particular above an upper limit or at a recurring frequency of the
Energieversorgungsnetzes, insbesondere über einen oberen Grenzwert, wieder geschlossen, so wird während oder kurz vor dem Schließen des Schalters der Power supply network, in particular above an upper limit, closed again, so during or shortly before the switch is closed
Batteriewechselrichter abgeschaltet und von einem selbstgeführten Betrieb in einen netzgeführten Betrieb umgeschaltet. Dadurch kann die Wechselspannungsverteilung von dem Inselbetrieb in den Netzbetrieb wechseln und es findet eine Battery inverter switched off and switched from self-managed operation to mains-operated operation. As a result, the AC voltage distribution can switch from island operation to network operation and it finds one
Frequenzsynchronisation statt. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass ein netzgeführter Wechselrichter abhängig von der durch den Batteriewechselrichter eingeprägten Frequenz eine elektrische Leistung eines Generators in die Wechselspannungsverteilung einspeist. An der Wechselspannungsverteilung ist ein netzgeführter Wechselrichter angeschlossen, der eingangsseitig mit einem Generator verbunden ist und somit elektrische Leistung in die Wechselspannungsverteilung einspeisen kann. Frequency synchronization instead. In addition, it is proposed that a grid-guided inverter depending on the frequency impressed by the battery inverter feeds an electrical power of a generator into the AC voltage distribution. A grid-connected inverter is connected to the AC voltage distribution, which is connected on the input side to a generator and can thus feed electrical power into the AC voltage distribution.
Öffnet der Schalter, so ist die Umspannanlage von dem Energieversorgungsnetz getrennt. Dies ist regelmäßig der Fall, wenn die Umspannanlage in einem räumlichen Bereich eines ausgefallenen Energieversorgungsnetzes liegt. In einem solchen If the switch opens, the substation is disconnected from the power supply network. This is regularly the case if the substation is located in a spatial area of a failed power supply network. In one
Netzbereich fällt am Umspannwerk die Eingangsspannung und/oder die  The input voltage and / or the voltage drops at the substation
Eingangsfrequenz unter einen unteren Grenzwert. Der untere Grenzwert kann dabei insbesondere auch 0 Volt und/oder 0 Hertz sein. Der Schalter wird bei Detektion des unteren Grenzwertes geöffnet. Daraufhin, insbesondere ausgelöst durch die geöffnete Schalterstellung, gibt der Batteriewechselrichter eine Frequenz für die  Input frequency below a lower limit. The lower limit can in particular also be 0 volts and / or 0 hertz. The switch opens when the lower limit is detected. Thereupon, in particular triggered by the open switch position, the battery inverter gives a frequency for the
Wechselspannungsverteilung vor. Diese Frequenz ist in der Regel die Netzffequenz, welche in Europa 50 Hz, in den USA 60 Hz beträgt. AC voltage distribution. This frequency is usually the network frequency, which is 50 Hz in Europe and 60 Hz in the USA.
Durch die vorgegebene Netzffequenz kann der netzgeführte Wechselrichter Leistung des Generators in die Wechselspannungsverteilung einspeisen und somit Verbraucher an der Wechselspannungsverteilung speisen, als auch den Ladezustand des Due to the predetermined grid frequency, the grid-guided inverter can feed the generator power into the AC voltage distribution and thus feed consumers at the AC voltage distribution, as well as the state of charge of the
Energiespeichers verändern, insbesondere den Energiespeicher laden. Change energy storage, in particular charge the energy storage.
Durch das Trennen der Wechselspannungsverteilung von dem By separating the AC distribution from that
Energieversorgungsnetz und dem gleichzeitigen Einprägen der Frequenz in die Wechselspannungsverteilung ist der Generator im Falle eines Netzausfalls in der Lage, die notwendigen sekundärtechnischen Komponenten mit Energie zu versorgen, um somit die Verfügbarkeit der Umspannanlage im Netzwiederaufbaufall zu erhöhen. In the event of a power failure, the generator is able to supply the necessary secondary technical components with energy in order to increase the availability of the substation in the event of a network restoration.
Auch wird vorgeschlagen, dass die sekundärtechnische Schalteinheit zumindest ein Schutzleitmodul oder eine Feldanschalteinheit, insbesondere umfassend eine Feldeinheit und/oder ein Schutzmodul, umfasst. Ein Schutzleitmodul kann Teil einer Mittelspannungsfeldanschalteinheit sein. Eine Feldanschalteinheit kann Leittechnik und Schutztechnik Vorhalten. It is also proposed that the secondary switching unit have at least one protective control module or one field connection unit, in particular comprising one Field unit and / or a protection module. A protective control module can be part of a medium-voltage field connection unit. A field interface unit can provide control and protection technology.
Über eine Feldanschalteinheit können primärtechnische Schaltgeräte angesteuert werden. Hierbei können insbesondere Stellmotoren der E-Spulen und Trafos angesteuert und mit elektrischer Energie versorgt werden. Primary technical switching devices can be controlled via a field connection unit. In particular, servomotors of the electric coils and transformers can be controlled and supplied with electrical energy.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Mehrzahl von sekundärtechnischen Schalteinheiten an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen sein. Hierbei kann neben der Feldanschalteinheit auch Schutztechnik an die According to one exemplary embodiment, a plurality of secondary switching units can be connected to the AC voltage distribution. In addition to the field interface unit, protection technology can also be connected to the
Wechselspannungsverteilung angeschlossen sein. AC voltage distribution must be connected.
Um zu gewährleisten, dass die Umspannstation aus der Ferne bedienbar ist, wird neben den sekundärtechnischen Schalteinheiten auch Kommunikationstechnik benötigt. Die Stationsleittechnik fasst die Datenströme der Umspannstation zusammen und überträgt diese an das Netzleitsystem und empfängt von dem To ensure that the substation can be operated remotely, communication technology is required in addition to the secondary switching units. The station control system combines the data streams from the substation and transmits them to the network control system and receives from it
Netzleitsystem Schaltbefehle. Hierdurch kann die Netzleitstelle den Ist-Zustand der Umspannanlage, z.B. Schaltstellungen und Lastflüsse erfassen und darauf basierend Entscheidungen treffen und gegebenenfalls entsprechende Schalthandlungen auslösen. Zur Sicherstellung der Kommunikation wird vorgeschlagen, dass eine Kommunikationstechnik, insbesondere nachrichtentechnische Komponenten und/oder leittechnische Komponenten über einen ersten Gleichrichter an die Network control system switching commands. As a result, the network control center can check the current status of the substation, e.g. Detect switching positions and load flows and make decisions based on them and, if necessary, trigger appropriate switching actions. To ensure communication, it is proposed that a communication technology, in particular communications technology components and / or control technology components, be sent to the via a first rectifier
Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist. AC voltage distribution is connected.
In einer Umspannanlage sind in der Regel eine Mehrzahl an primärtechnischen Schalteinheiten und Komponenten vorgesehen, die jeweils über sekundärtechnische Schalteinheiten angesteuert werden. Zur Erhaltung der Betriebsbereitschaft der Umspannanlage im Falle des Netzausfalls sind alle maßgeblichen A substation generally has a plurality of primary technical switching units and components, each of which is controlled by secondary technical switching units. To maintain the operational readiness of the substation in the event of a power failure, all are decisive
sekundärtechnischen Schalteinheiten an die Wechselspannungsverteilung secondary switching units to the AC voltage distribution
angeschlossen. Neben den sekundärtechnischen Schalteinheiten können ebenfalls Komponenten der Schutztechnik an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass diese Schutztechnik über einen zweiten Gleichrichter an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist. Schutztechnik schützt die in der Umspannanlage verbauten Betriebsmittel vor unzulässig hohen Belastungen, insbesondere im Fall von Kurzschlüssen und Erdschlüssen. connected. In addition to the secondary switching units, components of the protective technology can also be connected to the AC voltage distribution. According to one exemplary embodiment, it is proposed that this protection technology be connected to the AC voltage distribution via a second rectifier. Protection technology protects the equipment installed in the substation against impermissibly high loads, especially in the event of short circuits and earth faults.
Schutztechnik kann insbesondere ein Leitungsschutz, ein Transformatorschutz und ein Sammelschienenschutz sein. Schutztechnik wird in der Regel auf einer anderen Spannungsebene betrieben als die Spannungsebene der Wechselspannungsverteilung. Die Schutztechnik besteht insbesondere aus Gleichstromkomponenten, die über den in der Wechselspannungsverteilung angeschlossenen Gleichrichter direkt mit  Protection technology can in particular be line protection, transformer protection and busbar protection. Protection technology is usually operated at a different voltage level than the voltage level of the AC voltage distribution. The protection technology consists in particular of direct current components that are directly connected to the rectifier connected in the alternating voltage distribution
Gleichspannung versorgt werden. DC voltage can be supplied.
Um die Verfügbarkeit der Umspannanlage weiter zu erhöhen, ist die Schutztechnik abschaltbar. Im Falle des Netzausfalls ist Schutztechnik in der Regel nicht notwendig. Da im Falle des Netzausfalls weder ein Erdschluss noch ein Kurzschluss auftreten kann, und auch ein Leitungsschutz oder ein Berührschutz nicht notwendig ist, da das Energieversorgungsnetz ohnehin spannungslos ist, kann die Schutztechnik im Falle des Netzausfalls auch außer Betrieb genommen werden. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass die Schutztechnik abhängig von einer Spannung und/oder einer Frequenz in der Wechselspannungsverteilung oder abhängig von einem Ladezustand des Energiespeichers abschaltbar ist. Auch kann die Schutztechnik in ihrer To further increase the availability of the substation, the protection technology can be switched off. In the event of a power failure, protective technology is generally not necessary. Since neither a ground fault nor a short circuit can occur in the event of a power failure, and line protection or contact protection is not necessary, since the power supply network is already dead, the protection technology can also be taken out of operation in the event of a power failure. For this reason, it is proposed that the protection technology can be switched off depending on a voltage and / or a frequency in the AC voltage distribution or depending on a state of charge of the energy store. Protection technology can also be used in their
Spannungsebene eine eigene Spannungsversorgung haben. Das Abschalten der Schutztechnik kann auch abhängig von einem Ladezustand eines solchen Voltage level have their own power supply. Switching off the protection technology can also depend on a state of charge
Energiespeichers sein. Be energy storage.
Der Energiespeicher ist im Normalbetriebsfall, also wenn Netzspannung anliegt, bevorzugt vollständig geladen. Der Energiespeicher entlädt sich in einem solchen Fall bevorzugt nicht im Falle des Netzausfalis aber, sofern vom Generator nicht The energy store is preferably fully charged in normal operation, that is to say when mains voltage is present. In such a case, the energy store preferably does not discharge in the event of a grid failure, but if the generator does not
ausreichend elektrische Leistung in die Wechselspannungsverteilung eingespeist wird, speist der Energiespeicher die an die Wechselspannungsverteilung angeschlossenen schütz-, leit- und/oder nachrichtentechnischen Komponenten und entlädt sich. Der Ladezustand des Energiespeichers sinkt daher ab. Tritt ein solches Absinken des Ladezustands ein, kann die Schutztechnik beispielsweise ab einem bestimmten Ladezustand des Energiespeichers abgeschaltet werden. sufficient electrical power is fed into the AC voltage distribution the energy storage unit feeds the contactor, control and / or communications technology components connected to the AC voltage distribution and discharges. The state of charge of the energy store therefore drops. If such a drop in the state of charge occurs, the protection technology can be switched off, for example, from a certain state of charge of the energy store.
Die Schutztechnik kann beispielsweise abschaltbar sein, wenn zunächst die notwendige Bedingung erfüllt ist, dass ein Netzausfall eingetreten ist, insbesondere dass der Schalter geöffnet ist und darüber hinaus die hinreichende Bedingung, dass eine Spannung und/oder eine Frequenz innerhalb der Wechselspannungsverteilung und/oder ein Ladezustand des Energiespeichers unterhalb eines Grenzwertes fällt. Sind beide Bedingungen erfüllt, kann die Schutztechnik abgeschaltet werden. Durch das Abschalten der Schutztechnik verbraucht diese keine weitere elektrische Energie und der Energiespeicher wird somit langsamer entladen. Dadurch gelingt es, den Leistungsbedarf der Umspannanlage im N etzwiederaufbau signifikant zu verringern und die Überbrückungszeit zu erhöhen. Insbesondere werden bei den oben genannten Bedingungen Gleichstromverbraucher der Schutztechnik abgeschaltet. The protection technology can be switched off, for example, when the necessary condition that a power failure has occurred is met, in particular that the switch is open and, in addition, the sufficient condition that a voltage and / or a frequency within the AC voltage distribution and / or a state of charge of the energy storage falls below a limit value. If both conditions are met, the protection technology can be switched off. By switching off the protection technology, it does not consume any further electrical energy and the energy storage is thus discharged more slowly. As a result, it is possible to significantly reduce the power requirement of the substation in the network restoration and to increase the bridging time. In particular, direct current consumers of protective technology are switched off under the above-mentioned conditions.
Die nachrichtentechnischen Komponenten werden bevorzugt auf einem anderen Gleichspannungsniveau betrieben als die Schutztechnik. Daher wird vorgeschlagen, dass der erste Gleichrichter eine erste Ausgangsspannung hat und/oder dass der zweite Gleichrichter eine zweite von der ersten Ausgangsspannung verschiedene Ausgangsspannung hat. Dabei ist die erste Ausgangsspannung beispielsweise im Bereich zwischen 40 V und 60 V, beispielsweise 48 V und die zweite The communications technology components are preferably operated at a different DC voltage level than the protection technology. It is therefore proposed that the first rectifier have a first output voltage and / or that the second rectifier have a second output voltage that is different from the first output voltage. The first output voltage is for example in the range between 40 V and 60 V, for example 48 V and the second
Ausgangsspannung beispielsweise im Bereich zwischen 150 V und 300 V, Output voltage for example in the range between 150 V and 300 V,
beispielsweise 212 V. Die Wechselspannungsverteilung wird beispielsweise bei einer Spannung von 400 V betrieben. 212 V, for example. The AC voltage distribution is operated, for example, at a voltage of 400 V.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Energiespeicher ein Lithium-Ionen According to one exemplary embodiment, the energy store is a lithium ion
Speicher. Da im Falle eines Netzausfalls eine Vielzahl an Ladezyklen durch den Generator durchlaufen wird, ist ein solcher Energiespeicher besser geeignet, als beispielsweise ein Bleisäure-Akkumulator. Storage. Because in the event of a power failure, a large number of charging cycles through If the generator is run through, such an energy store is more suitable than, for example, a lead acid accumulator.
Um zu verhindern, dass im Normalbetriebsfall, also wenn kein Netzausfall vorliegt, elektrische Leistung vom Generator in das Energieversorgungsnetz fließt, wird zwischen der Wechselspannungsverteilung und dem Energieversorgungsnetz ein Leistungsflusswächter vorgesehen. Mit Hilfe des Leistungsflusswächters ist es möglich, einen Leistungsfluss zwischen der Wechselspannungsverteilung und dem Energieversorgungsnetz zu überwachen. Im Verbraucherzählpfeilsystem fließt im Normalbetriebsfall elektrische Leistung aus dem Energieversorgungsnetz in die Wechselspannungsverteilung. Im Falle eines Spannungsabfalls im In order to prevent electrical power from the generator from flowing into the power supply network during normal operation, i.e. when there is no power failure, a power flow monitor is provided between the AC voltage distribution and the power supply network. With the help of the power flow monitor, it is possible to monitor a power flow between the AC voltage distribution and the energy supply network. In the consumer arrow system, normal power flows from the power supply network into the AC voltage distribution during normal operation. In the event of a voltage drop in the
Energieversorgungsnetz würde elektrische Leistung vom Generator über den Wechselrichter und die Wechselspannungsverteilung in das Energieversorgungsnetz fließen. Dies wird mittels des Leistungsflusswächters verhindert. Misst der Energy supply network would flow electrical power from the generator via the inverter and the AC voltage distribution into the energy supply network. This is prevented by the power flow monitor. Measures
Leistungsflusswächter beispielsweise einen negativen Leistungsfluss, kann er den Schalter öffnen. Der Leistungsflusswächter kann beispielsweise durch ein Smart Meter gebildet sein. Power flow monitor, for example, a negative power flow, he can open the switch. The power flow monitor can be formed, for example, by a smart meter.
Über die Wechselspannungsverteilung werden Komponenten wie Motoren mit elektrischer Energie versorgt. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass die Wechselspannungsverteilung dreiphasig ist und insbesondere, dass der Components such as motors are supplied with electrical energy via the AC voltage distribution. For this reason, it is proposed that the AC voltage distribution be three-phase, and in particular that the
Batteriewechselrichter die Wechselspannungsverteilung dreiphasig speist. Die Wechselspannungsverteilung ist dann eine Drehstromverteilung. Dies ist Battery inverter feeds the AC voltage distribution in three phases. The AC voltage distribution is then a three-phase distribution. This is
insbesondere für motorische Stellelemente, beispielsweise eines Trafostellers oder eines motorisch betriebenen Schalters sinnvoll. Particularly useful for motorized control elements, for example a transformer actuator or a motor-operated switch.
Die sekundärtechnische Schalteinheit ist bevorzugt dreiphasig an die The secondary switching unit is preferably three-phase to the
Wechselspannungsverteilung angeschlossen. Hierdurch sind dreiphasig betriebene Motoren der sekundärtechnischen Schalteinheiten über die AC voltage distribution connected. As a result, three-phase operated motors of the secondary switching units are via the
Wechselspannungsverteilung betreibbar. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Generator eine Photovoltaikanlage umfasst. Mit Hilfe der Photovoltaikanlage ist es möglich, elektrische Energie aus Sonnenenergie zu gewinnen und diese in die AC voltage distribution operable. According to one exemplary embodiment, it is proposed that the generator comprise a photovoltaic system. With the help of the photovoltaic system, it is possible to extract electrical energy from solar energy and transfer it into the
Wechselspannungsverteilung einzuspeisen. Im Falle des Netzausfalls wird über die Photovoltaikanlage eine Speisung der Verbraucher an der Feed in alternating voltage distribution. In the event of a power failure, the photovoltaic system is used to supply consumers to the
Wechselspannungsverteilung bewirkt. Hierdurch wird der Energiespeicher, der während der Überbrückungszeit im des Netzausfalls die Wechselspannungsverteilung elektrisch speist, entlastet. Die Umspannanlage verfügt daher über eine längere Verfügbarkeit im des Netzausfalls, so dass der N etzwiederaufbau für eine längere Zeit möglich ist. AC voltage distribution causes. This relieves the load on the energy store which supplies the AC voltage distribution electrically during the bridging period in the event of a power failure. The substation therefore has a longer availability in the event of a network failure, so that network restoration is possible for a longer period of time.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: The subject is explained in more detail below with reference to a drawing showing exemplary embodiments. The drawing shows:
Fig. 1 eine Umspannanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel. Fig. 1 a transformer station according to an embodiment.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine 10 kV Umspannanlage 2 mit einer Schaltanlage 4. Für die weitere Betrachtung werden lediglich die für den Gegenstand relevanten 1 shows an example of a 10 kV substation 2 with a switchgear 4. Only those relevant to the object are considered for further consideration
Komponenten der Umspannanlage 2 gezeigt. Ein Eigenbedarfstransformator 6 ist primärseitig einphasig oder dreiphasig an das Energieversorgungsnetz in der Components of the substation 2 shown. An in-house transformer 6 is on the primary side single-phase or three-phase to the power supply network in the
Schaltanlage 4 angeschlossen. Switchgear 4 connected.
Der Eigenbedarfstransformators 6 ist sekundärseitig dreiphasig an eine erste The own-use transformer 6 has a three-phase connection to a first on the secondary side
Wechselspannungsverteilung angeschlossen. Die Wechselspannung der ersten Wechselspannungsverteilung kann bei beispielsweise 400 V liegen. An der AC voltage distribution connected. The AC voltage of the first AC voltage distribution can be, for example, 400 V. At the
Wechselspannungsverteilung, die über zumindest eine Sammelschiene realisiert sein kann, können verschiedenste Verbraucher 8 angeschlossen sein, welche nicht sicherheitsrelevant sind und somit keine unterbrechungsfreie Stromversorgung im Fall des Netzausfalls benötigen. Darüber hinaus sind ein Leistungsflusswächter 10 sowie ein Schalter 12 mit ihren Eingängen an den sekundärseitigen Ausgang des Eigenbedarfstransformators 6 und/oder die erste Wechselspannungsverteilung angeschlossen. AC voltage distribution, which can be implemented via at least one busbar, can be connected to a wide variety of consumers 8 which are not safety-relevant and therefore do not require an uninterruptible power supply in the event of a power failure. In addition, a power flow monitor 10 and a switch 12 are connected with their inputs to the secondary-side output of the own-use transformer 6 and / or the first AC voltage distribution.
Ausgangsseitig des Schalters 12 und des Leistungsflusswächters 10 ist eine The output side of the switch 12 and the power flow monitor 10 is one
Wechselspannungsverteilung 14, beispielsweise über eine Sammelschiene, einphasig oder dreiphasig angeschlossen. An der Wechselspannungsverteilung 14 sind sekundärtechnische Schalteinheiten 16 unmittelbar angeschlossen. Der Anschluss der Schalteinheiten 16 kann einphasig und/oder dreiphasig sein. Gezeigt ist eine einzige Schalteinheit 16, es ist jedoch eine Vielzahl an Schalteinheiten 16 möglich. Mit Hilfe der Schalteinheiten 16 können Komponenten der Prozessebene unmittelbar angesteuert werden. Über die Schalteinheiten 16 können Elemente der Primärtechnik, wie z.B. Motoren der T ransformatorstufenschalter und der E-Spulen angesteuert werden. AC voltage distribution 14, for example connected via a busbar, single-phase or three-phase. Secondary switching units 16 are directly connected to the AC voltage distribution 14. The connection of the switching units 16 can be single-phase and / or three-phase. A single switching unit 16 is shown, but a large number of switching units 16 are possible. With the help of the switching units 16, components of the process level can be controlled directly. Elements of the primary technology, such as e.g. Motors of the transformer tap changer and the E-coils can be controlled.
Darüber hinaus ist über einen ersten Gleichrichter 18 ein Anschluss von In addition, a connection of
nachrichtentechnischen Komponenten 20 realisiert. Die nachrichtentechnischen Komponenten 20 werden bei Gleichspannung, insbesondere bei einer Spannung zwischen 30 V DC und 60 V DC , insbesondere 48 V DC betrieben. telecommunications components 20 realized. The communications technology components 20 are operated at DC voltage, in particular at a voltage between 30 V DC and 60 V DC, in particular 48 V DC.
Über die nachrichtentechnische Komponenten 20 ist es möglich, eine Via the communications components 20, it is possible to
Datenübertragung zwischen der Netzleitebene und der Stationsleitebene, Data transmission between the network control level and the station control level,
insbesondere über ein Weitverkehrsnetz zu realisieren. Ferner ermöglichen die nachrichtentechnische Komponenten 20 eine Kommunikation zwischen der to realize especially over a wide area network. Furthermore, the telecommunications components 20 enable communication between the
Stationsleitebene und der Feldleitebene, insbesondere über ein lokales Station management level and the field management level, in particular via a local one
Kommunikationsnetz. Die Kommunikation zwischen Netzleitebene und Communication network. Communication between the network control level and
Stationsleitebene erfolgt über Lichtwellenleiter und/oder über Kupferkabel. Die Kommunikation zwischen der Stationsleitebene und der Feldleitebene erfolgt über Lichtwellenleiter und/oder Kupferkabel. Im Falle eines Netzausfalls ist es notwendig, dass die Netzleitebene Informationen über die einzelnen Stationen und deren Zustände hat. Daher ist es notwendig, dass die nachrichtentechnischen Komponenten 20 über die Wechselspannungsverteilung 14 mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung verbunden sind. Ferner ist es notwendig, dass die Netzleitebene und/oder die Stationsleitebene auf die Station control level takes place via optical fibers and / or copper cables. Communication between the station control level and the field control level takes place via optical fibers and / or copper cables. In the event of a network failure, it is necessary for the network control level to have information about the individual stations and their status. It is therefore necessary for the communications technology components 20 to be connected to an uninterruptible power supply via the AC voltage distribution 14. Furthermore, it is necessary that the network control level and / or the station control level on the
Feldleitebene zugreifen kann und dort Schalthandlungen auslösen können. Auch für diese Rückwirkung aus der Leitebene ist es notwendig, dass die  Field control level can access and trigger switching operations there. For this retroactive effect from the management level, it is necessary that the
nachrichtentechnischen Komponenten 20 eine unterbrechungsfreie Stromversorgung aufweisen.  telecommunications components 20 have an uninterruptible power supply.
Die unterbrechungsfreie Stromversorgung wird zunächst über einen The uninterruptible power supply is initially a
Batteriewechselrichter 22 realisiert. Der Batteriewechselrichter 22 ist bidirektional betreibbar. Dies ermöglicht es, einen Energiespeicher 24, insbesondere einen Lithium Ionen Speicher zu laden und zu entladen. Battery inverter 22 realized. The battery inverter 22 can be operated bidirectionally. This makes it possible to charge and discharge an energy store 24, in particular a lithium ion store.
Darüber hinaus sind Schutzmodule vorgesehen, wie beispielsweise ein In addition, protection modules are provided, such as a
Erdschlussdetektor, ein Kurzschlussdetektor, ein Leiterschutz und/oder dergleichen. Diese Schutztechnik ist jedoch nur notwendig, wenn in dem jeweils zu schützenden Feld der Umspannanlage 2 tatsächlich elektrische Spannung anliegt. Aus diesem Grunde sind schutztechnische Komponenten 26 über eine sogenannten TENAB Schaltung 28 und einen zweiten Gleichrichter 30 an die Wechselspannungsverteilung 14 angeschlossen. Earth fault detector, a short circuit detector, a conductor protection and / or the like. However, this protection technology is only necessary if electrical voltage is actually present in the respective field of the substation 2 to be protected. For this reason, protective components 26 are connected to the AC voltage distribution 14 via a so-called TENAB circuit 28 and a second rectifier 30.
Die Schutztechnik 26 wird mit einer höheren Gleichspannung betrieben als die nachrichtentechnische Komponenten 20, die Gleichspannung liegt beispielsweise zwischen 150 V DC und 300 V DC, insbesondere bei 212 V DC. The protection technology 26 is operated with a higher DC voltage than the communications technology components 20, the DC voltage is, for example, between 150 V DC and 300 V DC, in particular at 212 V DC.
Die TENAB Schaltung 28 kann beispielsweise abhängig von der Frequenz auf der Wechselspannungsverteilung 14 und/oder dem Ladezustand des Lithium-Ionen- Speichers 24 und/oder der Schalterstellung des Schalters 12 aktiviert sein, derart, dass beispielsweise bei einem geöffneten Schalter 12 und einem unterem Ladezustand des Energiespeichers 24 und/oder einer unteren Frequenz der The TENAB circuit 28 can be activated, for example, as a function of the frequency on the AC voltage distribution 14 and / or the state of charge of the lithium-ion memory 24 and / or the switch position of the switch 12, such that, for example, with an open switch 12 and a lower one State of charge of the energy store 24 and / or a lower frequency
Wechselspannungsverteilung 14 die TENAB Schaltung 28 öffnet und dadurch die daran angeschlossene Schutztechnik 26 abgeschaltet wird. Dies führt dazu, dass im Falle eines Netzausfalls die Überbrückungszeit erheblich erhöht wird, da die  AC voltage distribution 14 opens the TENAB circuit 28 and thereby the protection technology 26 connected to it is switched off. This means that in the event of a power failure, the bridging time is increased considerably because the
Schutztechnik 26 keine weitere Leistung bezieht und der Energiespeicher 24 weniger Leistung zur Verfügung stellen muss.  Protection technology 26 receives no further power and the energy storage 24 must provide less power.
Schließlich ist an der Wechselspannungsverteilung 14 ein netzgeführter Finally, there is a network-connected one at the AC voltage distribution 14
Wechselrichter 32 angeschlossen, der mit einem Generator 34, beispielsweise vorliegend einer Photovoltaikanlage verbunden ist. Der Wechselrichter 32 speist elektrische Leistung des Generators 34 in die Wechselspannungsverteilung 14 mit der durch den Batteriewechselrichter 22 vorgegebenen Frequenz ein. Inverter 32 connected, which is connected to a generator 34, for example a photovoltaic system in the present case. The inverter 32 feeds electrical power from the generator 34 into the AC voltage distribution 14 at the frequency specified by the battery inverter 22.
Im Normalbetriebsfall ist der Schalter 12 geschlossen. Der Energiespeicher 24 wird durch elektrische Leistung von dem Energieversorgungsnetz geladen und sein Ladezustand wird auf einem bestimmten Niveau, beispielsweise 90% oder höher gehalten. Das Laden des Energiespeichers 24 erfolgt bedarfsweise auch über den Generator 34. In normal operation, the switch 12 is closed. The energy store 24 is charged by electrical power from the energy supply network and its state of charge is kept at a certain level, for example 90% or higher. If necessary, the energy store 24 is also charged via the generator 34.
Mittels des Leistungsflusswächters 10 ist feststellbar, wenn ein negativer It can be determined by means of the power flow monitor 10 if a negative one
Leistungsfluss (im Verbraucherzählpfeilsystem) zwischen der Schaltanlage 4 und der Wechselspannungsverteilung 14 anliegt, das heißt, dass Strom bzw. elektrische Leistung, die durch den Generator 34 und/oder den Energiespeicher 24 in die Power flow (in the consumer meter arrow system) between the switchgear 4 and the AC voltage distribution 14 is present, that is to say that current or electrical power generated by the generator 34 and / or the energy store 24 in the
Wechselspannungsverteilung 14 eingespeist wurde, von der AC voltage distribution 14 was fed from the
Wechselspannungsverteilung 14 über den Transformator 6 in das übergelagerte Energieversorgungsnetz geleitet wird. In einem solchen Fall kann der Schalter 12 geöffnet werden, um ein Rückspeisen von elektrischer Leistung in das vorgelagerte Energieversorgungsnetz zu verhindern. AC voltage distribution 14 is conducted via the transformer 6 in the higher-level power supply network. In such a case, the switch 12 can be opened in order to prevent electrical power from being fed back into the upstream energy supply network.
Im Falle eines Netzausfalls kommt es zu einem Spannungseinbruch in der In the event of a power failure, there is a voltage drop in the
Umspannanlage 2, insbesondere der Schaltanlage 4. Dieser Spannungseinbruch geht bis zu 0 V. Über den Leistungsflusswächter 10» der beispielsweise zumindest ein Substation 2, especially the switchgear 4. This voltage drop goes up to 0 V. Via the power flow monitor 10 », for example at least one
Smart Meter aufweisen kann, lässt sich dieser Spannungsabfall messen und daraus schließen» dass ein Netzausfall eingetreten ist. Der Schalter 12 wird daraufhin geöffnet. Auch ein negativer Leistungsfluss, wie oben beschrieben, kann das Can have smart meters, can be measured and this voltage drop infer "that a power failure has occurred. The switch 12 is then opened. A negative power flow, as described above, can do that
Auslösekriterium des Schalters 12 sein, da auch im Falle eines Netzausfalls ein oben beschriebener Leistungsfluss eintritt. Trigger criterion of the switch 12, since the power flow described above occurs even in the event of a power failure.
Bei geöffnetem Schalter 12 wird die Wechselspannungsverteilung 14 zunächst über den Energiespeicher 24 betrieben. Der Energiespeicher 24 speist elektrische Leistung mittels des Batteriewechselrichters 22 in die Wechselspannungsverteilung 14 ein und betreibt somit die Komponenten 16, 20, 26, 28. When the switch 12 is open, the AC voltage distribution 14 is initially operated via the energy store 24. The energy store 24 feeds electrical power into the AC voltage distribution 14 by means of the battery inverter 22 and thus operates the components 16, 20, 26, 28.
Da der Batteriewechselrichter 22 eine Frequenz in der Wechselspannungsverteilung 14 vorgibt, kann auch der Generator 34 über den netzgeführten Wechselrichter 32 elektrische Leistung in die Wechselspannungsverteilung 14 einspeisen. Since the battery inverter 22 specifies a frequency in the AC voltage distribution 14, the generator 34 can also feed electrical power into the AC voltage distribution 14 via the network-controlled inverter 32.
Es kann dazu kommen, dass die Leistung des Generators 34 größer ist, als von den Komponenten 16, 20, 26, 28 benötigt wird. In diesem Fall wird der Energiespeicher 24 durch den Generator 34 geladen, so dass der Energiespeicher 24 eine längere Zeit die unterbrechungsfreie Stromversorgung der Wechselspannungsverteilung 14 auffechterhalten kann. It can happen that the power of the generator 34 is greater than is required by the components 16, 20, 26, 28. In this case, the energy store 24 is charged by the generator 34, so that the energy store 24 can maintain the uninterruptible power supply of the AC voltage distribution 14 for a longer time.
Kommt es zum Netzausfall, das heißt bei geöffnetem Schalter 12, dazu, dass der Ladezustand des Energiespeicher 24 einen unteren Grenzwert unterschreitet, kann dies als Auslösesignal für die TENAB Schaltung 28 gewertet werden. Daraufhin können die Komponenten der Schutztechnik 26 durch die TENAB Schaltung 28 von der Wechselspannungsverteilung 14 getrennt werden, so dass die Leistungsaufnahme an der Wechselspannungsverteilung 14 reduziert wird. Auch hierdurch wird die Zeit der unterbrechungsfreien Stromversorgung erhöht, da einerseits weniger Leistung vom Energiespeicher 24 abgerufen wird und andererseits mehr der elektrischen Leistung, welche von dem Generator 34 zur Verfügung gestellt wird, zum Laden des Energiespeichers 24 genutzt werden kann. If there is a power failure, that is to say when the switch 12 is open, that the state of charge of the energy store 24 falls below a lower limit value, this can be evaluated as a trigger signal for the TENAB circuit 28. The components of the protection technology 26 can then be separated from the AC voltage distribution 14 by the TENAB circuit 28, so that the power consumption at the AC voltage distribution 14 is reduced. This also increases the time of the uninterruptible power supply since, on the one hand, less power is drawn from the energy store 24 and, on the other hand, more of the electrical one Power that is provided by the generator 34 can be used to charge the energy store 24.
Die Zustände der 'kompakten Feldanschalteinheit 16 werden über die The states of the 'compact field connection unit 16 are the
nachrichtentechnischen Komponenten 20 an die Stationsleitebene und/oder die Netzleitebene übermittelt. Die Netzleitebene ermöglicht es, Schaltzustände abzufragen und Schaltvorgänge durchzuführen. Hierbei werden über die telecommunications components 20 transmitted to the station control level and / or the network control level. The network control level enables switching states to be queried and switching operations to be carried out. Here are about
nachrichtentechnische Komponenten 20 Schaltbefehle empfangen, welche über die kompakten Feldanschalteinheit 16 im Feld ausgeführt werden. Dies ermöglicht es, die Umspannanlage 2 im Netzwiederaufbaufall anzusteuern und somit einen geregelten Netzwiederaufbau zu ermöglichen. Dieser geregelte N etzwiederaufbau ist durch die beschriebene unterbrechungsfreie Stromversorgung über einen längeren Zeitraum möglich. Eine gegenständlich betriebene Umspannanlage 2 kann auch nach einem Netzausfall von mehr als 12 oder 24 Stunden geschaltet werden und trägt somit zu einem geregelten N etzwiederaufbau bei. communications components 20 receive switching commands, which are executed via the compact field connection unit 16 in the field. This makes it possible to control the substation 2 in the event of a network restoration and thus to enable a regulated network restoration. This regulated network restoration is possible over a longer period of time thanks to the described uninterruptible power supply. A substation 2 operated in this way can also be switched after a power failure of more than 12 or 24 hours and thus contributes to a regulated network restoration.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
2 Umschaltanlage 2 switchgear
4 Schaltanlage  4 switchgear
6 Eigenbedarfstransformator 6 In-house transformer
8 Verbraucher  8 consumers
10 Leistungsflusswächter  10 power flow monitors
12 Schalter  12 switches
14 Wechselspannungsverteilung  14 AC voltage distribution
16 Schalteinheiten 16 switching units
18 Gleichrichter  18 rectifiers
20 nachrichtentechnische Komponente  20 communications components
22 Batteriewechselrichter 22 battery inverters
24 Energiespeicher  24 energy storage
26 Schutztechnik 26 Protection technology
28 TENAB Schaltung  28 TENAB circuit
30 Gleichrichter 30 rectifiers
32 Wechselrichter  32 inverters
34 Generator  34 generator

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Umspannanlage mit 1. Substation with
einem eine Wechselspannungsverteilung von einem Energieversorgungsnetz trennenden Schalter,  a switch separating an AC voltage distribution from a power supply network,
einem Anschluss einer sekundärtechnischen Schalteinheit an die  a connection of a secondary switching unit to the
Wechselspannungsverteilung,  AC voltage distribution,
einem Anschluss eines Batteriewechselrichters eines Energiespeichers an die Wechselspannungsverteilung,  a connection of a battery inverter of an energy store to the AC voltage distribution,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Schalter bei einem Abfall einer eingangsseitigen Spannung unter einen unteren Grenzwert öffnet,  that the switch opens when a voltage drops below a lower limit,
dass der Batteriewechselrichter abhängig von der Schalterstellung des Schalters eine Frequenz der Wechselspannungsverteilung vorgibt und  that the battery inverter specifies a frequency of the alternating voltage distribution depending on the switch position of the switch and
dass ein netzgeführter Wechselrichter abhängig von der Frequenz der  that a grid-controlled inverter depends on the frequency of the
Wechselspannungsverteilung eine elektrische Leistung eines Generators in die Wechselspannungsverteilung einspeist.  AC voltage distribution feeds an electrical power of a generator into the AC voltage distribution.
2. Umspannanlage nach Anspruch 1, 2. substation according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
ein Transformator primärseitig an ein Energi e ver s orgungsnetz und  a transformer on the primary side to an energy supply network and
sekundärseitigen an den Schalter angeschlossen ist, wobei der Transformator insbesondere ein Eigenbedarfstransformator ist.  is connected on the secondary side to the switch, the transformer being, in particular, an in-house transformer.
3. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 3. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Wechselspannungsverteilung eine zumindest dreiphasige  that the AC voltage distribution is at least three-phase
Drehstromverteilung ist. Three-phase distribution is.
4. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 4. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die sekundärtechnische Schalteinheit zumindest ein Schutzleitmodul oder eine F eldanschalteinheit, insbesondere umfassend eine Feldeinheit und/oder ein Schutzmodul, umfasst.  that the secondary technical switching unit comprises at least one protective control module or one field switching unit, in particular comprising a field unit and / or a protective module.
5. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 5. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die sekundärtechnische Schalteinheit Schaltgeräte umfasst, mit denen primärtechnische Schaltanlagen angesteuert werden.  that the secondary technical switching unit includes switching devices with which primary technical switchgear is controlled.
6. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 6. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass eine Mehrzahl von sekundärtechnischen Schalteinheiten an die  that a plurality of secondary switching units to the
Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist.  AC voltage distribution is connected.
7. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 7. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass eine Kommunikationstechnik, insbesondere nachrichtentechnische  that communication technology, especially communications technology
Komponenten und/oder leittechnische Komponenten über einen ersten  Components and / or I&C components via a first
Gleichrichter an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist.  Rectifier is connected to the AC voltage distribution.
8. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 8. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass eine Schutztechnik über einen zweiten Gleichrichter an die  that protection technology is connected to the via a second rectifier
Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist.  AC voltage distribution is connected.
9. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 9. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schutztechnik und/oder Leittechnik in der Feldebene abhängig von einer Spannung und/oder einer Frequenz In der Wechselspannungsverteilung oder abhängig von einem Ladezustand des Energiespeichers und/oder abhängig von einem Ladezustand eines unmittelbar an der Schutztechnik und/odercharacterized, that the protection technology and / or control technology in the field level is dependent on a voltage and / or a frequency in the AC voltage distribution or is dependent on a state of charge of the energy store and / or is dependent on a state of charge of one directly on the protection technology and / or
Leittechnik angeordneten Energiespeichers abschaltbar ist. Control technology arranged energy storage can be switched off.
10. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 10. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der erste Gleichrichter eine erste Ausgangsspannung hat und/oder dass der zweite Gleichrichter eine zweite, von der ersten Ausgangsspannung verschiedene Ausgangsspannung hat, insbesondere dass die erste Ausgangsspannung eine erste Spannung ist und dass die zweite Ausgangsspannung eine höhere als die erste Spannung ist.  that the first rectifier has a first output voltage and / or that the second rectifier has a second output voltage that is different from the first output voltage, in particular that the first output voltage is a first voltage and that the second output voltage is higher than the first voltage.
11. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 11. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Energiespeicher ein Lithium-Ionen Speicher ist.  that the energy storage is a lithium-ion storage.
12. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 12. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zwischen der Wechselspannungsverteilung und dem  that between the AC voltage distribution and the
Energieversorgungsnetz ein Leistungsflusswächter angeordnet ist.  Power supply network a power flow monitor is arranged.
13. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 13. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Wechselspannungsverteilung Komponenten der Feldleitebene versorgt.  that the AC voltage distribution supplies components of the field control level.
14. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 14. Substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Batteriewechselrichter dreiphasig an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist. that the battery inverter is connected to the AC voltage distribution in three phases.
15. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 15. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest eine sekundärtechnische Schalteinheit dreiphasig an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist.  that at least one secondary switching unit is connected in three phases to the AC voltage distribution.
16. Umspannanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, 16. substation according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Generator eine Photovoltaikanlage umfasst.  that the generator comprises a photovoltaic system.
17. Verfahren zum Betreiben einer Umspannanlage bei dem 17. Method for operating a substation at the
eine Wechselspannungsverteilung von einem Energieversorgungsnetz durch einen Schalter getrennt wird,  an AC voltage distribution is separated from an energy supply network by a switch,
die Wechselspannungsverteilung durch einen Batteriewechselrichter eines Energiespeichers, der an die Wechselspannungsverteilung angeschlossen ist, gespeist wird und  the AC voltage distribution is fed by a battery inverter of an energy store, which is connected to the AC voltage distribution, and
eine sekundärtechnischen Schalteinheit über die Wechselspannungsverteilung gespeist wird,  a secondary switching unit is fed via the AC voltage distribution,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Schalter bei einem Abfall einer eingangsseitigen Spannung unter einen unteren Grenzwert geöffnet wird,  that the switch is opened if the input voltage drops below a lower limit,
eine Frequenz durch den Batteriewechselrichter abhängig von der  a frequency by the battery inverter depending on the
Schalterstellung des Schalters in der Wechselspannungsverteilung vorgegeben wird, und  Switch position of the switch is specified in the AC voltage distribution, and
elektrische Leistung eines Generators durch einen netzgeführten Wechselrichter abhängig von der vorgegebenen Frequenz in die Wechselspannungsverteilung eingespeist wird.  electrical power of a generator is fed into the AC voltage distribution depending on the predetermined frequency by a grid-guided inverter.
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