AT515353B1

AT515353B1 - Verfahren zum Anschluss von zweipoligen Schaltkreiselementen

Info

Publication number: AT515353B1
Application number: ATA50074/2014A
Authority: AT
Original assignee: Ait Austrian Inst Tech Gmbh
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2020-07-15
Also published as: AT515625B1; AT515625A1; AT515353A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschluss eines zweipoligen Schaltkreiselements, insbesondere eines Verbrauchers, eines Generators oder eines Akkumulators, an ein mehrphasiges Wechselspannungsnetzwerk, dadurch gekennzeichnet, dass a) zumindest zwei Spannungen (V1, ..., Vn) zwischen den Anschlüssen des Wechselspannungsnetzwerk, insbesondere für alle Phasen die Spannung (V1, ..., Vn) zwischen jeweils einer Phase und dem Nullleiter, ermittelt werden, b) dass eine Anzahl von Schaltkonfigurationen vorgegeben wird, mit der das Element an das Wechselspannungsnetzwerk anschließbar ist, wobei jene Schaltkonfiguration ausgewählt wird, bei der der Unterschied zwischen der größten ermittelten Spannung (V1, ..., Vn) und der kleinsten ermittelten Spannung unter allen möglichen Schaltkonfigurationen am geringsten ist, und c) dass die Spannungsmessung des Schritts a) in Zeitabständen wiederholt wird und die Auswahl der Schaltkonfiguration gemäß Schritt b) bei Änderung der ermittelten Spannungen wiederholt wird.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschluss eines zweipoligen Schaltkreiselements, insbesondere eines Verbrauchers an ein Wechselspannungsnetzwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiters betrifft die Erfindung eine Anordnung umfassend ein mehrphasiges Wechselspannungsnetzwerk und ein zweipoliges Schaltkreiselement, insbesondere ein Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.

[0002] Die Leistungsgrenze, ab der dezentrale Erzeugungsanlagen in Niederspannungsnetzen 3-phasig einspeisen müssen ist niedrig gehalten um die Spannungsanhebung zu begrenzen. Der Grund liegt darin, dass einphasige Erzeuger die sechsfache Spannungsanhebung als dreiphasige Erzeugungsanlagen verursachen. Somit wird das normative festgelegte Spannungsband stärker beansprucht und die anschließbare Leistung ist gering und die Netzaufnahmefähigkeit begrenzt. Neuerlich wurden verschiedenen Konzepte zur Spannungsregelung anhand einer Blind- bzw. Wirkleistungsregelung entwickelt, um die durch die Einspeisung verursachte Spannungsanhebung zu reduzieren. Auf Grund der eingeschränkten Wirksamkeit dieser Methoden in Niederspannungsnetzen und der Nebenwirkungen wie z.B. die Erhöhung der Netzverluste auf Grund des Blindleistungsbezugs bestehen erhebliche Nachteile. Aufgabe der Erfindung ist es, das benötigte Spannungsband bei allen Netzverhältnissen drastisch zu reduzieren.

[0003] Die Erfindung löst die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1. Bei einem Verfahren zum Anschluss eines zweipoligen Schaltkreiselements, insbesondere eines Verbrauchers, eines Generators oder eines Akkumulators, an ein mehrphasiges Wechselspannungsnetzwerk ist vorgesehen, dass zumindest zwei Spannungen (V4;, ..., Vn) zwischen den Anschlüssen des Wechselspannungsnetzwerk, insbesondere für alle Phasen die Spannung (V4, ..., Vn) zwischen jeweils einer Phase und dem Nullleiter, ermittelt werden,

b) dass eine Anzahl von Schaltkonfigurationen vorgegeben wird, mit der das Element an das Wechselspannungsnetzwerk anschließbar ist, wobei jene Schaltkonfiguration ausgewählt wird, bei der der Unterschied zwischen der größten ermittelten Spannung (V4, ..., VR) und der kleinsten ermittelten Spannung unter allen möglichen Schaltkonfigurationen am geringsten ist, und

c) dass die Spannungsmessung des Schritts a) in Zeitabständen wiederholt wird und die Auswahl der Schaltkonfiguration gemäß Schritt b) bei Anderung der ermittelten Spannungen wiederholt wird.

[0004] Eine besonders einfache Ermittlung der Phasenspannungen sieht vor, dass in Schritt a) jeweils diejenigen Spannungen (V4, ..., Vn) ermittelt werden, die bei den vorgegebenen Schaltkonfigurationen am jeweiligen Schaltkreiselement anliegen.

[0005] Alternativ kann vorgesehen sein, dass in Schritt a) die Phasenspannungen, nämlich die Spannungen (V4, ..., Van) zwischen dem Nullleiter und dem jeweiligen Phasenanschluss, ermittelt werden.

[0006] Eine bevorzugte Auswahl von möglichen Schaltkonfigurationen bei Mehrphasennetzwerken sieht vor, dass für jede Phase jeweils eine Schaltkonfiguration vorgegeben wird, wobei jeweils einer der Anschlüsse des Elements mit dem Nullleiter und der jeweils andere Anschluss des Elements mit der jeweiligen Phase verbunden wird.

[0007] Um momentane Spannungsschwankungen gegenüber langfristigen Spannungsschwankungen unter zu gewichten, kann vorgesehen sein, dass bei der Messung der Spannung (V-4, ..., Vn) jeweils ein über mehrere Sekunden bis Minuten gemittelter Wechselspannungsmittelwert ermittelt wird.

[0008] Sofern als zweipoliges Element ein Generator verwendet wird, kann vorgesehen sein, dass die Phase mit der geringsten Spannung gewählt wird und dass jeweils diejenigen Schaltkonfiguration ermittelt wird, bei der das zweipolige Element mit einem Anschluss an den Nullleiter und mit dem anderen Anschluss an die Phase mit der geringsten Spannung angeschlossen

wird.

[0009] Sofern als zweipoliges Element ein Verbraucher oder zu ladender Akkumulator verwendet wird, kann vorgesehen sein, dass jeweils diejenigen Schaltkonfiguration gewählt wird, bei der das zweipolige Element mit einem Anschluss an den Nullleiter und mit dem anderen Anschluss an die Phase mit der größten Spannung angeschlossen wird.

[0010] Eine besonders einfache und numerisch stabile und leicht umzusetzende Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die vom zweipoligen Element abgegebene oder aufgenommene Leistung (P) ermittelt wird und das Verhältnis zwischen der ermittelten Leistung (P) und einer für das Element vorgegebenen Nennleistung (Pmax) ermittelt wird, und eine Umschaltung nur dann vorgenommen wird, wenn

a) für den Fall, dass das Element ein Verbraucher oder ein zu ladender Akkumulator ist: max (V4, ..., Vn) -AV* P/ Pnax< VpH+ Viyst, oder b) für den Fall, dass das Element ein Erzeuger oder ein zu entladender Akkumulator ist: min (Vi, ..., Vn) + AV * P/ Pınax > VeH- Vhyst

wobei AV einen vorgegebenen Spannungsparameter zwischen 2% und 10% der Netzspannung bezeichnet, Vpy die Spannung an der aktuell gewählten Phase bezeichnet und VHysı eine Hysteresespannung bezeichnet, der höchstens 5% des Spannungsparameters AV aber nicht weniger als 1% der Netzspannung beträgt.

[0011] Eine bevorzugte Verwendung von Akkumulatoren zur Spannungsstabilisierungen sieht vor, dass als zweipoliges Element ein Akkumulator gewählt wird, der bei Überschreitung eines oberen Spannungsschwellenwerts durch eine der ermittelten Spannungen (V:, ..., V}) in einen Ladezustand gebracht wird und bei Unterschreitung eines unteren Spannungsschwellenwerts durch eine der ermittelten Spannungen (V-«, ..., VR) in einen Entladezustand gebracht wird.

[0012] Die Erfindung löst die Aufgabe bei einer Anordnung der eingangs genannten Art mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1. Bei einem Verfahren zum Anordnung umfassend ein mehrphasiges Wechselspannungsnetzwerk und ein zweipoliges Schaltkreiselement, insbesondere einen Verbraucher, einen Generator oder einen Akkumulator, ist vorgesehen, dass a) eine an das Wechselspannungsnetzwerk angeschlossene Messeinrichtung zur Messung von Spannungen (V:, ..., Vn) zwischen den Anschlüssen des Wechselspannungsnetzwerk, insbesondere der Spannung (V4, ..., Vn) zwischen jeweils einer Phase und dem Nullleiter für alle Phasen,

b) ein an das Wechselspannungsnetzwerk sowie an das Element angeschlossenes Schaltnetzwerk mit dem eine Anzahl von Schaltkonfigurationen einstellbar ist, mit der das Element an das Wechselspannungsnetzwerk abschließbar ist, sowie

c) eine an die Messeinheit und an das Schaltnetzwert angeschlossene Steuereinheit, die jene Schaltkonfiguration auswählt, bei der der Unterschied zwischen der größten ermittelten Spannung (V4, ..., Vn) und der kleinsten ermittelten Spannung unter allen möglichen Schaltkonfigurationen am geringsten ist, und die die Messeinrichtung wiederholt in vorgegebenen Zeitabständen triggert und die Auswahl der Schaltkonfiguration gegebenenfalls erneut veranlasst.

[0013] Eine besonders einfache Ermittlung der Phasenspannungen sieht vor, dass die Messeinheit jeweils diejenigen Spannungen (V4, ..., Vn) ermittelt, die bei den einzelnen Schaltkonfigurationen am jeweiligen Element anliegen.

[0014] Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Messeinheit die Phasenspannungen, nämlich die Spannungen (V4, ..., Vn) zwischen dem Nullleiter und dem jeweiligen Phasenanschluss, ermittelt.

[0015] Eine bevorzugte Auswahl von möglichen Schaltkonfigurationen bei Mehrphasennetzwerken sieht vor, dass das Schaltnetzwerk für jede Phase jeweils eine Schaltkonfiguration aufweist, bei der einer der Anschlüsse des Elements mit dem Nullleiter und der jeweils andere Anschluss des Elements mit der jeweiligen Phase verbunden ist.

[0016] Um momentane Spannungsschwankungen gegenüber langfristigen Spannungsschwan

kungen unter zu gewichten, kann vorgesehen sein, dass die Messeinheit bei der Messung der Spannung (V+, ..., Vn) Jeweils ein über mehrere Sekunden bis Minuten gemittelter Wechselspannungsmittelwert ermittelt.

[0017] Sofern als zweipoliges Element ein Generator verwendet wird, kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit diejenige Phase auswählt, die die geringste Spannung gegenüber dem Nullleiter aufweist wird und dass die Steuereinheit eine Schaltkonfiguration beim Schaltnetzwerk vornimmt, und das zweipolige Element mit einem Anschluss mit Nullleiter und den anderen Anschluss mit der Phase mit der geringsten Spannung verbindet.

[0018] Sofern als zweipoliges Element ein Verbraucher oder zu ladender Akkumulator verwendet wird, kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit diejenige Phase auswählt, die die größte Spannung gegenüber dem Nullleiter aufweist wird und dass die Steuereinheit eine Schaltkonfiguration beim Schaltnetzwerk vornimmt, und das zweipolige Element mit einem Anschluss mit Nullleiter und den anderen Anschluss mit der Phase mit der größten Spannung verbindet.

[0019] Eine besonders einfache und numerisch stabile und leicht umzusetzende Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Leistungsmesseinheit vorgesehen ist, die vom zweipoligen Element abgegebene oder aufgenommene Leistung (P) ermittelt und an die Steuereinheit übermittelt und das Verhältnis zwischen der ermittelten Leistung (P) und einer für das Element vorgegebenen Nennleistung (Pmax) ermittelt, wobei die Steuereinheit eine Umschaltung nur dann vornimmt, wenn

a) für den Fall, dass das Element ein Verbraucher oder ein zu ladender Akkumulator ist: max (V4, ..., Vn) - AV *P/ Pmax< VeH + Vhyst, oder

b) für den Fall, dass das Element ein Erzeuger oder ein zu entladender Akkumulator ist: min (V4, ..., Vn) + AV * P / Pınax > VpH- Viyst

[0020] Eine bevorzugte Verwendung von Akkumulatoren zur Spannungsstabilisierungen sieht vor, dass eine Umschaltung von der Steuereinheit nach einer einstellbaren fixen oder variablen Verzögerung (z.B. Zeit-invers Charakteristik) ausgeführt wird.

[0021] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der folgenden Zeichnungsfiguren dargestellt:

[0022] Fig. 1 zeigt schematisch eine mögliche Umschaltung zwischen einzelnen Phasen. [0023] Fig. 2 zeigt schematisch eine Anordnung zum Anschluss an ein Mehrphasennetzwerk.

[0024] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Vorgehensweise für Erzeuger 3 dargestellt und lediglich die Unterschiede für Verbraucher erörtert.

[0025] In Fig. 1 ist eine Anordnung 1 zur automatischen Phasenzuweisung einphasiger Erzeuger 3 oder auch einphasiger Verbrauchsanlagen oder Verbraucher im laufenden Betrieb bei dreiphasigen Anschlusspunkten dargestellt. Die Anordnung 1 ist zwischen Erzeuger 3 und an die drei Leiter L+, L2, L3 und den Neutralleiter N des Netzes 2 angeschlossen. Die andere Seite der Anordnung 1 hat zwei Anschlüsse L, N. Ein Anschluss des Erzeugers 3 ist an den Neutralleiter N angeschlossen, der andere Anschluss wird über eine Schalteinheit an je einen Leiter L4, L>», L3 des Netzes 2 angeschlossen. In der Fig. 1 ist das Schaltprinzip dargestellt. Zu jedem Zeitpunkt ist der Phasenanschluss L nur mit einer der Phasen L;, L2, L3 des Mehrphasennetzwerks 2 verbunden (L+4, L>, oder Ls).

[0026] Die Umschaltung erfolgt unter Berücksichtigung des mittels dreier Spannungsgeräte M;, M2, Ma gemessenen Spannungen V4, V2, Va auf den Phasen L4:, L>, L3. Ein Erzeuger 3 wird auf die Phase L;, L2, L3 mit der tiefsten Spannung zugeschaltet, um die Spannung an dieser Phase L4, L2z, L3 anzuheben und so eine möglichst kleine Spannungsanhebung am Einspeisepunkt zu

verursachen. Verbraucher - in den Figuren nicht dargestellt - werden auf die Phase mit der jeweils höchsten Spannung geschaltet. Durch die Umschaltung der Verbraucher 4 auf Phasen L4, L2, L3 mit höherer Spannung werden diese abgesenkt.

[0027] Speicher sind im Einspeisebetrieb genauso zu betrachten wie Erzeuger 3 und im Ladebetrieb wie Verbraucher.

[0028] Die Entscheidung, ob oder wann umgeschaltet werden soll, erfolgt auf Grund der Spannungsmessung mit den Messeinrichtungen M4, M>, Ms an den Phasen L+, L2, L3 und wird von einer Steuereinheit 5 getroffen. Der Steuereinheit 5 ist eine Schalteinheit 6 nachgeschaltet, die die Phasenumschaltung vornimmt. Ist der Spannungsunterschied zwischen der Spannung Vex der Phase in die aktuell eingespeist wird und der Spannung Vmin der Phase mit der geringsten Spannung größer als ein voreingestellter Spannungsparameter AV, wird der Anschluss des Erzeugers 3 auf die Phasen mit der geringsten Spannung Vmin umgeschaltet. Der Spannungsparameter AV wird dabei etwa auf einen Wert festgelegt, der der Auswirkung des Erzeugers 3 auf die Phasenspannung entspricht, d.h. auf die Differenz zwischen der Netzspannung vor und nach dem Anschluss des Erzeugers 3 an das Netz 2. Somit werden nur Umschaltungen durchgeführt, die tatsächlich zu einer Verbesserung führen.

[0029] Der Spannungsparameter AV kann auch im Rahmen einer Lernphase ermittelt werden, wodurch eine individuelle, standortabhängige und manuelle Konfiguration vermieden wird. In der Lernphase schaltet die Vorrichtung über einen definierten Zeitraum bei verschiedenen Leistungen um. Nach statistischer Auswertung kann die erreichbare Spannungsvariation in Abhängigkeit der Leistung ermittelt werden.

[0030] Die gesamte Anordnung 1 kann als eigenständiges Gerät vorgeschaltet oder in Erzeuger 3 oder in Verbrauchern integriert sein.

[0031] Insbesondere wird im Zuge des Lernvorgangs eine Hysterese-Spannung Vuysı: bestimmt, die 5 % des Spannungsparameters AV aber nicht weniger als 1% der Nennspannung beträgt. Für den Fall, dass das Element ein Verbraucher oder ein zu ladender Akkumulator ist, kann eine Umschaltung dann vorgenommen werden, wenn:

MaX (Va, .... Vn) - AV * P / Pınax < Vpu + VhHyst

[0032] Für den Fall, dass das Element ein Erzeuger 3 oder ein zu entladender Akkumulator ist, wird eine Umschaltung vorteilhaft dann vorgenommen, wenn:

min (Va, .... Vn) + AV * P / Pınax > VpH - VhHyst

[0033] Der vorgegebene Spannungsparameter AV liegt dabei zwischen 2 % und 10 % der Netzspannung. Die Spannung Ve entspricht der Spannung in der aktuell gewählten Phase. Vhyst entspricht, wie bereits erwähnt, der in der Leerphase ermittelten hysteresen Spannung.

[0034] C: Für die unterbrechungslose Umschaltung zwischen den Phasen wird eine Schaltung gemäß Fig. 3 verwendet, die eine Umschaltung mittels Thyristoren Th4., Th1,2, Th24, Th2,2, Tha., Tha,2 zeigt. Die Ansteuerung für die Thyristoren Th;., Th12, Th2+4, Th22, Thsa+4, Tha2 wird von einer Steuereinheit vorgenommen, die eine gegenseitige Verriegelung der Thyristoren Th4.4, Th4,2, Th24, Th2,2, Tha,1, Tha2 zur Vermeidung von Kurzschlüssen ermöglicht. Die Umschaltung zwischen den Phasen L;, L2, L3 erfolgt vorzugsweise bei gleichen Momentanwerten der Spannungen V+, V2, Va der betroffenen Phasen, wie in Fig. 3 in den Punkten U+; und U; dargestellt. Die Spannung VreH der jeweils ausgewählten Phase ist fett, die übrigen Phasenspannungen V4, Vz, Va schraffiert dargestellt. Dies entspricht einem Phasensprung von +120°, welches von modernen Erzeugern 3 nicht als Fehler gewertet wird. Bei Erzeugern 3, die den auftretenden Phasensprung von +120° nicht ohne Abschaltung durchfahren können, wird der Zustand der Schaltereinheit eingefroren, bis der Erzeuger 3 wieder im Einspeisebetrieb ist.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Anschluss eines zweipoligen Schaltkreiselements, insbesondere eines Verbrauchers, eines Generators oder eines Akkumulators, an ein mehrphasiges Wechselspannungsnetzwerk, wobei a) zumindest zwei Spannungen (V:, ..., Vn) zwischen den Anschlüssen des Wechselspan-

nungsnetzwerk, insbesondere für alle Phasen die Spannung (V-:, ..., Vn) zwischen jeweils einer Phase und dem Nullleiter, ermittelt werden,

b) dass eine Anzahl von Schaltkonfigurationen vorgegeben wird, mit der das Element an das Wechselspannungsnetzwerk anschließbar ist, wobei jene Schaltkonfiguration ausgewählt wird, bei der der Unterschied zwischen der größten ermittelten Spannung (V4;, ..., Vn) und der kleinsten ermittelten Spannung unter allen möglichen Schaltkonfigurationen am geringsten ist, und

c) dass die Spannungsmessung des Schritts a) in Zeitabständen wiederholt wird und die Auswahl der Schaltkonfiguration gemäß Schritt b) bei Anderung der ermittelten Spannungen wiederholt wird, dadurch gekennzeichnet, dass

die vom zweipoligen Element abgegebene oder aufgenommene Leistung (P) ermittelt wird

und das Verhältnis zwischen der ermittelten Leistung (P) und einer für das Element vorge-

gebenen Nennleistung (Pmax) ermittelt wird, und eine Umschaltung nur dann vorgenommen wird, wenn

- für den Fall, dass das Element ein Verbraucher oder ein zu ladender Akkumulator ist:

max (V4, ..., Vn) - AV *P/ Pmax< VeH + Vhyst, oder

- für den Fall, dass das Element ein Erzeuger oder ein zu entladender Akkumulator ist:

min (Vi, ..., Vn) + AV * P / Pınax > VpH- Viyst

wobei AV einen vorgegebenen Spannungsparameter zwischen 2% und 10% der Netz-

spannung bezeichnet, Vpy die Spannung an der aktuell gewählten Phase bezeichnet und

VHyst eine Hysteresespannung bezeichnet, der höchstens 5% des Spannungsparameters

AV aber nicht weniger als 1% der Netzspannung beträgt.

2, Verfahren nach Anspruch 1, wobei als zweipoliges Element ein Akkumulator gewählt wird, der bei Überschreitung eines oberen Spannungsschwellenwerts durch eine der ermittelten Spannungen (V4;, ..., VR) In einen Ladezustand gebracht wird und bei Unterschreitung eines unteren Spannungsschwellenwerts durch eine der ermittelten Spannungen (V4, ..., Vn) In einen Entladezustand gebracht wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen