WO2025026558A1 - Batteriespeicheranlage - Google Patents

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WO2025026558A1
WO2025026558A1 PCT/EP2023/071503 EP2023071503W WO2025026558A1 WO 2025026558 A1 WO2025026558 A1 WO 2025026558A1 EP 2023071503 W EP2023071503 W EP 2023071503W WO 2025026558 A1 WO2025026558 A1 WO 2025026558A1
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WO
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battery storage
storage system
unit
converter
converter units
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PCT/EP2023/071503
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg DORN
Sebastian SEMMLER
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/497—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode sinusoidal output voltages being obtained by combination of several voltages being out of phase

Definitions

  • the invention relates to a battery storage system for connection to an energy supply network and a method for operating a battery storage system.
  • One way to meet these challenges is to use electrical battery storage units (e.g. based on lithium-ion batteries) that are connected to the power grid via power converters.
  • the battery storage units can be charged; in the event of insufficient generation, energy can be taken from the battery storage units.
  • the battery storage units can be used to minimize frequency deviations in the event of grid faults that are associated with these frequency deviations.
  • the invention is based on the object of specifying a battery storage system and a method for operating a battery storage system which can be implemented cost-effectively.
  • a battery storage system for connection to an energy supply network with
  • each secondary winding being electrically connected to an AC terminal of one of the converter units
  • each converter unit is electrically connected to a battery storage unit.
  • This battery storage system can be implemented cost-effectively because only a single transformer is required for the (particularly large) number of converter units and the associated battery storage unit.
  • This transformer has a number of secondary windings so that the converter units can each be connected to a secondary winding.
  • the battery storage system can be easily adapted to a different number of battery storage units, especially when an existing battery storage system is expanded to include additional battery storage units.
  • the battery storage system is therefore easily scalable.
  • the battery storage system can be designed so that
  • the battery storage system can be designed so that
  • each secondary winding is assigned a (particularly separate) converter unit.
  • the number of converter units is therefore at least as large as the Number of secondary windings. This also enables a modular design of the battery storage system.
  • the battery storage system can be designed so that
  • the transformer has at least 4, in particular at least 10, secondary windings.
  • the transformer is in particular a multi-secondary winding transformer. This makes it possible to connect a larger number of battery storage units to an energy supply network using one transformer.
  • the battery storage system can be designed so that
  • the secondary windings each have a secondary voltage of essentially the same amplitude.
  • the secondary windings can therefore be designed in such a way that they each provide a secondary voltage of essentially the same amplitude. This simplifies the practical implementation of the battery storage system.
  • the battery storage system can be designed so that
  • each of the secondary windings has a different phase shift compared to the primary winding.
  • all secondary windings have a different phase position.
  • the phase shifts or phase positions of all secondary windings therefore differ from one another. This advantageously means that only comparatively low network perturbations occur when the battery storage system is in operation, and in particular comparatively few harmonics are generated. This means that no or only a few compensation measures (e.g. filters to filter out the harmonics) are necessary.
  • the battery storage system can be designed so that
  • the converter units each have controlled power semiconductor components, in particular IGBTs, MOSFETs or thyristors.
  • the converter units can be self-commutated If they are to be designed as power converter units, they will in particular have IGBTs or MOSFETs. However, the power converter units can also be designed as line-commutated power converter units, in which case they will in particular have thyristors. This means that the power converter units can be adapted to different requirements.
  • the battery storage system can be designed so that
  • the power semiconductor components are power semiconductor components based on silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN). This makes it possible to produce power converter units with only low electrical losses.
  • the battery storage system can be designed so that
  • a disconnector and/or an earthing switch is arranged between at least one, in particular all, of the secondary windings and the respective AC connection of the converter unit.
  • a disconnector-earthing combination device can be arranged. This simplifies, for example, maintenance of a battery storage unit that is out of service.
  • the battery storage system can be designed so that
  • the AC connections of the converter units can each be connected to their own secondary winding.
  • the AC connections of several converter units can be connected to a common secondary winding.
  • decoupling elements such as choke coils can be provided in order to dampen compensating processes between the converter units.
  • the battery storage system can be designed so that
  • At least one battery storage unit in particular several or all battery storage units, is connected to a (in particular separate) unit for generating renewable electrical energy. This makes it possible to charge the battery storage unit directly by means of the unit for generating renewable electrical energy.
  • the battery storage system can be designed so that
  • the unit for generating renewable electrical energy is a solar module unit.
  • the battery storage system can be designed so that
  • the solar module unit has a plurality of solar modules electrically connected in series.
  • the solar module unit can therefore have a series connection of solar modules.
  • the solar module unit can also have a plurality of series connections of solar modules, wherein these series connections are arranged in a parallel connection; these series connections therefore form a parallel connection.
  • the battery storage system can be designed so that
  • a DC-DC converter in particular a boost converter or a buck converter, is connected between the battery storage unit and the solar module unit. This allows the voltage of the battery storage unit and the voltage of the solar module unit to be matched even better.
  • the procedure can be carried out in such a way that
  • the battery storage unit is charged with electrical energy from the power grid, or
  • the battery storage unit is discharged and the electrical energy provided thereby is used to support the
  • the procedure can also be carried out in such a way that
  • the battery storage system and the method have the same or similar properties and/or advantages.
  • Figure 1 shows an example of a
  • Figure 2 shows an example of a
  • Figure 3 shows an example of a
  • Figure 4 shows an example of a
  • Figure 5 shows an example of a
  • Figure 1 shows an example of a
  • Battery storage system 1 is shown.
  • This Battery storage system 1 has a device 3 for connecting (grid connection) battery storage units 31 to an energy supply network 4.
  • the energy supply network 4 can be an alternating current energy supply network, in particular a medium-voltage alternating current energy supply network or a high-voltage alternating current energy supply network.
  • the device 3 for connecting to the grid has a transformer 9 with a transformer core 12, a primary winding 15 and m secondary windings 18_1 to 18_m.
  • the m secondary windings 18_1 to 18_m are electrically insulated from one another.
  • the m secondary windings 18_1 to 18_m are galvanically separated from one another.
  • the transformer has m secondary windings.
  • the transformer can have at least 4 secondary windings, preferably at least 10 secondary windings.
  • the transformer 9 can also have considerably more secondary windings, for example at least 20, at least 50 or at least 100 secondary windings.
  • the transformer is a multi-secondary winding transformer.
  • the m secondary windings 18_1 to 18_m each essentially have a secondary voltage with the same amplitude.
  • Each of the secondary windings 18_1 to 18_m has a different phase shift compared to the primary winding. This means that only a few harmonics are generated and only minimal network perturbations occur. This means that little or no compensation measures (e.g. filters) are necessary, which brings with it a cost advantage.
  • Each secondary winding 18 of the transformer is assigned a (separate) converter unit 22.
  • Each converter unit 22 has an alternating current connection 25 and a direct current connection 28.
  • the first secondary winding 18_1 is electrically connected to a AC connection 25_1 of a first converter unit 22_1; the first secondary winding 18_1 is therefore assigned to the first converter unit 22_1.
  • the second secondary winding 18_2 is electrically connected to an AC connection 25_2 of a second converter unit 22_2, etc.
  • the number of converter units 22 is therefore at least as large as the number of secondary windings 18.
  • a disconnector and/or a grounding switch 24_1 (particularly in the form of a disconnector-grounding combination device 24_1) is connected between the first secondary winding 18_1 and the AC connection 25_1 of the first power converter unit 22_1.
  • This disconnector and/or grounding switch 24_1 is optional and can also be omitted.
  • the disconnector and/or grounding switch 24_1 makes it possible to de-energize or ground the first power converter unit 22_1 and/or to disconnect the first battery storage unit 31_1 from the energy supply network 4 if necessary (for example during maintenance or repair).
  • the DC connection 28_1 of the first converter unit 22_1 can optionally be provided with a capacitor (not shown) for smoothing the DC voltage.
  • the direct current connection 28_1 of the first power converter unit 22_1 is electrically connected to the first battery storage unit 31_1.
  • the first power converter unit 22_1 supplies the first battery storage unit 31_1 with direct current or converts the direct current provided by the first battery storage unit 31_1 into alternating current.
  • the first converter unit 22_1 has controlled power semiconductor components (for example IGBTs, MOSFETs or thyristors).
  • the first converter unit 22_1 can form a self-commutated converter, in which case it has in particular IGBTs or MOSFETs.
  • the first converter unit 22 1 can also have a mains-commutated power converters (in which case it has thyristors in particular).
  • Power semiconductor components based on silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN) can be used as power semiconductor components.
  • other power semiconductor components can also be used as power semiconductor components, for example power semiconductor components based on silicon (Si).
  • the battery storage unit 31_1 can be implemented on the basis of accumulators (batteries), such as lithium-ion batteries. Such a battery storage unit 31_1 can in particular have a series connection of batteries. In the battery storage unit 31_1, several such series connections can also be connected in parallel.
  • accumulators such as lithium-ion batteries.
  • Such a battery storage unit 31_1 can in particular have a series connection of batteries. In the battery storage unit 31_1, several such series connections can also be connected in parallel.
  • the operation of the battery storage system 1 is explained below using the example of the first battery storage unit 31_1.
  • the other battery storage units 31_2 to 31_m are operated in a similar way.
  • the primary winding 15 of the transformer 9 is connected to the energy supply network 4.
  • the transformer 9 transforms the alternating voltage of the energy supply network 4 down to low voltage (for example to a voltage less than or equal to 1.5 kV or in particular less than or equal to 1 kV); an alternating current with this lower voltage is output at the first secondary winding 18_1.
  • the isolating switch 24_1 is closed; the grounding switch is open.
  • the alternating current is fed to the alternating current connection 25_1 of the first converter unit 22_1.
  • the first converter unit 22_1 converts the alternating current provided by the first secondary winding 18_1 into direct current and outputs the direct current at its direct current connection 28_1.
  • the direct current is optionally supplied by a Smoothing capacitor smoothed.
  • the direct current now flows to the first battery storage unit 31_1 and supplies this first battery storage unit 31_1 with electrical energy.
  • the first battery storage unit 31_1 is charged with this electrical energy.
  • the first battery storage unit 31_1 is discharged.
  • the electrical energy thus provided is transmitted to the first power converter unit 22_1 by means of a direct current.
  • the first power converter unit 22_1 converts the direct current provided by the first battery storage unit 31_1 into alternating current at low voltage potential.
  • the isolating switch 24_1 is closed; the grounding switch is open.
  • the alternating current now flows to the first secondary winding 18_1 of the transformer 9.
  • the transformer 9 transforms the low voltage of the alternating current up to the alternating voltage of the power supply network 4. Alternating current with this higher alternating voltage is transmitted to the power supply network 4. This alternating current can be used to support the power supply network 4, for example to counteract an undesirable frequency reduction in the power supply network.
  • the battery storage system 1 according to Figure 1 can be designed as a three-phase system, i.e. the first secondary winding 18_1, the first isolating switch/earthing switch 24_1, the first converter unit 22_1, the first battery storage unit 31_1, etc. can be designed as a three-phase system.
  • the first secondary winding 18_1, the first isolating switch/earthing switch 24_1, the first converter unit 22_1, the first battery storage unit 31_1, etc. can be designed as a three-phase system.
  • a so-called active front-end converter can also be used as the converter, which has a three-phase AC voltage connection.
  • converters based on Full-bridge modules and/or half-bridge modules especially modular multilevel power converters).
  • the second secondary winding 18_1 to the m-th secondary winding 18_m as well as the isolating switches/earthing switches 24, power converter units 22, battery storage units 31, etc. connected to these secondary windings 18 are constructed in the same way and/or function in the same way.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a battery storage system 1 in which the first battery storage unit 31_1 is connected to a first unit for generating renewable electrical energy 205_l via a first DC-DC converter 202_l.
  • the first battery storage unit 31_1 can be charged (exclusively or additionally) by means of the first unit for generating renewable electrical energy 205_l.
  • the first unit 205_l for generating renewable electrical energy is a first solar module unit 205_l.
  • another unit for generating renewable electrical energy can also be used, for example a fuel cell operated with regeneratively generated fuel.
  • the first solar module unit 205_l has a plurality of solar modules 207_l to 207_n, which are arranged in a series connection.
  • the solar module unit 205_l can optionally have further solar modules.
  • the further solar modules can, for example, form one or more further series connections of solar modules, wherein the one or more further series connections can each be connected in parallel to the series connection of the solar modules 207 1 to 207 n.
  • the first DC-DC converter 202_l is connected between the first battery storage unit 31_1 and the first solar module unit 205_l.
  • the first DC-DC converter 202_l is optional and can also be omitted.
  • the first DC-DC converter 202_l can be designed in particular as a step-up converter 202_l or a step-down converter 202_l.
  • the DC-DC converter 202_l makes it possible to adapt the direct voltage applied to the first solar module unit 205_l (i.e. the direct voltage provided by the first solar module unit 205_l) to the voltage of the first battery storage unit. This can be done by increasing or reducing the direct voltage applied to the first solar module unit 205_l by means of the DC-DC converter 202_l.
  • Figure 3 shows an exemplary embodiment of a battery storage system 1 in which the first direct current connection 28_1 of the first power converter unit 22_1 and the second direct current connection 28_2 of the second power converter unit 22_2 are electrically connected in series and thus form a series connection.
  • This series connection of the two direct current connections 28_1 and 28_2 is connected to the first battery storage unit 31_1.
  • the series connection adds together the direct voltages of the first power converter unit 22_1 and the second power converter unit 22_2 so that a higher direct voltage is applied to the first battery storage unit 31_1.
  • the first battery storage unit 31_1 can be charged to a higher direct voltage compared to the exemplary embodiment according to Figure 2.
  • Figures 4 and 5 each show an exemplary embodiment of a battery storage system 1 in which the first direct current connection 28_1 of the first power converter unit 22_1 and the second direct current connection 28_2 of the second power converter unit 22_2 are electrically connected in parallel and the parallel-connected direct current connections 28_1 and 28_2 are connected to the first battery storage unit 31_1.
  • the output direct currents of the first power converter unit 22_1 and the second power converter unit 22_2 are added together, so that the first battery storage unit 31_1 is supplied with a larger direct current.
  • the first battery storage unit 31_1 can be charged and/or discharged with a larger direct current compared to the exemplary embodiment according to Figure 2.
  • the embodiments of Figures 4 and 5 differ only in the wiring of the alternating current connections 25 of the power converter units.
  • the alternating current connections 25 of the power converter units are each connected to their own secondary winding.
  • the first alternating current connection 25_1 of the first power converter unit 22_1 is electrically connected to the first secondary winding 18_1; the first power converter unit 22_1 is therefore supplied with alternating current exclusively from the first secondary winding 18_1.
  • the second alternating current connection 25_2 of the second power converter unit 22_2 is electrically connected to the second secondary winding 18_2; the second power converter unit 22_2 is therefore supplied with alternating current exclusively from the second secondary winding 18_2.
  • the AC connections of the converter units are connected to a common secondary winding.
  • the first AC connection 25_1 of the first converter unit 22_1 is electrically connected to the first secondary winding 18_1; the second AC connection 25_2 of the second converter unit 22_2 is also electrically connected to the first secondary winding 18_1.
  • the first converter unit 22_1 and the second converter unit 22_2 are therefore both (exclusively) supplied with AC from the first secondary winding 18_1 or supply AC to the first secondary winding 18_1.
  • Electrical decoupling elements 503 here: choke coils
  • the AC connections and/or DC connections of more than two converter units can also be electrically connected in parallel.
  • a battery storage system and a method for operating a battery storage system have been described which can be implemented cost-effectively.
  • the battery storage system and the method are versatile and can easily be adapted to different requirements with regard to the number of battery storage units used and/or with regard to the direct currents and direct voltages used.
  • the battery storage system and the method have a number of advantages which are listed below.
  • a multi-secondary winding transformer with a number of isolated secondary windings is used.
  • the secondary windings each have a different phase shift compared to the primary winding. This enables grid-friendly behavior to be achieved, so that comparatively fewer harmonics occur and therefore no or significantly fewer filters are required.
  • a plurality of similar power converter units enables a modular design of the battery storage system.
  • a desired efficiency factor (cosine of the phase shift angle phi between current and voltage) can be set with respect to the power supply network, which in turn can make compensation devices required in other solutions superfluous.
  • Resonant switching power electronics modules can also be used to advantage with the converter units and/or DC-DC controllers.
  • the battery storage system described can be used flexibly and has a finely divided and redundant structure. For example, even if individual battery storage units fail, continued operation is possible, possibly with slightly lower performance and slightly worse network impact. Due to the large number of converter units, the individual converter units can each be operated with a comparatively low voltage. This means that they can be manufactured inexpensively. Power semiconductor components can also be used, particularly those based on silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN), which have only low electrical losses. If the voltage per converter unit is not significantly higher than 600V, for example, then power semiconductor components based on gallium nitride can advantageously be used.
  • SiC silicon carbide
  • GaN gallium nitride
  • the flexibility of the application possibilities of the battery storage system can be further increased if a series connection or a parallel connection of the power converter units is used, more precisely a series connection or a parallel connection of the AC connections and/or the DC connections of the power converter units.
  • power converter unit 24 Disconnectors, Earthing Switches, Disconnector-Earthing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Es wird eine Batteriespeicheranlage (1) zum Anschluss an ein Energieversorgungsnetz (4) offenbart, die einen Transformator (9) mit einer Primärwicklung (15) und einer Anzahl von Sekundärwicklungen (18_1... 18_m) aufweist. Die Batteriespeicheranlage (1) weist auch eine Anzahl von Stromrichtereinheiten (22_1... 22_m) auf, wobei jede Sekundärwicklung (18_1... 18_m) elektrisch mit einem Wechselstromanschluss (25_1... 25_m) einer der Stromrichtereinheiten (22_1... 22_m) verbunden ist. Jeweils ein Gleichstromanschluss (28_1... 28_m) der Stromrichtereinheiten (22_1... 22_m) ist elektrisch mit einer Batteriespeichereinheit (31_1... 31_m) verbunden.

Description

Beschreibung
Batterie Speicheranlage
Die Erfindung betri f ft eine Batteriespeicheranlage zum Anschluss an ein Energieversorgungsnetz und ein Verfahren zum Betreiben einer Batteriespeicheranlage .
Bei der elektrischen Energieerzeugung findet aktuell eine Verdrängung von rotierenden Maschinen durch Einrichtungen zur Erzeugung von erneuerbarer Energie (wie zum Beispiel Solarenergie ) statt , wobei die Einrichtungen zur Erzeugung von erneuerbarer Energie über leistungselektronische Schaltungen an ein elektrisches Energieversorgungsnetz angeschlossen sind . Dadurch ergeben sich verschiedene Heraus forderungen, wie z . B . volatilere Einspeiseleistungen und geringere Momentanreserven im Energieversorgungsnetz .
Eine Möglichkeit diesen Heraus forderungen zu begegnen ist der Einsatz von elektrischen Batteriespeichereinheiten ( z . B . basierend auf Lithium- Ionen-Akkus ) , die über Stromrichter an das Energieversorgungsnetz angeschlossen sind . Im Fall von überschüssiger Energieerzeugung können die Batteriespeichereinheiten geladen werden, im Fall von zu geringer Erzeugung kann Energie aus den Batteriespeichereinheiten entnommen werden . Außerdem können die Batteriespeichereinheiten genutzt werden, um im Fall von Fehlern im Netz , die mit Frequenzabweichungen verbunden sind, diese Frequenzabweichungen zu minimieren .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine Batteriespeicheranlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Batteriespeicheranlage anzugeben, die kostengünstig realisiert werden können .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Batteriespeicheranlage und durch ein Verfahren nach den unabhängigen Patentansprüchen . Vorteilhafte Ausgestaltungen der Batteriespeicheranlage und des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben .
Of fenbart wird eine Batteriespeicheranlage zum Anschluss an ein Energieversorgungsnetz mit
- einem Trans formator mit einer Primärwicklung und einer Anzahl von Sekundärwicklungen,
- einer Anzahl von Stromrichtereinheiten, wobei j ede Sekundärwicklung elektrisch mit einem Wechselstromanschluss einer der Stromrichtereinheiten verbunden ist , und
- j eweils ein Gleichstromanschluss der Stromrichtereinheiten elektrisch mit einer Batteriespeichereinheit verbunden ist . Diese Batteriespeicheranlage ist kostengünstig realisierbar, weil für die ( insbesondere große ) Anzahl an Stromrichtereinheiten und die zugehörigen Batteriespeichereinheit nur ein einziger Trans formator benötigt wird . Dieser Trans formator weist eine Anzahl von Sekundärwicklungen auf , so dass die Stromrichtereinheiten j eweils mit einer Sekundärwicklung verbunden sein können .
Es handelt sich also um eine modular aufgebaute Batteriespeicheranlage . Dadurch kann die Batteriespeicheranlage einfach an eine unterschiedliche Anzahl von Batteriespeichereinheiten angepasst werden, insbesondere bei einer Erweiterung einer bereits bestehenden Batteriespeicheranlage um weitere Batteriespeichereinheiten . Die Batteriespeicheranlage ist also gut skalierbar .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- die Sekundärwicklungen untereinander galvanisch getrennt sind . Dies ermöglicht einen einfachen modularen Aufbau auch für verschiedene Anzahlen an Batteriespeichereinheiten .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- j eder Sekundärwicklung eine ( insbesondere eigene ) Stromrichtereinheit zugeordnet ist . Die Anzahl der Stromrichtereinheiten ist also mindestens so groß wie die Anzahl der Sekundärwicklungen . Auch dies ermöglicht einen modularen Aufbau der Batteriespeicheranlage .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- der Trans formator mindestens 4 , insbesondere mindestens 10 , Sekundärwicklungen aufweist .
Der Trans formator ist insbesondere ein Multi- Sekundärwicklungstrans formator . Dadurch ist es möglich, mit einem Trans formator auch eine größere Anzahl an Batteriespeichereinheiten an ein Energieversorgungsnetz anzuschließen .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- die Sekundärwicklungen j eweils im Wesentlichen eine Sekundärspannung gleicher Amplitude aufweisen . Die Sekundärwicklungen können also so ausgestaltet sein, dass sie j eweils im Wesentlichen eine Sekundärspannung gleicher Amplitude bereitstellen . Dies vereinfacht die praktische Realisierung der Batteriespeicheranlage .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- j ede der Sekundärwicklungen eine andere Phasenverschiebung gegenüber der Primärwicklung aufweist . Mit anderen Worten gesagt , weisen alle Sekundärwicklungen eine andere Phasenlage auf . Die Phasenverschiebungen bzw . Phasenlagen aller Sekundärwicklungen unterscheiden sich also voneinander . Dadurch treten vorteilhafterweise beim Betrieb der Batteriespeicheranlage nur vergleichsweise geringe Netzrückwirkungen auf , insbesondere entstehen vergleichsweise wenige Oberwellen . Dadurch sind keine oder nur wenige Kompensationsmaßnahmen ( z . B . Filter zur Aus filterung der Oberwellen) notwendig .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- die Stromrichtereinheiten j eweils gesteuerte Leistungshalbleiterbauelemente aufweisen, insbesondere IGBTs , MOSFETs oder Thyristoren . Dabei können die Stromrichtereinheiten als selbstgeführte Stromrichtereinheiten ausgestaltet sein, dann weisen sie insbesondere IGBTs oder MOSFETs auf . Die Stromrichtereinheiten können aber auch als netzgeführte Stromrichtereinheiten ausgestaltet sein, dann weisen sie insbesondere Thyristoren auf . Dadurch können die Stromrichtereinheiten an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- die Leistungshalbleiterbauelemente Leistungshalbleiterbauelemente auf Basis von Sili ziumkarbid ( SiC ) oder Galliumnitrid ( GaN) sind . Dadurch können Stromrichtereinheiten realisiert werden, die nur geringe elektrische Verluste aufweisen .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- zwischen mindestens einer, insbesondere aller, der Sekundärwicklungen und dem j eweiligen Wechselstromanschluss der Stromrichtereinheit ein Trennschalter und/oder ein Erdungsschalter angeordnet ist . Es kann insbesondere eine Trenner-Erder-Kombinationseinrichtung angeordnet sein . Dies vereinfacht beispielsweise eine Wartung einer außer Betrieb befindlichen Batteriespeichereinheit .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- mehrere Stromrichtereinheiten parallelgeschaltet sind und die parallelgeschalteten Stromrichtereinheiten mit der Batteriespeichereinheit verbunden sind, oder
- mehrere Stromrichtereinheiten elektrisch in Reihe geschaltet sind und die elektrisch in Reihe geschalteten Stromrichtereinheiten mit der Batteriespeichereinheit verbunden sind .
Im Falle der Parallelschaltung können dadurch ( insbesondere bei einheitlichen/gleichartigen Stromrichtereinheiten) größere Ströme bereitgestellt werden . Dabei können die Wechselstromanschlüsse der Stromrichtereinheiten j eweils mit einer eigenen Sekundärwicklung verbunden sein . Alternativ können die Wechselstromanschlüsse mehrerer Stromrichtereinheiten mit einer gemeinsamen Sekundärwicklung verbunden sein . Im letzteren Fall können insbesondere Entkopplungselemente wie zum Beispiel Drosselspulen vorgesehen sein, um Ausgleichsvorgänge zwischen den Stromrichtereinheiten zu dämpfen .
Im Falle der Reihenschaltung der Stromrichtereinheiten können dadurch ( insbesondere bei einheitlichen/gleichartigen Stromrichtereinheiten) größere Gleichspannungen für die j eweilige Batteriespeichereinheit bereitgestellt werden .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- mindestens eine Batteriespeichereinheit , insbesondere mehrere oder alle Batteriespeichereinheiten, mit einer ( insbesondere j eweils eigenen) Einheit zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie verbunden ist . Dies ermöglicht es , die Batteriespeichereinheit unmittelbar mittels der Einheit zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie auf zuladen .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- die Einheit zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie eine Solarmoduleinheit ist .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- die Solarmoduleinheit eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteter Solarmodule aufweist . Die Solarmoduleinheit kann also eine Reihenschaltung von Solarmodulen aufweisen . Die Solarmoduleinheit kann auch mehrere Reihenschaltungen von Solarmodulen aufweisen, wobei diese Reihenschaltungen in einer Parallelschaltung angeordnet sind; diese Reihenschaltungen bilden also eine Parallelschaltung .
Die Batteriespeicheranlage kann so ausgestaltet sein, dass
- zwischen der Batteriespeichereinheit und der Solarmoduleinheit ein DC-DC-Wandler , insbesondere ein Hochset zsteller oder ein Tief set zsteller, geschaltet ist . Dadurch können die Spannung der Batteriespeichereinheit und die Spannung der Solarmoduleinheit noch besser aneinander angepasst werden .
Of fenbart wird weiterhin ein
Verfahren zum Betreiben einer an ein Energieversorgungsnetz angeschlossenen Batteriespeicheranlage mit
- einem Trans formator mit einer Primärwicklung und einer Anzahl von Sekundärwicklungen,
- einer Anzahl von Stromrichtereinheiten, wobei j ede Sekundärwicklung elektrisch mit einem Wechselstromanschluss einer der Stromrichtereinheiten verbunden ist , und wobei
- j eweils ein Gleichstromanschluss der Stromrichtereinheiten elektrisch mit einer Batteriespeichereinheit verbunden ist , wobei bei dem Verfahren
- aus dem Energieversorgungsnetz stammende elektrische Energie über den Trans formator und eine der Stromrichtereinheiten zu der j eweiligen
Batteriespeichereinheit übertragen wird oder
- elektrische Energie aus einer der Batteriespeichereinheiten über die j eweilige Stromrichtereinheit und den Trans formator zu dem Energieversorgungsnetz übertragen wird .
Das Verfahren kann so ablaufen, dass
- die Batteriespeichereinheit mit der aus dem Energieversorgungsnetz stammenden elektrischen Energie aufgeladen wird, oder
- die Batteriespeichereinheit entladen wird und die dadurch bereitgestellte elektrische Energie zur Stützung des
Energieversorgungsnetzes zu dem Energieversorgungsnetz übertragen wird .
Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass
- von einer Solarmoduleinheit elektrische Energie bereitgestellt wird und die Batteriespeichereinheit mit dieser elektrischen Energie aufgeladen wird . Die Batteriespeicheranlage und das Verfahren weisen gleiche oder gleichartige Eigenschaften und/oder Vorteile auf .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Gleiche Bezugs zeichen verweisen dabei auf gleiche oder gleich wirkende Elemente . Dazu ist in
Figur 1 ein Aus führungsbeispiel einer
Batteriespeicheranlage , in
Figur 2 ein Aus führungsbeispiel einer
Batteriespeicheranlage mit Solarmoduleinheiten, in
Figur 3 ein Aus führungsbeispiel einer
Batteriespeicheranlage , bei der die Gleichstromanschlüsse zweier Stromrichtereinheiten in einer Reihenschaltung geschaltet sind, in
Figur 4 ein Aus führungsbeispiel einer
Batteriespeicheranlage , bei der die Gleichstromanschlüsse zweier Stromrichtereinheiten parallelgeschaltet sind, und in
Figur 5 ein Aus führungsbeispiel einer
Batteriespeicheranlage , bei der die Wechselstromanschlüsse zweier Stromrichtereinheiten und die Gleichstromanschlüsse der beiden Stromrichtereinheiten j eweils parallelgeschaltet sind, dargestellt .
In Figur 1 ist ein Aus führungsbeispiel einer
Batteriespeicheranlage 1 dargestellt . Diese Batteriespeicheranlage 1 weist eine Vorrichtung 3 zur Anbindung (Netzanbindung) von Batteriespeichereinheiten 31 an ein Energieversorgungsnetz 4 auf . Das Energieversorgungsnetz 4 kann ein Wechselstrom-Energieversorgungsnetz sein, insbesondere ein Mittelspannungs-Wechselstrom- Energieversorgungsnetz oder ein Hochspannungs-Wechselstrom- Energieversorgungsnetz .
Die Vorrichtung 3 zur Netzanbindung weist einen Trans formator 9 mit einem Trans formatorkern 12 , einer Primärwicklung 15 und m Sekundärwicklungen 18_1 bis 18_m auf . Dabei sind die m Sekundärwicklungen 18_1 bis 18_m gegeneinander elektrisch isoliert . Die m Sekundärwicklungen 18_1 bis 18_m sind untereinander galvanisch getrennt .
Im Allgemeinen weist der Trans formator m Sekundärwicklungen auf . Beispielsweise kann der Trans formator mindestens 4 Sekundärwicklungen aufweisen, vorzugsweise mindestens 10 Sekundärwicklungen . Der Trans formator 9 kann aber auch wesentlich mehr Sekundärwicklungen aufweisen, beispielsweise mindestens 20 , mindestens 50 oder mindestens 100 Sekundärwicklungen . Der Trans formator ist ein Multi- Sekundärwicklungstrans formator .
Die m Sekundärwicklungen 18_1 bis 18_m weisen j eweils im Wesentlichen eine Sekundärspannung mit gleicher Amplitude auf . Jede der Sekundärwicklungen 18_1 bis 18_m weist eine andere Phasenverschiebung gegenüber der Primärwicklung auf . Dadurch entstehen nur wenig Oberwellen, es treten nur geringe Netzrückwirkungen auf . Dadurch sind keine oder nur wenige Kompensationsmaßnahmen ( z . B . Filter ) notwendig, was einen Kostenvorteil mit sich bringt .
Jeder Sekundärwicklung 18 des Trans formators ist eine ( eigene ) Stromrichtereinheit 22 zugeordnet . Jede Stromrichtereinheit 22 weist einen Wechselstromanschluss 25 und einen Gleichstromanschluss 28 auf . So ist zum Beispiel die erste Sekundärwicklung 18_1 elektrisch mit einem Wechselstromanschluss 25_1 einer ersten Stromrichtereinheit 22_1 verbunden; die erste Sekundärwicklung 18_1 ist also der ersten Stromrichtereinheit 22_1 zugeordnet . Die zweite Sekundärwicklung 18_2 ist elektrisch mit einem Wechselstromanschluss 25_2 einer zweiten Stromrichtereinheit 22_2 verbunden usw . Die Anzahl der Stromrichtereinheiten 22 ist also mindestens so groß wie die Anzahl der Sekundärwicklungen 18 .
Zwischen der ersten Sekundärwicklung 18_1 und dem Wechselstromanschluss 25_1 der ersten Stromrichtereinheit 22_1 ist ein Trennschalter und/oder ein Erdungsschalter 24_1 ( insbesondere in Form einer Trenner-Erder- Kombinationseinrichtung 24_1 ) geschaltet . Dieser Trennschalter und/oder Erdungsschalter 24_1 ist optional und kann auch weggelassen werden . Der Trennschalter und/oder Erdungsschalter 24_1 ermöglicht es , bei Bedarf ( zum Beispiel bei einer Wartung oder Reparatur ) die erste Stromrichtereinheit 22_1 stromlos zu schalten oder zu erden und/oder die erste Batteriespeichereinheit 31_1 von dem Energieversorgungsnetz 4 zu trennen .
Der Gleichstromanschluss 28_1 der ersten Stromrichtereinheit 22_1 kann optional mit einem (nicht dargestellten) Kondensator zur Glättung der Gleichspannung versehen sein .
Der Gleichstromanschluss 28_1 der ersten Stromrichtereinheit 22_1 ist elektrisch mit der ersten Batteriespeichereinheit 31_1 verbunden . Die erste Stromrichtereinheit 22_1 versorgt die erste Batteriespeichereinheit 31_1 mit Gleichstrom oder wandelt den von der ersten Batteriespeichereinheit 31_1 bereitgestellten Gleichstrom in Wechselstrom .
Die erste Stromrichtereinheit 22_1 weist gesteuerte Leistungshalbleiterbauelemente (beispielsweise IGBTs , MOSFETs oder Thyristoren) auf . Dabei kann die erste Stromrichtereinheit 22_1 einen selbstgeführten Stromrichter bilden, dann weist sie insbesondere IGBTs oder MOSFETs auf .
Die erste Stromrichtereinheit 22 1 kann aber auch einen netzgeführten Stromrichter bilden ( dann weist sie insbesondere Thyristoren auf ) . Als Leistungshalbleiterbauelemente können Leistungshalbleiterbauelemente auf Basis von Sili ziumkarbid ( SiC ) oder Galliumnitrid ( GaN) eingesetzt sein . Als Leistungshalbleiterbauelemente können aber auch andere Leistungshalbleiterbauelemente eingesetzt sein, beispielsweise Leistungshalbleiterbauelemente auf Basis von Sili zium ( Si ) .
Die Batteriespeichereinheit 31_1 kann auf Basis von Akkumulatoren (Akkus ) , wie beispielsweise Lithium- Ionen- Akkus , realisiert sein . Eine solche Batteriespeichereinheit 31_1 kann insbesondere eine Reihenschaltung von Akkus aufweisen . Bei der Batteriespeichereinheit 31_1 können auch mehrere derartige Reihenschaltungen parallelgeschaltet sein .
Im Folgenden wird der Betrieb der Batteriespeicheranlage 1 am Beispiel der ersten Batteriespeichereinheit 31_1 erläutert . Die anderen Batteriespeichereinheiten 31_2 bis 31_m werden gleichartig betrieben .
Die Primärwicklung 15 des Trans formators 9 ist mit dem Energieversorgungsnetz 4 verbunden . Beim Ladevorgang der ersten Batteriespeichereinheit 31_1 trans formiert der Trans formator 9 die Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes 4 auf Niederspannung herunter (beispielsweise auf eine Spannung kleiner als oder gleich 1 , 5 kV oder insbesondere kleiner als oder gleich 1 kV) ; an der ersten Sekundärwicklung 18_1 wird ein Wechselstrom mit dieser niedrigeren Spannung ausgegeben . Der Trennschalter 24_1 ist geschlossen; der Erdungsschalter ist geöf fnet . Der Wechselstrom wird zu dem Wechselstromanschluss 25_1 der ersten Stromrichtereinheit 22_1 geleitet . Die erste Stromrichtereinheit 22_1 wandelt den von der ersten Sekundärwicklung 18_1 bereitgestellten Wechselstrom in Gleichstrom und gibt an ihrem Gleichstromanschluss 28_1 den Gleichstrom aus . Der Gleichstrom wird optional von einem Glättungskondensator geglättet . Der Gleichstrom fließt nun zu der ersten Batteriespeichereinheit 31_1 und versorgt diese erste Batteriespeichereinheit 31_1 mit elektrischer Energie . Die erste Batteriespeichereinheit 31_1 wird mit dieser elektrischen Energie aufgeladen .
Beim Entladevorgang wird die erste Batteriespeichereinheit 31_1 entladen . Die dadurch bereitgestellte elektrische Energie wird mittels eines Gleichstroms zu der ersten Stromrichtereinheit 22_1 übertragen . Die erste Stromrichtereinheit 22_1 wandelt den von der ersten Batteriespeichereinheit 31_1 bereitgestellten Gleichstrom in Wechselstrom auf Niederspannungspotential . Der Trennschalter 24_1 ist geschlossen; der Erdungsschalter ist geöf fnet . Der Wechselstrom fließt nun zu der ersten Sekundärwicklung 18_1 des Trans formators 9 .
Der Trans formator 9 trans formiert die Niederspannung des Wechselstroms auf die Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes 4 herauf . Wechselstrom mit dieser höheren Wechselspannung wird zu dem Energieversorgungsnetz 4 übertragen . Dieser Wechselstrom kann zur Stützung des Energieversorgungsnetzes 4 verwendet werden, beispielsweise um einer unerwünschten Frequenzabsenkung in dem Energieversorgungsnetz entgegenzuwirken .
Die Batteriespeicheranlage 1 gemäß Figur 1 kann dreiphasig ausgebildet sein, d . h . die erste Sekundärwicklung 18_1 , der erste Trennschalter/Erdungsschalter 24_1 , die erste Stromrichtereinheit 22_1 , die erste Batteriespeichereinheit 31_1 usw . können dreiphasig ausgebildet sein . In diesem Fall sind dann beispielsweise drei Sekundärwicklung 18_1 vorhanden, die z . B . in Sternschaltung geschaltet sein können . In diesem Fall kann als Stromrichter insbesondere auch ein sogenannter Active-Frontend-Stromrichter eingesetzt werden, der einen dreiphasigen Wechselspannungsanschluss aufweist . Alternativ können auch Stromrichter auf Basis von Vollbrückenmodulen und/oder Halbbrückenmodulen ( insbesondere modulare Multilevel-Stromrichter ) verwendet werden .
Die zweite Sekundärwicklung 18_1 bis m-te Sekundärwicklung 18_m sowie die an diesen Sekundärwicklungen 18 j eweils angeschlossenen Trennschalter/Erdungsschalter 24 , Stromrichtereinheiten 22 , Batteriespeichereinheiten 31 usw . sind gleichartig auf gebaut und/oder funktionieren gleichartig .
In Figur 2 ist ein Aus führungsbeispiel einer Batteriespeicheranlage 1 dargestellt , bei dem die erste Batteriespeichereinheit 31_1 über einen ersten DC-DC-Wandler 202_l mit einer ersten Einheit zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie 205_l verbunden ist . Dadurch kann die erste Batteriespeichereinheit 31_1 ( ausschließlich oder zusätzlich) mittels der ersten Einheit zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie 205_l aufgeladen werden . Im Aus führungsbeispiel ist die erste Einheit 205_l zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie eine erste Solarmoduleinheit 205_l . In anderen Aus führungsbeispielen kann aber auch eine andere Einheit zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie verwendet werden, beispielsweise eine mit regenerativ erzeugtem Brennstof f betriebene Brennstof f zelle .
Die ersten Solarmoduleinheit 205_l weist mehrere Solarmodule 207_l bis 207_n auf , die in einer Reihenschaltung angeordnet sind . Zusätzlich zu der Reihenschaltung der Solarmodule 207_l bis 207_n kann die Solarmoduleinheit 205_l optional noch weitere Solarmodule aufweisen . Die weiteren Solarmodule können beispielsweise eine oder mehrere weitere Reihenschaltungen von Solarmodulen bilden, wobei die eine oder mehrere weitere Reihenschaltungen j eweils parallelgeschaltet sein können zu der Reihenschaltung der Solarmodule 207 1 bis 207 n . Zwischen der ersten Batteriespeichereinheit 31_1 und der ersten Solarmoduleinheit 205_l ist der erste DC-DC-Wandler 202_l geschaltet . Der erste DC-DC-Wandler 202_l ist optional und kann auch weggelassen werden .
Der erste DC-DC-Wandler 202_l kann insbesondere als ein Hochset zsteller 202_l oder ein Tief set zsteller 202_l ausgestaltet sein . Der DC-DC-Wandler 202_l ermöglicht es , die an der ersten Solarmoduleinheit 205_l anliegende Gleichspannung ( d . h . die von der ersten Solarmoduleinheit 205_l bereitgestellte Gleichspannung) an die Spannung der ersten Batteriespeichereinheit anzupassen . Dies kann dadurch erfolgen, dass die an der ersten Solarmoduleinheit 205_l anliegende Gleichspannung mittels des DC-DC-Wandlers 202_l vergrößert oder verkleinert wird .
In Figur 3 ist ein Aus führungsbeispiel einer Batteriespeicheranlage 1 dargestellt , bei dem der erste Gleichstromanschluss 28_1 der ersten Stromrichtereinheit 22_1 und der zweite Gleichstromanschluss 28_2 der zweiten Stromrichtereinheit 22_2 elektrisch in Reihe geschaltet sind und somit eine Reihenschaltung bilden . Diese Reihenschaltung der beiden Gleichstromanschlüsse 28_1 und 28_2 ist mit der ersten Batteriespeichereinheit 31_1 verbunden . Durch die Reihenschaltung addieren sich die Gleichspannungen der ersten Stromrichtereinheit 22_1 und der zweiten Stromrichtereinheit 22_2 , so dass an der ersten Batteriespeichereinheit 31_1 eine größere Gleichspannung anliegt . Dadurch kann - verglichen mit dem Aus führungsbeispiel nach Figur 2 - die erste Batteriespeichereinheit 31_1 auf eine höhere Gleichspannung aufgeladen werden . Dies ermöglicht es , einheitliche Stromrichtereinheiten bei Bedarf an unterschiedlich große Gleichspannungen der Batteriespeichereinheit anzupassen . Die optionalen Trennschalter, Erdungsschalter, Hochset zsteller und/oder Tief set zsteller sind in dieser und in den folgenden Figuren der Aus führungsbeispiele der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden, sie können aber auch bei diesen Aus führungsbeispielen eingesetzt werden . Bei anderen Aus führungsbeispielen können auch die Gleichstromanschlüsse von mehr als zwei Stromrichtereinheiten elektrisch in Reihe geschaltet sein .
In den Figuren 4 und 5 ist j eweils ein Aus führungsbeispiel einer Batteriespeicheranlage 1 dargestellt , bei dem der erste Gleichstromanschluss 28_1 der ersten Stromrichtereinheit 22_1 und der zweite Gleichstromanschluss 28_2 der zweiten Stromrichtereinheit 22_2 elektrisch parallelgeschaltet sind und die parallelgeschalteten Gleichstromanschlüsse 28_1 und 28_2 mit der ersten Batteriespeichereinheit 31_1 verbunden sind . Durch die Parallelschaltung der Gleichstromanschlüsse der Stromrichtereinheiten addieren sich die Ausgangs- Gleichströme der ersten Stromrichtereinheit 22_1 und der zweiten Stromrichtereinheit 22_2 , so dass die erste Batteriespeichereinheit 31_1 mit einem größeren Gleichstrom beaufschlagt wird . Dadurch kann - verglichen mit dem Aus führungsbeispiel nach Figur 2 - die erste Batteriespeichereinheit 31_1 mit einem größeren Gleichstrom geladen und/oder entladen werden .
Die Aus führungsbeispiele der Figuren 4 und 5 unterscheiden sich lediglich in der Verschaltung der Wechselstromanschlüsse 25 der Stromrichtereinheiten . Bei dem Aus führungsbeispiel der Figur 4 sind die Wechselstromanschlüsse 25 der Stromrichtereinheiten j eweils mit einer eigenen Sekundärwicklung verbunden . So ist der erste Wechselstromanschluss 25_1 der der ersten Stromrichtereinheit 22_1 mit der ersten Sekundärwicklung 18_1 elektrisch verbunden; die erste Stromrichtereinheit 22_1 wird also ausschließlich von der ersten Sekundärwicklung 18_1 mit Wechselstrom versorgt . Der zweite Wechselstromanschluss 25_2 der zweiten Stromrichtereinheit 22_2 ist mit der zweiten Sekundärwicklung 18_2 elektrisch verbunden; die zweite Stromrichtereinheit 22_2 wird also ausschließlich von der zweiten Sekundärwicklung 18_2 mit Wechselstrom versorgt . Bei dem Aus führungsbeispiel der Figur 5 sind im Unterschied dazu die Wechselstromanschlüsse der Stromrichtereinheiten mit einer gemeinsamen Sekundärwicklung verbunden . So ist der erste Wechselstromanschluss 25_1 der ersten Stromrichtereinheit 22_1 mit der ersten Sekundärwicklung 18_1 elektrisch verbunden; der zweite Wechselstromanschluss 25_2 der der zweiten Stromrichtereinheit 22_2 ist auch mit der ersten Sekundärwicklung 18_1 elektrisch verbunden . Die erste Stromrichtereinheit 22_1 und die zweite Stromrichtereinheit 22_2 werden also beide ( ausschließlich) von der ersten Sekundärwicklung 18_1 mit Wechselstrom versorgt oder geben Wechselstrom an die erste Sekundärwicklung 18_1 ab . An den Wechselstromanschlüssen der Stromrichtereinheiten sind dabei elektrische Entkopplungselemente 503 (hier : Drosselspulen) angeordnet , um die Höhe von gegebenenfalls fließenden Ausgleichsströmen zwischen den Stromrichtereinheiten 22_1 und 22_2 zu begrenzen .
Bei anderen Aus führungsbeispielen können auch die Wechselstromanschlüsse und/oder Gleichstromanschlüsse von mehr als zwei Stromrichtereinheiten elektrisch parallelgeschaltet sein .
Es wurde eine Batteriespeicheranlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Batteriespeicheranlage beschrieben, die kostengünstig realisiert werden können . Die Batteriespeicheranlage und das Verfahren sind vielseitig einsetzbar und können leicht an verschiedene Anforderungen bezüglich der Anzahl der verwendeten Batteriespeichereinheiten und/oder bezüglich der verwendeten Gleichströme und Gleichspannungen angepasst werden . Die Batteriespeicheranlage und das Verfahren weisen eine Reihe von Vorteilen auf , die nachstehend aufgeführt sind .
Es wird nur ein einziger Trans formator benötigt . Daher können auch Anlagen mit großer elektrischer Leistung mit einem vergleichsweise geringen Materialeinsatz und daher geringen Kosten realisiert werden . Die Anzahl von ggf . eingesetzten Leistungsschaltern ist insbesondere auch entsprechend gering . Die Anzahl benötigter Leistungshalbleiter ist insbesondere ebenfalls vergleichsweise gering, da zumindest im Fall von einphasigen Sekundärwicklungen ( Sekundäreinwicklungssystemen) keine große Zahl von dreiphasigen Stromrichtern benötigt wird .
Es wird ein Multi-Sekundärwicklungstrans formator mit einer Mehrzahl an isolierten Sekundärwicklungen verwendet . Die Sekundärwicklungen weisen j eweils eine unterschiedliche Phasenverschiebung gegenüber der Primärwicklung auf . Dadurch kann ein netz freundliches Verhalten realisiert werden, so dass vergleichsweise weniger Oberschwingungen auftreten und daher keine oder deutlich weniger Filter benötigt werden .
Eine Mehrzahl an gleichartigen Stromrichtereinheiten ermöglicht einen modularen Aufbau der Batteriespeicheranlage .
Bei Verwendung von selbstgeführten Stromrichtereinheiten ( die auch höherpulsig betrieben werden können) kann ein gewünschter Wirkfaktor (Kosinus des Phasenverschiebungswinkels phi zwischen Strom und Spannung) bezüglich des Energieversorgungsnetzes eingestellt werden, was wiederum bei anderen Lösungen erforderliche Kompensationsvorrichtungen überflüssig machen kann . Bei den Stromrichtereinheiten und/oder DC-DC-Stellern sind auch mit Vorteil resonant-schaltende Leistungselektronikmodule einsetzbar .
Die beschriebene Batteriespeicheranlage ist flexibel einsetzbar und weist einen feinstufigen und redundanten Aufbau auf . Beispielsweise ist auch bei Aus fall von einzelnen Batteriespeichereinheiten ein Weiterbetrieb möglich, gegebenenfalls mit geringfügig geringerer Leistung und geringfügig schlechterer Netzrückwirkung . Durch die große Anzahl von Stromrichtereinheiten können die einzelnen Stromrichtereinheiten j eweils mit einer vergleichsweise geringen Spannung betrieben werden . Dadurch können sie preisgünstig hergestellt werden . Es können dabei auch Leistungshalbleiterbauelemente zum Einsatz kommen, insbesondere solche auf Basis von Sili ziumkarbid ( SiC ) oder Galliumnitrid ( GaN) , die nur geringe elektrische Verluste aufweisen . Wenn die Spannung pro Stromrichtereinheit zum Beispiel nicht wesentlich höher ist als 600V, dann können vorteilhafterweise Leistungshalbleiterbauelemente auf Basis von Galliumnitrid verwendet werden .
Die Flexibilität der Einsatzmöglichkeiten der Batteriespeicheranlage kann noch zusätzlich vergrößert werden, wenn eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung der Stromrichtereinheiten angewendet wird, genauer gesagt eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung der Wechselstromanschlüsse und/oder der Gleichstromanschlüsse der Stromrichtereinheiten .
Bei für Batteriespeichereinheiten ( insbesondere bezüglich Fehlerbeherrschung, Wartung, Spannungssymmetrierung etc . ) günstigen (Nieder- ) Spannungen kann eine integrierte Anlage höherer Leistung für den Direktanschluss an das Energieversorgungsnetz realisiert werden .
Be zugs Zeichen :
1 Batteriespeicheranlage
3 Vorrichtung zur Netzanbindung der Batterie speichereinhei ten
4 Energieversorgungsnetz
9 Trans formator
12 Trans formatorkern
15 Primärwicklung
18 Sekundärwicklung
22 Stromrichtereinheit 24 Trennschalter, Erdungsschalter, Trenner-Erder-
Komb Ina tionseinrichtung
25 Wechselstromanschluss
28 Gleichstromanschluss 31 Batteriespeichereinheit
202 DC-DC-Wandler , Hochset zsteller, Tief set zsteller
205 Einheit zur Erzeugung regenerativer elektrischer
Energie , Solarmoduleinheit
207 Solarmodul 503 Entkopplungselement , Drosselspule

Claims

Patentansprüche
1. Batteriespeicheranlage (1) zum Anschluss an ein Energieversorgungsnetz (4) mit
- einem Transformator (9) mit einer Primärwicklung (15) und einer Anzahl von Sekundärwicklungen ( 18 1 ... 18_m) ,
- einer Anzahl von Stromrichtereinheiten ( 22 1 ... 22_m) , wobei jede Sekundärwicklung ( 18 1 ... 18_m) elektrisch mit einem Wechselstromanschluss (25_1 ... 25_m) einer der Stromrichtereinheiten (22_1 ... 22_m) verbunden ist, und
- jeweils ein Gleichstromanschluss ( 28 1 ... 28_m) der Stromrichtereinheiten (22_1 ... 22_m) elektrisch mit einer Batteriespeichereinheit ( 31 > 1 ... 31_m) verbunden ist.
2. Batteriespeicheranlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Sekundärwicklungen ( 18 1 ... 18_m) untereinander galvanisch getrennt sind.
3. Batteriespeicheranlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- jeder Sekundärwicklung ( 18 1 ... 18_m) eine Stromrichtereinheit (22_1 ... 22_m) zugeordnet ist.
4. Batteriespeicheranlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Transformator mindestens 4, insbesondere mindestens 10, Sekundärwicklungen ( 18 > 1 ... 18_m) aufweist.
5. Batteriespeicheranlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Sekundärwicklungen ( 18 1 ... 18_m) jeweils im Wesentlichen eine Sekundärspannung gleicher Amplitude aufweisen .
6. Batteriespeicheranlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- jede der Sekundärwicklungen ( 18 1 ... 18_m) eine andere Phasenverschiebung gegenüber der Primärwicklung (15) aufweist .
7. Batteriespeicheranlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Stromrichtereinheiten (22_1 ... 22_m) jeweils gesteuerte Leistungshalbleiterbauelemente aufweisen, insbesondere IGBTs, MOSFETs oder Thyristoren.
8. Batteriespeicheranlage (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Leistungshalbleiterbauelemente Leistungshalbleiterbauelemente auf Basis von Siliziumkarbid oder Galliumnitrid sind.
9. Batteriespeicheranlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- zwischen mindestens einer, insbesondere aller, der Sekundärwicklungen ( 18 1 ... 18_m) und dem jeweiligen Wechselstromanschluss (25_1 ... 25_m) der Stromrichtereinheit (22_1 ... 22_m) ein Trennschalter und/oder ein Erdungsschalter (24_1 ... 24_m) angeordnet ist.
10. Batteriespeicheranlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- mehrere Stromrichtereinheiten (22_1, 22_2) parallelgeschaltet sind und die parallelgeschalteten Stromrichtereinheiten (22_1, 22_2) mit der Batteriespeichereinheit ( 31_1 ) verbunden sind, oder
- mehrere Stromrichtereinheiten (22_1, 22_2) elektrisch in Reihe geschaltet sind und die elektrisch in Reihe geschalteten Stromrichtereinheiten (22_1, 22_2) mit der Batteriespeichereinheit ( 31_1 ) verbunden sind.
11. Batteriespeicheranlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- mindestens eine Batteriespeichereinheit (31_1) , insbesondere mehrere oder alle Batteriespeichereinheiten, mit einer Einheit zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie (205_l) verbunden ist.
12. Batteriespeicheranlage (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Einheit zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie (205_l) eine Solarmoduleinheit ist.
13. Batteriespeicheranlage (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Solarmoduleinheit eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteter Solarmodule aufweist.
14. Batteriespeicheranlage (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass
- zwischen der Batteriespeichereinheit und der Solarmoduleinheit ein DC-DC-Wandler , insbesondere ein Hochset zsteller oder ein Tief set zsteller (34_1 ... 34_m) , geschaltet ist.
15. Verfahren zum Betreiben einer an ein
Energieversorgungsnetz (4) angeschlossenen Batteriespeicheranlage (1) mit
- einem Transformator (9) mit einer Primärwicklung (15) und einer Anzahl von Sekundärwicklungen ( 18 1 ... 18_m) ,
- einer Anzahl von Stromrichtereinheiten ( 22 1 ... 22_m) , wobei jede Sekundärwicklung ( 18 1 ... 18_m) elektrisch mit einem Wechselstromanschluss (25_1 ... 25_m) einer der Stromrichtereinheiten (22_1 ... 22_m) verbunden ist, und wobei - jeweils ein Gleichstromanschluss ( 28 1 ... 28_m) der Stromrichtereinheiten (22_1 ... 22_m) elektrisch mit einer Batteriespeichereinheit ( 31 > 1 ... 31_m) verbunden ist, wobei bei dem Verfahren
- aus dem Energieversorgungsnetz (4) stammende elektrische Energie über den Transformator (9) und eine der Stromrichtereinheiten (22_1) zu der jeweiligen Batteriespeichereinheit ( 31_1 ) übertragen wird oder
- elektrische Energie aus einer der Batteriespeichereinheiten (31_1) über die jeweilige Stromrichtereinheit (22_1) und den Transformator (9) zu dem Energieversorgungsnetz (4) übertragen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Batteriespeichereinheit ( 31_1 ) mit der aus dem Energieversorgungsnetz (4) stammenden elektrischen Energie aufgeladen wird, oder
- die Batteriespeichereinheit ( 31_1 ) entladen wird und die dadurch bereitgestellte elektrische Energie zur Stützung des Energieversorgungsnetzes (4) zu dem Energieversorgungsnetz übertragen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass
- von einer Einheit zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie (205_l) , insbesondere von einer Solarmoduleinheit, elektrische Energie bereitgestellt wird und die Batteriespeichereinheit ( 31_1 ) mit dieser elektrischen Energie aufgeladen wird.
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