紧急备用设备和用于从上级能量供应网络断开本地能量分配网络的方法

摘要

本发明涉及一种用于连接上级能量供应网络(20)和本地能量分配网络(30)的紧急备用设备(10)，该紧急备用设备具有一个网络断开装置(11)，该网络断开装置通过至少两个串联连接的、分别带有配属的开关触点(113，116)的开关元件(111，114)将该本地能量分配网络(30)与该上级能量供应网络(20)相连接，以及带有一个孤立网络检测器(121)的一个本地能量供应装置(12)，该孤立网络检测器用于识别该本地能量分配网络(30)的孤立状况。该紧急备用设备(10)的突出之处在于，这两个开关元件中的第一开关元件(111)直接与该上级能量供应网络(20)连接以用于其控制并且这两个开关元件中的第二开关元件(114)与该本地能量供应装置(12)连接以用于其控制。此外，本发明涉及一种用于从上级能量供应网络(20)中断开本地能量分配网络(30)的方法。

说明书

本发明涉及一种用于连接一个上级能量供应网络与一个本地能量分配 网络的紧急备用设备。该紧急备用设备具有一个网络断开装置，该网络断 开装置通过至少两个串联连接的、分别带有配属的开关触点的开关元件将 该本地能量分配网络与该上级能量供应网络连接，或从该上级的能量供应 网络断开该本地能量分配网络。此外，该紧急备用设备还具有带有一个孤 立网络检测器(Inselnetzdetektor)的本地能量供应装置，该孤立网络检测 器用于识别该本地能量分配网络的孤立状况。此外，本发明涉及一种用于 从一个上级的能量供应网络断开该本地能量分配网络的方法。

在该上级的、必要时公开的能量供应网络不能提供这种能量的情况下， 紧急备用设备用于为在一个本地能量分配网络中的耗电器安排提供电能。 其原因例如可以是该上级能量供应网络的故障和/或干扰。为此，该紧急备 用设备具有该上述的断开装置，该断开装置在该上级能量供应网络的正常 运行中将该上级能量供应网络与该本地能量分配网络连接并且在该上级 能量供应网络的故障和/或干扰的情况下将该本地能量分配网络从该上级 能量供应网络断开。该本地能量分配网络断开后，该本地能量供应装置接 通该本地网络，以便能够继续向该耗电器安排供电。在此，该本地能量发 生装置尤其是一个逆变器，该逆变器与一个能量存储器(例如一个电池) 联接。例如由文献EP 1 956 483 A1和DE 20 2010 008 123 U1已知，此类 紧急备用设备用于从在通过该上级能量供应网络供应的情况下的正常运 行状态切换到在通过该本地能量发生器供应情况下的孤立运行状态。

此类本地能量供应装置在此通常具有一个孤立网络检测器，以便识别 该本地能量分配网络的孤立状况并且实施上述步骤。已知用于检测这种孤 立状况(“防孤岛检测”，AID)的方法，例如由文献EP 2 003 759 A1和EP  0 810 713 B1中已知。

在此类紧急备用设备的情况下出于安全原因要避免一种状况，在该状 况中该本地能量供应装置向该本地能量分配网络供电，同时该本地能量分 配网络仍然与该上级能量供应网络连接。在这种状况中，不再确保例如人 员的安全，这些人员在实际无电压的该上级能量供应网络处进行维护工 作。因此，通常提供的是，作为开关元件在该网络断开设备中设置所谓的 具有强制引导和反馈触点的保护器。在这些保护器的情况下确保，该反馈 触点然后并且仅当所有主要触点实际上断开时才闭合。该反馈触点然后与 该本地能量供应装置连接，其中该本地能量供应装置仅在闭合的反馈触点 的情况下向该本地能量供应网络供电。此外，经常设置两个串联连接的保 护器，以便通过冗余负责额外的安全。与常规的、不设有强制引导的保护 器(这些保护器也被称为“安装保护器”)相比，这些所谓的带有强制引 导的保护器一方面更昂贵，并且另一方面由其结构尺寸无法使用通常在室 内设施中使用的安装箱(“保险箱”，“室内子分配器”)。

因此，本发明的目的在于，提供一种紧急备用设备，该紧急备用设备 即使不具有带有强制引导和反馈触点的开关元件也可确保，在该本地网络 的能量供应能够通过该本地能量供应装置产生之前，该本地能量分配网络 以由这些相关规定要求的安全性从该上级能量供应网络断开。

该目的通过带有独立权利要求的相应特征的一种紧急备用设备或一种 用于从上级能量供应网络断开该本地能量分配网络的方法实现。有利的设 计和扩展方案在从属权利要求中说明。

一种根据本发明的开头所提类型的紧急备用设备的特征在于，该网络 断开装置的这两个开关元件中的第一开关元件直接与该上级能量供应网 络连接以用于其控制，并且该网络断开装置的这两个开关元件中的第二开 关元件与该本地能量供应装置连接以用于其控制。

当在该上级能量供应网络中该电压(保持电压)不再足够控制该开关 元件时，即当该上级能量供应网络出现故障时，通过该第一开关元件的控 制器与该上级能量供应网络的直接连接打开该第一开关元件。此刻已经存 在这两个网络的断开。这两个开关元件中的第二开关元件通过该本地能量 供应装置被控制，该本地能量供应装置通过该孤立网络检测器识别孤立网 络状况，并且相应地能够同样可靠地打开该第二开关元件(完全不依赖于 该第一开关元件的正确作用)。由此，关于该第一开关元件，确保经常由 电网运营者要求的“单次故障安全性(ein-Fehler-Sicherheit)”，而不必采用 强制引导的保护器。

在一种根据本发明的用于从一个上级能量供应网络中断开该本地能量 分配网络的方法的情况下，这两个所述的网络通过一个网络断开装置相连 接，该网络断开装置包括至少两个串联连接的、分别带有配属的开关触点 的开关元件。在此，这些开关元件的第一开关元件直接与该上级能量供应 网络连接以用于其控制。在该本地能量分配网络中至少存在一个本地能量 供应装置，该本地能量供应装置包括一个用于识别该本地能量分配网络的 孤立状况的孤立网络检测器以及一个内部的用于从该本地能量分配网络 断开该本地能量供应装置的开关元件。此外提供一个控制触点，该第二开 关元件通过该控制触点与该上级能量供应网络连接以用于其控制。在该方 法的情况下，该本地能量分配网络通过该孤立网络检测器监控一个孤立状 况的存在。如果识别一个孤立状况，则该第二开关元件的这些开关触点通 过打开这些控制触点被打开，并且该本地能量供应装置通过该内部的开关 元件从该本地能量分配网络中断开，以便打开该第一开关元件的这些开关 触点。

该方法以此方式确保关于该第二开关元件的“单次故障安全性”。如果 该上级能量供应网络通过该第二开关元件的断开不成功，则必须确保该第 一开关元件可靠地打开。为此，该本地能量供应装置不允许向该本地网络 中馈送，以便不为该第一开关元件产生保持电压并且该本地能量供应装置 为此从该本地能量分配网络断开。

该本地能量供应装置在理想情况下监控在该本地能量分配网络中的电 压的短暂的断裂(zusammenbricht)，以便确保可能存在的其他能量馈送器 (例如带有从属的逆变器的PV发电机)已经从该本地能量分配网络中断 开。这样确保该第一开关元件不再得到保持电压并且这样(即便在该第二 开关元件的错误行为的情况下)实现该本地能量分配网络从该上级能量供 应网络可靠地断开。

下面将通过一个实施例借助于三个附图来详细说明本发明。附图示出：

图1示出一个上级能量供应网络的细节图，一个本地能量分配网络通 过一个紧急备用设备连接到该上级能量供应网络；

图2示出图1中的该紧急备用设备的一个详细的示意图并且

图3示出用于一个紧急备用设备的一个断开装置的示意图。

图1在一个概略图中示意性地示出一个紧急备用设备10，该紧急备用 设备一方面与一个上级能量供应网络20并且另一方面与一个本地能量分 配网络30连接，除其他之外耗电器31连接到该本地能量分配网络。

从该上级能量供应网络20中仅仅示出一个区段、一个所谓的局部网络 23。通过一个中电压接口21和一个局部网络变压器22从上级向该本地网 络23供电。在该局部网络23处连接多个室内设施24。

在图1的右部详细地示出从一个室内递送点25开始的这些室内设施 24之一。该室内设施24包括该紧急备用设备10和该本地能量分配网络 30。在此，该紧急备用设备10具有一个网络断开装置11和一个本地能量 供应装置12，在此示例性地为带有连接的电池13的一个电池逆变器作为 能量存储器。该网络断开装置11由该本地能量供应装置12通过一个控制 线14控制。在该本地能量分配网络30中除了这些已经提到的耗电器31 另外设置一个带有配属的PV发电机33的光伏(PV)逆变器32。该PV 逆变器在此示例性地表示本地能量馈送器或发生器，这些本地能量馈送器 或发生器向一个存在的电网中馈送，但是不能独立地建立一个网络。任意 其他能量源的接入是可能的。

在图1中示例性地示出两个在该局部网络23内可能的网络故障状况。 两个状况都涉及一个由于该局部网络导线断开造成的网络故障。这种断开 能够例如无意地通过由于切断该局部网络电缆的建筑工作或在维护工作 期间发生。相对于该室内递送点25，一个示出的第一网络故障26的地点 相对于一个示出的第二网络故障27相对较远，该示出的第二网络故障直 接在空间上接近该室内递送点25发生。因此，该第一网络故障26也被称 作远程网络故障并且相应地该第二网络故障27被称作近程网络故障27。 在一个近程网络故障27的情况下存在从该室内递送点25看该上级能量供 应网络30的高阻抗的断开。在一个远程网络故障26的情况下从该室内递 送点25看还有一系列室内设施24同样连接在该分离的局部网络电缆处。 从该室内递送点25看，该远程网络故障26由于可能的大量的耗电器，在 该室内设施24内是低阻抗的或等于一个短路的局部网络电缆。

图2以框图详细地示出该紧急备用设备10的结构。该紧急备用设备 10一方面与该上级能量供应网络20并且另一方面与该本地能量分配网络 30连接。在图2中示例性地在此仅示出每两个连接导线，一个中性导体N 和一个相导体L1。显而易见，也能够提供一个中性导体N与三个分离的 相导线L1至L3以及必要时一个接地连接的一种三相的连接。在该上级能 量供应网络20与该本地能量分配网络30之间的连接中在一个网络断开装 置11的区域内，一个第一开关元件111和一个第二开关元件114安排为串 联连接。两个开关元件能够通过在此未示出的开关触点将这两个网络20、 30全极地断开。此外提供一个用于该上级能量供应网络20的网络监控单 元16，该网络监控单元在该上级能量供应网络20发生故障的情况下，在 成功断开该本地能量分配网络30和该上级能量供应网络20后继续监控该 上级能量供应网络20。在返回该上级能量供应网络20的情况下，这通过 该网络监控单元16发送信号到该本地能量供应装置12，使得在成功同步 在这两个网络20、30中的相位后使其再次彼此连接。

该本地能量供应装置12包括一个逆变器126，该逆变器与在此未示出 的电池13连接。在交流电流侧，一个内部的开关元件123(例如一个保护 器)连接在该逆变器126的下游并且是该本地能量分配网络的一个网络监 控器127。该逆变器126在交流电压侧通过该内部的开关元件123与该本 地能量分配网络30连接。该连接在此对应于这些网络20、30的设计同样 实施为单相的。显而易见，在多相的网络20、30的情况下该逆变器126 和到该本地能量分配网络30的连接也能够实施为多相的。

此外，该本地能量供应装置12包括一个数据获取装置125，该数据获 取装置与一个控制装置124连接。该数据获取器125从该逆变器126、该 网络监控器127和必要时从该第二开关元件114的一个反馈触点接收信息 (测量值，状态数据)，并且将这些信息提供给该控制装置124。在一个可 替代的设计中可能的是：该数据获取器125整合到该控制装置124中。该 控制装置124控制该紧急备用设备10的这些功能，尤其该逆变器32和这 些开关元件123、122。

作为该控制装置124的一个部分或可替代地也分离地实施，该本地能 量供应装置此外包括一个孤立网络检测器121。该孤立网络检测器在数据 技术上与该本地能量供应网络的网络监控器127连接，该网络监控器关于 对电压和频率的允许的极限值的网络条件进行监控。这些极限值部分地依 据国家而不同地预规定的。

该孤立网络检测器121能够识别在该本地能量供应网络30中存在的一 个孤立网络状况。为了识别一个存在的孤立网络状况，该孤立网络检测器 使用已知的防孤岛检测(AID)方法，为此该孤立网络检测器从该网络监 控器127通过数据获取器125获得这些必要的测量值(该连接的网络30 的电压、电流、频率)并且必要时对于一种有效的AID方法相应地控制该 逆变器126。

该孤立网络检测器121被这样调节，使得当发生一个近程网络故障27 (参见图1)时，也当存在一个远程网络故障26时，识别一个孤立网络状 况。一个孤立网络状况的检测转发该控制装置124，该控制装置通过一个 开关触点122这样控制该第二开关元件114，使得该第二开关元件打开。 直接通过该上级能量供应网络20控制并且打开该第一开关元件111，因为 没有为该第一开关元件提供保持电压。

当在该本地能量分配网络30中安排其他本地能量源时，例如在图1 中示出的带有PV逆变器32和PV发电机33的PV设备，要确保这些其他 本地能量源同样在存在一个孤立网络状况的情况下能够被断开。这能够例 如由此进行，使得该PV逆变器32具有一个类似于该孤立网络检测器121 的用于检测孤立网络状况的装置。可替代地也可以设想的是，该PV逆变 器32经由该紧急备用设备10的孤立网络检测器121来控制。

图3详细地示出了一个网络断开装置11的结构，例如像在图2的该紧 急备用设备10中可以使用的。

作为开关元件111和114，在此使用没有强制引导的保护器(所谓的 安装保护器)。由此有利地实现，该整个网络断开装置11可整合到常规的 “室内子分配器”(“保险箱”)中，而不用放弃安全标准。

这些网络20、30在图3中实施为三相的。这些开关元件111、114相 应地各自具有四个开关触点113、116。因此，这些开关元件111、114中 的每个全极地断开在这些网络20、30之间的连接。这两个开关元件111、 114的这些开关触点对于这些导线中的每个是串联连接的。

这些开关元件111、114具有控制线圈112、115。该第一开关元件111 的控制线圈112直接连接到该上级能量供应网络20。该第二开关元件114 的控制线圈115接合到该第一或第二开关元件111、114的这些开关触点 113或116之间的其供电电压，其中这些控制线圈通过该控制线14通过该 开关触点122在该本地能量供应装置12中引导。这两个开关元件是所谓 的“闭合器”，即如果没有足够大的电压(保持电压)施加在该开关元件 的控制线圈处，则这些开关触点是打开的(“常开的”)。

该第二开关元件114能够可选地配备有一个反馈触点(未示出)，该反 馈触点由该数据获取器125检测，其中然后设置的是，该逆变器126通过 该内部的开关元件123接入到该本地能量分配网络30中，只有当该反馈 触点发送一个该开关元件114的未致动的信号时，才能接通开关元件123。 这是一个额外的安全措施。

即使当根据在图3中的实施方式使用不具有强制引导的开关元件111、 114时，该示出的紧急备用设备10在这些开关元件111、114的功能方式 方面是“单次故障安全性”。

当该第一开关元件111的这些开关触点113中的一个或多个例如是焊 接的并且没有按规定打开，该开关元件114仍然通过控制该本地能量供应 装置12的控制触点122在识别一个孤立网络状况后打开。相反，当该第 二开关元件114的这些开关触点116中的一个或多个例如是焊接的并且没 有正确地打开，该开关元件111打开，因为由于该上级能量供应网络20 的故障没有为该控制线圈112提供保持电压。

在一个近程网络故障27(参见图1)的情况下能够发生一种情况，其 中在该本地能量供应网络30的情况下在接入的本地能量供应装置12的情 况下(加上可能的其他的能量发生器)本地的产生和消耗(通过这些耗电 器31)至少短暂地均衡。这样能够出现该情况：在该第二开关元件114的 错误的功能的情况下该第一开关元件111不打开，尽管该上级能量供应网 络20发生故障，因为该本地能量供应装置12产生用于这些控制线圈112 的保持电压。对于这种情况，该本地能量供应装置12通过该内部的开关 元件123从该本地能量分配网络30断开，以便从该第一开关元件111中可 靠地抽走该保持电压。

在该本地能量分配网络30中存在其他本地能量发生器的情况下，该本 地能量供应装置12能够借助于其网络监控器127确定该本地能量供应网 络30的电压断裂并且于是确保该第一开关元件111打开。额外地用这种措 施也可以捕捉这些控制触点122的一个错误的功能。如果这些控制触点即 使通过该能量供应装置的控制也不能打开，则通过该受控的电压降低确保 该第二开关元件114打开。该控制器到该上级能量供应网络的连接额外地 导致该第二开关元件只有在返回该上级能量供应网络的情况下才能够再 次被接通。

在该本地能量分配网络30成功地从该上级能量供应网络20中断开后， 该本地能量供应装置12能够借助于其内部的开关元件123再次接通并且 形成一个本地电压供应。该本地恢复的网络30也由该本地能量发生器32 识别，使得这同样再次接通并且馈送到该本地能量分配网络30。借助于该 上级能量供应网络16(图2)的网络监控器对该上级能量供应的返回进行 监控，使得(在该本地能量分配网络30关于电压和频率同步到该上级能 量供应网络20后)这两个网络20、30能够再次彼此连接。

附图标记列表

10   紧急备用设备

11   网络断开装置

111  第一开关元件

112  第一控制线圈

113  第一开关触点

114  第二开关元件

115  第二控制线圈

116  第二开关触点

117  反馈触点

12   本地能量供应装置

121  孤立网络检测器

122  控制触点

123  内部的开关元件

124  控制装置

125  数据获取

126  逆变器

127  本地能量分配网络的网络监控器

13   电池

14   控制线

16   上级能量供应网络的网络监控器

20   上级能量供应网络

21   中电压接口

22   局部网络变压器

23   局部网络

24   室内设施

25   室内递送点

26   远程网络故障

27   近程网络故障

30   本地能量分配网络

31   耗电器

32   PV逆变器

33   PV发电机