用于限制電網的電網支路中的電氣負載的方法和控制裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于限制電網（106）的電網支路（100）中的電氣負載的方法（700），其中電網支路（100）具有預定的最大負荷（701）。該方法（700）具有讀入步驟（702）、確定步驟（704）以及提供步驟（706）。在讀入步驟（702）中讀入電網信號（708）和供電信號（710）。電網信號（708）代表經由在電網支路（100）與電網（106）之間的接口（208）的電流的值和流向。供電信號（710）代表供給到電網支路（100）中的供給電流的值；在確定步驟（704）中使用電網信號（708）和供電信號（710）確定在電網支路（100）中的負載（712）。在提供步驟（706）中使用負載（712）和最大負荷（701）提供用于匹配供給電流和/或經由接口（208）的電流的控制信號（714），以便限制負載。
【專利說明】用于限制電網的電網支路中的電氣負載的方法和控制裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于限制電網的電網支路中的電氣負載的方法、相應的控制裝置、用于限制電網的電網支路中的電氣負載的系統以及一種相應的計算機程序產品。
【背景技術】
[0002]文獻DE102010006527A1描述了一種負載分布和/或供電分布的匹配。
【發明內容】
[0003]在該背景下，本發明按照獨立權利要求提出一種用于限制電網的電網支路中的電氣負載的方法，還有一種使用該方法的控制裝置、一種用于限制電網的電網支路中的電氣負載的系統以及最后一種相應的計算機程序產品。有利的設計方案來自于相應的從屬權利要求和隨后的描述。
[0004]電氣安裝設備設計用于在線路中的確定的最大通過電流。如果線路中的實際通過電流中期和長期地位于在最大值之上，那么線路可能發熱。在此存在燃燒危險。因此安裝設備的線路在電子安裝分壓器(ElektroinstalIat1ns-VerteiIer)中通過保險元件確保，該保險元件在中期地超過最大電流值的情況下中斷通過電流。
[0005]如果在線路內電流從供電位置流到用電位置，而在此不流過保險元件，那么可以過載該線路，而保險元件不可以影響。
[0006]通過檢測所有供給和流入到線路中的電流可以確定線路的實際負載。如果負載位于在最大值之上，可以如此匹配供電，從而使得又遵循最大值。
[0007]提出一種用于限制電網的電網支路中的電氣負載的方法，其中電網支路具有預定的最大負荷，其中所述方法具有以下步驟:
讀入電網信號和供電信號，其中電網信號代表經由在電網支路與電網之間的接口的電流的值和流向，而供電信號代表供給到電網支路中的供給電流的值；
使用電網信號和供電信號確定在電網支路中的負載；以及
使用負載和最大負荷提供用于匹配供給電流和/或經由接口的電流的控制信號，以便限制負載。
[0008]此外提出一種用于限制電網的電網支路中的電氣負載的控制裝置，其中電網支路具有預定的最大負荷，其中所述控制裝置具有以下特征:
用于讀入電網信號和供電信號的接口，其中電網信號代表經由在電網支路與電網之間的接口的電流的值和流向，而供電信號代表供給到電網支路中的供給電流的值；
用于使用電網信號和供電信號確定在電網支路中的負載的機構；以及用于使用負載和最大負荷提供用于匹配供給電流和/或經由接口的電流的控制信號以便限制負載的機構。
[0009]而且通過本發明的形式為控制裝置的實施方式變體可以快速和有效地解決作為本發明基礎的任務。
[0010]在此可以將控制裝置理解為一種電氣裝置，其處理傳感器信號并且根據此輸出控制信號和/或數據信號。控制裝置可以具有接口，該接口可以以硬件方式和/或以軟件方式構成。在以硬件方式構成的情況下所述接口可以是例如所謂的系統專用集成電路的一部分，該部分包含控制裝置的不同功能。然而也可能的是，所述接口是自身的集成電路或者至少部分有離散元件組成。在以軟件方式構成的情況下所述接口可以是軟件模塊，所述軟件模塊例如除了其他軟件模塊之外也存在于微控制器上。
[0011]此外還提出一種用于限制電網的電網支路中的電氣負載的系統，其中電網支路具有預定的最大負荷，其中所述系統具有以下特征:
用于檢測經由在電網支路與電網之間的接口的電流的值和/或流向的測量裝置，其中構造測量裝置，以便提供代表所述值和流向的電網信號；
用于檢測供給到電網支路中的供給電流的測量裝置，其中構造測量裝置，以便提供代表供給電流的供電信號；以及
按照在此提出的方法的控制裝置。
[0012]可以將電氣負載理解為電流的有效值。電網支路可以是低電壓組分壓器的電路。電網支路可以稱為端線。在通常的低電壓情況下電網支路的負荷也可以通過電網支路中的電氣視在功率表達，因為電壓通過電網預定。最大負荷可以代表在電網支路中的最大允許的通過電流。電網信號可以是數據信號。供電信號可以是數據信號。電網信號和/或供電信號和/或控制信號可以二級制地存在或提供。在電網支路與電網之間的接口可以是在電子安裝分壓器中的支線。負載可以代表電網支路中的當前視在功率的有效值。匹配可以是減小、保持相同或增大。
[0013]供電信號可以代表經由電網支路的輔助接口的供給電流。在單個接口的情況下可以快速和簡單地匹配供給電流。
[0014]該方法可以具有使用控制信號匹配供給電流的步驟。可以將匹配理解為供電的激活或解除。匹配也可以通過用于供電的目標值的減小、保持相同或增大實現。例如可以匹配用于供電裝置的調機器的參考變量。通過集成的匹配可以應用自身閉合的系統，簡單構成的元件可以連接到該系統。
[0015]控制裝置可以具有用于檢測經由在電網支路與電網之間的接口的電流的值和流向的測量裝置或者用于檢測供給到電網支路中的供給電流的測量裝置，其中控制裝置和測量裝置設置在一個共同的殼體中，其中構造測量裝置，以便提供代表所述值和所述流向的電網信號而構造第二測量裝置，以便提供代表供給電流的供電信號。通過系統的元件的集成該系統可以簡單地構成并且以較小的安裝成本連接。
[0016]控制裝置可以具有用于電子安裝分壓器的固定機構，其中尤其構造所述固定機構，以便固定在頂帽式導軌(Hutschiene)上。控制裝置可以設置在用于頂帽式導軌裝配的殼體中。通過固定機構可以快速、簡單和安全地裝配控制裝置。
[0017]有利地還提出一種具有程序代碼計算機程序產品，該程序代碼可以存儲在可由機器讀取的載體上例如半導體存儲器、硬盤存儲器或光盤存儲器，并且用于當所述程序產品在計算機或裝置上執行時實施根據上述實施形式之一所述的方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]以下根據附圖示例性地進一步描述本發明。其中:
圖1示出了連接到電網支路的供電裝置的方框圖；
圖2示出了按照本發明的一個實施例的用于限制電網的電網支路中的電氣負載的系統的方框圖；
圖3示出了按照本發明的另一實施例的用于限制電網的電網支路中的電氣負載的系統的方框圖；
圖4示出了按照本發明的另一實施例的用于限制電網的電網支路中的電氣負載的系統的方框圖；
圖5示出了按照本發明的實施例的具有集成的元件的用于限制的系統的方框圖；
圖6示出了按照本發明的實施例的具有多個控制的裝置的用于限制的系統的方框圖；
以及
圖7示出了按照本發明的實施例的用于限制電網的電網支路中的電氣負載的方法的流程圖。
[0019]在以下對本發明的有利的實施例的描述中，對于在不同附圖中示出的并且作用相似的元件使用相同或相似的附圖標記，其中省去了對這些元件的重復的描述。
【具體實施方式】
[0020]圖1示出了連接到電網支路100的供電裝置102的方框圖。電網支路100經由功率保護開關104與上級的電網106連接。功率保護開關104可以稱為保險元件。電網支路100具有多個插座108，其部分是占用的，并且也可以或者備選地包含另外的固定安裝的負載。電網支路100具有預定最大負荷。供電裝置102經由插座108中之一與電網支路100連接。至少一個負載110經由插座108中另一與電網支路100連接。供電裝置102在電網支路100中相比于負載110更近地在功率保護開關104上設置。
[0021]在此提出的方法涉及在住宅樓上至少一個光伏(PV)系統102與電網106的連接。在用于住宅樓上的PV系統的重要市場中由立法者預定的框架條件以用于安裝的主驅動器的入網價格的形式。該入網價格在最近的過去顯著下降，將進一步降低并且預計在幾年之后完全省去。該減小需要經濟上自給自足的系統。
[0022]如果供電價格位于在PV電流生產成本之下，那么可以通過具有大部分的自身消耗的PV電流的“生產成本“實現在”電流參考成本“的條件下的經濟性。
[0023]高的自身消耗可以通過存儲系統或以小的設備尺寸實現，其中產生的電流同時由負載110在同樣的家庭中完全消耗。因此對于部分市場產生太小的設備的趨勢。其中功率有關的安裝成本的部分高于在更大的設備的情況下。該“基本安裝成本“包括咨詢、計劃、從屋頂到計數器的管路敷設以及供電計數器和到電網106的連接。為了降低這些基本成本，可以使用能夠”即插即用“的系統，該系統對于終端顧客可以自己或盡可能自己安裝。
[0024]為了將電流供給到低壓電網106中，直接在建筑的中央配電器上的連接是可能的。通過在終端電路106中的插座108的供電與之相對地極大地降低了電子安裝成本。
[0025]”即插即用“模塊102具有用于連接到家用電網100中的每個插座108上的插頭。連接在沒有連線成本的情況下實現。
[0026]通過確定用于負載的正常插座108的供電首先與根據標準(DIN VDE0100-430:2010或IEC60364-4-43)要求的線路保護不可共存。問題是涉及的終端電路100中的潛在的功率過載。這在圖1中示出，并且在以下的列舉例子中闡明。在德國常見的設計是1.5平方毫米線路橫截面，以16安培的功率保護開關104 (保險自動裝置)確保。
[0027]如果例如負載110連接到插座108D5和D6，該負載總體上需要16安培以上的電流，那么通過功率保護開關104F2的觸發來防止在功率保護開關104F2與D3之間的線路112的過載。如果現在例如6安培的PV設備102供電到D3，那么共同地最大22安培可以連接到D5和D6，而不會觸發功率保護半導體104。但是在D3與D5之間的線路112以22安培是過載的。
[0028]以具有10安培的額定值的功率保護開關交換功率保護開關104是可考慮的解決方案，但是隨之帶來的缺點在于，在故障的供電的情況下功率保護104可能太早地觸發。例如晚上PV供電故障并且電路100持續地以13安培加載。對于線路112這在熱技術上是允許的，然而關斷功率保護104。
[0029]通過在此提出的方法，實現了 PV設備102到插座的連接，而線路不會過載。
[0030]圖2示出了按照本發明的一個實施例的用于限制在電網106的電網支路100中的電氣負載的系統200的方框圖。電網支路100相應于圖1中的電網支路并且具有預定的最大負荷，該預定的最大負荷通過功率保護開關104確定。系統200具有第一測量裝置202、第二測量裝置204和控制裝置206。構造第一測量裝置202，以便檢測經由在電網支路100與電網106之間的接口 208的電流的值和流向并且提供代表該值和流向的電網信號。第一測量裝置202設置在接口 208的區域中。第二測量裝置204設置在供電裝置102的供電線上。構造第二測量裝置204，以便檢測由供電裝置102供給到電網支路100中的供給電流并且提供代表該供給電流的供電信號。構造控制裝置206，以便將電網支路100中的電氣負載限制到預定的最大負荷。控制裝置206具有用于讀入的接口 210、用于確定的機構212和用于提供的機構214。構造接口 210，以便讀入電網信號和供電信號。構造用于確定的機構212，以便使用電網信號和供電信號確定在電網支路100中的負載。構造用于提供的機構214，以便使用負載和最大負荷提供用于匹配供給電流和/或經由接口 208的電流的控制信號，以便限制負載。在該實施例中，通過電網支路100擴展電網信號、供電信號和控制信號并且可以由此在電網支路100的每個位置截取。因此控制裝置206經由自由插座108與測量裝置202、204連接。測量裝置同樣通過電網支路100通信。控制信號通過電網支路100發送到限流器216，該限流器根據控制信號限制供給電流和/或經由接口 208的電流。在此可以或者限制供給電流或者限制經由接口 208的電流。同樣可以限制供給電流和經由接口208的電流。通過限制經由接口 208的電流可以在盡可能長的時間間隔上在最優運行中在最大功率輸出的情況下運行供電裝置102。同樣電網支路100可以在孤立運行中運行。
[0031]圖3示出了按照本發明的另一實施例的用于限制電網106的電網支路100中的電氣負載的系統200的方框圖。系統200相應于在圖2中的系統。相比于圖2，用于檢測經由在電網支路100與電網106之間的接口 208的電流的值和流向的第一測量裝置202是控制裝置206的組成部分。如在圖2中那樣，構造第一測量裝置202，以便提供代表該值和流向的電網信號。控制裝置206和第一測量裝置202設置在一個共同的殼體中。
[0032]圖4示出了按照本發明的另一實施例的用于限制電網106的電網支路100中的電氣負載的系統200的方框圖。系統200相應于在圖2中的系統。相比于圖2，用于檢測供給到電網支路100中的供給電流的第二測量裝置204是控制裝置206的組成部分。如在圖2中那樣，構造第二測量裝置204，以便提供代表該供給電流的供電信號。控制裝置206和第二測量裝置204設置在一個共同的殼體中。
[0033]在一個實施例中，控制裝置206具有用于電子安裝分壓器的固定機構。構造所述固定機構，以便比如將功率保護開關固定在電子安裝分壓器的頂帽式導軌上。
[0034]圖5示出了按照本發明的實施例的具有集成的元件的用于限制的系統200的方框圖。系統200相應于在圖2中的系統。相比于圖2，第一測量裝置202與功率保護開關104設置在一個共同的殼體500中。此外第二測量裝置204設置在供電裝置102的一個殼體中。該控制裝置未示出并且可以集成到殼體500和/或集成在供電裝置102中。同樣控制裝置可以如在圖2中一樣構造為獨立的殼體。限流器同樣未示出。該限流器的功能集成在供電裝置102中。在此構造供電裝置102，以便響應于控制信號匹配供給電流。供電裝置102在此是光伏設備502的逆變器。
[0035]換而言之，圖5示出了具有可匹配的特征的用于電網支路100中供電裝置102的連接的功率保護開關104。在此提出的方法也可以用于固定接線連接到存在的終端電路100。
[0036]在此提出的方法的基本構思在于在新式的功率保護開關104與供電單元102例如用于避免線路部分100的過載的PV設備502之間的通信。此外，在供電裝置102中要求的在電網并聯的自產生設備102與公用低壓電網106之間的自動開關位置根據詢問擴展到適合的功率保護開關104。
[0037]代替當今常見的功率保護裝置(熔斷式保險裝置或功率保護開關/ “保險自動裝置“)應用新式功率保護開關104。該功率保護開關永久地測量在分壓器106與終端電路100也就是安裝位置之間的電流。再者新式功率保護開關104能夠與終端電路100中的裝置102、110通信并且由此獲得關于在其他位置例如在終端電路100的供電位置108上電流/功率流的信息。
[0038]由收集的信息該新的功率保護開關104確定線路100的全部負載并且基于此進行開關。
[0039]在功率保護開關104與供電裝置102之間的通信對于運行是需要的。
[0040]在電線100中的連線的通信的情況下在功率保護開關104中使用定向耦合器，以便禁止數據傳輸方向分布。由此可以排除干擾和錯配。在基于無線的通信的情況下，通過明確的通信協議確保了電路的明確的配置。
[0041]在一個實施例中，功率保護開關104使用算法矢量地通過接口和所有供電裝置102計算最大出現的總電流并且在超過其關斷特性曲線時關斷。在此功率保護開關104具有電流-時間-特征。短時地總電流可以顯著地上升超過額定電流。開關104在所述實施例中收集數據并且使用算法進行決定。
[0042]在一個實施例中，功率保護開關104由在自身安裝位置的電流和供給的電流確定和或向量和。對于在額定電流也就是終端電路100的最大可負載性與當前的和之間的差通過用于另外的供電的通信協議允許釋放。由此可以降低而不是關斷例如PV供電102 JV502那么在MPP之外工作。由此可以避免不必要的關斷。
[0043]圖6示出了按照本發明的實施例的具有多個控制的裝置的用于限制的系統200的方框圖。系統200相應于圖5中的系統。附加地將系統200擴展另一測量裝置600。另一測量裝置600集成到蓄能器604的整流器/逆變器602中。整流器/逆變器602同樣可通過控制裝置的控制信號控制。蓄能器604在此構造為緩沖電池(Pufferbatterie)。此外可控制的開關606集成到電網支路100中。可控制的開關606安裝到至負載110的線路中。可控制的開關606同樣可通過控制信號控制。
[0044]在一個實施例中將該系統200擴展到一個以上供電單元。確保具有PV設備502的僅僅一個供電單元在一個新式的保險裝置104之后連接到電路100，例如借助于通過功率保護裝置104的釋放；或者實現在保險裝置104與多個供電單元102之間的通信，該通信確保在線路部分中的所有電流的和都不超過最大允許的電流。為此具有一個主機(通常是功率保護裝置104)，該主機實現這一點。為了電流的流通一起傳輸明確的識別，防止供電單元102的錯誤的倍增或濫用。
[0045]在一個實施例中，構造系統200，以便通過電網隔離器隔離電網106與電網支路100。由此可以實施孤立運行。
[0046]在一個實施例中，提供用于上級的能量管理系統的信息。
[0047]在一個實施例中，系統主動地干預到負載110的電氣負載管理系統中，以便將電網支路100中的負載保持在最大負荷之下。
[0048]在個實施例中，電氣畜能系統604連接在插座上。畜能系統604實現了(峰值)負載管理，以便與PV供電裝置102共同地提高自身消耗。
[0049]在一個實施例中，系統200通過控制信號自動控制自動開關的負載110。
[0050]如果由供電裝置到電網106的供電不是期望的，那么可以通過與在電網連接點的測量元件202的通信將供電裝置102調節到“沒有供電“。如果產生太多能量，那么下調或關斷供電裝置102。
[0051]在此提出的系統200可以由終端負載自身安裝。通過電工的幾個短工作步驟是以新式的保護開關104更換存在的功率保護元件。
[0052]在一個實施例中保留有存在的功率保護裝置104，如其所是的那樣。附加地在功率保護裝置104的區域中一個芯片位于在線路上。該芯片包含所有必要的功能。該芯片可以如分裂鐵氧體那樣構成。該測量感性地作用，如在電流鉗那樣。自身供電根據長變壓器的原理和/或如在移相器中那樣作用。能量在無電流的時間段緩沖在緩沖蓄能器中。用于釋放的與逆變器102的通信通過載頻技術實現。由此可以將系統200在沒有干預到現在的接線的情況下安裝在保險盒中。
[0053]圖7示出了按照本發明的實施例的用于限制電網的電網支路中的電氣負載的方法700的流程圖。電網支路具有如在圖1至6中那樣預定的最大負荷701。方法700具有讀入步驟702、確定步驟704以及提供步驟706。在讀入步驟702中讀入電網信號708和供電信號710。電網信號708代表經由在電網支路100與電網106之間的接口的電流的值和流向。供電信號710代表供給到電網支路100中的供給電流的值。在確定步驟704中，使用電網信號708和供電信號710確定在電網支路100中的負載712。在提供步驟706中，使用負載712和最大負荷701提供用于匹配供給電流和/或經由接口的電流的控制信號714，以便限制負載。
[0054]在一個實施例中，在讀入步驟702中供電信號710代表經由電網支路的一個單個的輔助接口的供給電流。輔助接口是如在圖1至6中那樣示出的插座。
[0055]在一個實施例中，在讀入步驟702中供電信號710代表通過電網支路的至少兩個相互獨立的輔助接口的供電電流。例如如在圖6中那樣在一個輔助接口上連接光伏設備，而在另一輔助接口上連接緩沖蓄能器。
[0056]在一個實施例中，方法700具有使用控制信號714匹配供給電流的步驟。
[0057]所述的和在附圖中示出的實施例僅僅示例性地選擇。不同實施例可以完全或在各個特征方面相互組合。而且一個實施例可以通過另一實施例的特征補充。
[0058]此外按照本發明的方法步驟可以重復以及以不同于所述順序的順序執行。
[0059]如果一個實施例包括在第一特征與第二特征之間的”和/或”連接，那么這可以如此解讀，即按照一個實施形式的實施例具有不僅第一特征和第二特征，而按照另一實施形式具有或者僅僅第一特征或者僅僅第二特征。
【權利要求】
1.用于限制電網(106)的電網支路(100)中的電氣負載的方法(700)，其中所述電網支路(100)具有預定的最大負荷(701)，其中所述方法(700)具有以下步驟: 讀入(702)電網信號(708)和供電信號(710)，其中所述電網信號(708)代表經由在所述電網支路(100 )與所述電網(106 )之間的接口( 208 )的電流的值和流向，而所述供電信號(710)代表供給到所述電網支路(100)中的供給電流的值； 使用所述電網信號(708 )和所述供電信號(710 )確定(704)所述電網支路(100 )中的負載(712);以及 使用所述負載(712)和所述最大負荷(701)提供(706)用于匹配供給電流和/或經由接口(208)的電流的控制信號(714)，以便限制負載。
2.根據權利要求1所述的方法(700)，其中在讀入步驟(702)中所述供電信號(708)代表經由所述電網支路(100)的輔助接口(108)的供給電流。
3.根據上述權利要求中任一項所述的方法(700)，其具有使用所述控制信號(714)匹配供給電流的步驟。
4.用于限制電網(106)的電網支路(100)中的電氣負載的控制裝置(206)，其中電網支路(100)具有預定的最大負荷(701)，其中所述控制裝置(206)具有以下特征: 用于讀入電網信號(708)和供電信號(710)的接口(210)，其中所述電網信號(708)代表經由在所述電網支路(100 )與所述電網(106 )之間的接口( 208 )的電流的值和流向，而所述供電信號(710)代表供給到所述電網支路(100)中的供給電流的值； 用于使用所述電網信號(708)和所述供電信號(710)確定在電網支路(100)中的負載(712)的機構(212);以及 用于使用所述負載(712)和所述最大負荷(701)提供用于匹配供給電流和/或經由接口(208)的電流的控制信號(714)以便限制負載的機構(214)。
5.根據權利要求4所述的控制裝置(206)，其具有用于檢測經由在所述電網支路(100)與所述電網(106)之間的接口(208)的電流的值和流向的測量裝置(202)或者用于檢測供給到電網支路(100)中的供給電流的測量裝置(204)，其中構造所述測量裝置(202、204)，以便提供代表所述值和流向的電網信號(708)或者以便提供代表供給電流的供電信號(710)，其中所述控制裝置(206)和所述測量裝置(202、204)布置在一個共同的殼體中。
6.根據上述權利要求中任一項所述的控制裝置(206)，其具有用于電子安裝分壓器的固定機構，其中尤其構造所述固定機構，以便固定在頂帽式導軌上。
7.用于限制電網(106)的電網支路(100)中的電氣負載的系統(200)，其中所述電網支路(100)具有預定的最大負荷(701)，其中所述系統(200)具有以下特征: 用于檢測經由在所述電網支路(100)與所述電網(106)之間的接口(208)的電流的值和/或流向的測量裝置(202)，其中構造所述測量裝置(202)，以便提供代表所述值和流向的電網信號(708)； 用于檢測供給到所述電網支路(100)中的供給電流的測量裝置(204)，其中構造所述測量裝置(204)，以便提供代表供給電流的供電信號(710);以及 按照權利要求4至6中任一項所述的控制裝置(206)。
8.具有程序代碼的計算機程序產品，所述程序代碼用于當所述程序產品在裝置上執行時實施根據權利要求1至3中任一項所述的方法。
【文檔編號】H02J3/38GK104426166SQ201410447548
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月4日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】M.普賴斯納, T.魏爾 申請人:羅伯特·博世有限公司