Способ эксплуатации зарядной станции - RU2750477C9

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к способу эксплуатации зарядной станции для зарядки нескольких электрических транспортных средств, в частности, для зарядки нескольких электромобилей. Кроме того, настоящее изобретение относится к такой зарядной станции.

Ввиду увеличения числа электрических транспортных средств, в особенности электромобилей, также возникает потребность в организации соответствующих зарядных станций. Чтобы иметь возможность заряжать электромобили также во время пути, требуются зарядные станции точно так же, как современные автозаправочные станции для топлива двигателей внутреннего сгорания. В этом отношении для такой зарядной станции также может применяться термин «место зарядки электрических аккумуляторов».

Тем самым в таких зарядных станциях могут одновременно заряжаться многочисленные транспортные средства, и водители электрических транспортных средств при этом закономерно ожидают, что эта зарядка выполняется по возможности быстро, благодаря чему они не должны слишком долго задерживаться на зарядной станции. Но это приводит к такой проблеме, что соответственно этому большое количество энергии должно подводиться к электрическим транспортным средствам также за короткое время.

Наряду с конкретным управлением каждого процесса зарядки и также конкретным регулированием распределения на зарядной станции по отдельным в каждом случае заряжаемым транспортным средствам, существует также такая проблема подведения энергии к зарядной станции.

Для этого могут быть предусмотрены соответствующие подключения к сети электроснабжения. Такое подключение здесь обозначается как пункт подключения данной зарядной станции к сети. При этом следует принимать во внимание, что такие зарядные станции часто, например, на автомагистрали, размещаются по стране сравнительно децентрализованно. Тем самым такие зарядные станции, как правило, также размещаются рассредоточенно относительно конфигурации соответственной сети электроснабжения. Этим может обусловливаться такая проблема, что пропускные мощности соединительных проводов для подведения необходимой зарядной мощности оказываются ограниченными. Иногда зарядная станция может эффективно эксплуатироваться для нескольких транспортных средств лишь тогда, когда могут заряжаться многие транспортные средства.

Для решения этой проблемы может быть предусмотрено соответствующее усовершенствование сети электроснабжения, чтобы обеспечить необходимые в каждом случае пропускные мощности соединительных проводов. Но такое усовершенствование иногда может быть очень дорогостоящим. Наряду с затратами на строительство или изменение таких линий подключения, добавляются также соответствующие лицензионные порядки. Кроме того или вследствие этого, такое повышение пропускной мощности соединительных проводов также задерживает строительство таких зарядных станций. Тогда это может приводить к тому, что строительство соответствующей зарядной станции оказывается в принципе невозможным.

В альтернативном варианте, можно в принципе попытаться размещать зарядные станции только там, где имеются соответствующие линии с высокой пропускной мощностью. Но это противоречит концепции, согласно которой такие зарядные станции проектировались бы по возможности равномерно и, соответственно, по возможности с ориентацией на нужды электрических транспортных средств в зарядке.

В каждом случае также следует принимать во внимание, что такая зарядная станция оказывает влияние на сеть электроснабжения. В особенности с такими зарядными станциями может быть связана такая проблема, что они для зарядки транспортных средств требуют не очень равномерной мощности, а иногда испытывают пиковые нагрузки. Такие пиковые нагрузки могут возникать как в течение дня, так и распределяться на протяжении года, а также в зависимости от ситуации, например, такой как в случае транспортной пробки или аварии на автомагистрали, на которой эксплуатируется соответственная зарядная станция. Тем самым могут создавать проблему не только отбор мощности из сети электроснабжения, но также создаваемая зарядной станцией нагрузка на сеть электроснабжения.

Из Патента США US 8,981,708 известно зарядное устройство, которое может заряжать электрический аккумулятор электрических транспортных средств из сети переменного напряжения, и может питать сеть переменного напряжения.

Кроме того, Немецкое ведомство по патентам и товарным знакам провело поиск по приоритетной заявки к настоящей заявки и выявило следующие документы уровня техники: DE 10 2009 050 042 A1, DE 10 2014 221 555 A1; DE 10 2015 114 704 A1 и WO 2017/021488 A1.

Тем самым в основу настоящего изобретения положена задача решения по меньшей мере одной из вышеуказанных задач, в частности, должно быть предложено решение, которое по возможности простым образом обеспечивает подключение зарядных станций, и к тому же это подключение также может быть осуществлено наиболее совместимым с сетью. По меньшей мере, должно быть предложено решение, альтернативное известным до сих пор решениям.

Соответственно изобретению, предлагается способ эксплуатации зарядной станции согласно пункту 1 формулы изобретения. Эта зарядная станция предусматривается для зарядки нескольких электрических транспортных средств. При этом речь идет в особенности об электромобилях, под которыми, кроме легковых автомобилей, могут подразумеваться автобусы и грузовики. В принципе, такая зарядная станция может быть предусмотрена также для зарядки других электрических транспортных средств, или, соответственно, предлагаемое решение также может быть целесообразным и для других зарядных станций, которые не заряжают электрические транспортные средства. Но здесь зарядные станции для электрических транспортных средств играют особенно большую роль, так как они децентрализованно распределяются по территории в местах, в которых зачастую нет ничего, что нуждалось бы в подведении энергии, или что подводило бы энергию. Кроме того, такие зарядные станции для электрических транспортных средств изредка сталкиваются также с особенной проблемой, состоящей в необходимости справляться с более или менее непредвиденными пиковыми нагрузками.

Основанная на этой технологии зарядная станция соединена с сетью электроснабжения в пункте подключения к сети. Через этот пункт подключения к сети они снабжаются энергией от сети электроснабжения. В простейшем случае это может означать, что зависящая в каждой ситуации от потребности зарядная мощность также может быть отбираться как электрическая нагрузка из сети. Но также, например, при применении предварительно заряженного аккумулятора, может приниматься во внимание, что фактическая на данный момент зарядная мощность совсем не безусловно должна точно соответствовать отбираемой из сети электроснабжения мощности. То есть, эти мощности временами могут отличаться друг от друга, но на протяжении длительного времени их совокупные энергии должны согласовываться, причем исключительным может быть случай, когда энергию зарядной станции расходуют дополнительные потребители. Соответственно этому, в одной этапы способа эксплуатации зарядной станции электрическая энергия может поступать из сети электроснабжения. Тогда одно или многие электрические транспортные средства заряжаются с использованием этой поступающей из сети электроснабжения электрической энергии. В принципе многочисленные электрические транспортные средства могут заряжаться одновременно. Тем не менее, нельзя исключать и того, что иногда может заряжаться только один единственный автомобиль. Но в принципе следует рассчитывать на многочисленные заряжаемые электрические транспортные средства.

Тем самым теперь предлагается, что зарядная станция управляется так, что сеть электроснабжения имеет электрическое поддержание. То есть, соответственно этому необходимая в данный момент для зарядки зарядная мощность отбирается не просто только из сети электроснабжения, но зарядная станция принимает на себя задачи поддержания сети электроснабжения.

В особенности такие средства поддержания представляют собой такие, которые при слишком значительных колебаниях частоты или падениях напряжения реагируют на это с поддержкой, и не просто лишь неконтролируемо отбирают мощность из сети электроснабжения в смысле параллельно действующей сети. Различные типы и средства поддержки еще будут описаны далее. Сначала должен быть приведен один пример, а именно, что может быть обеспечена стабилизация частоты.

Например, если снижается частота сети, это является признаком того, что существует превышение отбираемой из сети электроснабжения мощности, которая здесь в общем также может быть упрощенно названа как «сеть». На такой режим работы обычно реагируют сети системы энергоснабжения, то есть, крупные электростанции, но также между тем децентрализованные питающие установки, такие как ветроэнергетические установки или фотогальванические энергетические установки. Но теперь здесь предлагается, что зарядная станция также участвует в использовании средств поддержания. Для приведенного в качестве примера случая это может означать, что зарядная станция дросселирует отбор электрической мощности.

Получение электрической энергии предпочтительно регулируется так, что сеть электроснабжения имеет электрическое поддержание. Поддержание сети электроснабжения в зарядной станции может также выполняться, например, так, что отбирается дополнительная мощность и расходуется в потребителе. Но здесь предусматривается предпочтительное решение, что получение электрической энергии, то есть, которая в конечном счете требуется для зарядки электромобилей, регулируется таким образом, что тем самым поддерживается сеть электроснабжения. В особенности под этим подразумевается, что получение электрической энергии должно так регулироваться в отношении ее качества, что обеспечивается электрическое поддержание сети электроснабжения.

В особенности под этим подразумевается, в каком положении по фазе электрическая энергия и, соответственно, обсуждаемая в данный момент электрическая мощность, получается из сети электроснабжения. А именно, тем самым, в идеальном случае, реактивная мощность может подаваться в сеть электроснабжения и, соответственно, отбираться от нее, без изменения уровня получаемой электрической мощности, а именно, получаемой электрической активной мощности. Тем самым может обеспечиваться или поддерживаться в особенности сохранение постоянства напряжения.

Также выяснилось, что поддержание сети может обеспечиваться даже без сокращения отбора активной мощности. При этом также выяснилось, что при такой проблеме, что такая зарядная станция потребует много мощности, в то же время имеется возможность или потенциал также в значительной мере использоваться для электрического поддержания сети электроснабжения.

Предпочтительно предлагается, что получение электрической энергии регулируется в зависимости от состояния сети и, кроме того или альтернативно, в зависимости от характеристик сети электроснабжения. Тем самым получение электрической энергии может регулироваться таким образом, что можно соответственно реагировать на такое выявленное состояние сети или характеристики сети. При этом состояние сети следует понимать как параметр состояния сети электроснабжения. Тем самым это касается в особенности текущих в данный момент и динамических параметров, и в особенности подразумевается как состояние в смысле автоматического регулирования.

Характеристику сети при этом следует понимать как свойство, которое отличает сеть как таковую.

Состояние сети предпочтительно представляет собой состояние сети электроснабжения, и может проявляться в частоте сети, изменении частоты сети, напряжении сети, изменении напряжения сети, и в наличии гармоник напряжения сети.

В частности, в зависимости от частоты сети, по меньшей мере кратковременно, может изменяться получение электрической активной мощности. В частности, при слишком низкой частоте, которая, например, составляет величину на 0,3% или более ниже номинальной частоты сети, может сокращаться отбор активной мощности.

То же самое может проявляться в зависимости от изменения частоты сети, которое в конечном счете помогает быстрее распознать слишком высокую или слишком низкую частоту. Так, например, при обнаружении сильного снижения частоты может происходить уже сокращение отбираемой активной мощности, даже до того, как достигается слишком низкая частота сети.

Слишком высокое или слишком низкое напряжение сети может в особенности приводить к соответствующим подводу или отбору реактивной мощности. В частности, предлагается подача емкостной реактивной мощности в сеть электроснабжения, когда напряжение сети падает ниже предварительно определенного нижнего предельного значения напряжения. Подача такой реактивной мощности может быть выполнена тем, что электрическая мощность отбирается из сети электроснабжения при соответствующем угле сдвига фаз относительно напряжения сети. Регулированием этого угла сдвига фаз можно управлять подачей и, соответственно, отбором реактивной мощности.

Здесь также принимается во внимание учет изменения напряжения сети, чтобы иметь возможность быстро обнаружить соответствующие колебания напряжения. В частности, учет напряжения сети и изменения напряжения сети может быть комбинированным.

Также может быть выявлено наличие гармоник напряжения сети, и может регулироваться качество отбираемой электрической энергии. Зарядная станция в конечном счете заряжает электрические транспортные средства постоянным током и, соответственно, при постоянном напряжении. Отбор электрической энергии может выполняться в особенности посредством управляемого выпрямителя, и на него также может влиять наличие гармоник отбираемого тока. Например, для этого на выпрямителе может быть предусмотрен фильтр, или выпрямитель соответственно управляет процессом выпрямления. Например, это может достигаться конкретным выбором момента коммутации управляемого полупроводникового реле или управляемых диодов. В особенности предусматривается, что при наличии высоких гармоник напряжения сети подача проводится по возможности при наличии малых гармоник.

Учет и привлечение этих состояний сети также может быть комбинированным. Некоторые комбинации также уже обсуждались. Но, в качестве одного из примера, также принимается во внимание, например, что зависящее от частоты регулирование уровня отбираемой активной мощности по обстоятельствам комбинируется с зависящим от напряжения сети регулированием реактивной мощности.

Характеристика сети предпочтительно представляет собой свойство сети электроснабжения, а именно чувствительность сети или кратность тока короткого замыкания. Чувствительность сети здесь, в частности, определяется как реакция напряжения сети электроснабжения в пункте подключения к сети на изменяемый отбор мощности зарядной станции в пункте подключения к сети. То есть, если отбор мощности зарядной станции в пункте подключения к сети изменяется, то есть, например, повышается на 100 кВт, это приводит к реакции напряжения, в особенности снижению напряжения в пункте подключения к сети, например, на 100 В, когда напряжение сети составляет 10 кВ. Эта степень такого снижения напряжения в ответ на повышение мощности, то есть, в примере 100 В/100 кВ (=1 В/кВ) может, например, характеризовать чувствительность сети. Чувствительность сети тем самым является мерой того, как сеть электроснабжения, а именно, в отношении пункта подключения к сети, реагирует на изменение активной мощности. Чем сильнее реакция напряжения, тем выше чувствительность сети, то есть, тем более чувствительной является сеть.

Тем самым, согласно одному варианту исполнения, отбор электрической энергии регулируется в зависимости от этой чувствительности сети. В особенности принимается во внимание, что динамика регулирования, с которой управляется отбор электрической энергии, имеет усиление, которое зависит от чувствительности сети. Усиление может, например, выбираться тем меньшим, чем выше чувствительность сети. При этом регулятор выводит отбираемую мощность на заданное значение, и динамика, с которой это происходит, изменяется посредством этого усиления. Но это является только одним примером, и также учитывается общий тип такого изменяемого регулирования в зависимости от чувствительности сети, то есть, например, использование демпфирования.

Регулирование также может быть организовано в зависимости по меньшей мере от одного состояния сети сообразно чувствительности сети. Например, может быть применено зависящее от частоты регулирование мощности в ее динамике сообразно чувствительности сети.

Кратность тока короткого замыкания представляет собой отношение тока короткого замыкания, максимально предоставляемого сетью электроснабжения в пункте подключения к сети, к номинальной мощности, отбираемой зарядной станцией. Такая кратность тока короткого замыкания тем самым исходит из ситуации короткого замыкания в пункте подключения к сети. Если происходит такое короткое замыкание, возникает максимальный ток короткого замыкания, который может быть обусловлен сетью электроснабжения.

Такой ток короткого замыкания в особенности определяется соответствующими емкостями проводов сети электроснабжения в отношении соответствующего источника мощности, то есть, сообразно соответствующему полному сопротивлению линии. Кратность тока короткого замыкания также в этом отношении представляет собой характеристику, которая конкретно относится к пункту подключения к сети. Тогда этот ток короткого замыкания соотносится с номинальной мощностью зарядной станции. Номинальная мощность зарядной станции в этом отношении представляет собой мощность, которую может отбирать зарядная станция. Разумеется, с одной стороны это представляет собой значение, которое регулярно сертифицируется, но, помимо всего прочего, определяется физически характеристикой в особенности выпрямителя или двунаправленного инвертора, через который электрическая мощность отбирается из сети электроснабжения. Кратность тока короткого замыкания тем самым является также характеристикой сети, которая относится к пункту подключения к сети, и при этом соотносится с масштабом зарядной станции. Чем больше такая кратность тока короткого замыкания, тем более мощной является сеть электроснабжения.

В частности, здесь предлагается, что зависящее от состояния сети управление или регулирование отбора энергии устанавливается особенно чувствительным, когда кратность тока короткого замыкания является малой. Это также представляет собой только один пример, и здесь рассматриваются также другие соображения относительно регулятора. Но, например, также учитывается, что в зависимости от кратности тока короткого замыкания задается максимальный ток, или задается максимальное отношение реактивной мощности к номинальной мощности зарядной станции.

Было обнаружено, что кратность тока короткого замыкания, которая также может называться коэффициентом короткого замыкания, может быть особенной важной для зарядных станций. В случае ветроэнергетических установок или прочих автономных источников питания в слабых пунктах присоединения к сети (NVP) повышением напряжения обусловливается питание меньшим током, и это противодействует повышению напряжения. Совместно со стабилизацией напряжения путем подачи реактивной мощности, когда работа проводится на верхнем пределе защитного диапазона значений напряжения, еще можно питать очень слабые пункты присоединения к сети (NVP), в особенности, когда кратность тока короткого замыкания составляет менее 2 (SCR<2). Теперь же здесь предлагается сохранение постоянства напряжения посредством зарядной станции, и тем самым, в частности, также сохранение постоянства напряжения потребителем. При этом следует отметить, что для этого случая меньшее напряжение может означать больший ток нагрузки. При этом регулирование должно быть таким, что напряжение не выходит за пределы допустимого диапазона, и сеть не является нестабильной.

Согласно одному варианту исполнения, предлагается, что получение электрической энергии регулируется в зависимости от задаваемого контрольного значения, в частности, в зависимости от одного или нескольких задаваемых сигналом от внешнего устройства значений мощности. Тем самым обеспечивается возможность того, что для управления зарядной станцией может быть привлечен сетевой оператор, в особенности для регулирования стабильности сети электроснабжения. Им или иным могут быть заданы контрольные значения. Это может, в частности, касаться отбираемой в каждом случае активной мощности. При этом могут быть заданы такие контрольные значения, которые могут быть привлечены в тот момент, когда может отбираться максимальная активная мощность. Но поскольку зарядная станция может быть способна к переменному распределению своей мощности, так как она, например, имеет предварительно заряженный аккумулятор, или она имеет дополнительный управляемый потребитель, отбираемая мощность также может управляться непосредственно в каждом случае соответственно такому задаваемому контрольному значению и, соответственно, регулироваться сообразно нему.

Однако такие контрольные значения также представляют собой контрольные величины для реактивной мощности, посредством которых задается регулируемая реактивная мощность. Если для задания таких контрольных значений применяется сигнал от внешнего устройства, то тем самым зарядная станция может использовать управление из внешнего местоположения. Таким внешним местоположением может быть центральный блок управления и/или возможность вмешательства сетевого оператора. В частности, сетевой оператор может задавать контрольные величины для реактивной мощности, чтобы тем самым осуществлять контроль мощности в сети электроснабжения. Например, тем самым он может использовать зарядную станцию, чтобы смягчить пиковые нагрузки.

Согласно одному варианту исполнения, предлагается, что получение электрической энергии регулируется так, что мощность от сети снабжения, в частности, активная мощность, отбирается в зависимости от частоты сети. В частности, таким регулированием мощности в зависимости от частоты сети зарядная станция может непосредственно и простым путем распределять регулирование мощности в сети и тем самым соответствующее поддержание сети.

Предпочтительно предлагается, что зарядная станция в зависимости от состояния сети и, кроме того или альтернативно, в зависимости от задания сетевым оператором реактивной мощности отбирает из сети электроснабжения реактивную мощность или подает в нее. Тем самым зарядная станция может простым путем использоваться для сохранения постоянства напряжения участка сети, к которому она подключена. Здесь также было обнаружено, что такое регулирование напряжения подачей реактивной мощности может производиться или дополняться не только генератором, но также потребителем. В особенности выяснилось, что зарядная станция может быть пригодна для этого, поскольку она может иметь соответствующую гибкость, и поскольку зарядные станции могут быть децентрализованно распределены по стране. Кроме того, зарядные станции нуждаются по меньшей мере в одном выпрямителе или подобных устройствах, чтобы преобразовывать переменное напряжение сети электроснабжения в постоянное напряжение для зарядки электрических транспортных средств. Тем самым каждая зарядная станция имеет управляющее устройство, которое может использоваться для такого предлагаемого поддержания сети.

Предпочтительно предлагается, что зарядная станция должна быть готова к преодолению неисправностей в сети электроснабжения. В частности, это значит, что зарядная станция в случае неисправности в сети остается соединенной с сетью электроснабжения, и электрическая мощность отбирается в зависимости от состояния сети и/или в зависимости от задания сетевого оператора, или подается в нее. Таким образом, особенно предотвращается то, что в случае неисправности в сети, при которой, например, сильно падает напряжение сети, зарядная станция не просто отсоединяется от сети и даже оставляет сеть, а по–прежнему остается в сети и может управляемо вмешиваться.

Особенно благоприятным для поддержания сети электроснабжения в случае неисправности в сети является то, что зарядная станция благодаря тому, что она остается подсоединенной к сети, также может сразу же работать далее. В особенности благодаря тому, что зарядная станция в отношении ее отбора мощности может работать в переменном режиме, она может составлять важный элемент также для устранения такой неисправности. Если неисправность оказывается настолько трудноустранимой, что напряжение сети даже вообще исчезает, то при восстановлении сети, то есть, когда напряжение сети опять выводится генератором на должный уровень, чтобы иметь управляемых потребителей, которые в зависимости от прогресса в восстановлении в сети могут адаптировать свое потребление.

Кроме того или альтернативно, преодоление неисправности в сети электроснабжения подразумевает, что зарядная станция управляется так, то она после неисправности в сети отбирает из сети электроснабжения столько же мощности, как непосредственно перед неисправностью в сети. То есть, зарядная станция управляется так, что она после неисправности в сети по возможности быстро опять возвращается к своему прежнему рабочему состоянию. В особенности, когда зарядная станция не имеет вмешательства в управление извне, тем самым может быть задано определенное рабочее состояние зарядной станции, на которое может настраивать сетевой оператор при устранении неисправности в сети.

Согласно одному варианту исполнения, предлагается, что зарядная станция управляется таким образом, что она в зависимости от состояния сети и, кроме того или альтернативно, в зависимости от задания сетевого оператора, подает электрическую мощность из электрического аккумулятора зарядной станции в сеть электроснабжения. Этот вариант предусматривает такой электрический аккумулятор, и такой электрический аккумулятор может представлять собой, например, батарейный блок с различными батареями. Такой аккумулятор, например, может быть предусмотрен в зарядной станции как предварительно заряжаемый аккумулятор, чтобы тем самым, в особенности в периоды наибольшей нагрузки, проводить зарядку электромобилей большей мощностью, чем в момент, когда может отбираться из сети электроснабжения.

Но здесь предлагается использовать такой электрический аккумулятор для того, чтобы целенаправленно для поддержания сети подавать электрическую мощность, а именно, электрическую активную мощность, из аккумулятора в сеть электроснабжения. В частности, это может выполняться в зависимости от частоты сети, когда она снижается до уровня ниже предварительно заданного нижнего значения частоты, а именно, ниже номинальной частоты сети. Тем самым дополнительно улучшается уже предложенный вариант сокращать отбираемую в таком случае активную мощность. В экстремальной ситуации благодаря этому может удваиваться диапазон поддержания, который зарядная станция имеет в результате регулирования активной мощности. Это удваивание достигается тем, что без возможности подавать активную мощность возможность регулирования зарядной станции оказывается в диапазоне от отсутствия отбора активной мощности до максимального отбора номинальной активной мощности. При допущении, что ограничение, которое обусловливается отбираемой номинальной активной мощностью, также является ограничением для подаваемой активной мощности, этот рабочий диапазон теперь может быть расширен книзу, а именно, от отсутствия подачи активной мощности до подачи активной мощности на уровне номинальной активной мощности зарядной станции. То есть тогда рабочий диапазон оказывается протяженным от активной мощности на уровне подаваемой номинальной активной мощности до активной мощности на уровне отбираемой номинальной активной мощности.

Предпочтительно предлагается, что зарядная станция в зависимости от частоты сети и, кроме того или альтернативно, в зависимости от изменения частоты сети, готова к моментальному резервированию. Для готовности к этому моментальному резервированию предлагается, что зарядная станция моментально сокращает отбираемую из сети электроснабжения мощность и/или подает мощность из электрического аккумулятора зарядной станции в сеть электроснабжения. В частности, здесь предлагается обеспечивать уже разъясненные возможности поддержания сети подачей или отбором активной мощности в качестве моментального резервирования. Такое моментальное резервирование относится к ситуации, что активная мощность подается краткосрочно и кратковременно в зависимости от частоты или изменения частоты, то есть, в частности, при снижении частоты сети. Такое моментальное резервирование в особенности может содействовать поддержке при краткосрочных происшествиях в сети. Часто, в особенности вследствие подключения больших нагрузок, в сети электроснабжения могут возникать быстрые пиковые мощности, которые делаются заметными при таком краткосрочном падении частоты. При этом может быть достаточным короткое поддержание, например, от 1 до 10 секунд, главным образом максимально 30 секунд. То, что и столь короткая подача может быть достаточной, основывается в особенности на том, что многие генераторы не могут также быстро реагировать на такие пиковые нагрузки. Благодаря имеющемуся в распоряжении таким образом организованному моментальному резервированию может быть кратковременно перенята часть потребной мощности, и медленно реагирующие генераторы тогда имеют больше времени, чтобы компенсировать эту дополнительную требуемую мощность. Одновременно также достигается то, что снижение частоты посредством моментального резервирования сглаживается до более умеренной степени, что опять же помогает избежать чрезмерной реакции в регулировании медленнее срабатывающих источников энергии.

Согласно одному варианту исполнения, предлагается, что зарядная станция в зависимости от частоты сети и/или изменения частоты сети отбирает дополнительную мощность из сети электроснабжения, для чего зарядная станция повышает моментально отбираемую из сети электроснабжения мощность, чтобы подводить бóльшую мощность электрическому аккумулятору зарядной станции, и/или что зарядная станция повышает мощность для зарядки одного или нескольких электрических транспортных средств.

То есть здесь конкретно предлагается, в зависимости от частоты сети отбирать из сети электроснабжения дополнительную мощность и питать аккумулятор или целенаправленно повышать мощность для зарядки электрических транспортных средств. Повышение моментально отбираемой из сети электроснабжения мощности в этом отношении относится к отбираемой в данный момент мощности. То есть, в особенности к мощности, которая обусловливается фактической в данный момент потребности электрических транспортных средств, которые должны заряжаться. Сообразно этой потребности электрических транспортных средств в зарядке получается определенная мощность, которая отбирается из сети электроснабжения. Но теперь именно эта мощность здесь повышается, а именно, в особенности при возрастании частоты сети, и, соответственно, когда частота сети уже достигла предварительно определенного верхнего предельного значения частоты. При этом эта дополнительно отбираемая мощность тем не менее используется целесообразно.

Кроме того или альтернативно, предлагается, что этот дополнительный отбор мощности из сети электроснабжения выполняется тем, что мощность потребляется дополнительным потребителем. Такой дополнительный потребитель в этом отношении представляет собой такой потребитель, который, в частности, не является заряжаемым транспортным средством, а является совсем другим потребителем. При этом такой дополнительный потребитель представляет собой такой, который в описываемом случае может быть целенаправленно управляемым, то есть, который может быть целенаправленно настроен на потребление мощности.

Для этого предпочтительно предлагается система с прерывателем (chopper system), которая целенаправленно регулирует электрическую мощность в резисторной схеме из одного или нескольких электрических резисторов, чтобы тем самым термически расходовать эту дополнительную мощность. Эта система с прерывателем представляет собой дополнительный управляемый потребитель, и ее исключительным назначением является потребление избыточной мощности. Такая ситуация может быть особенно полезной, когда крупный потребитель отсоединился от сети электроснабжения, и/или когда имеет место так называемое «разделение системы», при котором одна часть сети была отделена от другой части сети. Такое разделение сети обычно приводит к тому, что балансы мощности в обоих теперь отдельных друг от друга участках сети больше не уравновешиваются. То есть, тогда это может внезапно приводить к переизбытку мощности в сети электроснабжения или на отдельном участке сети. Если он представляет собой часть сети электроснабжения, к которой также подключена зарядная станция, то зарядная станция сокращает этот переизбыток мощности, для чего она целенаправленно расходует мощность. Такая ситуация также возникает редко, и главным образом только в течение короткого времени. Но когда она возникает, важно устранить ее соответствующим управлением, чтобы избежать наихудшей аварийной ситуации всей сети.

Согласно одному предпочтительному варианту исполнения, предлагается, что для получения электрической энергии из сети электроснабжения электрическая мощность отбирается из сети электроснабжения, и для этого отбора электрической мощности из сети электроснабжения задается по меньшей мере один предел изменения. Такой предел изменения ограничивает изменения электрической мощности в отношении их скорости изменения. Другими словами, здесь задаются краевые значения мощности, которые препятствуют тому, чтобы мощность изменялась слишком быстро. Благодаря этому может предотвращаться слишком быстрое, в особенности скачкообразное изменение мощности. Такое скачкообразное изменение мощности могло бы возникать, когда несогласованно в этом плане начинался новый процесс зарядки электрического транспортного средства так, что необходимая для этого мощность отводилась непосредственно из сети электроснабжения. В особенности при подключении электромобиля к зарядной колонке и начале процесса зарядки могут возникать поначалу очень высокие токи и тем самым очень высокие нагрузки. В особенности тогда, когда электрические транспортные средства, в особенности электромобили, должны заряжаться в режиме быстрой зарядки, здесь могут возникать высокие пиковые нагрузки.

Задание предела изменения, то есть, задания края максимальной крутизны характеристики, предотвращает ситуацию, что такие пиковые нагрузки отразятся непосредственно на сети электроснабжения. В остальном такой предел изменения может действовать также в отношении снижения мощности.

Преобразование такого предела изменения может быть выполнено, например, так, что источник энергии, такой как предварительно заряженный аккумулятор, амортизирует такие пиковые нагрузки. Но также предусматривается, что согласуется конкретный процесс зарядки электрического транспортного средства. Также предусматривается, что при необходимости такое ограничение изменения мощности достигается посредством соответствующего целесообразного общего управления всеми зарядными колонками зарядных станций. В особенности тем самым можно избежать того, что многие процессы зарядки, в особенности процессы быстрой зарядки, нескольких автомобилей будут начинаться одновременно, тем самым предотвращая пиковые нагрузки.

Предпочтительно задается общий градиент пределов в сумме, или градиент верхнего и нижнего пределов. Тем самым можно ограничить как возрастание мощности во времени, так и ее падение во времени. В особенности целесообразно или желательно в зависимости от характеристик сети, чтобы рост мощности и снижение мощности были по–разному сильными, то есть, могли происходить по–разному быстро. Это может быть учтено применением градиентов двух пределов, а именно, верхнего и нижнего.

Поэтому предпочтительно также предлагается, что дополнительная необходимая или менее потребная мощность, в частности, обусловленная ограничением скорости изменения отбираемой мощности, получается и, соответственно, отводится применением электрического аккумулятора зарядной станции, вариацией зарядной мощности заряжаемого в каждом случае электромобиля, и/или настройкой дополнительного потребителя зарядной станции. Настройка дополнительного потребителя зарядной станции также может предусматривать настройку указанной системы с прерывателем.

Вариация зарядной мощности заряжаемых в каждом случае электрических транспортных средств также может означать, что соответственно координируется зарядка нескольких электрических транспортных средств. Предпочтительная координация представляется такой, что пиковая зарядная мощность одного электрического транспортного средствам компенсируется тем, что может согласовываться зарядная мощность электрических транспортных средств, которые уже находятся в процессе зарядки.

Этот вывод основывается в особенности на том обстоятельстве, что многие электрические транспортные средства подключаются к одной зарядной колонке, и уже заряжаются в течение некоторого времени, так что для них начальный максимум зарядного тока или максимум зарядной мощности уже миновал. Если теперь к зарядной колонке подключается новое транспортное средство, и должно быть быстро заряжено, то тогда поначалу возникает пиковая зарядная мощность или пиковый зарядный ток. Чтобы это не отразилось на сети электроснабжения, остальные электрические транспортные средства, которые уже заряжаются в течение некоторого времени, могут в каждом случае в своем процессе зарядки несколько сократить величину тока и, соответственно, мощности. Сокращение в особенности производится так, что сумма всех этих маленьких сокращений мощности нескольких подключенных электрических транспортных средств в целом соответствует дополнительной зарядной мощности и пиковой зарядке вновь добавленного электрического транспортного средства. То есть, пиковая зарядная мощность распределяется среди других транспортных средств, которые уже находятся в процессе зарядки.

Согласно одному дополнительному варианту исполнения, предлагается, что получение электрической энергии из сети электроснабжения, зарядка электрических транспортных средств и/или настройка дополнительного потребителя зарядной станции управляется применением виртуального накопителя. Такой виртуальный накопитель учитывает мощность, которая может быть обеспечена зарядной станцией, как емкость заряженного аккумулятора. Мощность, которая может быть обеспечена зарядной станцией, в этом отношении представляет собой, в частности, мощность для зарядки электрических транспортных средств и также мощность для подачи в сеть электроснабжения. Кроме того, этот виртуальный накопитель учитывает мощность, которую может воспринимать зарядная станция, как емкость заряжаемого аккумулятора. Мощность, которая может быть принята, в особенности является такой, которая может быть отобрана из сети электроснабжения.

Такой виртуальный накопитель тем самым объединяет отводимую и отбираемую мощность как емкость аккумулятора. Например, виртуальный накопитель может сначала исходить из фактически существующего электрического аккумулятора, например, такого как предварительно заряженный аккумулятор, и учитывать содержащуюся в нем энергию как емкость заряженного аккумулятора. Дополнительно может быть добавлена мощность, которая может отбираться непосредственно из сети электроснабжения и может быть непосредственно использована для зарядки электрических транспортных средств. Для этого, например, принимаются за основу временные рамки, которые, например, могут ориентироваться на типичное время зарядки одного электрического транспортного средства. Например, эти временные рамки могут составлять 10 минут или полчаса. Запасенная в фактически существующем аккумуляторе энергия может быть для этого пополнена энергией, которая может отбираться в пределах временных рамок из сети электроснабжения. Сумма этих обеих энергий тогда образует емкость заряженного аккумулятора для виртуального накопителя. Таким образом, для зарядки электрических транспортных средств тогда имеется в распоряжении эта емкость заряженного аккумулятора для виртуального накопителя.

Равным образом такой расчет может быть использован для цели подачи электрической мощности в сеть электроснабжения. Здесь также в качестве исходного пункта может быть принята емкость фактически существующего заряженного аккумулятора и, соответственно, запасенная энергия фактически существующего аккумулятора. Отсюда, с учетом временных рамок, может быть выведена используемая в данный момент зарядная мощность именно для зарядки электрических транспортных средств. Но одновременно при этом выводе может быть учтено, что для случая, что мощность должна подаваться в сеть электроснабжения, принимается во внимание возможное сокращение фактической зарядной мощности. Емкость аккумулятора виртуального накопителя тогда возрастает опять примерно на эту величину, чтобы можно было сократить фактическую зарядную мощность.

Для случая, что должен регулироваться отбор мощности из сети электроснабжения, также может быть использован виртуальный накопитель. Здесь также можно исходить из фактического аккумулятора. Если он еще не полностью заряжен, количество энергии, чтобы он мог еще полностью зарядиться, представляет собой емкость заряжаемого аккумулятора. Дополнительно зарядная станция может отбирать мощность из сети, чтобы тем самым заряжать электрические транспортные средства. Это также может учитываться как емкость заряжаемого аккумулятора в виртуальном накопителе, принимая во внимание указанные временные рамки. Количество мощности, которая может потребляться одним или многими управляемыми потребителями, также может быть прибавлено с учетом временных рамок к емкости заряжаемого аккумулятора виртуального накопителя.

Применение фактически существующего аккумулятора было разъяснено в особенности для цели наглядного объяснения. Такой фактически существующий аккумулятор предпочтительно также предусматривается, но виртуальный накопитель также может быть использован, когда фактически существующий аккумулятор не имеется. При этом нужно только свести к нулевому значению величину емкости накопления в фактически существующем аккумуляторе. Подача электрической мощности в сеть электроснабжения, конечно, едва ли была бы возможной без фактически существующего аккумулятора, даже когда теоретически может использоваться энергия из электрических транспортных средств. Но в остальных случаях также практически обходятся без фактически существующего аккумулятора. Однако с позиции сети часто оказывается имеющим второстепенное значение или даже безразличным, подается ли мощность или меньше отбирается. Сдвиг отбора мощности с позиции сети проявляется как разгрузка, то есть, сокращение нагрузки, и последующая подача как повышение нагрузки.

Тогда на основе такого виртуального накопителя можно, например, управлять получением электрической энергии из сети электроснабжения. В частности, может быть рассчитано выдерживание рамок на основе виртуального накопителя и, соответственно, рассчитанной для него емкости аккумулятора. Зарядка электрических транспортных средств также может учитываться имеющейся для этого емкостью виртуального накопителя. Тогда только на основе емкости виртуального накопителя можно оценить, сколько запасено энергии.

Управление дополнительным потребителем также может быть упрощено применением виртуального накопителя. Мощность, которая подводится к такому настраиваемому и, соответственно, управляемому потребителю, может учитываться в виртуальном накопителе как емкость заряжаемого аккумулятора. В то же время может учитываться потребность в емкости заряжаемого аккумулятора, и тогда потребитель может настраиваться так, что расчетная емкость заряжаемого аккумулятора виртуального накопителя соответствует потребности в емкости аккумулятора.

Применением виртуального накопителя также может управляться подача мощности в сеть электроснабжения. При этом простым путем на основе емкости заряжаемого аккумулятора виртуального накопителя можно управлять уровнем подачи электрической мощности в сеть электроснабжения.

Согласно одному варианту исполнения, предлагается, что максимальная отбираемая из сети электроснабжения мощность может задаваться фиксированной или переменной. При этом под фиксированным заданием подразумевается, что задается по существу постоянное значение, но которое к более позднему моменту времени, например, на следующий день или к другому времени года, заменяется другим значением. В частности, предлагается, что такое фиксированное задание выполняется по сигналу от внешнего устройства, в особенности от сетевого оператора. Сетевой оператор тем самым, когда, например, ожидается проблема с емкостью снабжения энергией, или имеется дефицит в сети вследствие отказа оборудования, может устанавливать соответственно более низкое предельное значение для максимальной отбираемой из сети электроснабжения мощности.

Переменное задание, в частности, представляет собой такое, которое производится в зависимости от характеристики сети и/или состояния сети. Эти характеристика сети или состояние сети могут регистрироваться, и посредством алгоритма может задаваться максимальная отбираемая из сети электроснабжения мощность. Например, учитывается зависящее от частоты задание максимального значения. В зависимости от выбранной функциональной взаимосвязи между частотой сети и максимальным значением, также принимается во внимание, что это максимальное значение беспрерывно варьируется тогда, когда также только на малую величину. Но если в такой функциональной взаимосвязи задается зона нечувствительности, что здесь предлагается в качестве одного варианта исполнения, при небольших изменениях частоты, чтобы оставаться в этом примере, не могут происходить никакие вариации этого максимального значения.

Согласно дополнительному варианту исполнения, предлагается, что учитывается по меньшей мере одно эксплуатационное состояние по меньшей мере одного подключенного к зарядной станции или к той же сети электроснабжения ветряного парка, и, кроме того или альтернативно, по меньшей мере один ветряной парк, по меньшей мере частично, управляется посредством зарядной станции или вышестоящим для зарядной станции и по меньшей мере одного ветряного парка общим блоком управления. Тем самым предлагается принимать во внимание ветряной парк и зарядную станцию совместно, а именно, в особенности для поддержания сети электроснабжения. При этом это относится к только к одному ветряному парку, который относительно конфигурации сети электроснабжения подключен в такой близости к зарядной станции, что зарядная станция может оказывать влияние на ветряной парк или по меньшей мере на участок сети, к которому подключен ветряной парк. Тогда может быть достигнут эффект синергии, когда зарядная станция и парк могут управляться взаимно согласованно или даже совместно. Например, в случае переизбытка мощности в сети электроснабжения может быть целесообразным управлять ветряным парком таким образом, что сначала ветряной парк не дросселируется в своей выработке, но зарядная станция скорее стремится отобрать по возможности больше мощности, и по обстоятельствам промежуточно запасти в предварительно заряжаемом аккумуляторе. Но это только один пример, и в качестве дополнительного примера ветряной парк может сообщать зарядной станции, когда предстоит прекращение подачи мощности вследствие, например, ожидаемого безветрия. Также принимается во внимание, что поддержания мощности распределяются между ветряным парком и зарядной станцией так, что каждый блок должен принимать на себя только часть поддержания мощности.

Зарядная станция и по меньшей мере один ветряной парк предпочтительно согласуются для того, чтобы управлять потоком энергии в сеть электроснабжения и/или обеспечивать регулирование напряжения в сети электроснабжения. Это предложение также рассчитано в особенности на возникновение ограничения емкости сети. Управление потоком энергии в сеть электроснабжения может в особенности означать, что подача посредством ветряного парка и в особенности отбор зарядной станцией выполняются так, что учитываются потоки энергии в сеть электроснабжения. Здесь особенно на передний план выдвигается то, что они не превышают никакие предельные значения. Но также предусматривается выполнение или по меньшей мере поддерживание перераспределения потоков энергии посредством подходящей подачи реактивной мощности во взаимосвязанную сеть.

Предпочтительно предлагается выполнение регулирования напряжения в сети электроснабжения посредством согласованного действия ветряного парка и зарядной станции. Это может быть выполнено совместно ветряным парком и зарядной станцией, или по меньшей мере проведено так, что имеется целесообразное распределение между зарядной станцией и ветряным парком.

Согласно изобретению, также предлагается зарядная станция для зарядки электрических транспортных средств, в частности, электромобилей. Такая зарядная станция соединена с пунктом подключения к сети в сети электроснабжения, чтобы через него снабжаться электрической энергией из сети электроснабжения. Она включает активный выпрямитель или двунаправленный инвертор для получения электрической энергии из сети электроснабжения. В этом плане активный выпрямитель представляет собой выпрямитель, который при выпрямлении также может управляться, чтобы иметь возможность влиять на токи и напряжения при выпрямлении. Под двунаправленным инвертором подразумевается устройство, которое может не только преобразовывать постоянный ток и, соответственно, постоянное напряжение, в переменный ток и, соответственно, переменное напряжение, но и действовать в противоположном направлении, а именно, преобразовывать переменный ток и, соответственно, переменное напряжение, в постоянный ток и, соответственно, постоянное напряжение. Двунаправленный инвертор в принципе может быть также сформирован таким образом, что он содержит инвертор и выпрямитель, которые подключены квазипараллельно.

Кроме того, зарядная станция имеет многочисленные зарядные терминалы, причем каждый зарядный терминал в каждом случае предусмотрен для зарядки одного из электрических транспортных средств с использованием получаемой из сети электроснабжения электрической энергии. Такие зарядные терминалы также могут называться зарядными колонками.

Кроме того, предусматривается централизованная система управления для управления зарядной станцией, причем централизованная система управления выполнена для того, чтобы так управлять зарядной станцией, что поддерживается сеть электроснабжения. То есть, эта зарядная станция рассчитана не только на зарядку электрических транспортных средств, но в то же время также может предусматривать питание сети. Это в особенности может управляться централизованной системой управления, и исполняться активным выпрямителем или двунаправленным инвертором.

Зарядная станция предпочтительно рассчитана на эксплуатацию в режиме согласно по меньшей мере одному из описанных выше вариантов исполнения. В частности, централизованная система управления предназначена для того, чтобы исполнять способ согласно по меньшей мере одному из описанных выше вариантов исполнения. Тем самым посредством зарядной станции могут быть достигнуты также все преимущества, которые были описаны выше. Следует отметить, что, конечно, не каждая из функциональностей может быть исполнена только активным выпрямителем. В той мере, насколько сам по себе активный выпрямитель не может исполнять такую функциональность, как, например, активное питание электрической активной мощностью, предусматривается двунаправленный инвертор или, по обстоятельствам, дополнительный элемент, в частности, способный питать инвертор. Для описываемых функциональностей предпочтительно предусматривается устройство, а именно, в частности, двунаправленный инвертор.

Согласно одному варианту исполнения, предлагается, что зарядная станция отличается тем, что она имеет по меньшей мере один электрический аккумулятор, чтобы в нем промежуточно запасать электрическую энергию. Например, электрический аккумулятор может быть выполнен как накопительный блок с батареями аккумуляторов.

В частности, он предусматривается при необходимости для возможности отбирать больше мощности из сети электроснабжения посредством промежуточного накопления, чем требуется в данный момент для зарядки электрических транспортных средств. В этом отношении электрический аккумулятор может служить в качестве буфера. Тем самым также может достигаться то, что отбор мощности из сети электроснабжения может быть сделан более равномерным, чтобы тем самым также поддерживать сеть электроснабжения, а именно, тем, что могут предотвращаться пиковые нагрузки.

Кроме того или альтернативно, электрический аккумулятор предусматривается для того, чтобы накопленную в электрическом аккумуляторе энергию при необходимости использовать для временного предоставления большей мощности для зарядки электрических транспортных средств, чем в момент отбора из сети электроснабжения. Посредством электрического аккумулятора тем самым можно также реагировать на пиковую нагрузку для зарядки электрических транспортных средств. При этом для зарядки транспортных средств может быть компенсирована такая пиковая нагрузка, которая не сможет коснуться пункта подключения зарядной станции к сети.

В частности, электрический аккумулятор предусматривается также для того, чтобы подавать мощность в сеть электроснабжения. Благодаря этому особенно может выполняться поддержание сети электроснабжения, которое делает необходимым подачу активной мощности. В частности, для этого предусматривается применение электрического аккумулятора для таких описанных выше вариантов исполнения описываемого способа, которые предусматривают подачу электрической мощности в сеть электроснабжения.

Согласно одному варианту исполнения предлагается, что предусматривается по меньшей мере один дополнительный потребитель, чтобы при необходимости расходовать мощность, в частности, когда из сети электроснабжения отбирается больше мощности, чем требуется в момент зарядки электрических транспортных средств. Такой потребитель тем самым может быть предусмотрен в особенности в ситуациях поддержания сети, в которых из сети электроснабжения должна отбираться дополнительная мощность, чтобы тем самым в частности реагировать на переизбыток мощности в сети электроснабжения.

Зарядная станция, в частности, централизованная система управления, предусматривается для того, чтобы управлять по меньшей мере одним дополнительным потребителем. Тем самым может быть обеспечено общее управление зарядной станцией этим управляемым потребителем и тем самым с привлечением концепции управления для поддержания сети.

Дополнительный потребитель предпочтительно представляет собой систему с прерывателем, которая целенаправленно регулирует электрическую мощность в резисторной схеме из одного или нескольких электрических резисторов, чтобы тем самым термически расходовать мощность. Такая система с прерывателем может быть особенно эффективно и хорошо управляемо расходовать мощность. Это в особенности производится так, что регулированием длительности импульсов тока управляется эффективная величина тока. Тем самым также мощность может особенно быстро и самопроизвольно целенаправленно управляться для расходования и по своей величине в резисторах. Такая система с прерывателем, например, может быть подключена к промежуточному контуру постоянного напряжения.

Согласно одному варианту предлагается, что потребитель представляет собой устройство преобразования, в частности, электролизер, чтобы преобразовывать электрическую энергию в другую форму энергии, в частности, в газ. Избыточная мощность тем самым с позиции сети электроснабжения расходуется, но при этом находит дополнительное применение, а именно, в частности, преобразование в газ. Например, предусматривается преобразование в водород или в метан.

Согласно одному дополнительному варианту исполнения, предлагается, что зарядная станция связана с ветряным парком посредством прямого электрического кабеля для обмена электрической мощностью, или через ту же сеть электроснабжения, и рассчитана на то, чтобы координировать управление зарядной станцией с управлением ветряным парком, по меньшей мере с помощью одного параметра регулирования ветряного парка.

Такое соединение между зарядной станцией и ветряным парком, причем, конечно, для соединения могут быть предусмотрены также многочисленные зарядные станции и/или многочисленные парки, является особенно благоприятным тогда, когда как зарядная станция, так и ветряной парк размещены децентрализованно, но размещаются близко друг к другу. Тогда может достигаться то, что обеспечивается прямая передача энергии от ветряного парка к зарядной станции. Это может пополнять общее энергопотребление зарядной станции, но в принципе может также иметься в распоряжении отдельно, в особенности тогда, когда имеется достаточный электрический аккумулятор в качестве буфера. Соединение предпочтительно выполняется так, что соединяемые блоки, то есть, по меньшей мере один ветряной парк и по меньшей мере одна зарядная станция, в каждом случае имели промежуточный контур постоянного напряжения, и эти промежуточные контуры постоянного напряжения напрямую соединены. Согласно одному варианту исполнения, соединяются друг с другом только две или более зарядных станций. Тем самым они при необходимости могут напрямую обмениваться мощностью между собой. Это особенно целесообразно тогда, когда одна зарядная станция является высокозагруженной, а другие загружены слабо.

Слабо загруженная зарядная станция предпочтительно может быть использована для подачи в сеть электроснабжения большей реактивной мощности, чем более сильно загруженная, независимо от того, связаны ли они непосредственно для обмена мощностью или нет.

Более того, является особенно благоприятным, когда зарядная станция и ветряной парк связаны для поддержания сети электроснабжения. Здесь может быть особенно предпочтительно координировано, что ветряной парк особенно может поддерживать подачу мощности, в то время как зарядная станция может особенно поддерживать отбор мощности. Тем самым координация может быть предусмотрена так, что в особенности условия поддержания, которые делают необходимой подачу мощности, в первую очередь обеспечиваются ветряным парком. При необходимости может принимать участие зарядная станция. Соответственно этому, может быть предусмотрено, что условие поддержания, при котором электрическая мощность должна отбираться, в первую очередь исполняется зарядной станцией. Тогда здесь может принимать участие ветряной парк. В зависимости от требования подачи мощности или отбора мощности для поддержания сети, вышестоящее управление может выяснять, принимают ли на себя эту задачу зарядная станция, или ветряной парк, или оба из них. Соответственно этому, вышестоящее управление тогда координирует это или управляет или более.

Далее изобретение более подробно разъясняется посредством вариантов осуществления в качестве примеров со ссылкой на сопроводительные фигуры.

Фигура 1 показывает ветроэнергетическую установку в перспективном изображении.

Фигура 2 показывает ветряной парк в схематическом изображении.

Фигура 3 показывает разделенную на четыре квадранта диаграмму активной и реактивной мощности.

Фигура 4 схематически показывает зарядную станцию и часть сети электроснабжения.

Фигура 1 показывает ветроэнергетическую установку 100 с башней 102 и гондолой 104. На гондоле 104 размещен ротор 106 с тремя роторными лопастями 108 и обтекателем 110. Ротор 106 при работе ветроэнергетической установки приводится во вращательное движение под действием ветра и тем самым вращает генератор в гондоле 104.

Фигура 2 показывает ветряной парк 112 в качестве примера с тремя ветроэнергетическими установками 100, которые могут быть одинаковыми или различными. Три ветроэнергетических установки 100 тем самым являются показательными в сущности для любого числа ветроэнергетических установок ветряного парка 112. Ветроэнергетические установки 100 предоставляют свою мощность, а именно, в частности, генерированный ток, через электрическую сеть 114 парка. При этом генерированные в каждом случае токи или, соответственно, мощности от отдельных ветроэнергетических установок 100 суммируются, и зачастую предусматривается трансформатор 116, который повышает напряжение в парке трансформированием, чтобы затем подать в точке 118 питания, которая также в общем обозначается как PPC, в сеть 120 электроснабжения. Фиг. 2 представляет только упрощенное изображение ветряного парка 112, которое, например, не показывает управление, хотя, конечно, управление имеется. Например, сеть 114 парка также может быть сформирована по–иному, в которой, например, трансформатор имеется также на выходе каждой ветроэнергетической установки 100, чтобы назвать только один другой пример осуществления.

Диаграмма с Фигуры 3 показывает для цели разъяснения диаграмму активной и реактивной мощности для подачи мощности. На абсциссе нанесена активная мощность P, и на ординате нанесена реактивная мощность Q. В качестве значения приведены нормированные величины, и, например, оно может быть нормировано по абсолютной величине номинальной мощности зарядной станции. Но здесь в этом разъяснении точные значения не приводятся.

Диаграмма должна пояснять области эксплуатации одной подключенной к сети электроснабжения зарядной станции. При этом может быть взята за основу зарядная станция согласно Фигуре 3, которая далее описывается еще более подробно.

В качестве неуправляемой области 300 обозначена область, которая получается при применении нерегулируемого выпрямителя. В этом случае зарядная станция отбирала бы активную мощность Р из сети электроснабжения через нерегулируемый выпрямитель, что особенно соответствует фактической в каждом случае потребности. Такая зарядная станция тем самым отбирает только активную мощность, которая по своей амплитуде колеблется от нуля до номинальной мощности. Поскольку диаграмма с Фигуры 3 выбрана в качестве диаграммы подачи энергии, тем самым область проходит от значения 0 до –1. Она представляет собой область, вычерченную вокруг абсциссы, что однако служит только для наглядности. Теоретическое значение может лежать в сущности на абсциссе.

В любом случает согласно этой нерегулируемой области 300 не подается и не отбирается никакая реактивная мощность, так что эта нерегулируемая область 300 в сущности представлена только как участок на абсциссе. Тем самым эта нерегулируемая область 300 показывает диапазон согласно уровню техники. Правда, это изображение также приведено для наглядности ввиду того, что при нерегулируемой работе может присутствовать доля реактивной мощности. Нерегулируемая область 300 тогда могла бы быть представлена как прямая линия во 2–ом или 3–ем квадрантах.

Если теперь применяется по меньшей мере один регулируемый выпрямитель, и зарядная станция управляется так, что сеть электроснабжения электрически поддерживается, зарядная станция может эксплуатироваться по меньшей мере в регулируемой области первой ступени 310. Эта регулируемая область первой ступени 310 представлена как полуокружность с обозначенной пунктиром границей. Она разъясняет, что зарядная станция согласно выбранной номенклатуре Фигуры 3 может действовать во втором и третьем квадрантах. Четыре квадранта в изображении пронумерованы римскими цифрами.

Согласно этой регулируемой области первой ступени 310 тем самым зарядная станция может управляться так, что из электрической сети может отбираться не только активная мощность, но и также так, что при этом может подаваться или отбираться реактивная мощность. Мощность и, соответственно, энергия, которая получается из сети электроснабжения, отбирается с отведенным током. Отведенный ток также может называться расходным током. Согласно регулируемой области первой ступени этот отведенный ток I_Vможет иметь угол φ сдвига фаз для напряжения сети, то есть, электрического напряжения в сети электроснабжения. Если этот угол φ сдвига фаз имеет нулевое значение, то отбирается только активная мощность, и это соответствовало бы нерегулируемой области 300. Математически такая ситуация могла бы быть описана так, что отведенный ток I_Vможет соответствовать току питания с углом сдвига фаз –180° или +180°. Но для большей наглядности здесь было выбрано представление отведенного тока I_V.

Если этот угол φ сдвига фаз теперь имеет значение от –90° до +90°, то он находится во втором или третьем квадрантах, и тем самым в регулируемой области первой ступени 310. Эта регулируемая область первой ступени 310 здесь представлена как полуокружность, а именно, при идеализированном допущении, что угол сдвига фаз может охватывать полностью 180°, то есть от –90° до +90°, и при допущении, что он может достигать этого значения, которое соответствует радиусу показанной окружности, для каждого угла сдвига фаз, но также не может превышать его.

Но также принимается во внимание, что отведенный ток I_V при угле сдвига фаз, который не соответствует нулевому значению, также может быть бóльшим. Например, предусматривается, что указанное ограничение имеет только активная мощность, и может подаваться соответственно абсолютной величине более высокая кажущаяся мощность, чем максимальная активная мощность. Таким образом, в этом случае при отличающемся от нуля угле φ сдвига фаз не должно обязательно происходить снижение активной мощности.

Но также принимается во внимание, что при угле сдвига фаз 90° или –90° не обязательно может более полно подаваться реактивная мощность, то есть, реактивная мощность, в которой амплитуда нормирована по номинальной мощности. В этом случае показанная для наглядности полуокружность для регулируемой области первой ступени 310 на ординате не достигала бы значения 1 и, соответственно, –1.

Во всяком случае, Фигура 3 наглядно разъясняет, что зарядная станция, даже тогда, когда она рассчитана только на отбор активной мощности, тем не менее может подавать или отбирать реактивную мощность, так как она влияет на угол сдвига фаз отведенного тока I_V.

Согласно по меньшей мере одному варианту исполнения, предлагается развитие, согласно которому зарядная станция может действовать также в регулируемой области второй ступени 320. Эта регулируемая область второй ступени для наглядности ограничена штрихпунктирной линией, которая также показывает полуокружность. Но фактически это нужно понимать так, что регулируемая область второй ступени 320 включает регулируемую область первой ступени 310. То есть, регулируемая область второй ступени 320 включает всей четыре квадранта.

Такое развитие зарядной станции достигается в особенности применением электрического аккумулятора, который также может называться предварительно заряженным аккумулятором. То есть, тогда также возможна подача активной мощности посредством тока I_e питания. Такой ток I_e питания может иметь угол φ_e сдвига фаз. В принципе ток I_e питания также можно разъяснить посредством отведенного тока I_V, когда его угол φ сдвига фаз расширяется на область от –180° до +180°. Но такое математически корректное представление здесь выглядит не очень наглядным, так что для подачи за основу берется ток I_e питания.

В этой регулируемой области второй ступени 320 тем самым от зарядной станции может подаваться даже активная мощность. Кроме того, однако, в этой области также, а именно, в первом и четвертом квадрантах, возможны подведение и отбор реактивной мощности. Для этой регулируемой области второй ступени 320 также форму окружности следует понимать только как идеализированную. Но тем не менее эта форма окружности также может представлять важный случай применения, особенно тогда, как вследствие ограничения тока величина тока I_e питания ограничена, независимо от выбранного угла φ_e сдвига фаз питания.

Таким образом, регулируемой областью второй ступени могут быть охвачены все четыре квадранта диаграммы питания в Фигуре 3. Тем самым зарядная станция может проводить многообразные действия в отношении поддержания.

С целью наглядного разъяснения в Фигуре 3 также обозначена расширенная область 330 активной мощности, которая может достигаться дополнительным потребителем в зарядной станции. Такая расширенная область 330 активной мощности тем самым обеспечивает возможность отбирать выходящую за пределы номинальной мощности зарядной станции мощность сети электроснабжения, когда она требуется для поддержания. Но эта расширенная область 330 активной мощности также должна пониматься как наглядное пояснение, и, конечно, может не достигаться тогда, когда ограничение тока в пункте подключения к сети ограничивает отбор активной мощности до величины номинальной активной мощности зарядной станции, что соответствует значению –1 на абсциссе.

Однако повышенный отбор активной мощности таким потребителем может быть целесообразным также тогда, когда нерегулируемая область 300 зарядной станции может быть не полностью исчерпана, поскольку зарядная станция в данный момент не имеет в распоряжении достаточный потребитель мощности, то есть, заряжаемое транспортное средство. В этом случае нерегулируемая область 300 не достигала бы значения –1, но это могло бы быть достигнуто посредством дополнительного потребителя. В этом отношении Фигура 3 наглядно показывает также возможность, что в нерегулируемой области 300 согласно уровню техники управляемая область 330 активной мощности так устроена, что эта комбинация тогда протягивается только до значения –1.

Фигура 4 схематически показывает зарядную станцию 400, которая подключена через пункт 402 подключения к сети к сети 404 электроснабжения. Эта сеть 404 электроснабжения здесь представлена только символически, и может упрощенно называться как просто сеть.

Пункт 402 подключения к сети имеет сетевой трансформатор 406. Кроме того, зарядная станция 400 получает электрическую энергию из сети 404. Это по существу производится путем управляемого отбора мощности. Для этого предусматривается двунаправленный инвертор 408. Этот двунаправленный инвертор 408 при нормальном режиме работы преобразует трехфазный переменный электрический ток из сети 404 электроснабжения в постоянный ток. Этот постоянный ток может быть получен в промежуточном контуре 410 постоянного тока, который здесь обозначен как выход двунаправленного инвертора 408.

Посредством этого двунаправленного инвертора 408 отбор электрической мощности также может управляться так, что требуемый для этого отведенный ток I_V также может регулироваться по своему углу φ сдвига фаз относительно напряжения U_N сети. Напряжение U_N сети здесь, простоты ради, отмечено в точке измерения между сетевым трансформатором 406 и двунаправленным инвертором 408. Соответствующее сетевое напряжение сети 404 электроснабжения на другой стороне сетевого трансформатора 406 получается соответственно коэффициенту трансформации сетевого трансформатора 406.

Кроме того, предусмотренный здесь двунаправленный инвертор 408 также подает мощность в сеть 404 электроснабжения. Двунаправленный инвертор 408, который здесь упрощенно также может быть назван просто как инвертор, тем самым может создавать противоположный отведенному току I_V ток I_e питания. Конечно, протекает только отведенный ток I_V или ток I_e питания.

Существенное назначение двунаправленного инвертора 408 состоит в том, чтобы получать электрическую энергию из сети 404, а именно, отведением электрической мощности из сети 404. Эта мощность получается в промежуточном контуре 410 постоянного тока, а именно, по существу в распределительном блоке 412. Распределительный блок 412 представлен как DC–DC–преобразователь, чтобы наглядно разъяснить, что на входе он получает постоянный ток и передает дальше на отдельные зарядные колонки 414 согласно потребности. Наглядно показаны три зарядных колонки 414, которые приведены как показательные для нескольких зарядных колонок 414. На одной зарядной колонке 414 в каждом случае в настоящий момент должно заряжаться одно электрическое транспортное средство 416. Конечно, в принципе предусматривается, что не всегда на каждой зарядной колонке 414 подключается также одно электрическое транспортное средство 416.

Распределение посредством распределительного блока 412 также следует понимать только как показанное для наглядности, и предполагается, что, например, каждая зарядная колонка 414 управляется централизованной системой управления в отношении регулирования зарядки на ней, и также управляется имеющийся для нее лимит энергии, и для этого такая зарядная колонка 414 могла бы в каждом случае непосредственно подключена также к промежуточному контуру 410 постоянного тока. Но предпочтительно предусматривается такой распределительный блок 412, который также проводит снижение напряжения до уровня напряжения электрического транспортного средства 416.

Дополнительно к этому распределительному блоку 412, который снабжает зарядные колонки 414, также представлен батарейный блок 418, который также может быть подключен к промежуточному контуру 410 постоянного тока. Этот батарейный блок 418 тем самым представляет собой электрический аккумулятор. Он может служить для демпфирования энергии, чтобы сглаживать пиковые нагрузки при зарядке электрических транспортных средств 416 так, что такие пиковые нагрузки при зарядке, а именно, пиковые нагрузки, по меньшей мере в полной мере, не передавались в сеть 404 электроснабжения. Батарейный блок 418, который здесь представлен как показательный для электрического аккумулятора, может быть все же использован также для подачи электрической мощности в сеть 404 электроснабжения, а именно, как ток I_e питания. Посредством такого батарейного блока 418 тем самым также обеспечивается возможность работы в первом и четвертом квадрантах согласно диаграмме в Фигуре 3.

Кроме того, к промежуточному контуру 410 постоянного тока подключена система 420 с прерывателем. Эта система 420 с прерывателем имеет в упрощенном виде полупроводниковое реле 422 и резистор 424. Посредством этой системы 420 с прерывателем может краткосрочно потребляться мощность из промежуточного контура 410 постоянного тока. Полупроводниковое реле 422 для этого может импульсно управляться, чтобы регулировать соответствующие импульсы тока промежуточного контура 410 постоянного тока через резистор 424. Резистор 424 при этом становится горячим, и тем самым может расходовать подводимую мощность. Настройка этой системы 420 с прерывателем в особенности предусматривается для краткосрочного отбора мощности для поддержания сети. Двунаправленный инвертор 408 для этого может соответственно управляться так, что он отбирает расходуемую мощность из сети 404 электроснабжения, и система 420 с прерывателем расходует ее или, соответственно, часть ее, как описано.

Для управления зарядной станцией 400 особенно предусматривается централизованное управляющее устройство 426. Это централизованное управляющее устройство 426 координирует в принципе соответствующие элементы зарядной станции 400. Для этого предусмотрены показанные для наглядности внутренние провода 428 для передачи данных, которые здесь для простоты в каждом случае обозначены одинаковыми кодовыми номерами позиций, чтобы тем самым сделать ясным, что это относится к внутренним проводам 428 для передачи данных, которые передают данные внутри зарядной станции 400, в частности, именно в обоих направлениях, то есть, как от централизованного управляющего устройства 426, так и к централизованному управляющему устройству 426. Централизованное управляющее устройство 426 тем самым внутренними проводами 428 для передачи данных в каждом случае соединено с двунаправленным инвертором 408, батарейным блоком 418, системой 420 с прерывателем, каждой зарядной колонкой 414 и распределительным блоком 412.

Соответственно этому, централизованное управляющее устройство 426 в особенности управляет работой зарядной станции 400 в режиме зарядки, как, например, при необходимости направлением зарядной мощности на каждую зарядную колонку 414 и соответственным отбором электрической мощности из сети 404 электроснабжения. Но также батарейный блок 418 может управляться для демпфирования, и распределение мощности также может выполняться путем управления распределительным блоком 412. В частности, такие управляющие действия могут быть комбинированными. В остальном также могут быть предусмотрены дополнительные провода для передачи данных, как, например, между зарядными колонками 414 и распределительным блоком 412. Такая передача данных также может выполняться централизованно через централизованное управляющее устройство 426. Но в принципе предусматриваются также другие конфигурации передачи данных для коммуникации внутри зарядной станции 400.

Но в особенности предлагается, что централизованное управляющее устройство 426 управляет двунаправленным инвертором 408, чтобы при необходимости через него управлять поддержанием сети. В зависимости от типа поддержания сети при этом может потребоваться соответствующее управление и, соответственно, согласование управления внутри зарядной станции 400. Например, может потребоваться настройка батарейного блока 418, когда двунаправленный инвертор 408 должен подавать в сеть 404 активную мощность. При задании мощности, которая должна отбираться из сети 404, по обстоятельствам может потребоваться управление системой 420 с прерывателем. Также предусматривается согласованное управление процессом зарядки электрических транспортных средств 416, которые подключены к зарядным колонкам.

Чтобы также иметь возможность учитывать непосредственные задания от сетевого оператора, к тому же предусматривается внешний кабель 430 для передачи данных. Такой внешний кабель 430 для передачи данных здесь представлен подведенным к блоку 432 управления сетью. Этот блок 432 управления сетью также может представлять сетевого оператора, который эксплуатирует сеть 404 электроснабжения. Такой сетевой оператор и, соответственно, блок 432 управления сетью, может, например, запрашивать подачу активной мощности. Чтобы управлять этим и прочим, централизованное управляющее устройство 426 зарядной станции 400 также может передавать информацию через внешний кабель 430 для передачи данных на блок 432 управления сетью, которое сообщает, какая имеется в распоряжении эффективная емкость зарядной станции 400, и тем самым, в частности, вообще батарейного блока 418. Но блок 432 управления сетью, например, может также задавать предельные значения. Такие предельные значения, например, могут означать максимальный отбор активной мощности для зарядной станции 400, или ограничение градиента для максимального изменения отбора активной мощности, чтобы называть два примера.

Кроме того, Фигура 4 показывает электростанцию 434, которая через трансформатор 436 электростанции подключена к сети 404 электроснабжения. Тем самым предусмотрительно указано, что могут быть предусмотрены также дополнительные трансформаторы 438, но которые здесь не обсуждаются. Один такой дополнительный трансформатор 438 показан только для наглядности, чтобы прояснить, что в сети 404 электроснабжения также могут существовать различные уровни напряжения.

Во всяком случае, электростанция 434 может предусматриваться как обычная электростанция, например, такая как работающая на угле теплоэлектростанция или атомная электростанция. Кроме того, наглядно показан ветряной парк 440, который через трансформатор 442 парка подключен к сети 404 электроснабжения. Как обычная электростанция 434, так и ветряной парк 440 также могут сообщаться с блоком 432 управления сетью. Для ветряного парка 440 к тому же предусматривается, что он может быть соединен непосредственно с централизованным управляющим устройством 426, и тем самым сообщаться и обмениваться данным с зарядной станцией 400.

В особенности Фигура 4 должна наглядно пояснять, что ветряной парк 440 и зарядная станция 400 в сети 404 электроснабжения размещены по существу рядом друг с другом. Они также размещаются на участке сети с одинаковым уровнем напряжения. Соответствующими точками между дополнительным трансформатором 438 и трансформатором 436 электростанции также должно быть ясно показано соответственно большое расстояние до электростанции 434.

Таким образом, ветряной парк 440 размещается сравнительно близко к зарядной станции 400, во всяком случае, в плане соединения между зарядной станцией и ветряным парком через участок сети 404 электроснабжения. Этот участок здесь показан как соединительный участок 444, и обозначен областью между трансформатором 442 парка и сетевым трансформатором 406 зарядной станции 400. Но такой соединительный участок не должен предусматриваться как провод для непосредственного соединения напрямую, но может также включать дополнительные разветвления к другим потребителям или децентрализованным источникам питания.

Во всяком случае, зарядная станция 400 и ветряной парк 440 размещаются настолько близко друг к другу, что ветряной парк 440 может влиять на напряжение в пункте 402 подключения зарядной станции 400 к сети. Точно так же зарядная станция 400 может влиять на напряжение трансформатора 442 парка.

При знании этого близкого соседства между ветряным парком 440 и зарядной станцией 400 теперь предлагается, что они согласуются в особенности в отношении поддержания сети. Для этого предусматривается сообщение между ветряным парком 440 и зарядной станцией 400, которое здесь показано внешним кабелем 430 для передачи данных на централизованное управляющее устройство 426. Такая координация также может касаться преобразования запроса сетевого оператора через блок 432 управления сетью. То есть, например, если сетевой оператор тем самым задает условие снижения активной мощности в сети 404 электроснабжения, то это снижение активной мощности может быть согласовано тем, что ветряной парк 440 в меньшей степени подает часть ее, например, половину, и зарядная станция 400 дополнительно принимает на себя часть ее, например, остальную половину.

Но координация также предусматривается для других задач, например, таких как регулирование напряжения посредством подачи реактивной мощности. В частности, здесь может быть предусмотрено, что как ветряной парк 440, так и зарядная станция 400, принимают на себя часть требуемой подачи реактивной мощности. Это может обеспечивать то преимущество, что ни один из них обоих, то есть, ни ветряной парк 440, ни зарядная станция 400, не должен регулировать очень большой угол сдвига фаз, что может быть неэффективным, но что они могут так распределить свои действия, что оба подают часть реактивной мощности, и тем самым в каждом случае не должны регулировать слишком большой угол сдвига фаз.

Реферат

Группа изобретений относится к зарядной станции и способу её эксплуатации для зарядки нескольких электрических транспортных средств. Зарядная станция в пункте подключения к сети соединена с сетью электроснабжения. Зарядная станция осуществляет получение электрической энергии из сети электроснабжения и зарядку одного или нескольких электрических транспортных средств с использованием полученной из сети электроснабжения электрической энергии. Зарядной станцией управляют так, что сеть электроснабжения электрически поддерживается. Зарядная станция выполнена с возможностью справляться с неисправностями сети в сети электроснабжения. Зарядная станция в случае неисправности сети остается соединенной с сетью электроснабжения и отбирает или подает электрическую мощность из сети электроснабжения или в нее в зависимости от состояния сети и/или в зависимости от задания сетевым оператором. Зарядной станцией управляют так, что она после неисправности сети получает столько же мощности из сети электроснабжения, сколько она получала непосредственно перед неисправностью сети. Достигается создание системы зарядки электротранспорта, меняющей отбор мощности в зависимости от динамического состояния сети электроснабжения. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула