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Title:
METHOD AND SYSTEM FOR OPERATING A CONTROL TRANSFORMER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/248197
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for operating a control transformer (10) for coupling two electrical energy networks (2, 3), with a system (1) comprising - a control transformer (10) having at least one first control winding (12) on a high-voltage side (13) and having at least one second control winding (14) on a low-voltage side (15), – a first on-load tap changer (16) for switching between at least two winding taps (N1,...NJ,..., NN) of the first control winding (12), – a second on-load tap changer (17) for switching between at least two winding taps (N1,...NJ,..., NN) of the second control winding (14), – an outgoing line (18) connected to the low-voltage side (15), the method comprising the following steps: – detecting a first signal (S1) indicating an imminent transition from a first operating state to a second operating state on the low-voltage side (15) of the control transformer (10), – actuating the second on-load tap changer (17) in such a way that the second on-load tap changer (17) is switched from a first operating position to a second operating position, in which the voltage present on the outgoing line (18) assumes a minimum value close to zero.

Inventors:
HAMMER CHRISTIAN (DE)
BIERINGER ALFRED (DE)
VIELHAUER ARMIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/062405
Publication Date:
December 01, 2022
Filing Date:
May 09, 2022
Export Citation:
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Assignee:
REINHAUSEN MASCHF SCHEUBECK (DE)
International Classes:
H01F29/02; H02P13/06; H02J3/18
Foreign References:
CN109378200A2019-02-22
DE102015225314A12017-06-22
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Claims:
ANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Betrieb eines Regeltransformators (10) zur Kopplung von zwei elektri schen Energienetzen (2, 3), mit einem System (1) umfassend einen Regeltransformator (10) mit wenigstens einer ersten Regelwicklung (12) auf einer Oberspannungsseite (13) und mit wenigstens einer zweiten Regelwicklung (14) auf einer Unterspannungsseite (15), einen ersten Laststufenschalter (16) zur Umschaltung zwischen wenigstens zwei Wicklungsanzapfungen (Ni, ...Nj, Nn) der ersten Regelwicklung (12), einen zweiten Laststufenschalter (17) zur Umschaltung zwischen wenigstens zwei Wicklungsanzapfungen (Ni, ...Nj, ..., NN) der zweiten Regelwicklung (14),

- eine Ableitung (18), die an der Unterspannungsseite (15) angeschlossen ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Erfassen eines ersten Signals (S1), das einen bevorstehenden Übergang von ei nem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand auf der Unterspan nungsseite (15) des Regeltransformators (10) anzeigt,

Betätigen des zweiten Laststufenschalters (17) derart, dass der zweite Laststufen schalter (17) von einer ersten Betriebsposition in eine zweite Betriebsposition, in der die an der Ableitung (18) anliegende Spannung einen minimalen Wert nahe Null einnimmt, umgeschaltet wird.

2. Verfahren zum Betrieb eines Regeltransformators (10) zur Kopplung von zwei elektri schen Energienetzen (2), mit einem System (1) umfassend einen Regeltransformator (10) mit wenigstens einer ersten Regelwicklung (12) auf einer Oberspannungsseite (13) und mit wenigstens einer zweiten Regelwicklung (14) auf einer Unterspannungsseite (15), einen ersten Laststufenschalter (16) zur Umschaltung zwischen wenigstens zwei Wicklungsanzapfungen (Ni, ...Nj, ..., Nn) der ersten Regelwicklung (12), einen zweiten Laststufenschalter (17) zur Umschaltung zwischen wenigstens zwei Wicklungsanzapfungen (Ni, ...Nj, ..., Nn) der zweiten Regelwicklung (14),

- eine Ableitung (18), die an der Unterspannungsseite (15) angeschlossen ist,

- ein Schaltelement (19), das parallel zu dem zweiten Laststufenschalter (17) an der Unterspannungsseite (15) angeordnet ist und eine geöffnete Position und eine ge schlossene Position einnehmen kann, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Erfassen eines ersten Signals (S1), das einen bevorstehenden Übergang von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand auf der Unter spannungsseite (15) des Regeltransformators (10) anzeigt,

- Betätigen des zweiten Laststufenschalters (17) derart, dass der zweite Laststufen schalter (17) von einer dritten Betriebsposition in eine erste Betriebsposition, in der die an der Ableitung (18) anliegende Spannung vorzugsweise einen maximalen Wert einnimmt, umgeschaltet wird,

Öffnen des Schaltelements (19) und Kommutieren eines Stromes von der Ablei tung auf den zweiten Laststufenschalter (17),

- Betätigen des zweiten Laststufenschalters (17) derart, dass der zweite Laststufen stufenschalter (17) von der ersten Betriebsposition in eine zweite Betriebsposition, in der die an der Ableitung (18) anliegende Spannung einen minimalen Wert nahe Null einnimmt, umgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst:

Erfassen eines zweiten Signals (S2), das einen bevorstehenden Übergang von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand auf der Unterspan nungsseite (17) des Regeltransformators (10) anzeigt,

Betätigen des zweiten Laststufenschalters (17) derart, dass der zweite Laststufen schalter (17) von der zweiten Betriebsposition zurück in die erste Betriebsposition umgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, wobei das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst:

- Schließen des Schaltelements (19),

Betätigen des zweiten Laststufenschalters (17) derart, dass der zweite Laststufen schalter (17) von der ersten Betriebsposition in die dritte Betriebsposition umge schaltet wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei

- wenigstens eine Kenngröße erfasst wird, die maßgeblich ist für eine Änderung des Betriebszustandes auf der Unterspannungsseite (13) des Regeltransformators (10), wobei das erste Signal (S1) ausgegeben wird, wenn wenigstens ein Kriterium für den Übergang von dem ersten in den zweiten Betriebszustand erfüllt ist, - das zweite Signal (S2) ausgegeben wird, wenn wenigstens ein Kriterium für den Übergang von dem zweiten in den ersten Betriebszustand erfüllt ist.

6. System (1) zum Betrieb eines Regeltransformators (10) zur Kopplung von zwei elektri schen Energienetzen (2), umfassend einen Regeltransformator (10) mit wenigstens einer ersten Regelwicklung (12) auf einer Oberspannungsseite (15) und mit wenigstens einer zweiten Regelwicklung (14) auf einer Unterspannungsseite (13), einen ersten Laststufenschalter (16) zur Umschaltung zwischen wenigstens zwei Wicklungsanzapfungen (Ni, ...Nj, ..., Nn) der ersten Regelwicklung (12), einen zweiten Laststufenschalter (17) zur Umschaltung zwischen wenigstens zwei Wicklungsanzapfungen (Ni, ...Nj, ..., NN) der zweiten Regelwicklung (14),

- eine Ableitung (18), die an der Unterspannungsseite (15) des Regeltransformators (10) angeschlossen ist,

- eine Steuereinheit (20), wobei die Steuereinheit (20) dazu ausgebildet ist,

- ein erstes Signal (S1) zu erfassen, das einen Übergang von einem ersten Be triebszustand in einen zweiten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite (15) des Regeltransformators (10) anzeigt,

- den zweiten Laststufenschalter (17) in Abhängigkeit von dem ersten Signal (S1) derart zu betätigen, dass der zweite Laststufenschalter (17) von einer ersten Be triebsposition in eine zweite Betriebsposition, in der die an der Ableitung (18) anlie gende Spannung einen minimalen Wert nahe Null einnimmt, umgeschaltet wird.

7. System (1) nach dem vorherigen Anspruch, umfassend weiterhin

- ein Schaltelement (19), das parallel zu dem zweiten Laststufenschalter (17) an der Unterspannungsseite (15) angeordnet ist und eine geöffnete Position und eine ge schlossene Position einnehmen kann, wobei die Steuereinheit (20) außerdem dazu ausgebildet ist,

- den zweiten Laststufenschalter (17) in Abhängigkeit von dem ersten Signal (S1) derart zu betätigen, dass der zweite Laststufenschalter (17) von einer dritten Be triebsposition in eine erste Betriebsposition, in der die an der Ableitung (18) anlie gende Spannung einen maximalen Wert einnimmt, umgeschaltet wird,

- das Schaltelement (19) zu öffnen, sodass ein Strom von der Ableitung (18) auf den zweiten Laststufenschalter (17) kommutiert wird,

- den zweiten Laststufenschalter (17) derart zu betätigen, dass der zweite Laststufenstufenschalter (17) von der ersten Betriebsposition in eine zweite Be triebsposition, in der die an der Ableitung (18) anliegende Spannung einen mini malen Wert nahe Null einnimmt, umgeschaltet wird.

8. System (1) nach einem vorherigen Ansprüche 6 oder 7, wobei die Steuereinheit (20) dazu ausgebildet ist,

- ein zweites Signal (S2) zu erfassen, das einen bevorstehenden Übergang von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand auf der Unterspan nungsseite (15) des Regeltransformators (10) beschreibt,

- den zweiten Laststufenschalter (17) in Abhängigkeit von dem zweiten Signal (S2) derart zu betätigen, dass der zweite Laststufenschalter (17) von der zweiten Be triebsposition zurück in die erste Betriebsposition umgeschaltet wird.

9. System (1) nach Anspruch 7 und 8, wobei die Steuereinheit (20) außerdem dazu aus gebildet ist,

- das Schaltelement (19) zu schließen,

- den zweiten Laststufenschalter (17) derart zu betätigen, dass der zweite Laststu fenschalter (17) von der ersten Betriebsposition in die dritte Betriebsposition um geschaltet wird.

10. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 9, wobei an der Unterspan nungsseite (15) des Regeltransformators (10) über die Ableitung (18) eine erneuer bare Energieanlage angeschlossen ist,

- in dem ersten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite (15) des Regeltrans formators (10) die erneuerbare Energieanlage elektrische Energie erzeugt,

- in dem zweiten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite (15) des Regeltrans formators (10) die erneuerbare Energieanlage keine elektrische Energie erzeugt.

11. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 9, wobei an der Unterspan nungsseite (15) des Regeltransformators (10) über die Ableitung (18) ein Verbraucher angeschlossen ist,

- in dem ersten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite (15) des Regeltrans formators (10) der Verbraucher Energie bezieht,

- in dem zweiten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite (15) des Regeltrans formators (10) der Verbraucher keine Energie bezieht. 12. System (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 11 , wobei das System eine Auswerteeinheit (21) mit wenigstens einem Sensor (22) umfasst, wobei

- der wenigstens eine Sensor (22) dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Kenngröße zu erfassen, die maßgeblich ist für eine Änderung des Betriebszustandes auf der Unterspannungsseite (15) des Regeltransformators (10),

- die Auswerteeinheit (21 ) dazu ausgebildet ist, das erste Signal (S1 ) an die Steuer einheit (20) zu übermitteln, wenn wenigstens ein Kriterium für den Übergang von dem ersten in den zweiten Betriebszustand erfüllt ist, und/oder

- das zweite Signal (S2) an die Steuereinheit (20) zu übermitteln, wenn wenigstens ein Kriterium für den Übergang von dem zweiten in den ersten Betriebszustand er füllt ist.

13. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 12, wobei das erste und/oder zweite Signal (S1 , S2) als zeitgesteuerte Signale ausgebildet sind.

14. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 13, wobei der Regeltransfor mator (10) eine Tertiärwicklung (30) umfasst, die zur eigenständigen Stromversorgung von elektrischen Betriebsmitteln unabhängig von dem Betriebszustand auf der Unter spannungsseite (15) des Regeltransformators (10) ausgebildet ist.

Description:
VERFAHREN UND SYSTEM ZUM BETRIEB EINES REGELTRANSFORMATORS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Regeltransformators zur Kopplung von zwei elektrischen Energienetzen und ein System zum Betrieb eines Regeltransforma tors zur Kopplung von zwei elektrischen Energienetzen.

Ein elektrisches Energienetz kann beispielsweise ein Verbundnetz, ein Energieverbund netz, ein Stromnetz, ein Stromverbundnetz, ein Elektroenergienetz, ein Energieversor gungsnetz, ein Stromversorgungnetz oder ein Elektrizitätsnetz sein.

Ein elektrisches Energienetz kann beispielsweise die Funktion eines Übertragungsnetzes, eines Verteilnetzes, eines Mittelspannungsnetztes, eines Niederspannungsnetzes oder ei nes Einspeisenetzes einnehmen und dementsprechend bei Höchstspannung, Hochspan nung, Mittelspannung oder Niederspannung Energie übertragen.

Regeltransformatoren sind regelbare Transformatoren, die das Übersetzungsverhältnis zwischen ihrer Oberspannungsseite, z. B. ein mit 380 kV betriebenes Übertragungsnetz, und ihrer Unterspannungsseite, z. B. ein mit 30 kV betriebenes Mittelspannungsnetz, ver ändern. Dadurch können Spannungsschwankungen, die infolge von Belastungsänderun gen im Energienetz oder durch Energieeinspeisung von beispielsweise erneuerbaren Ener gieanlagen entstehen, vermieden oder ausgeglichen werden.

Bekannte Regeltransformatoren sind hierfür auf ihrer Oberspannungsseite mit einem Last stufenschalter ausgerüstet, der zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wick lungsanzapfungen einer Regelwicklung des Transformators ausgebildet ist.

Größere Photovoltaik-(PV-)Parks weisen in der Regel mehrere Wechselrichter auf, die über eine Vielzahl von Verteiltransformatoren, beispielsweise über eine 33 kV-Sammelschiene, an ein Einspeise- oder an ein Mittelspannungsnetz angeschlossen sind. Das Einspeise oder Mittelspannungsnetz wiederum ist über einen Regeltransformator an das Verteilnetz oder das Übertragungsnetz angebunden. Zur Steuerung der Energiezufuhr und zum Aus gleich von Spannungsschwankungen weist der Regeltransformator üblicherweise einen Laststufenschalter auf der Oberspannungsseite auf.

Zwischen Sonnenuntergang und Sonnenaufgang wird durch den PV-Park keine elektrische Energie erzeugt und demnach auch nicht in das angeschlossene Netz eingespeist. Statt- dessen entstehen Verluste, bedingt durch die leerlaufenden Verteiltransformatoren und die ladestromführenden Kabelstrecken im PV-Park, welche dann Energie vom Netz beziehen, anstatt einzuspeisen.

Eine bekannte Methode zur Vermeidung dieser Verluste ist den PV-Park nachts von dem angeschlossenen Energienetz zu trennen. Hierfür werden bekanntermaßen Leistungs schalter eingesetzt, die in die Verbindung zwischen dem PV-Park bzw. der Sammelschiene, an die der PV-Park angeschlossen ist, und dem Übertragungsnetz geschaltet werden und die Verbindung bei Bedarf unterbrechen können. Das Abtrennen der Sammelschiene durch den Leistungsschalter hat jedoch den Nachteil, dass dieser durch die häufigen Schaltvor gänge schnell verschleißt und bei jeder Einschaltung ein sog. Inrush der Verteiltransforma toren eintritt. Dabei fließt ein Einschaltstrom, der ein Vielfaches des später fließenden Nennstromes betragen und folglich die Wicklungen und andere Komponenten der Ver teiltransformatoren beschädigen kann.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für den Betrieb eines Regeltransformators zur Kopplung von zwei elektrischen Energienetzen an zugeben, mit dem Verluste bedingt durch den Leerlauf einer erneuerbaren Energieanlage weitestgehend reduziert werden.

Diese Aufgabe wird durch ein verbessertes Konzept in Form eines Verfahrens und eines Systems gemäß den unabhängigen und nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt des verbesserten Konzeptes wird ein Verfahren mit den Merk malen des Anspruchs 1 angegeben. Vorgesehen ist also ein Verfahren zum Betrieb eines Regeltransformators zur Kopplung von zwei elektrischen Energienetzen mit einem System zur Ausführung des Verfahrens umfassend einen Regeltransformator mit wenigstens einer ersten Regelwicklung auf einer Oberspannungsseite und mit wenigstens einer zweiten Re gelwicklung auf einer Unterspannungsseite, einen ersten Laststufenschalter zur Umschal tung zwischen wenigstens zwei Wicklungsanzapfungen der ersten Regelwicklung, einen zweiten Laststufenschalter zur Umschaltung zwischen wenigstens zwei Wicklungsanzap fungen der zweiten Regelwicklung und eine Ableitung, die an der Unterspannungsseite an geschlossen ist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: In einem ersten Schritt wir ein erstes Signal erfasst, das einen bevorstehenden Übergang von einem ersten Betriebs zustand in einen zweiten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite des Regeltransfor mators anzeigt. In einem zweiten Schritt wird der zweite Laststufenschalter derart betätigt, dass der zweite Laststufenschalter stufenweise von einer ersten Betriebsposition, in der die an der Ableitung anliegende Spannung vorzugsweise einen maximalen Wert einnimmt, in eine zweite Betriebsposition, in der die an der Ableitung anliegende Spannung einen mini malen Wert nahe Null einnimmt, umgeschaltet wird.

Gemäß dem ersten Aspekt des verbesserten Konzeptes wird außerdem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2 angegeben. Vorgesehen ist also ein Verfahren zum Be trieb eines Regeltransformators zur Kopplung von zwei elektrischen Energienetzen mit ei nem System zur Ausführung des Verfahrens umfassend einen Regeltransformator mit we nigstens einer ersten Regelwicklung auf einer Oberspannungsseite und mit wenigstens ei ner zweiten Regelwicklung auf einer Unterspannungsseite, einen ersten Laststufenschalter zur Umschaltung zwischen wenigstens zwei Wicklungsanzapfung der ersten Regelwick lung, einen zweiten Laststufenschalter zur Umschaltung zwischen wenigstens zwei Wick lungsanzapfungen der zweiten Regelwicklung, eine Ableitung, die an der Unterspannungs seite angeschlossen ist, und außerdem ein Schaltelement, das parallel zu dem zweiten Laststufenschalter an der Unterspannungsseite angeordnet ist und eine geöffnete Position und eine geschlossene Position einnehmen kann. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: In einem ersten Schritt wird ein erstes Signal erfasst, das einen bevorstehen den Übergang von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite des Regeltransformators anzeigt. In einem nächsten Schritt wird der zweite Laststufenschalter derart betätigt, dass der zweite Laststufenschalter von einer drit ten Betriebsposition in eine erste Betriebsposition, in der die an der Ableitung anliegende Spannung vorzugsweise einen maximalen Wert einnimmt, umgeschaltet wird. Daraufhin wird das Schaltelement geöffnet und ein Strom von der Ableitung auf den zweiten Laststu fenschalter kommutiert, welcher danach derart betätigt wird, dass der zweite Laststufenstu fenschalter von der ersten Betriebsposition in eine zweite Betriebsposition, in der die an der Ableitung anliegende Spannung einen minimalen Wert nahe Null einnimmt, umgeschaltet wird.

Gemäß dem verbesserten Konzept können also auf der Unterspannungsseite des Regel transformators ein erster und ein zweiter Betriebszustand auftreten.

In dem ersten Betriebszustand befindet sich ein auf der Unterspannungsseite des Regel transformators angeordnetes elektrisches Energienetz in einem Zustand, in dem es in das auf der Oberspannungsseite des Regeltransformators angeordnete elektrische Energienetz Energie einspeist.

In dem zweiten Betriebszustand befindet sich ein auf der Unterspannungsseite des Regel transformators angeordnetes elektrisches Energienetz in einem Zustand, in dem es in das auf der Oberspannungsseite des Regeltransformators angeordnete elektrische Energienetz keine Energie einspeist oder sogar Energie bezieht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten Konzepts ist auf der Unter spannungsseite über die Ableitung eine erneuerbare Energieanlage angeordnet, beispiels weise ein PV-Park oder eine Windkraftanlage, die sich im ersten Betriebszustand in einem energieeinspeisenden Zustand und im zweiten Betriebszustand im Leerlauf, das heißt in einem nicht-einspeisenden Zustand befindet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten Konzepts zeigt das erste Signal an, dass bei einer auf der Unterspannungsseite angeordneten erneuerbare Energie anlage ein Übergang von einem einspeisenden Zustand in einen nicht-einspeisenden Zu stand bevorsteht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten Konzepts befindet sich der zweite Laststufenschalter bei der ersten Betriebsposition in einer Endposition, in der die an der Ableitung anliegenden Spannung einen maximalen Wert einnimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten Konzepts befindet sich der zweite Laststufenschalter bei der zweiten Betriebsposition in einer Endposition, in der die an der Ableitung anliegenden Spannung einen minimalen Wert nahe Null einnimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten Konzepts befindet sich der zweite Laststufenschalter bei der dritten Betriebsposition in einer Leerlaufposition, in der keine Spannung an der Ableitung anliegt.

Das Schaltelement kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Schaltelement als Baugruppe des zweiten Laststufenschalters, besonders bevorzugt als Vorwähler des zweiten Laststufenschalters ausgebildet. Ebenso kann das Schaltelement als eigene Baugruppe ausgebildet sein und beispielsweise als Leistungsschalter oder - Trennschalter ausgebildet sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren die fol genden weiteren Schritte auf: In einem nächsten Schritt wird ein zweites Signal, das einen bevorstehenden Übergang von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszu stand auf der Unterspannungsseite des Regeltransformators anzeigt, erfasst, und daraufhin in einem weiteren Schritt der zweite Laststufenschalter derart betätigt, dass der Laststufen schalter von der zweiten Betriebsposition stufenweise zurück in die erste Betriebsposition umgeschaltet wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten Konzepts zeigt das zweite Signal an, dass bei einer auf der Unterspannungsseite angeordneten erneuerbare Energie anlage ein Übergang von einem nicht-einspeisenden Zustand in einen einspeisenden Zu stand bevorsteht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in einem weite ren Schritt das Schaltelement geschlossen und daraufhin der Laststufenschalter derart be tätigt, dass der zweite Laststufenschalter von der ersten Betriebsposition zurück in die dritte Betriebsposition umgeschaltet wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird wenigstens eine Kenngröße erfasst, die maßgeblich ist für eine Änderung des Betriebszustandes auf der Unterspan nungsseite des Regeltransformators.

Bevorzugte Kenngrößen, die maßgeblich sind für eine Änderung des Betriebszustandes auf der Unterspannungsseite, sind elektrische Kenngrößen, die an der Ableitung erfasst werden können wie Strom, Spannung, Leistung, Blindleistung oder die Phasenverschie bung. Weitere, bevorzugte Kenngröße sind beispielsweise eine vorbestimmte Zeitspanne oder eine tageslichtabhängige Kenngröße oder eine windgeschwindigkeitsabhängige Kenngröße.

Des Weiteren wird das erste Signal dann ausgegeben, wenn wenigstens ein Kriterium für den Übergang von dem ersten in den zweiten Betriebszustand erfüllt ist, und das zweite Signal dann, wenn wenigstens ein Kriterium für den Übergang von dem zweiten in den ersten Betriebszustand erfüllt ist.

Bevorzugte Kriterien für den Übergang von dem ersten in den zweiten Betriebszustand und umgekehrt sind ein bestimmter Strom, der über die Ableitung fließt, eine bestimmte Span nung, die an der Ableitung anliegt, oder daraus ableitbare Größen wie eine bestimmte Leis tung, Blindleistung oder Phasenverschiebung. Ein weiteres Kriterium ist beispielsweise eine vorbestimmte Uhrzeit oder eine vorbestimmte Zeitspanne, die abgelaufen ist. Ein ebenso mögliches Kriterium ist eine bestimmte Lichteinstrahlung bzw. Helligkeit.

Gemäß einem zweiten Aspekt des verbesserten Konzeptes wird außerdem ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 6 angegeben.

Die Merkmale des Systems korrespondieren zu den Schritten des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Für das System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird deshalb auf die vorteilhaften Erläuterungen, bevorzugten Merkmale, technischen Effekte und/oder Vorteile in analoger Weise Bezug genommen, wie sie für das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereits erläutert worden sind. Auf eine Wiederho lung wird verzichtet.

Außerdem wird zu den im Folgenden wiedergegebenen, vorteilhaften Ausgestaltungen des Systems auf die Erläuterungen, Merkmale, Verfahrensschritte, technischen Effekte und Vorteile in analoger Weise Bezug genommen, wie sie für die entsprechenden Ausführungs formen des Verfahrens bereits erläutert worden sind. Auch hier wird auf eine analoge Wie derholung verzichtet.

Vorgesehen ist ein System zum Betrieb eines Regeltransformators zur Kopplung von zwei elektrischen Energienetzen. Das System umfasst einen Regeltransformator mit wenigstens einer ersten Regelwicklung auf einer Oberspannungsseite und mit wenigstens einer zwei ten Regelwicklung auf einer Unterspannungsseite, einen ersten Laststufenschalter zur Um schaltung zwischen wenigstens zwei Wicklungsanzapfungen der ersten Regelwicklung, ei nen zweiten Laststufenschalter zur Umschaltung zwischen wenigstens zwei Wicklungsan zapfungen der zweiten Regelwicklung, eine Ableitung, die an der Unterspannungsseite des Regeltransformators angeschlossen ist, und eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, ein erstes Signal zu erfassen, das einen Übergang von einem ersten Betriebs zustand in einen zweiten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite des Regeltransfor mators anzeigt, und den zweiten Laststufenschalters in Abhängigkeit von dem ersten Signal derart zu betätigen, dass der zweite Laststufenschalter stufenweise von einer ersten Be triebsposition, in der die an der Ableitung anliegende Spannung vorzugsweise einen maxi malen Wert einnimmt, in eine zweite Betriebsposition, in der die an der Ableitung anlie gende Spannung einen minimalen Wert nahe Null einnimmt, umgeschaltet wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Systems umfasst das System außerdem ein Schaltelement, das parallel zu dem zweiten Laststufenschalter an der Unterspannungs seite angeordnet ist und eine geöffnete Position und eine geschlossene Position einneh men kann. Die Steuereinheit ist gemäß dieser Ausführungsform weiterhin dazu ausgebildet, den zweiten Laststufenschalter in Abhängigkeit von dem ersten Signal derart zu betätigen, dass der zweite Laststufenschalter von einer dritten Betriebsposition, in der sich der Last stufenschalter in einer Leerlaufposition befindet, in eine erste Betriebsposition, in der die an der Ableitung anliegende Spannung einen maximalen Wert einnimmt, umgeschaltet wird, das Schaltelement zu öffnen, sodass ein Strom von der Ableitung auf den zweiten Laststu fenschalter kommutiert wird, und den zweiten Laststufenschalters derart zu betätigen, dass der zweite Laststufenstufenschalter von der ersten Betriebsposition in eine zweite Betriebsposition, in der die an der Ableitung anliegende Spannung einen minimalen Wert nahe Null einnimmt, umgeschaltet wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, ein zweites Signal zu erfassen, das einen bevorstehenden Übergang von dem zweiten Be triebszustand in den ersten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite des Regeltrans formators beschreibt, und den zweiten Laststufenschalter in Abhängigkeit von dem zweiten Signal derart zu betätigen, dass der zweite Laststufenschalter von der zweiten Betriebspo sition stufenweise zurück in die erste Betriebsposition umgeschaltet wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit außerdem dazu ausgebildet, das Schaltelement zu schließen und den zweiten Laststufenschalters daraufhin derart zu betätigen, dass der zweite Laststufenschalter von der ersten Betriebsposition in die dritte Betriebsposition umgeschaltet wird.

Gemäß einer Ausführungsform ist an der Unterspannungsseite des Regeltransformators über die Ableitung eine erneuerbare Energieanlage angeschlossen, die in dem ersten Be triebszustand auf der Unterspannungsseite des Regeltransformators elektrische Energie erzeugt, d. h. sich in einem energieeinspeisenden Zustand befindet, und in dem zweiten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite des Regeltransformators keine elektrische Energie erzeugt, d. h. sich in einem nicht-energieeinspeisenden Zustand befindet.

Die erneuerbare Energieanlage ist beispielsweise ein PV-Park oder ein Windpark.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an der Unterspannungsseite des Regel transformators über die Ableitung ein Verbraucher angeschlossen, der in dem ersten Be triebszustand auf der Unterspannungsseite des Regeltransformators Energie bezieht, und in dem zweiten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite des Regeltransformators keine Energie bezieht.

Der Verbraucher kann als Industrienetz oder als beliebige, energiebeziehende Komponente im Netz ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Verbraucher ein elektrischer Antrieb, eine Auflade-Möglichkeit für Elektrofahrzeuge, beispielsweise eine oder mehrere Schnelllade säulen, oder ein Schiff-Terminal in einem Hafen, zur zeitweisen Stromversorgung der an liegenden Schiffe.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System eine Auswerteeinheit mit wenigstens einem Sensor, der dazu ausgebildet, wenigstens eine Kenngröße zu erfassen, die maßgeblich ist für eine Änderung des Betriebszustandes auf der Unterspannungsseite des Regeltransformators.

Die Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, das erste Signal an die Steuereinheit zu übermit teln, wenn wenigstens ein Kriterium für den Übergang von dem ersten in den zweiten Be triebszustand erfüllt ist, und/oder das zweite Signal an die Steuereinheit zu übermitteln, wenn wenigstens ein Kriterium für den Übergang von dem zweiten in den ersten Betriebs zustand erfüllt ist.

Die Auswerteeinheit kann als Bestandteil der Steuereinheit oder als separate Einheit aus gebildet sein.

Der wenigstens eine Sensor kann räumlich an der Auswerteeinheit angeordnet sein und/oder räumlich beabstandet innerhalt des Systems angeordnet sein, beispielsweise an der Ableitung.

Der wenigstens eine Sensor kann als intelligenter Sensor ausgebildet sein, derart dass die Auswerteeinheit und der Sensor eine gemeinsame Einheit bilden, die sowohl die Erfassung der Kenngrößen als auch die Signalaufbereitung und -Übermittlung des ersten und zweiten Signals an die Steuereinheit durchführt.

Gemäß einer Ausführungsform sind das erste und/oder das zweite Signal als zeitgesteuerte Signale ausgebildet. Bevorzugt wird das zeitgesteuerte Signal durch eine Zeitschaltuhr oder programmbasiert durch die Steuereinheit, d. h. durch ein auf der Steuereinheit gespeicher tes Programm in Abhängigkeit von der Uhrzeit ausgelöst. Die Zeitschaltuhr kann in der Steuereinheit integriert oder separat ausgebildet sein.

Gemäß einer Ausführungsform des Systems umfasst der Regeltransformator eine Terti ärwicklung, die zur eigenständigen Stromversorgung von elektrischen Betriebsmitteln wie Alarmanlagen, Telefonanlagen, Beleuchtungsanlagen oder Sicherheitseinrichtungen einer erneuerbaren Energieanlage unabhängig von dem Betriebszustand auf der Unterspan nungsseite des Regeltransformators ausgebildet ist.

Die Sicherung der Stromversorgung von elektrischen Betriebsmitteln aus der Tertiärwick lung unabhängig von dem jeweiligen Betriebszustand auf der Unterspannungsseite des Regeltransformators bedeutet konkret, dass die Stromversorgung der elektrischen Be triebsmittel sichergestellt bleibt, wenn der Übergang von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite erfolgt und die Spannung auf der Unterspannungsseite durch den zweiten Laststufenschalter abgesenkt wird. Im Folgenden wird das verbesserte Konzept anhand beispielhafter Ausführungsformen un ter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktio nell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszei chen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.

Es zeigen

Figur 1 eine vorteilhafte Ausführungsform eines Systems gemäß dem verbesser ten Konzept in einer schematischen Darstellung,

Figur 2 eine Detailansicht der vorteilhaften Ausführungsform des Systems aus Fi gur 1 in einer schematischen Darstellung,

Figur 3 eine Detailansicht einer weiteren vorteilhafte Ausführungsform des Sys tems aus Figur 1 in einer schematischen Darstellung,

Figur 4 eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem verbesser ten Konzept,

Figur 5 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept.

In Figur 1 ist eine vorteilhafte Ausführungsform eines Systems 1 gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung gezeigt. Ein PV-Park 2 mit mehreren Wech selrichtern 4 ist über eine Vielzahl von Verteiltransformatoren 5 an eine 33 kV-Sammel- schiene 6 angeschlossen, welche wiederum über einen Regeltransformator 10 an das 380 kV-Übertragungsnetz 3 angebunden ist. Der PV-Park 2 ist demnach auf einer Unterspan nungsseite 15 des Regeltransformators 10 angeordnet und speist Energie in das Übertra gungsnetz 3 ein, welches auf einer Oberspannungsseite 13 des Regeltransformators 10 angeordnet ist. Der Regeltransformator 10 weist auf der Oberspannungsseite 15 einen ers ten Laststufenschalter 16 zur Steuerung der Energiezufuhr und zum Ausgleich von Span nungsschwankungen und auf der Unterspannungsseite 15 einen zweiten Laststufenschal ter 17 zur Absenkung der Spannung auf der Unterspannungsseite 15 bei Bedarf, beispiels weise nachts, wenn der PV-Park 2 keine Energie erzeugt, auf. Weiterhin umfassts der Re geltransformator 10 eine Ableitung 18, die an der Unterspannungsseite 15 angeschlossen ist. Der zweite Laststufenschalter 17 wird von einer Steuereinheit 20 betätigt. Die Steuereinheit 20 wiederum betätigt den zweiten Laststufenschalter 17 in Abhängigkeit der Signale S1 und S2, die sie von einer Auswerteeinheit 21 erhält. Für die Erfassung der hier für relevanten Kenngrößen weist die Auswerteeinheit 21 die Sensoren 22 und 23 auf. Sen sor 22 ist hier beispielhaft unmittelbar an der Auswerteeinheit 21 angeordnet und kann bei spielsweise als Lichtsensor ausgebildet sein. Sensor 23 ist hier beispielhaft an der Ablei tung 18 angeordnet, und ist beispielsweise für die Erfassung eines durch die Ableitung 18 fließenden Stromes ausgebildet.

Figur 2 zeigt eine Detailansicht der vorteilhaften Ausführungsform des Systems 1 aus Figur 1 in einer schematischen Darstellung. Der Regeltransformator 10 weist auf seiner Ober spannungsseite 13 eine Stammwicklung 11 und eine Regelwicklung 12 mit Wicklungsan zapfungen Ni, ...Nj, ..., N N auf, die von dem ersten Laststufenschalter 16 beschältet wer den. Außerdem weist der Regeltransformator 10 auf seiner Unterspannungsseite 15 eine zweite Regelwicklung 14 mit Wicklungsanzapfungen Ni, ...Nj, ..., N N auf, die von dem zwei ten Laststufenschalter 17 beschältet werden. Des Weiteren weist der Regeltransformator 10 eine Tertiärwicklung 30 auf, die zur eigenständigen Stromversorgung von elektrischen Betriebsmitteln wie beispielsweise Alarmanlagen, Telefonanlagen, Beleuchtungsanlagen oder Sicherheitseinrichtungen der PV-Anlage 2 vorgesehen ist.

Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform weisen der erste und der zweite Laststufen schalter 16, 17 jeweils eine zusätzliche, sogenannte Grobstufe 7 auf, über die durch den jeweiligen Laststufenschalter 16, 17 ein Teil der Stammwicklung 11 zu- oder abgeschaltet werden kann.

Figur 3 zeigt eine Detailansicht einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Systems 1 aus Figur 1 in einer schematischen Darstellung. Bezüglich dem System 1 aus der Figur 3 wird auf die vorangegangenen Erläuterungen zu Figur 2 in analoger Weise Bezug ge nommen und im Folgenden lediglich auf die Unterschiede und ergänzende Merkmale ein gegangen. Gemäß der in Figur 3 gezeigten vorteilhaften Ausführungsform weist das Sys tem 1 zusätzlich ein Schaltelement 19 auf, das parallel zum zweiten Laststufenschalter 17 auf der Unterspannungsseite 15 angeordnet ist. In Figur 3 ist das Schaltelement 19 in einer geöffneten Position dargestellt, d. h. der Strom verläuft über den zweiten Laststufenschalter 17.

In Figur 4 ist eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Erfassen eines ersten Signals S1 , das einen bevorstehenden Übergang von einem ers ten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite 15 des Regeltransformators 10 anzeigt, mittels der Steuereinheit 20, b) Betätigen des zweiten Laststufenschalters 17 derart, dass der zweite Laststufenschalter 17 von einer ersten Betriebsposition in eine zweite Betriebsposition, in der die an der Ableitung 18 anliegende Spannung einen minimalen Wert nahe Null einnimmt, umge schaltet wird, mittels der Steuereinheit 20, c) Erfassen eines zweiten Signals S2, das einen bevorstehenden Übergang von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite 17 des Regeltransformators 10 anzeigt, mittels der Steuereinheit 20, d) Betätigen des zweiten Laststufenschalters 17 derart, dass der zweite Laststufenschalter 17 von der zweiten Betriebsposition zurück in die erste Betriebsposition umgeschaltet wird, mittels der Steuereinheit 20.

Bezüglich des Verfahrens wird auf die vorangegangenen Erläuterungen, bevorzugten Merkmale, Effekte und/oder Vorteile, wie sie für das System 1 zu den Figuren 1 - 3 bereits erläutert worden sind, in analoger Weise Bezug genommen. Auf eine entsprechende Wie derholung wird deshalb verzichtet.

In Figur 5 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ver besserten Konzept in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. Dieses Verfahren wird mit einem System 1 ausgeführt, wie es beispielsweise in der Figur 3 gezeigt ist, und weist die folgenden Schritte auf: a) Erfassen eines ersten Signals S1 , das einen bevorstehenden Übergang von einem ers ten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite 15 des Regeltransformators 10 anzeigt, mittels der Steuereinheit 20, b) Betätigen des zweiten Laststufenschalters 17 derart, dass der zweite Laststufenschal ter 17 von einer dritten Betriebsposition in eine erste Betriebsposition, in der die an der Ableitung 18 anliegende Spannung vorzugsweise einen maximalen Wert einnimmt, umgeschaltet wird, mittels der Steuereinheit 20, c) Öffnen des Schaltelements 19 und Kommutieren eines Stromes von der Ableitung auf den zweiten Laststufenschalter 17, mittels der Steuereinheit 20, d) Betätigen des zweiten Laststufenschalters 17 derart, dass der zweite Laststufenstu fenschalter 17 von der ersten Betriebsposition in eine zweite Betriebsposition, in der die an der Ableitung 18 anliegende Spannung einen minimalen Wert nahe Null ein nimmt, umgeschaltet wird, mittels der Steuereinheit 20, e) Erfassen eines zweiten Signals S2, das einen bevorstehenden Übergang von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand auf der Unterspannungsseite 17 des Regeltransformators 10 anzeigt, mittels der Steuereinheit 20, f) Betätigen des zweiten Laststufenschalters 17 derart, dass der zweite Laststufenschal ter 17 von der zweiten Betriebsposition zurück in die erste Betriebsposition umge schaltet wird, mittels der Steuereinheit 20, g) Schließen des Schaltelements (19) mittels der Steuereinheit 20, h) Betätigen des zweiten Laststufenschalters 17 derart, dass der zweite Laststufenschal ter 17 von der ersten Betriebsposition in die dritte Betriebsposition umgeschaltet wird, mittels der Steuereinheit 20.

Auch bezüglich dieses Verfahrens wird auf die vorangegangenen Erläuterungen, bevorzug ten Merkmale, Effekte und/oder Vorteile, wie sie für das System 1 zu den Figuren 1 - 3 bereits erläutert worden sind, in analoger Weise Bezug genommen. Auf eine entsprechende Wiederholung wird deshalb verzichtet.

BEZUGSZEICHEN

1 System

2 PV-Park

3 Übertragungsnetz

4 Wechselrichter

5 Verteiltransfomator

6 Sammelschiene 7 Grobstufe 10 Regeltransformator 11 Stammwicklung 12 erste Regelwicklung

13 Oberspannungsseite von 10

14 zweite Regelwicklung

15 Unterspannungsseite von 10

16 erster Laststufenschalter

17 zweiter Laststufenschalter

18 Ableitung

19 Schaltelement

20 Steuereinheit 21 Auswerteeinheit 22 Sensor

51 erstes Signal

52 zweites Signal

Ni, ...Nj, NN Wicklungsanzapfungen