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1. (WO2019063109) DISPOSITIF DE LIAISON DE RÉSEAUX DE DISTRIBUTION ÉLECTRIQUE
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Beschreibung

Anordnung zum Verbinden elektrischer Versorgungsnetze

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum elektrischen Verbinden eines ersten und eines zweiten Versorgungsnetzes.

Mittels einer solchen Anordnung ist elektrische Energie zwischen den beiden Versorgungsnetzen austauschbar.

Kleine, autarke Versorgungsnetze (Microgrids) sollen in der Zukunft in der Lage sein, den eigenen Energiebedarf größtmöglich mit eigener Erzeugung zu decken. Je nach Energiequellen ist die zur Verfügung stehende Menge Schwankungen, sowohl was die Verfügbarkeit, als auch die Qualität anbelangt, unterworfen. Um bei einer (temporären) Unterversorgung weiter Energie erhalten zu können, ist eine Kopplung mit einer externen Quelle/Versorger notwendig.

Dies führt dazu, dass kleine Netze noch stark von übergeordneter Hochspannungsversorgung und ihrer Stabilisierung abhängig und damit an deren Vorgaben und auch Geschäftsmodelle gebunden sind. Dies gilt insbesondere wenn große industrielle Verbraucher oder Erzeuger sich innerhalb dieser Microgrids befinden.

Eine vollkommene Unabhängigkeit von zentralen (Hochspan-nungs ) -Netzen ist derzeit für dezentrale Versorgungsnetze kaum möglich, da sowohl die Versorgungssicherheit, als auch die stabilisierenden Komponenten der übergeordneten Infrastruktur (beispielsweise Blindleistung) nach wie vor notwendig sind und im dezentralen Netz nur unter hohem Aufwand selbst sichergestellt werden könnte.

Möglich wäre eine Ankopplung an eine übergeordnete Hochspannungsinfrastruktur, was allerdings dem dezentralen Ansatz entgegensteht .

Für die Übertragung elektrischer Energie zwischen dezentralen Netzen ist eine HVDC-Kopplung unwirtschaftlich und seitens Akzeptanz unrealistisch.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine artgemäße Anordnung vorzuschlagen, die möglichst kostengünstig und zuverlässig ist .

Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen Anordnung dadurch ge-löst, dass die Anordnung folgende Komponenten umfasst: eine Mittelspannungsgleichstromleitung, einen ersten Umrichter, der wechselspannungsseitig mit dem ersten Versorgungsnetz und gleichspannungsseitig mit der Mittelspannungsgleichstromlei-tung verbindbar ist, einen zweiten Umrichter, der wechsels-pannungsseitig mit dem zweiten Versorgungsnetz und gleichspannungsseitig mit der Mittelspannungsgleichstromleitung verbindbar ist, sowie eine Regelungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die elektrische Leistungsübertragung in der Mittelspannungsgleichstromleitung mittels zumindest eines der Umrichter derart zu regeln, dass ein temporärer Energieüber-schuss im ersten Versorgungsnetz zu dessen Stabilisierung in das zweite Versorgungsnetz übertragbar ist.

Der Lösungsansatz hier ist der, dass ein dezentrales lokales Versorgungsnetz mit einem anderen dezentralen, lokalen Versorgungsnetz verbunden ist, um im Falle eines Bedarfs die notwendige Energie aus dem benachbarten Netz beziehen zu können. Für hinreichend nahe aneinander angrenzende Versorgungsnetze soll diese Verbindung mittels einer Mittelspannungs-Gleichstromübertragung (MVDC) realisiert werden. Mittelspannung wird im Allgemeinen in der Energieübertragungstechnik als Spannung unterhalb von 60 kV verstanden.

Dies hat den Vorteil, dass die notwendige Infrastruktur für diese Art der Kopplung kompakter und günstiger ausgeführt werden kann als bei einer herkömmlichen Hochspannungsgleich-spannungsübertragung oder Hoch/Höchstspannungswechsel-

Stromübertragung. Dazu zählt auch, dass keine oder weniger Hochspannungstrassen für die Leitungen notwendig sind.

Weiterhin ist es durch den AC/DC - DC/AC Wechsel möglich, Schwankungen in der Frequenz und Spannungslevel für die Übertragung zu verringern und somit den Einfluss von Unterschieden in der Qualität zu minimieren, was vor allem dann relevant werden kann, wenn mehrere dezentrale Versorgungsnetze über die MVDC-Verbindung bzw. ein Mittelspannungsnetz mitei-nander verbunden sind. Weiterhin ist es dadurch auch möglich, das instabile Versorgungsnetz durch Komponenten und Verfahren aus der MVDC-Kopplung zu stabilisieren. Die stabilisierende Wirkung kann insbesondere auch dann erreicht werden, wenn ein Mittelspannungsgleichstromnetz mehr als zwei Versorgungsnetze miteinander verbindet.

Für den Fall, dass in einem der Versorgungsnetze ein temporärer Überschuss erzeugt wird, kann diese (überschüssige) Energie über den MVDC-Link den anderen Beteiligten zur Verfügung gestellt werden und so die Energie auch dezentral zwischen den betreffenden Versorgungsnetzen gehandelt werden. Der Netzbetreiber (Distribution System Operator, DSO) , welcher die MVDC-Infrastruktur zur Verfügung stellt, kann dann anteilig an der gehandelten Energie ein eigenes Netzentgelt ver-langen. Darüber hinaus können weitere Netzelemente (elektrische Energiespeicher, thermische Energiespeicher) zur weiteren Stabilisierung der Microgrids beziehungsweise der Versorgungsnetze geregelt angebunden werden.

Die bisher zur Verfügung stehende Technologie, mit welcher elektrische Energie über eine größere Distanz transportiert werden kann (HVDC) , ist für die Übertragung kleinerer Energiemengen und auch für eine kürzere Distanz nicht rentabel.

Die bisher zur Verfügung stehende Technologie, mit welcher elektrische Energie in der Fläche verteilt wird (HVAC HOkV) , ist für die gesteuerte Übertragung von definierten Energie- mengen nur unzureichend geeignet da der Energiefluss nicht geregelt werden kann. Durch den überwiegenden Anschluss der Erzeugungsanlagen in Form großer Anlagenparks an die 110-kV-Netzebene in der zurückliegenden Zeit und dem nicht zeit-gleich möglichen Netzausbau haben sich in den Hochspannungsnetzen jedoch zahlreiche Netzengpässe gebildet, denen aktuell mit der bedingten Reduzierung der Einspeiseleistung begegnet wird. Dieser Zustand kann durch eine gezielte Abregelung der Energiemenge im überlasteten lokalen Versorgungsnetze sowie dem gezielten Abtransport der Energie über den Mittelspan-nungsgleichstromübertragung begegnet werden.

Unter diesen Gesichtspunkten kann die Notwendigkeit des Netzausbaues im lokalen Netz sowie auf der Verteilnetzebene über-dacht werden.

Um kleinere, lokale Versorgungsnetze miteinander für den Austausch von Energie und zur Stabilisierung des eigenen Versorgungsnetzes verbinden zu können, ist eine kompaktere Techno-logie, inkl. Geeigneter Regelung, notwendig. Die Kopplung von mind. zwei autarken (Klein- ) Versorgungsnetzen über eine MVDC-Verbindung erlaubt eine gegenseitige Versorgung und Stabilisierung. Die Stabilisierung kann dabei beispielsweise eine Frequenzstabilisierung, eine Dämpfung von Schwingungen im Versorgungsnetz und/oder eine Spannungssymmetrierung im Versorgungsnetz umfassen.

Die Konfiguration besteht aus einem Verbund von mindestens zwei lokalen Netzen über einen MVDC-Link.

Das oder die Versorgungsnetze umfassen geeigneterweise einen oder mehrere folgender Teilnehmer bzw. angeschlossener Komponenten :

- Verbraucher (Heim, Industrie, öffentlicher Bereich, Mobilität) ,

- Erzeuger (Wind, PV, weitere regenerative Quellen,...),

- Speicher,

- Interne Regelung zur Lastflußverteilung,

- Anschluss an ein MVDC-Netz (Konverterstation)

Anstatt eines lokalen Versorgungsnetzes kann aber auch ein einzelner Großverbraucher am MVDC-Netz beziehungsweise der MVDC-Leitung angebunden sein, welcher exklusiv über MVDC gekoppelt ist oder aus Redundanzgründen (Datencenter, kritische Infrastruktur) neben seiner ursprünglichen Ankopplung (bei-spielsweise seitens Hochspannung kommend) eine weitere Quelle benötigt (über MVDC an ein/mehrere andere Netze) .

Die verbindende Infrastruktur umfasst vorzugsweise:

- MV-Leitungen,

- eine übergeordnete Regelung, welche temporäre Überschüsse aus einem lokalen Netz dem MVDC-Verbund bei entsprechendem Bedarf zur Verfügung stellen kann.

Die Möglichkeit zum Energiehandel zwischen den lokalen Netzen ist somit gegeben. Die Funktion des DSO kann im Versorgungs-netz selbst erzeugt werden.

Zentrale Speicher können vorgesehen sein, um Überschüsse aus den Ortnetzen und der Erzeugung des DSO vorzuhalten.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anord-nung einen zentralen Energiespeicher, in dem ein temporärer Energieüberschuss gespeichert werden kann. Die Speicherung der Energie im Energiespeicher kann beispielsweise mittels der Regelungseinrichtung durchgeführt werden. Vorzugsweise ist der Energiespeicher ein elektrischer oder thermischer Speicher.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung mehrere Mittelspannungsgleichstromleitungen, die zu einem Mittelspannungsgleichstromnetz verbunden sind, wobei die Anordnung mittels des Mittelspannungsgleichstrom-netzes drei oder mehr Versorgungsnetze miteinander verbindet. In dieser Anordnung können die an das Mittelspannungsgleich- Stromnetz angeschlossenen Versorgungsnetze besonders effektiv für eine gegenseitige Stabilisierung sorgen.

Die Umrichter können beispielsweise als ein Spannungszwi-schenkreisumrichter (VSC) oder die dem Fachmann bekannten mo-dularen Mehrstufenumrichter (MMC) realisiert werden. Ein mögliches Speicherkonzept ist das Produkt „SieStorage" der Siemens AG.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben ei-nes elektrischen Versorgungsnetzes.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Verfahren bereitzustellen, das einen möglichst effektiven Betrieb des Versorgungsnetzes ermöglicht.

Die Aufgabe wird bei einem artgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass ein temporärer Energieüberschuss im Versorgungsnetz über eine Mittelspannungsgleichstromleitung, mit der das Versorgungsnetz mittels eines Umrichters verbindbar ist, ei-nem weiteren mit der Mittelspannungsgleichstromleitung verbundenen Versorgungsnetz zur Verfügung gestellt wird.

Auf diese Weise kann vorteilhaft das Versorgungsnetz besonders effektiv betrieben werden, insbesondere indem das weite-re Versorgungsnetz auf die zuvor beschriebene Weise stabilisiert wird.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung.

In der Figur ist im Einzelnen eine Anordnung 1 zum elektrischen Verbinden eines ersten Versorgungsnetzes 2 und eines zweiten Versorgungsnetzes 3 dargestellt.

Das erste Versorgungsnetz 2 ist dreiphasig und umfasst eine Vielzahl von Verbrauchern und Energieerzeugern 21 bzw. 22. Das zweite Versorgungsnetz 3 ist ebenfalls dreiphasig und um- fasst entsprechend eine Vielzahl von Verbrauchern und Energieerzeugern 31 bzw. 32.

Die Anordnung 1 umfasst ferner einen ersten Umrichter 4, der wechselspannungsseitig mit dem ersten Wechselspannungsnetz 2 und gleichspannungsseitig mit einer Mittelspannungsgleich-stromübertragungsleitung 5 verbunden ist.

Die Anordnung 1 umfasst zudem einen zweiten Umrichter 6, der wechselspannungsseitig mit dem zweiten Wechselspannungsnetz 3 und gleichspannungsseitig mit einer Mittelspannungsgleich-stromübertragungsleitung 5 verbunden ist.

Eine Regelungseinrichtung 7 ist dazu eingerichtet, die elekt-rische Leistungsübertragung in der Mittelspannungsgleich-stromleitung 5 mittels zumindest eines der Umrichter 2 bzw. 3 derart zu regeln, dass ein temporärer Energieüberschuss im ersten Versorgungsnetz 2 in das zweite Versorgungsnetz 3, oder umgekehrt, übertragbar ist. Dabei ist das zweite Versor-gungsnetz 3 bezüglich dessen Netzstabilität, wie Netzfrequenz, Symmetrie und Spannungsschwankungen stabilisierbar. Selbstverständlich kann die Netzstabilisierung auch in umgekehrter Richtung, vom zweiten Versorungsnetz 3 zum ersten Versorgungsnetz 2 erfolgen.