用于將饋送電壓與電網電壓同步的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種將饋送電壓(52)與電能供應網絡(2)的電網電壓(118)同步的方法，其中可以基于靜態(tài)特征線(58，64)來確定饋送電壓(52)的特征，其中靜態(tài)特征線(58，64)將饋送電壓(52)的特征與饋送功率(38)進行比較，其中在施加饋送電壓(52)時，饋送功率(38)被電能供應網絡(2)所接收，并且其中當饋送功率(38)達到極限(Imax)時，饋送電壓(52)的特征與某一確定值(118)匹配。
【專利說明】用于將饋送電壓與電網電壓同步的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種維持電能供應網絡中的電網電壓的方法、一種執(zhí)行該方法的控制裝置、一種用于維持電能供應網絡中的電網電壓的網絡構成者和一種具有該網絡構成者的電能供應網絡。

【背景技術】
[0002]具有用于維持電能供應網絡中的電網電壓的網絡構成者的電能供應網絡例如由DE 102 10 099 Al已知。每個電壓的特征在于一種形式，其例如可以包括有效值、頻率和相位。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，對電能供應網絡中的電網電壓的維持進行改進。
[0004]上述目的通過獨立的權利要求中的特性來實現(xiàn)。附屬的權利要求則包括了本發(fā)明優(yōu)選的改進方案。
[0005]本發(fā)明以下述思想為基礎，即電能供應網絡中被稱為Blackstarts或黑啟動的重啟在被稱為獨立小網絡(Inselnetze)的非中心電能供應網絡中是一種特殊的挑戰(zhàn)。以下將黑啟動被理解為獨立小網絡的、從關斷狀態(tài)開始建立并維持共用電網電壓的能力。同時在黑啟動時必須找到所有連接在獨立小網絡中的網絡構成者的、用于建立穩(wěn)定電網電壓的共同工作點。
[0006]此外本發(fā)明以下述思想為基礎，即在電能供應網絡中在網絡構成者和網絡輔助器之間進行區(qū)分。網絡輔助器，在第一近似中不依賴于網絡的狀態(tài)地將可提高的功率供給到電能供應網絡中并起到電流源的作用。而與此相對地，網絡構成者參與調控電網電壓并因此起到電壓源的作用。在此，當前所輸出的功率與該時刻時由電能供應網絡調用的電功率有關。在電能供應網絡中至少要有一個網絡構成者?？梢詢?yōu)選地借助于所謂靜態(tài)特征線實現(xiàn)多個網絡構成者在電能供應網絡中的穩(wěn)定運行，該靜態(tài)特征線將由電能供應網絡調用的電功率與電網電壓進行比較。借助于該靜態(tài)特征線，獨立小網絡中的每個網絡構成者測定了其當前要提供的電壓。當所有的網絡構成者輸出了相同的要提供的電壓時，則達到了多個網絡構成者在電能供應網絡中相互協(xié)調的工作點。
[0007]除此之外本發(fā)明以下述思想為基礎，最經濟的方法是，首先由一個唯一的網絡構成者預定電網電壓，并且然后其余的網絡構成者為此連接至電能供應網絡。然而獨立小網絡的特征在于低等級。在這里，網絡構成者只能同時與耗電器負載連接。雖然因此可能是單個網絡構成者在此首先預定電網電壓，由于連接了耗電器，在黑啟動時存在的耗電器負載對于單個網絡構成者來說會過大，以便產生電網電壓。這只有通過如下方式來解決，即黑啟動至少利用兩個協(xié)作的網絡構成者實現(xiàn)。這種協(xié)作可以是異步的，其中每個需要協(xié)作的網絡構成者根據(jù)其各自當前提供給電能供應網絡的功率通過靜態(tài)特征線來計算要向網絡提供的電壓。
[0008]本發(fā)明以下述知識為基礎，即在異步過程中，當協(xié)作網絡構成者中的一個在其靜態(tài)特征線上無法足夠迅速地跟上其它網絡構成者時，便無法設定共用電網電壓。這應以網絡構成者為實例解釋，網絡構成者具有不允許超過的電流極限。由于網絡構成者如上述提到的那樣作為電壓源工作，它們必須能夠輸出無限高的電流，而在實際情況卻不是這樣的。在靜態(tài)特征線上電壓極低的點處，網絡構成者必須通過相應的高電流來平衡電能供應網絡中的高功率流。如果它不能提供相應的高電流，則其自身當前供應給電能供應網絡的功率并且進而其供應給電能供應網絡的電壓保持不變，因此它保持在靜態(tài)特征線上的某點上并且不再繼續(xù)運動。結果是協(xié)作的網絡構成者無法建立共用電網電壓。
[0009]這個問題可能在同步過程中解決，其中共同的主機強制預定用于電網電壓的額定值。這樣可以避免，由于過小的瞬態(tài)電網電壓而在網絡構成者上施加過大的電流。然而每個單個的網絡構成者都必須與該主機相連接，而這恰好對于空間分布在數(shù)千米上的網絡構成者來說會導致極高的成本、高故障發(fā)生率并且進而不可行性。
[0010]與此相反地，本發(fā)明的思想是，使在其靜態(tài)特征線上停滯的網絡構成者運動并且類似地給出推動力，使之可以繼續(xù)在其靜態(tài)特征線上運動。這可以由下述方法實現(xiàn)，即當網絡構成者在其靜態(tài)特征線上保持停止時，將其推移至其靜態(tài)特征線上的一個新的點上，在這點上對于需要輸出的功率來說必須輸?shù)陀谄潆娏鳂O限的電流。由此通過現(xiàn)在再次可變的輸出電流可以提高其輸出給電能供應網絡的功率，并且在靜態(tài)特征線上自由運動。
[0011]本發(fā)明給出了一種用于將饋送電壓與電能供應網絡的電網電壓同步的方法，其中可以基于靜態(tài)特征線來確定饋送電壓的特征，其中靜態(tài)特征線將饋送電壓的特征與饋送功率進行比較，其中饋送功率被電能供應網絡在施加饋送電壓時接收，并且當饋送功率達到極限時，饋送電壓的特性與一個特定值匹配。所述饋送電壓或電網電壓的特征例如是開頭提到的相應電壓的頻率、相位和/或有效值。
[0012]通過本發(fā)明可以在電能供應網絡中異步地建立起共用電網電壓，而單個的網絡構成者并不保留在其靜態(tài)特征線上。因此在建立和運行電能供應網絡時，由于材料較少并且可靠性較高可以節(jié)省成本。在本發(fā)明的一個改進方案中，當能輸出給供能網絡的電流達到最大時和/或當饋送功率為負時，饋送功率達到極限。該改進方案以下述思想為基礎，即對于功率電子組件如逆變器和變頻器來說，由于其具有半導體組件，因此其具有嚴格的不可以被超過的電流極限。
[0013]在本發(fā)明的另一個改進方案中，所述特定值小于或等于相應的電網電壓特征。亦即，特定值以相應的電網電壓特征的額定值有關。甚至可以通過任意一種方法重新選定所述特定電壓值，即，使網絡構成者重新在其靜態(tài)特征線上自由運動。因此可以考慮通過對上一段曲線進行插補來算出所述確定的電壓值，或者在網絡構成者內存儲一個輔助值，使網絡構成者可以在其靜態(tài)特征線上朝向該輔助值運動。通過上述改進方案無需其它計算結構、通信手段或在網絡構成者上的其它內部存儲需求便可以提供一個參考值，網絡構成者通過該參考值可以重新指向其在靜態(tài)特征線上的點，以便能重新自由運動。
[0014]在本發(fā)明的一個優(yōu)選改進方案中，靜態(tài)特征線具有一個底點，為了使饋送電壓的特征匹配于該確定值而移動該底點。通過底點的移動，在當前的饋送功率特征下，執(zhí)行所述方法的網絡構成者所輸出的饋送功率被降低。這種下降使網絡構成者從其功率極限處移開，并且可以重新在其靜態(tài)特征線上運動。
[0015]在本發(fā)明的另一個改進方案中，為了移動底點，降低所輸入的轉化為饋送功率的初級能源。通過降低初級能源輸入也可以自動地降低饋送功率，因此自身無需對靜態(tài)特征線進行重新編程的消耗。
[0016]特別優(yōu)選地，當饋送電壓小于或等于饋送功率的極限時，可以將靜態(tài)特征線的底點移回到其初始值。這樣當網絡構成者擺脫極限后可以再次在上級單元給出的電網電壓的頻率和有效值方面有利于電網電壓的電壓維持。
[0017]在本發(fā)明的一個作為替代或附加的改進方案中，所述靜態(tài)特征線為線性的并且具有斜率，為了使饋送電壓特征匹配于所述確定值而改變該斜率。以這種方式，網絡構成者的饋送功率在其饋送電壓的當前特征下同樣被降低，因此網絡構成者被拉離其功率極限。
[0018]在一個特別的改進方案中，當饋送電壓小于饋送功率的極限時，靜態(tài)特征線的斜率移回到其初始值。
[0019]在本發(fā)明的另一個改進方案中，在收到預定的接通信號后，將饋送電壓施加在電能供應網絡上。亦即，接通信號觸發(fā)了黑啟動，由此開始必須使相應的網絡構成者利用電網電壓的額定特性運動到其靜態(tài)特征線上的一個點。然而無需向網絡構成者明確地告知該額定特征，而是該網絡構成者基于電能供應網絡的靜態(tài)特征變化曲線從其饋送點看自動地運動到平衡點，在該平衡點給出了電網電壓的額定特征。如果網絡構成者基于特定的功率極限停滯在其靜態(tài)特征線上，則可以通過所述方法使其再次運動，由此可以確保其能可靠地到達平衡狀態(tài)。通過接通信號使所有參與維持電網電壓的網絡構成者被同步黑啟動。
[0020]在一個特別的改進方案中，接通信號是電網電壓的特征的升高。
[0021 ] 在本發(fā)明的另一個改進方案中，給出的方法包括在饋送電壓與輸入給供能網絡的當前饋送功率相匹配之前獲取接通信號的步驟。通過接通信號，使所有參與黑啟動的網絡構成者同步啟動，并且通過電能供應網絡彼此同步，而無需引入用于它們相互通信的額外的基礎設施。因此當主機連接在其中一個網絡構成者上就足夠了，該主機將接通信號傳輸給該網絡構成者。由主機啟動的網絡構成者可以產生一個其它網絡構成者可以測得的初始電壓上升，從而進入對電能供應網絡的黑啟動。
[0022]在本發(fā)明的一個優(yōu)選的改進方案中，在收到預定的信號后，基于額定變化曲線對饋送電壓的特征進行隨動調節(jié)。以這種方式可以使參與維持電網電壓的網絡構成者以能預先給定的速度引導到之前提到的位于其特征線上的平衡點，這降低了網絡構成者完全在其靜態(tài)特征線上停滯的幾率。
[0023]在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的改進方案中，電網電壓的隨動調節(jié)的特征是電網電壓的有效值。相應調節(jié)的電壓上升則是以及提到的電壓斜坡，其例如由于相應的網絡構成者的無功功率特征線在黑啟動時的緩慢平形移動而產生。由于電壓有效值被調節(jié)地上升，可以影響電能供應網絡中單個饋送電壓的變化，該變化基于感應電流會引起電能供應網絡中相應的故障。
[0024]在一個替代改進方案中，所述額定變化曲線是斜坡形的。
[0025]在一個附加改進方案中，所述斜坡形成的時間長度短于接通信號的傳輸時間。亦即，各個未連接在主機上的網絡構成者應該在所述連接在主機上的網絡構成者轉入穩(wěn)態(tài)之前檢測到電壓上升。
[0026]在本發(fā)明的一個附加改進方案中，給出的方法包括基于電網電壓的額定形式提高給電能供應網絡的饋送電壓的步驟。電網電壓的額定形式例如可以由主機預定，該主機僅與電能供應網絡中的一個單一的網絡構成者通信。通過給出的發(fā)明，所有其它網絡構成者都將其輸出電壓與電網電壓的額定形式相匹配，而無需作為真正的電能傳輸網絡的其它通信裝置用于使各個網絡構成者彼此同步。
[0027]在本發(fā)明的一個特別的改進方案中，所述靜態(tài)特征線包括無功功率靜態(tài)特征線，它將饋送功率的無功功率與饋送電壓的有效值進行對比。因為無功功率是這樣一種功率形式，即它可以周期性地在電能發(fā)生器與耗電器之間來回脈動，因此它需要例如由異步電機來驅動。通過向電能供應網絡輸入無功功率，可以影響幅度的維持和電網電壓的有效值，因為所輸入的無功功率會在網絡中產生影響電網電壓的感應電流。
[0028]在本發(fā)明的一個優(yōu)選改進方案中，給出的方法包括移動無功功率靜態(tài)特征線來提高給電能供應網絡的饋送功率的步驟。通過移動無功功率靜態(tài)特征線和與其相關的饋送電壓影響，可以產生電壓斜坡。通過使無功功率靜態(tài)特征線在時間上定義地移動，使電壓斜坡的形狀在時間上與預定形式相匹配。
[0029]在本發(fā)明的另一個改進方案中，靜態(tài)特征線包括將饋送功率的有功功率與饋送電壓的頻率進行比較的有功功率特征線，并其在給電能供應網絡的饋送功率升高時保持不變。對于發(fā)電機來說，有功功率與角速度和轉矩的乘積有關?？梢酝ㄟ^適當?shù)恼{節(jié)回路將該發(fā)電機特性強加給每個網絡構成者，例如與逆變器連接的太陽能電池，因此可以通過調節(jié)輸入到供能網絡的有功功率而維持供能網絡的網絡頻率不變。
[0030]本發(fā)明也給出了一種用于執(zhí)行所給出的方法的控制裝置。
[0031]在一個改進方案中，所給出的控制裝置包括存儲器和處理器。在此該方法以計算機程序的形式被存儲在存儲器內，并且當計算機程序被從存儲器加載到處理器中時，處理器設置用于執(zhí)行該方法。
[0032]本發(fā)明也給出了一種用于電功率網絡的網絡構成者，該網絡構成者包括用于將饋送電壓輸出到具有電網電壓的電能供應網絡中的電能發(fā)生器和所給出的控制裝置。
[0033]在一個改進方案中，所給出的網絡構成者包括用于容納來自供能網絡的電能的儲能器。通過該儲能器，電功率網絡或電能供應網絡中的網絡構成者也可以用作耗電器，并且在需要的時候接收電能。
[0034]在一個特別的改進方案中，能量發(fā)生器是逆變器，其設計用于將來自直流電壓源的電能轉化為饋送電壓。
[0035]本發(fā)明還給出了一種電能供應網絡，其包括用于輸出饋送電壓以形成電網電壓的網絡構成者和用于接收電網電壓的耗電器。在此至少一個網絡構成者如之前所給出的網絡構成者那樣設計而成。
[0036]在本發(fā)明的一個改進方案中，所有的網絡構成者如之前所給出的網絡構成者那樣設計而成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]以上描述的本發(fā)明的特性、特征和優(yōu)點以及它們如何實現(xiàn)的方式和方法與以下示例性實施例的描述相關聯(lián)地被更清楚且更明確地解釋，該示例性實施例將結合附圖更詳細地解釋，其中:
[0038]圖1電能供應網絡的原理框圖，
[0039]圖2圖1中的電能供應網絡的一部分，
[0040]圖3圖2中的電能發(fā)生器的有功功率靜態(tài)特征線，
[0041]圖4圖2中的電能發(fā)生器的無功功率靜態(tài)特征線，
[0042]圖5在圖1中的電能供應網絡黑啟動期間圖4中的無功功率靜態(tài)特征線，
[0043]圖6圖2中的有功功率靜態(tài)特征線的片段，
[0044]圖7圖1中的電能供應網絡的片段，
[0045]圖8圖6中的裝置的第一種實施例，
[0046]圖9圖6中的裝置的第二種實施例，
[0047]圖10圖6中的裝置的第三種實施例，
[0048]圖11圖6中的裝置的第四種實施例，和
[0049]圖12根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施例。
[0050]圖中相同的元件具有相同的標注并且只進行一次說明。

【具體實施方式】
[0051]圖1示出了電能供應網絡2的原理框圖。
[0052]在本實施例中，電能供應網絡2設計為獨立小網絡2，它雖然連接在中央的連接網絡4上，但其在正常運行中可以完全與該連接網絡無關地運形。
[0053]獨立小網絡2可以由各種電功率源提供電能。在本實施例中，電功率源包括太陽能電池6、風輪8、水輪10和柴油發(fā)電機12。來自電功率源的電能可以在一個或多個圖2中所不的耗電器15的方向上給出。如果通過電功率源的電功率輸入大于耗電器15可以接收的功率，那么過剩的電能可以緩存在一個儲能器內。在本實施例中，儲能器包括蓄電池16、飛輪18和雙層電容器20。此外將一個燃料電池22也布置為電功率源。當耗電器15的電功率需求暫時超過通過電功率源的電能供給時,可以再調用存儲在儲能器內的過剩電能。
[0054]以下假設:在將電能輸出給獨立小網絡2時，所有電功率源6，8，10，12作為網絡構成者運行，并且所有電能存儲器16，18，20，22作為網絡支持器運行。
[0055]網絡構成者6，8，10，12基于圖3和4所示的靜態(tài)特征線來調節(jié)獨立小網絡2的電網電壓。這些靜態(tài)特征線將電網電壓的形式與由獨立小網絡2調用的電功率進行比較。當柴油發(fā)電機12固有地預定了所述靜態(tài)特征線時，則需相應地在太陽能電池6、風車輪8和水車輪10之后連接一個與網絡狀態(tài)相關的被調節(jié)的整流器24，它們將相應的靜態(tài)特征線強加給這些電功率源，圖2對其作進一步研究。如果可以通過例如具有節(jié)流閥和旁路的水輪10來調節(jié)水流，則如圖1虛線所示的那樣，有可能棄用額外的自供給的變流器24。
[0056]網絡支持器16，18，20，22在第一近似中不依賴于獨立小網絡2的狀態(tài)將其當前可用功率傳輸?shù)姜毩⑿【W絡2中。對此在本實施方式中，在網絡支持器16，18，20，22之后相應地連接取決于可用的饋送功率調節(jié)地整流器26?？梢栽谒鲂铍姵?6和雙層電容器20之后分別連接一個直流電壓轉換器28，從而根據(jù)其充電狀態(tài)來平衡這兩個儲能器的電壓波動。
[0057]網絡支持器16，18，20，22在獨立小網絡2中起到電流源的作用，而網絡構成者6，8，10，12則起到電壓源的作用。
[0058]可以通過一個變壓器30將獨立小網絡2與其它的這里未示意出的獨立小網絡2相連接。
[0059]對本實施例的其它改進方案而言，下面對獨立小網絡2進一步簡化并且根據(jù)一個二相電源對其進行闡述。可以通過對專業(yè)人員來說已知的方式將所有后續(xù)陳述拓展成任意多的階段。
[0060]在簡化的獨立小網絡2中，僅還將太陽能電池6和柴油發(fā)電機12考慮進來，它們通過電線網絡32與耗電器15相連接。太陽能電池6的自供給的變流器24為一個逆變器34。因為一般來說每個自供給的、提供交流電壓的整流器24都包括一個逆變器，因此下述關于逆變器34的陳述可以轉用在所有如圖1所示的獨立小網絡2中的自供給的整流器24上。逆變器34和柴油發(fā)電機12分別在逆變器連接點36處將逆變器電功率38以及在發(fā)電機連接點40處將發(fā)電機功率42饋送到電線網絡32中，并且因此維持網絡電功率44，而耗電器15則在耗電器連接點46處從電線網絡32中接收耗電器電功率48。
[0061]因為太陽能電池6和柴油發(fā)電機12是網絡構成者，因此需將逆變器功率38與發(fā)電機功率42彼此進行同步，從而避免逆變器34和發(fā)電機12之間相互交換電功率并且像耗電器一樣相互作用。
[0062]為了使逆變器功率38與發(fā)電機功率42同步，可以利用發(fā)電機電壓50與發(fā)電機功率42的依賴關系。例如發(fā)電機電壓50的頻率隨著發(fā)電機功率42中的有功部分的升高而下降，或者例如發(fā)電機電壓50的有效值隨著隨著發(fā)電機功率42中的無功部分的升高而下降。這種依賴關系在已所述的靜態(tài)特征線中被模型化。如果多個具有這種取決于輸出功率的輸出電壓的電能發(fā)生器與一個或多個耗電器連接在一起，則設定具有穩(wěn)定饋送電壓的穩(wěn)定工作點，在該點處每個電能發(fā)生器給出電功率并且僅僅一個或多個耗電器接收電功率。
[0063]由于原則上逆變器電壓52不依賴于逆變器功率38，因此，其必須如所述的那樣人為取決于逆變器功率14。這可以通過如下方法實現(xiàn)，即為逆變器34定義逆變器-靜態(tài)特征線，并且如圖2所示，通過相應地翻轉逆變器-特征線54使逆變器電壓52取決于逆變器功率38。以這種方式，逆變器34與發(fā)電機12的行為相同，并且可以過靜態(tài)特征線與其在電能供應網絡中同步。因此并不是太陽能電池6而是與之相連接的逆變器34作為真實的網絡構成者起作用，因此主要僅僅仍應考慮逆變器34。
[0064]可以通過一個主機-計算機55來驅控柴油發(fā)電機12和/或具有其翻轉的靜態(tài)特征線54的逆變器34，在后面會對其進行深入研究。
[0065]在對同步進行詳細研究之前，首先要簡單地對靜態(tài)特征線進行闡述。
[0066]圖3示出了具有逆變器-有功功率靜態(tài)特征線58的有功功率圖56及從逆變器34角度看的電線網絡-有功功率靜態(tài)特征線60。除此之外圖4示出了具有逆變器-無功功率靜態(tài)特征線64的無功功率圖62以及從逆變器34角度看的電線網絡-無功功率靜態(tài)特征線66。
[0067]對于任意一個二端網絡而言，有功功率圖將由二端網絡輸出的或接收的有功功率68與其輸出或接收的電壓的頻率70進行比較。如果有功功率68為正，則二端網絡如發(fā)生器72那樣起作用。如果有功功率68為負，則二端網絡如耗電器74那樣起作用。
[0068]逆變器-有功功率靜態(tài)特征線58如已經說明的那樣預定。電線網絡-有功功率靜態(tài)特征線60描述了從逆變器34角度看的電線網絡32的特性，并且與未示意出的柴油發(fā)電機-有功功率靜態(tài)特征線、耗電器15的阻抗和電線網絡32的阻抗相關。在運行中，當逆變器34與從逆變器34角度看的電線網絡32彼此相連接，則在逆變器功率38和由電線網絡32接收的電功率之間在逆變器連接點36處設定逆變器-工作點76，在該點處逆變器-有功功率靜態(tài)特征線58與電線網絡-有功功率靜態(tài)特征線60相交。通過逆變器-工作點76可以給出共同的電網電壓的電網頻率78。
[0069]除此之外，對于任意一個二端網絡而言，無功功率圖62將由二端網絡輸出或接收的無功功率80與其輸出或接收的電壓的有效值82進行比較。如果無功功率80為正，則二端網絡如電感84那樣起作用。如果無功功率80為負，則二端網絡如電容86那樣起作用。
[0070]同樣，逆變器-無功功率靜態(tài)特征線64也如已經說明的那樣預定。電線網絡-無功功率靜態(tài)特征線66再次描述了從逆變器34角度看的輸電網絡32的特性，并且與未示意出的柴油發(fā)電機-無功功率靜態(tài)特征線、耗電器15的阻抗和電線網絡32的阻抗相關。
[0071]如果逆變器34與從逆變器34角度看的電線網絡32彼此相連接，則在逆變器-無功功率靜態(tài)特征線64和電線網絡-無功功率靜態(tài)特征線66之間的交點處可以讀取到共同的電網電壓的電網有效值88。
[0072]下面涉及逆變器功率38和發(fā)電機功率42的同步化。
[0073]在通過柴油發(fā)電機12開始輸出電功率，并且當沒有柴油形式的化學能以及沒有電能從太陽能電池6輸送給柴油發(fā)電機12時，通過逆變器34開始輸出電功率，其所有相應的靜態(tài)特征線都經過靜態(tài)特征線圖的坐標系原點，如在圖5中示例性地根據(jù)逆變器34的無功功率靜態(tài)特征線64所示。空載電壓90，即逆變器電壓52或柴油發(fā)電機電壓50在無負載狀態(tài)下同樣為零，因此沒有電功率38，42輸出給耗電器15。
[0074]為了輸出電功率，向柴油發(fā)電機12輸入柴油形式的化學能并且向逆變器34輸入來自太陽能電池6的電能。這種外部能量輸入92抬高了空載電壓90并且進而抬高了逆變器34和柴油發(fā)電機12的靜態(tài)特征線(圖5中的無功功率靜態(tài)特征線64)，并且因此實現(xiàn)了向耗電器15輸出電功率38，42。如果電功率耗電器15連接在電能供應網絡2上，則柴油發(fā)電機12、逆變器34和耗電器15之間會出現(xiàn)一個上述工作點76。
[0075]為了開始功率輸出，例如可以通過一個主機計算機55啟動柴油發(fā)電機12內的燃燒過程并將其接通。柴油發(fā)電機12的開啟引起電能供應網絡2中的電壓斜坡，其可以用于開啟逆變器34的電功率輸出。對此，通過一個開關94將逆變器34與太陽能電池6相連接，該開關可以通過逆變器連接點36處的逆變器電壓52控制。只要逆變器電壓52超過某一閾值開關就會閉合，并且開啟由太陽能電池6向逆變器34的電能輸入。
[0076]作為替代地，如圖2虛線所示，開關94也可以通過主機計算機55來控制，其中根據(jù)發(fā)電機連接點40處的發(fā)電機電壓50接通柴油發(fā)電機12。
[0077]另外作為替代地，柴油發(fā)電機12與開關94都可以由主機計算機控制，由如圖2所示一個虛線所示。
[0078]主機計算機55與柴油發(fā)電機12和/或開關94之間的通信可以通過分開的線路實現(xiàn)，如圖2所示。作為替代地，主機計算機55也可以通過電能供應網絡2傳輸其信號并將其疊加在電線網絡電功率44上。
[0079]如果柴油發(fā)電機12和逆變器34共同將電功率42，38饋送到電能供應網絡2中，那么此這兩個網絡構成者必須如前面所述地彼此同步，以便彼此之間無功率交換。然而這種同步要求，逆變器34和柴油發(fā)電機12可以在其靜態(tài)特征線58，64上自由運動。而逆變器34只能供給一定大的電流，因此在電功率輸出開始時的低電壓下具有小電功率極限，并且不能在其靜態(tài)特征線上自由運動。這妨礙了柴油發(fā)電機12與逆變器34的同步，并且后面會根據(jù)圖6對其進行簡單闡述，圖6示意了圖3中有功功率圖的片段96。
[0080]在電功率輸出開始時，逆變器34位于空載電壓90的點處。
[0081]在通過主機計算機55觸發(fā)開啟電功率輸出后，當逆變器34和柴油發(fā)電機12將兩個電功率38，42饋送到電能供應網絡2中時，電線網絡-有功功率靜態(tài)特征線60從逆變器34的角度來看與發(fā)電機8相關，并且兩個特征線在逆變器-工作點76相交。為了向逆變器-工作點76移動，逆變器34必須提供附加的有功功率98。由于在電能供給開始時逆變器6的電網電壓非常小，因此所附加的有功功率98主要僅通過在圖2中所示的逆變器電流100提供，然而通過逆變器34的電流極限同樣限制了逆變器電流。結果是逆變器34在其逆變器-有功功率特征線58上停滯在位于逆變器-工作點76之前的極限工作點102處。
[0082]相反地，柴油發(fā)電機12可以在其發(fā)電機-有功功率靜態(tài)特征線自由地向逆變器-工作點76處運動可能直至關斷。因為逆變器6無法跟上發(fā)電機8，因此發(fā)電機在其發(fā)電機-有功功率靜態(tài)特征線上從逆變器-工作點76看開始重新往回運動，以提供由于逆變器34所缺少的有功功率差103。從逆變器6的角度看，電線網絡4在電線網絡-有功功率靜態(tài)特征線40上具有一個平衡工作點104。結果是逆變器34輸出逆變器電壓52，該電壓具有的頻率70具有相對于電網電壓的頻率差105。
[0083]根據(jù)無功功率靜態(tài)特征線64，66類似地得到這種情況。該情況變得更嚴重，因為在逆變器34運行時，逆變器34的有功功率靜態(tài)特征線58與無功功率靜態(tài)特征線64在其電流極限Imax處彼此混合，并且逆變器34的有功電流Ip和逆變器34的無功電流Iq通過總電流Iges按如下方式相互耦合:
[_] Ip 二 h。
[0085]為了克服該問題，本發(fā)明建議，發(fā)生同步化問題時這樣改變逆變器電壓52，S卩，使逆變器34可以重新在其靜態(tài)特征線58，64上繼續(xù)運動。對此可以降低由太陽能電池6向逆變器34的電能輸入。其結果是，逆變器34的靜態(tài)特征線58，64負方向地移動了一個給定的量106。如果移動逆變器34的靜態(tài)特征線58，64例如移動直至其通過輸電網絡的當前平衡工作點104，那么逆變器34可以重新在其靜態(tài)特征線58，64上自由運動。結果是逆變器34的靜態(tài)特征線58，64并且進而由太陽能電池6的功率輸入可以再次緩慢升高，以便設定實際由主機55預定的電網電壓。在最簡單的情況下，可以通過如下方式實現(xiàn)對靜態(tài)特征線58，64的改變，即對于靜態(tài)特征線58，64的下降時間而言，逆變器34跟隨電網電壓并且進而跟隨當前輸電網絡32的平衡工作點104。作為替代地或附加地，可以短暫地改變逆變器34的靜態(tài)特征線58，64的斜率。
[0086]圖7示出了圖2中所示電能供應網絡2的、具有用來控制逆變器34的裝置110的片段108。下述逆變器34為自供給的逆變器。
[0087]裝置110可以依據(jù)饋送到輸電網絡2中的逆變器功率38給逆變器34的驅控處理器114發(fā)送一個促動信號112，該控制處理器則根據(jù)促動信號112給逆變器34的未示出的開關發(fā)送一個節(jié)拍信號116，逆變器34利用該節(jié)拍信號產生逆變器電壓52。
[0088]所述裝置110將逆變器34的運行在正常運行模式與故障運行模式之間進行切換。只要沒有同步問題，逆變器34在正常運行模式下會有利于使輸電網絡2中的電網電壓能保持不變。在出現(xiàn)同步問題時，逆變器34應跟隨電網電壓118。
[0089]為了在正常運行模式與故障運行模式之間切換，裝置110的故障識別裝置120針對同步問題監(jiān)測逆變器連接點36，并且將相應的狀態(tài)信號122發(fā)送給裝置。后面將提到幾個識別同步問題的判斷標準。在識別同步問題時引入的判斷標準越多，則監(jiān)控越可靠并且逆變器34越少地轉入故障運行模式。
[0090]作為第一個判斷標準，故障識別裝置120可以檢測逆變器電流100是否達到其最大電流Iges。
[0091]作為替代地或附加地，故障識別裝置120可以檢測當前在電線網絡4中是否存在短路。這可以通過下述方式實現(xiàn)，即對電網電壓118的大小進行監(jiān)控并且與閾值相比較。當發(fā)生短路的情況下，電網電壓118超過該閾值。
[0092]另外作為替代地或附加地，故障識別裝置120可以檢測逆變器34此時是否為連接在電線網絡2上的一個唯一的電能發(fā)生器單元。
[0093]此外故障識別裝置120可以從主機55處獲得一個參數(shù)化信號，由該信號可以得知有多少個電能發(fā)生器單元連接在電線網絡2上。
[0094]作為替代地或附加地，故障識別裝置120在正常運行模式下將干擾126饋送到輸電網絡4中，并且因此可以有目的地將逆變器34從逆變器工作點76轉向。如果電源功率20明顯地相應于輸入的干擾126而改變，那么可以認為這種行為是由具有靜態(tài)特征線-變化曲線的其他的發(fā)生器單元引起的。
[0095]作為干擾126優(yōu)選地選用跳躍式的、正弦型電流或電壓，其幅值不可以破壞電網電壓118的允許誤差極限。此外時間變化需與發(fā)電機12的主導時間常數(shù)相匹配，以由此得到頻率-電壓-反饋。
[0096]在圖7中功率測量裝置128根據(jù)電網電壓118和逆變器電流100檢測逆變器功率38。
[0097]下面根據(jù)四個實施例對所述裝置124進行進一步闡述。為了簡化其他的描述，將驅控處理器114、逆變器34和功率測量裝置128組合為一個調節(jié)路徑130，該調節(jié)路徑通過促動信號112來驅控裝置110。
[0098]圖8示出了所述裝置110的第一個實施例。
[0099]通過可由狀態(tài)信號122控制的開關132指出，應該在逆變器34的兩個運行模式中哪個模式下對所述調節(jié)路徑進行驅控。為此開關132可以在正常運行模式134的位置與故障運行模式136的位置之間切換。
[0100]在正常運行模式134下，如圖2所示，翻轉的逆變器-靜態(tài)特征線54利用驅控信號對逆變器34按如下方式進行驅控，即逆變器34與預定的靜態(tài)特征相匹配，并且因此主動地有利于維持恒定的電網電壓118。由于在這種情況下逆變器34需將確定的逆變器功率38輸出到輸電網絡2中，因此正常運行模式134下的驅控信號應為被視為功率控制信號138。通過一個具有PTl-特性的低通濾波器140可以抑制來自輸電控制信號138的波動，例如由于噪聲引起的波動。最后在正常運行模式134下，被低通濾波的功率控制信號142被最后作為促動信號142發(fā)送給驅控處理器114，以便設定逆變器電壓52。
[0101]在故障運行模式136下，利用驅控信號如下地驅控調節(jié)路徑130，即逆變器電壓52跟隨電網電壓118。因此在故障運行模式下，驅控信號被視為隨行控制信號144。舉例來說，隨行控制信號144可以由電網電壓118通過稱為PLL 146的相調節(jié)回路146以專業(yè)人員所熟知的方法導出，以便穩(wěn)定隨行控制信號144。通過另一個低通濾波器140同樣可以抑制隨行控制信號144中的波動，其中被低通濾波的隨行控制信號148被作為促動信號126發(fā)送給驅控處理器128。
[0102]圖9示出了所述裝置110的第二個實施例。
[0103]在第二個實施例中可以從被低通濾波的隨行控制信號148中去掉被低通濾波的功率控制信號142。可以將得到的調節(jié)差150輸送給調節(jié)器152。在故障運行模式136下，可以通過應用圖8所示的開關132將該得到的調節(jié)信號154作為促動信號112以未被示意的方式直接發(fā)送給驅控處理器114。以這種方式，被低通濾波的隨行控制信號148并且進而電網電壓118代表了逆變器電壓52的參考值。在正常運行模式134下，可以以與圖8類似的方式將被低通濾波的功率控制信號142作為促動信號112發(fā)送出。
[0104]如圖9所示，也可以將被低通濾波的輸電控制信號142施加到控制信號154上。由此，由促動信號112可以直接得到一個需要設定的逆變器電壓52。
[0105]以這種方式，在正常運行區(qū)域134與故障工作區(qū)域136之間可以無跳躍地連續(xù)切換。如果調節(jié)器152具有例如一個P-特性，那么可以通過調節(jié)器152預定調節(jié)差150的權重因子，該權重因子預定了逆變器電壓52與電網電壓118的匹配速度。
[0106]如果放大系數(shù)正好為0，則調節(jié)差150完全被抑制，因此只有被低通濾波的功率控制信號142作為促動信號112發(fā)送出。因此正好為O的放大系數(shù)代替了開關132在正常運行模式134下的位置。
[0107]當放大系數(shù)正好為I時會發(fā)送出被低通濾波的隨行控制信號148，因為在該放大系數(shù)下，這是因為被低通濾波的輸電控制信號142通過在調節(jié)器152之前的負連接和在調節(jié)器152后的正連接相互抵消。因此正好為I的放大系數(shù)代替了開關132在故障運行模式136下的位置。
[0108]如果可以在O與I之間選擇調節(jié)器152的放大系數(shù)的值，則可以通過調節(jié)器152連續(xù)并且不會在正常運行模式134與故障運行模式136之間且反向地進行切換。
[0109]在第三個實施例中最佳地完全棄用開關132。但如果在調節(jié)器152之后使用開關，調節(jié)器152也可以被固定地參數(shù)化，并且逆變器電壓52與電網電壓118的匹配速度也被固定地預先設定。
[0110]圖10示出了用于計算促動信號126的第三個實施例，該信號被用于根據(jù)翻轉的逆變器-有功功率靜態(tài)特征線38設定逆變器電壓的頻率。
[0111]在第三個實施例中，功率測量裝置144根據(jù)電網電壓118、逆變器電流100及這兩個值的相位偏移檢測逆變器功率38的有功功率68。通過翻轉的逆變器-有功功率靜態(tài)特征線54可以確定驅控頻率，逆變器34必須設定該驅控頻率用于滿足其預定的有功功率靜態(tài)，以便主動地有利于在電網電壓118中維持頻率。后面類似于圖8地將該控驅控頻率視為功率頻率156。在正常運行模式134下通過一個類似圖8的開關132將類似圖8的被低通濾波的功率頻率158作為逆變器電壓52的促動頻率160。由PLL 146可以得到當前的電源頻率162。在故障運行模式136下可以將類似圖8的被低通濾波的電源頻率165作為逆變器電壓52的促動頻率160給出。
[0112]通過積分器166可以將促動頻率160轉換為逆變器電壓52的逆變器電壓相位168。由PLL 146還可以得出電網電壓相位170并對其進行低通濾波。還可以完全像處理促動信號112—樣對被低通濾波的電網電壓相位172及逆變器電壓相位168進行處理，如圖9中的被低通濾波的功率電壓142和被低通濾波的隨行電壓148。
[0113]圖10示出了調節(jié)器152之后的開關132，該開關可以對調節(jié)器152進行固定預參數(shù)化。
[0114]圖11示出了用于計算促動信號112的第四個實施例，該信號被用于根據(jù)翻轉的逆變器-無功功率靜態(tài)特征線174設定逆變器電壓52的有效值。
[0115]所述功率測量裝置128可以檢測由逆變器34輸出的無功功率80。通過翻轉的逆變器-無功功率靜態(tài)特征線174可以輸出逆變器電壓52所需的逆變器有效值176，由此逆變器34跟隨其預定的無功功率靜態(tài)特征。最后將逆變器有效值176進行低通濾波。
[0116]通過一個電壓測量裝置178可以確定電網電壓有效值180，同樣對其進行低通頻濾波。
[0117]此外可以完全像處理促動信號112—樣對被低頻濾波的逆變器有效值182及被低通濾波的電網電壓有效值184進行處理，如圖9中的被低通濾波的電網電壓142和被低通濾波的隨行電壓148。
[0118]圖11也示出了調節(jié)器152之后的開關132，該開關可以允許對調節(jié)器152進行固定預參數(shù)化。
[0119]圖12示例性地示出了一種對正常運行模式134與故障運行模式136進行切換的方法186。
[0120]該方法以步驟188為起點并且，根據(jù)翻轉的靜態(tài)特征線52，174確定逆變器電壓52的有效值176、頻率156和相位168。在步驟190，192和194中依次驗證上述用于生成狀態(tài)信號122的條件。
[0121]在步驟190中驗證是否存在短路，而在步驟192中則驗證逆變器34是否還工作在其逆變器電流極限I㈣上，并且在步驟194中驗證在輸電網絡2上是否還連接有其他能量發(fā)生器。
[0122]如果驗證步驟190-194其中之一為肯定的，則在正常運行模式134下會根據(jù)步驟188的有效值176、頻率156和相位158生成步驟198中的逆變器電壓52。否則步驟196中的方法186轉入故障運行模式136，并且根據(jù)電網電壓118的有效值176、頻率156和相位158生成逆變器電壓54。
[0123]在步驟196內可以驗證，什么時候再滿足步驟190至194的條件中的任一項，以便轉向步驟198中的方法186。以這種方式，逆變器電壓52可以在故障運行模式136下得到校正，因此逆變器34很快又可以有利于主動地維持電網電壓118?；蛘哌^程186可以在確定的時間后自動轉入步驟198。
[0124]雖然通過優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了進一步詳述與說明，但本發(fā)明并不局限于所公開的實例，而且在不超出本發(fā)明的保護范圍的前提下，可以由專業(yè)人員推演出其它方案。
【權利要求】
1.一種將饋送電壓(52)與電能供應網絡(2)的電網電壓(118)同步的方法， -其中，對于所述饋送電壓(52)來說能基于靜態(tài)特征線(58，64)來確定選自頻率(70)、相位和有效值(82)中的特征， -其中，所述靜態(tài)特征線(58，64)將所述饋送電壓(52)的所選的所述特征與所述饋送功率(38)進行比較， -其中，在施加所述饋送電壓(52)時，所述饋送功率(38)被所述電能供應網絡(2)接收，并且 -其中，當所述饋送功率(38)達到極限(Imax)時，所述饋送電壓(52)的所述特性與一個小于或等于所述電網電壓(118)的相應的所述特征的值(118)匹配。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，當能輸出給所述供能網絡(2)的電流達到最大時和/或所述饋送功率為負時，所述饋送功率(38)達到極限(Imax)。
3.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述靜態(tài)特征線(58，64)具有底點，為了使所述饋送電壓(38)的所述特征匹配于確定的所述值(118)而移動所述底點。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，為了移動所述底點，降低所輸入的轉化為所述饋送功率(38)的初級能源。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的方法，其中，當所述饋送電壓(52)小于所述饋送功率(38)的所述極限(Imax)時，所述靜態(tài)特征線(58，64)的所述底點移回到所述底點的起始值。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述靜態(tài)特征線(58，64)為線性的并且具有斜率，為了使所述饋送電壓(38)的所述特征匹配于所述確定值(118)而改變所述斜率。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，當所述饋送電壓(52)小于所述饋送功率(38)的所述極限(Imax)時，所述靜態(tài)特征線(58，64)的所述斜率移回到所述斜率的起始值。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在收到預定的接通信號后，將所述饋送電壓(52)施加在所述電能供應網絡上。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，所述接通信號是所述電網電壓(118)的一個特征的升聞。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的方法，其中，在收到所述預定的信號后，基于額定變化曲線對所述饋送電壓的所述特征進行隨動調節(jié)。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述饋送電壓的隨動調節(jié)的所述特征是所述饋送電壓的有效值。
12.根據(jù)權利要求10或11所述的方法，其中，所述額定變化曲線是斜坡形的。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，所述斜坡形成的時間長度短于所述接通信號的傳輸時間。
14.一種用于執(zhí)行根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法的控制裝置。
15.一種用于具有電網電壓(118)的電能供應網絡(2)的網絡構成者(34)，所述網絡構成者包括用于將饋送電壓(52)輸出到所述電能供應網絡(2)中的電能發(fā)生器(34)和根據(jù)權利要求14所述的控制裝置。
16.根據(jù)權利要求15的網絡構成者(34)，所述網絡構成者包括容納來自所述電能供應網絡⑵的電能的儲能器。
17.根據(jù)權利要求15或16所述的網絡構成者34，其中，所述能量發(fā)生器(34)是逆變器，所述逆變器設計用于將來自直流電壓源出)的電能轉換為所述饋送電壓(38)。
18.一種電能供應網絡(2)，包括用于輸出饋送電壓(50，52)以形成電網電壓(118)的網絡構成者(12，34)和用于接收所述電網電壓(118)的耗電器(15)，其中至少一個網絡構成者(34)根據(jù)權利要求15至17中任一項設計而成。
19.一種電能供應網絡(2)，其中，所有的網絡構成者(12，34)根據(jù)權利要求16至18中任一項設計而成。
【文檔編號】H02J3/40GK104137377SQ201380010230
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年1月31日 優(yōu)先權日:2012年2月22日
【發(fā)明者】諾貝特·貝尼希, 盧茨·納米斯洛 申請人:西門子公司