CN104885323A

CN104885323A - 用于带有多个能够接通交流电网的逆变器的发电厂的黑启动的方法

Info

Publication number: CN104885323A
Application number: CN201480003637.4A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·普雷姆; 克里斯蒂安·舒兹
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: DE102013102603A1; EP2898582B1; JP6371317B2; JP2016515375A; US9831678B2; CN104885323B; WO2014140281A1; US20150380942A1; DE102013102603B4; EP2898582A1

Abstract

在一种用于发电厂(1)的黑启动的方法中，该发电厂带有多个能够接通一个本地交流电网(5)的逆变器(2)，用一个第一逆变器(2)在该交流电网(5)中建立一个交流电压，该交流电压相对于该交流电网(5)的额定电压降低了至少四分之一，并且至少一个第二逆变器(2)在与该第一交流电压同步后接通该交流电网(5)。在接通该第二逆变器(2)后，在该交流电网(5)中建立一个相对于该第一交流电压提高的第二交流电压。

Description

用于带有多个能够接通交流电网的逆变器的发电厂的黑启动的方法

本发明的技术领域

本发明涉及一种用于发电厂的黑启动(Schwarzstart)的方法，该发电厂带有多个能够接通一个本地交流电网的逆变器。此外，本发明涉及一种带有多个能够接通一个本地交流电网的逆变器和一个上级的控制单元的发电厂，该控制单元实现用于黑启动的这种方法。

黑启动可以理解为：发电厂不用外部的能量输入而启动。也就是说，不从外部提供电能(例如用于维持该发电厂的本地交流电网)。原因可能是：该本地交流电网例如通过一个变压器连接到的一个外部的交流电网发生断裂，或者不允许从这种外部的交流电网中提取能量，或者根本不存在外部的交流电网，因为该外部的交流电网是一个孤立网络。

该交流电网的概念在此主要称作由电接口、连接(即导线)和类似物构成的实体装置，而不是施加在该装置处或由该装置提供的交流电压。一个本地交流电网在此可以理解为一个受限定的交流电网。在此情况下，只要一个发电厂的内部交流电网与一个外部交流电网分离，该交流电网可以指该内部交流电网，但是也可以指一个所谓的孤立网络。在该孤立网络的情况下，其既可以是一个不连接到外部交流电网的自给自足的孤立网络。然而，同样该孤立网络也可以是一个空间受限的、与一个上级交流电网可分离的网络部分，只要该网络部分与该上级(外部)交流电网分离。然而该本地交流电网通常不包括额外的负载，这些负载不与该本地交流电网的运行相关联，或这些负载在该黑启动的过程中断开或分离。

可接通该本地交流电网的、该发电厂的逆变器是用这些逆变器可以将电能馈送至该交流电网的逆变器。原则上，这些逆变器在此情况下也可以是双向逆变器，用这些逆变器也可以从该交流电网中提取电能，以便将电能例如缓存在一个电池中。

由这些逆变器馈入该本地交流电网的电能尤其来自可再生的能量源，如风车或与之连接的发电机和/或光伏发电机。

在此，发电厂的概念不再意味着如下的多个逆变器：连接到能量源并且用这些逆变器将电能馈入该本地交流电网。在此情况下该发电厂可以是一个严格意义上的发电厂，例如一个风车园(Windpark)或一个光伏园。但是，发电厂的概念也包括任何具有多个逆变器的其他能量生产单元，这些能量生产单元与任何本地交流电网连接，例如连接到一个与上级交流电网分离连接的网络部分。

现有技术

在带有多个由一个本地交流电网可接通的逆变器的发电厂的黑启动的情况下的问题在于，由于变压器损失、布线阻抗等造成的该本地交流电网的必须由该发电厂自己施加的自身需求超过能够由一个单独的逆变器可靠地提供的电能。然而非常困难的是，将多个逆变器同时接通该本地交流电网，尤其在该本地交流电网中仍然根本不存在交流电压时。

由DE 103 20 087 A1中已知一种用于运行风车园的方法和一种带有用于控制该风车园的中央装置的风车园。为了使该风车园能够黑启动，该风车园包括一个带有无发动机的风向跟踪器的永磁风能设备。当不能从外部获取能量时，该永磁风能设备然后也能够开动。借助于该永磁风能设备的电能，首先至少开动一个第一风能设备，该风能设备不是永磁的并且用一个发动机跟踪该风向。该风能设备再次通过一个自动引导的逆变器建立一个本地交流电网的额定频率和额定电压，该风车园的风力设备连接在该本地交流电网处。这些其余的风能设备能够与该交流电压在该本地交流电网中同步并且用该交流电网开始馈送功率。根据需要，该功率可以是无功功率和/或有效功率。在此情况下，这些其余的风能设备能够通过该本地交流电网覆盖该初始的能量需求。该已知方法可行性的条件是，该风车园包括一个带有无发动机的风向跟踪器的特殊的永磁风能设备，并且用于建立该本地交流电网的非永磁第一风能设备提供充足的电能，以便覆盖该本地交流电网的自身需求。

由EP 1 993 184 A1中已知一种用于风车园的黑启动的方法和一种风车园，其中一个本地交流电网的自身需求起初通过本地能量源覆盖，该能量源的形式为一个大型电池、一个不间断的供电设备或一个发电机(例如一个柴油发电机或燃料电池)。使用由该本地能量源通过该本地交流电网提供的能量，以便首先启动至少一个第一风力设备。此后，连续的其他的风力设备用不断增长的所提供的能量开动。在此，该本地能源必须建立该本地交流电网并且相应地覆盖该网络的总自身需求，这些单独的风力设备连接在该本地交流电网处。此外，该本地能源必须提供开动该第一风力设备需要的电功率。相应地，该额外设置的本地能源必须设定为大尺寸。

由US 2012/0261917 A1中已知一种用于风力设备的黑启动的方法，其中一个柴油发电机将一个预定的交流电压施加在一个风力设备的输出端处，以便模仿一个运行中的本地网络的额定交流电压。在此，由这些风力设备在提供该额定电压时待产生的有效功率和无功功率首先被设置成零，以便允许无跳跃的接通。这种接通从一个风力设备到下一个风力设备逐步进行。在此，该柴油发电机也必须能够满足这些风力设备接通的该本地交流电网的自身需求。

由WO 2011/058170 A1中也已知在带有多个风力设备的风车园的黑启动的情况下由一个储能器对该自身需求的初始的覆盖和这些风力设备的相继的逐步接通。

为了协调多个并联地连接在一个交流电网处的调节电压的逆变器的运行，即由这些逆变器建立一个预定的电压，而不用这些逆变器之间直接的通讯，由EP 1 286 444 B1已知所谓的频率和电压静态特征(Frequenz-undSpannungsstatiken)的使用。在此，用该概念频率静态特征表示一个存储入这些逆变器中的频率-有效功率-特征曲线，使用该特征曲线以用于依赖于由这些逆变器输出的有效功率来控制由这些逆变器输出的交流电压的频率：在这些逆变器的调节电压的运行中，该有效功率由存在的阻抗产生。这些逆变器根据输出的有效功率和存储的频率静态特征来调节其频率。相反，用该概念“电压静态特征”表示一个存储入这些逆变器中的电压-无功功率-特征曲线，使用该特征曲线以用于根据由这些逆变器输出的无功功率控制由这些逆变器输出的交流电压的大小或幅值：在这些逆变器的调节电压的运行中，该无功功率也由存在的阻抗产生。作为对该输出的无功功率的反应，这些逆变器考虑到该存储的电压静态特征在输出端处调节一个关于该电压位置的基准值而修正的电压幅值。

在调节电流的逆变器的情况下，即在输出一个预定的电流的逆变器的情况下，该频率静态特征同样表明该输出的有效功率P与该施加在该逆变器的输出端处的交流电压的频率f之间的关系。相应的，该电压静态特征是由该逆变器输出的无功功率Q与施加在其输出端处的交流电压之间的关系。在此，“施加在该输出端处的交流电压”在本申请中一般指该交流电压的大小。在使用频率和电压静态特征的情况下也能够对并联地连接在一个交流电网处的多个调节电流的逆变器的运行进行协调。在调节电压和调节电流的逆变器的混合组中，借助于频率和电压静态特征也有可能对该运行进行协调。

根据本专利申请的优先权日期公开的EP 2 632 012 A1致力于应对以下挑战：在一个分散式的电能供应网络的黑启动的情况下，所有连接的网络成员找到用于建立一个稳定的电网电压的共同工作点。在此，这些网络成员的运行借助于静态特征曲线进行，这些静态特征曲线使一个从该电能供应网络调用的电功率与该电网电压相对。每个网络成员借助于其静态特征曲线测定其当前待馈送的电压。当所有网络成员输出一个相同的待馈送的电压时，实现多个网络成员之间的在该电能供应网络中彼此匹配的工作点。根据EP 2 632 012 A1最有利的是，首先允许一个单个的网络成员预定该电网电压，并且其余的网络成员然后为此接通到该电能供应网络。然而，孤立网络的特点在于很少的层级。这些网络成员在此仅仅能够共同地与这些消耗负载连接。然而，由于这些连接的消耗器，在该黑启动过程中存在的消耗负载对于该单独的网络成员而言太大而无法产生该电网电压。因此，该黑启动用至少两个协调的网络成员共同进行。该协调可以异步地进行，其中待协调的网络成员中的每个借助于其自己当前馈入该电能供应网络的功率通过该静态特征曲线计算馈入该网络的电压。然而这违背以下的认识：当这些协调的网络成员之一不能足够快地在其静态特征曲线上跟随其他的网络成员时，不能以异步的方式设定一个共同的电网电压，因为该网络成员例如具有其不能超过的电流限值。该问题能够根据EP 2 632 012 A1的表述以同步的方式解决，其方式为通过一个共同的主控(Master)严格预定该电网电压的额定值。以此方式能够避免由于太小的临时电网电压向这些网络成员要求太大的电流。然而每个单独的网络成员必须与该主控连接，这在数公里空间上分布的网络成员的情况下恰恰导致巨大的费用，高的易受干扰性和由此导致不充足的可用性。

与此相对，EP 2 632 012 A1的观点是，移动并且略微促动在其静态特征曲线上停滞的网络成员，使得该网络成员能够再次在其静态特征曲线上移动。这是由以下方式实现的，即当该网络成员停滞在其静态特征曲线上时，该网络成员被移位到该静态特征曲线上的一个新点，对于该待输出的功率，该网络成员从该新点中必须输出低于其电流限值的电流。由此该网络成员能够通过现在再次可变的输出电流提高其待输出到该电能供应网络的功率，并且在该静态特征曲线上自由移动。EP 2 632 012 A1因此公开一种用于将一个馈送电压与一个带有电能供应网络的电网电压同步的方法，其中该馈送电压的特性基于一种静态特征曲线是可测定的，其中该静态特征曲线将该馈送电压的特性与一个馈送功率进行对比，其中该馈送功率通过该电能供应网络在该施加的馈送电压下被接收，并且其中当达到该馈送功率的限值时，该馈送电压的特性匹配一个确定值。该馈送电压或该电网电压的特性是例如该相应的电压的频率、相位和/或有效值。在该能量供应网络的黑启动的情况下，所有参与的网络成员通过一个接通信号来同步地启动并且通过该电能供应网络彼此同步。在此情况下足够的是，一个主控连接到这些网络成员之一处，该主控向该网络成员发出该启动信号。即使根据EP 2 632 012 A1应该也可以这样做，即所有网络成员具有一个逆变器作为能量产生器，该逆变器被形成为将来自直流电压源的电能转换成馈送电压，由该主控启动的该网络成员具体是一个柴油发电机，该柴油发电机产生以电压斜坡(Spannungsrampe)的形式的初始电压升高。所有其他的网络成员测量该电压升高，以便进入该电能供应网络的黑启动，并且该电压升高在此用于启动逆变器的电功率输出，这些逆变器作为网络成员连接在该供能网络处。

由EP 2 190 110 B1中已知一种用于检测直流电压源的负荷能力的方法，该直流电压源可以通过一个逆变器和一个电网开关器以预定的网络频率与一个交流电网接通。在该方法的情况下，该逆变器的输入直流电压在打开的电网开关器的情况下和在一个实现四象限运行的逆变器控制的情况下被检测，其中该输入直流电压是该直流电压源的输出电压或该逆变器的中间电路的电压。该逆变器以此方式被控制：该逆变器在一个偏离该网络频率的试验频率上逆变该输入直流电压。偏离在此背景下意味着该试验频率既可以低于又可以高于该网络频率。该试验频率经常高于该网络频率。在考虑到对应的逆变器和其使用环境来选择合适的试验频率的情况下，能够以此方式通过在该网络频率下该逆变器的自身需求显著地提高在该直流电压源上作用的试验负载。该试验负载可以具体地被设置到一个水平，该水平对应于该直流电压源在其网络接通情况下的负荷，使得网络接通在一方面尽可能提前然而另一方面不存在再次断网的危险的情况下进行。

本发明的目的

本发明的目的在于，展示一种用于带有多个能够接通一个本地交流电网的逆变器的发电厂的黑启动的方法，该方法的实施无需投资用于在该黑启动过程中供电的特殊的能量源。此外，还展示带有多个能够接通本地交流电网的逆变器和一个用于实施这种方法的上级的控制单元的一种发电厂。

解决方案

本发明的目的通过一种带有独立权利要求1的特征的方法并且通过一种带有独立权利要求16的特征的方法实现。从属权利要求2至15以及17和18针对根据本发明的方法的优选的实施方式。权利要求19涉及一种带有一个上级控制单元的发电厂，该控制单元实现根据本发明的方法之一；并且权利要求20针对根据本发明的发电厂的一个优选的实施方式。

本发明的说明

在根据本发明的用于带有多个能够接通一个本地交流电网的逆变器的发电厂的黑启动的第一方法的情况下，其中，用一个第一逆变器在该交流电网中建立一个交流电压并且其中至少一个第二逆变器在与该交流电压同步后接通该交流电网，用该第一逆变器建立的该第一交流电压相对于该交流电网的额定电压降低了至少四分之一，优选降低至少一半，并且在接通该第二逆变器后，在该交流电网中建立一个相对于该第一交流电压提高的第二交流电压。

通过仅用该第一逆变器在该交流电网中建立的该第一交流电压，以便相对于该交流电网的额定电压降低至少四分之一的显著数量，即该第一交流电压最大为该额定电压的75％，该交流电网的自身需求(该自身需求主要依赖于该接线的导电容量和由此依赖于该交流电网中的交流电压的平方)在该额定电压的情况下降低到不大于其数值的56.25％。同时，在保持不变的额定电流的情况下线性地依赖于该交流电网中的交流电压的、该第一逆变器的实际功率，在该第一交流电压情况下降低到仅在该额定电压的情况下的相应的值的75％。即与直接建立该交流电网的额定电压相比，该第一逆变器在根据本发明方法的情况下相对于其实际功率至多受到四分之三的负载。当该第一交流电压为该交流电网的额定电压的例如1/2或甚至仅1/5时，该自身需求降低到1/4或1/25并且由此与该第一逆变器的实际功率相关的负荷降低到1/2或1/5。该本地交流电网的自身需求的至少1/5通常已经明显地低于该第一逆变器，无论如何也低于在该发电厂正常运行中的许多逆变器之一。在每种情况下，通过相对于该交流电网的额定电压降低该第一交流电压，在建立该第一交流电压的情况下与该第一逆变器的实际功率相关的负荷能够相对于在其额定电压的情况下同样与该第一逆变器的实际功率相关的该交流电网的自身需求以简单的方式降低，使得该第一逆变器能够没有问题地承受该负荷。这尤其也适用于当用于黑启动的该相应的逆变器并非特殊地形成时(具体地，零电压的交流电网的重新启动)。

在根据本发明的方法的情况下在至少两个离散阶段中进行该交流电压在该交流电网中的建立。在第一阶段中，一个逆变器已经用该第一逆变器建立该第一交流电压，该逆变器不同于柴油发电机，例如由于在该逆变器中存在的电流限制，凭借自身可能不适合用于完成该黑启动。根据该第一并且必要时这些后续的阶段，准确协调地接通其他逆变器并且用所有此时接通的逆变器同样准确协调地建立下一交流电压。为此，该黑启动的一个相应的运行计划存储在所有参与的逆变器中，然而该黑启动优选地由所有逆变器的一个共同的主控协调。该共同的主控用作这些逆变器的上级控制单元并且在光伏(PV)园或风车园的情况下称作园调节器。对于一种带有多个能量生产单元的孤立网络的情况，例如一个空间受限的、与一个上级交流电网可分离地连接的网络部分，该上级的控制单元被称作孤立网络调节器。

该第二交流电压能够在根据本发明方法的情况下为该第一交流电压的1.2倍至3倍，尤其为2倍。在2倍的情况下，在建立该第二交流电压用来加载该第一逆变器和该第二逆变器的绝对负载为仅在建立该第一交流电压时用来加载该第一逆变器的绝对负载的四倍。然而，该四倍大的绝对负载分布(有利地等分)在两个逆变器上，这些逆变器在为该第一交流电压的双倍大的第二交流电压的情况下，还分别具有增加了一倍的实际功率。即，与这些逆变器的实际功率相关的相对负载或负荷在建立一个为该第一交流电压的双倍大的第二交流电压的情况下没有增加。

典型地，该第二交流电压也比该交流电网的额定电压明显地更小，也就是说至少小该第一交流电压的0.2倍、经常小0.5倍。大多数情况下，该第二交流电压至少比该额定电压少该第一交流电压的1倍。

这样在根据本发明的方法的情况下，一个第三逆变器在与该第二交流电压同步后能够接通该交流电网并且在接通该第三逆变器后在该交流电网中建立一个相对于该第二交流电压提高的第三交流电压。该第三交流电压也仍然能够比该交流电网的额定电压小该第一交流电压的至少0.2倍或0.5倍，使得整个额定电压仅在一个后续步骤中用四个或更多的逆变器建立。

在此情况下，在相继建立的交流电压之间的差分别为该第一交流电压的0.2或0.5至2倍。在相继建立的交流电压之间的差优选地总是相同并且与该第一交流电压正好一样大。

用于逐阶段地建立该额定电压的逆变器的数量典型地依赖于对应的发电厂的大小，即依赖于这些逆变器的数量。在此，单独逆变器的顺序的接通以此方式是有可能的，即在每个阶段中始终刚好将一个另外的逆变器投入运行。同样该逆变器的顺序的接通以此方式是有可能的，即在该第一投入使用的逆变器后，也就是从该第二阶段开始，由多个逆变器组成的一个组分别在一个阶段以内接通该本地交流电网。然而在此要注意的是，随着同时待接通的逆变器数量的增加而上升的补偿电流不超过一个预定的最大值。为此，在一个阶段以内的待接通的这些逆变器也可能短暂地相继接通该交流电网，使得这些单独的补偿电流不同时出现并且重叠。此外，虽然一方面值得期望的是，尽可能快、并且由此在尽可能少的彼此连续的阶段中实现该发电厂的黑启动。然而另一方面要考虑的是，这些接通该本地交流电网的逆变器在该黑启动的整个持续时间中所受负荷从未接近其实际功率的边缘，该实际功率依赖于当前存在的交流电压。优选地应该在该逆变器的一个当前输出功率与该逆变器的实际功率之间在相应的交流电压下始终设置至少20％的足够的调整储备量。这确保一个调整范围的存在，以便能够对在该黑启动过程中不可预见的结果(例如一个单独的逆变器的功率开始(Leistungseinbruch))做出反应。一般而言，这些阶段的数量处于三和十之间。大多数情况下，这些级的数量处于四和六之间。五个阶段经常是合适的。

为了避免大的补偿电流，每个逆变器尽可能无功率地接通该交流电网。为了实现这一点，相应的逆变器的一个电压静态特征和一个频率静态特征能够如此移位，使得在以理想的方式接通的情况下没有功率流入该交流电网。虽然实际上基于始终存在的公差在该逆变器同步到该本地交流电压的情况下，不能完全避免直接在接通后的一定的补偿电流以及由此随之产生的功率流。然而，通过该频率静态特征和电压静态特征的优化的移位可以将其减少到一个可接受的程度。这能够在保持该已经接通的逆变器的频率静态特征和该待接通的逆变器的一个相应的频率静态降低的情况下进行。

但是通过在该待接通的逆变器的情况下只进行该电压静态特征而非频率静态特征的移位，也可以实现无功率地接通该相应的逆变器。该频率静态能够在接通的情况下保持其初始特征。在这种实施方式中，在接通其他的逆变器前在这些已经接通的逆变器中对两个静态特征进行移位，其中这些已经接通的逆变器的频率静态特征被提高。在接通该第一逆变器到该交流电网的情况下，该交流电网的频率静态特征的位置不是决定性的，因为在只有一个逆变器的情况下，在带有频率静态特征的本地交流电网处没有引起负载分配。尤其在无功率地接通该第一逆变器后不需要(如在接通其他每个的逆变器后是有意义的)采取措施以用于将负载分配到接通该交流电网的所有逆变器上。然而，该第一逆变器能够在其接通后在该交流电网中从该交流电网的额定频率开始建立该第一交流电压。在输出电压为零或接近零的情况下接通该第一逆变器。通过提高该电压静态特征将该逆变器的输出电压提高到该第一交流电压。

为了分配负载到接通该交流电网的所有逆变器上，在接通该第二逆变器和所有其他的逆变器后，最后接通的逆变器的一个频率静态特征和一个电压静态特征能够与所有先前已经接通的逆变器的这些频率静态特征和电压静态特征相互匹配。这些频率静态特征和电压静态特征的匹配(该匹配在相同的逆变器的情况下能够是这些静态特征的校准)导致所有逆变器均匀地，尤其与该交流电网的自身需求相同地在该相应的交流电压的情况下被加载。然而还有可能的是，在考虑到这些单独的逆变器的个别不同的标称功率的情况下实行负载分配。在这种情况下，该负载不是均匀地分配到这些逆变器上，而是一个具有更高的标称功率的逆变器比其余的具有相应的更少的标称功率的逆变器接收大致更大的负载部分。

在该负载分配到所有逆变器上后，为了建立下一个交流电压能够平行地提高接通该交流电网的所有逆变器的电压静态特征。当只有该第一逆变器接通该交流电网时，相应地只提高其电压静态特征。

通过随着逐渐增加的交流电压在该交流电网中提高的该交流电网的自身需求，该交流电压的频率在该交流电网中降低。这能够在建立该交流电压后通过提高接通该交流电网的所有逆变器的频率静态特征再次提高到该交流电网的额定频率上。当该逆变器仅在该交流电网中建立该第一交流电压时，该步骤也优选地用该第一逆变器实施。

替代性地，还可能的是，不是这些已经接通的逆变器的频率静态特征，而是这些在下一步骤中待接通的逆变器的频率静态特征被移位。以此方式也可以实现待接通该本地交流电网的这些逆变器的无功率的接通。在成功接通后，在此接通该交流电网的所有的逆变器的频率静态特征和电压静态特征也进行校准，并且由此该整个自身需求在该相应的交流电压的情况下均匀地分配到这些当前已接通的逆变器上。

在根据本发明方法的第二和后续阶段中接通该交流电网的这些逆变器在本发明的说明中至今假定为调节电压的逆变器。也优选的是，这些逆变器至少在该黑启动过程中总体地以调节电压的方式被运行。然而，只有该第一逆变器必须强制性地允许以调节电压的方式运行。在这些其余的逆变器的情况下也可以是至少部分以调节电流的方式运行的逆变器。调节电流的逆变器能够例如在无功率地接通到该交流电网后从一个输出的零电流提升到一个随后保持的固定的电流。由这些逆变器承担的负载然后随着该交流电压的逐阶段提高在该交流电网中提升。在对应于该调节电流的逆变器的一个恒定水平的功率-频率-特征曲线的这种措施的情况下，这些调节电流的逆变器没有参与该交流电网中的网络调节。但是，这样的参与通过所有电压和频率静态特征的适当的适应同样可以实现。在该黑启动过程中的混合运行(即调节电压和调节电流的逆变器的同时运行)的情况下有利的是，这些调节电压的逆变器的待提供的调整储备量明显大于至少20％，其有利地为至少50％。其原因是，在提高该交流电压的情况下大部分负载首先必须由这些调节电压的逆变器施加，而这些调节电流的逆变器首先基于通过这些调节电压的逆变器输出的频率做出反应。

为了避免混淆应该注意的是：为了形成网络，原则上调节电压的逆变器是必要的。典型的发电机特征曲线f(P)或u(Q)通过这些调节电压的逆变器的控制影响这些调节电压的逆变器。这些发电机特征曲线在该交流电网中分别作为电压源起作用，这些电压源的输出功率由连接在其输出端的阻抗产生。然而，调节电压的逆变器的这些有效功率输出(与在一个发电机的情况下类似)对在输出端处的交流电压具有影响。输出的有效功率越多，该交流电压的频率越小。同样适用于无功功率：在调节电压的逆变器的输出端处的交流电压的该电压幅值依赖于该输出的无功功率。即借助于这些发电机特征曲线f(P)或u(Q)实现该逆变器的行为，该行为与作为发电机的电力机器的行为相同。

调节电流的逆变器以支持电网的方式工作，当在其中存储P(f)和Q(u)特征曲线时。这意味着，在该输出端处提供的该交流电压的有效功率依赖于该网络频率。如果该网络频率是高的(即在该交流电网中的功率太多)，这些支持电网的调节电流的逆变器比在更低的网络频率的情况下馈送更少的有效功率，这是对于在该交流电网中太少的功率的一种表示。这些逆变器用这种行为抵制在网络中的功率过剩或功率匮乏，即这些逆变器支持该交流电网。类似地该Q(u)特征曲线根据在该交流电网中的逆变器的接点处的交流电压的幅值用于该逆变器的无功功率输出。

额外地也能够设置不依赖于当前电网状态馈送的逆变器。在此这些逆变器同样是调节电流的逆变器。然而，这些逆变器不依赖于该交流电网的状态通常馈送其最大可能的功率到该交流电网中。该功率向上仅仅(如也在所有其他的逆变器的情况下)受到天然能源的送入(例如由辐射功率送入到一个连接的光伏发电机的模块上)或受到设备专用的载流量限制。

调节电流的逆变器的这两个最后提到的类型能够在该黑启动的情况下按照根据本发明的方法共同作用并且提供用于支持这些网络成员的电功率。然而这些网络成员，即仅这些调节电压的逆变器，或在其中存储的特征曲线f(P)或u(Q)确定在该本地交流电网中的交流电压的特性。这些特征曲线的曲线图在一个优选的实施方式中通过该园调节器或该上级的控制单元控制，由此该园调节器或该上级的控制单元确定在该本地交流电网中的交流电压。

在该根据本发明的方法的情况下，用该第一逆变器在该交流电网中建立的交流电压能够不仅在其幅值方面，而且也在其频率方面偏离该交流电网的额定值。该交流电压尤其能够具有偏离该交流电网的额定频率至少10％的频率。根据在该交流电网中的电容性或电感性负载的主导情况，为了简化该黑启动，必须选择该第一交流电压的与该交流电网的额定频率相比更低或更高的频率。在一个更低的频率或电容性负载的情况下，通过这些电容性负载减少无功功率的接收。相反情况下，其表现为具有电感性负载。接通该第二逆变器后在该交流电网中建立的第二交流电压然后能够具有进一步接近该交流电网的额定频率的频率。

这种在黑启动情况下通过建立交流电压(该交流电压带有首先偏离该交流电网的额定频率的频率)降低通过交流电网接收的功率的构思，能够不仅补充于而且替代于建立一个交流电压(该交流电压带有相对于该交流电网的额定值首先降低的有效值)的该构思来使用。这具体地是指，用该第一逆变器建立的该第一交流电压已经实现该交流电网的额定电压，但是能够具有与该交流电网的交流电压的额定频率偏离至少10％的频率。在该第二逆变器接通后，然后能够由该交流电网的额定电压建立一个第二交流电压，该第二交流电压具有进一步接近该交流电网的额定频率的频率。

这种方法也能够在大于两个阶段中实施。在此情况下，两个相继建立的交流电压的这些频率能够彼此区分该已经接近该交流电网的额定频率的频率的至少10％。该区别尤其在黑启动的情况下在少数的阶段中也可以为至少25％或至少50％，在个别情况下甚至为至少75％。该区别的一个有意义的上限处于85％。

所有考虑到根据本发明的该第二方法的用于描述一个发电厂的黑启动的措施也能够在根据本发明的该第一方法的情况下得到使用。相反，上述与根据本发明的该第一方法描述的每个措施，也能够应用到根据本发明的该第二方法，尤其在该交流电网中建立的该第一额定电压不必具有相对于该交流电网的额定电压降低的有效值，只要以上描述的这些措施没有强制性地要求其有效值的降低的交流电压。

在一个根据本发明的带有多个能够接通一个本地交流电网的逆变器的发电厂的情况下设置一个上级控制单元，该上级控制单元在黑启动的情况下将这些逆变器根据以上所述根据本发明的方法之一接通该交流电网。在此，该上级控制单元也确定：哪个逆变器是在该本地交流电网中建立该第一交流电压的第一逆变器，并且随后将哪些逆变器以哪种顺序接通该交流电网。此外，该上级控制单元能够将这些单独的逆变器的电压和频率静态特征根据本发明移位。一旦实现在该本地交流电网中的额定电压，也有可能的是，这些其他的逆变器自动地(即不用通过该上级控制单元的协调)接通该本地交流电网。然而在如下目标下，即在该接通的过程中将始终从未完全待避免的这些补偿电流保持在一个合理的范围内，有利的是，在此也以经协调的方式方法(例如通过一个固有地存储在这些逆变器中的接通顺序或通过该上级控制单元)实施该接通。

该上级控制单元能够直接从一个或多个在输入侧连接到这些逆变器的直流电源中获得其能量供应。它能够用于没有提供外部能量的时间，也能够例如具有以一个电池为基础的一个自身的能量供应。

连接到这些逆变器的直流电源尤其能够是光伏发电机，这些光伏发电机原则上能够在没有从外部的初始能量输入的情况下产生电能。原则上该根据本发明的方法然而也能够转移到一个具有多个风力轮的风车园上。在此，该方法也适合于当在额定电压的情况下该风力园的自身需求不能由一个连接到风力轮的单独的逆变器提供时。

从权利要求书中、说明书中和附图中获得本发明的有利的扩展方案。在说明书中提及的特征的以及多个特征的组合的优点仅仅是示例性的并且能够替代地或累积地起作用，而不必强制由根据本发明的实施方式实现这些优点。在并不由此改变所附权利要求书的主题的情况下，关于原始的申请文件和专利的公开内容，以下内容是适用的：附图中包括进一步的特征。本发明不同实施方式的特征的组合或者不同专利权利要求的特征的组合同样可能与权利要求书的所选的回引部分不同并且是在此有所启示的。这还涉及在分开的附图中展示的或者在其说明中提及的这类特征。这些特征还可以与不同专利权利要求的特征相组合。同样，在权利要求书中详述的特征可能在本发明的其他实施方式中取消。

在权利要求书和说明书中所述的特征针对其数量应被这样理解，正好存在这个数量或比所述数量更大的数量，而无需明确地使用副词“至少”。当例如提及一个元件时，这应当理解为，存在正好一个元件、两个元件或多个元件。当例如提及“一个第一”或“一个第二”或还有“一个其他”元件时，这在此也适用。然后也能够存在一个、两个或更多个第一、第二或其他元件。

这些详细提及的特征可以通过其他特征来补充或者可以是对应方法或对应发电厂所具有的仅有特征。

包含于专利权利要求书中的这些附图标记不限制权利要求书保护的主题的范围。它们仅仅用于使权利要求书更容易理解的目的。

附图简要说明

下面参考附图根据实施例进一步阐述和说明本发明。

图1示出带有多个逆变器和一个园调节器的一个发电厂的原理电路图。

图2示出根据本发明的用于根据图1的发电厂的黑启动的方法的过程的流程图。

图3示出在根据本发明方法的情况下利用的该发电厂的逆变器的频率和电压静态特征。

图4示出一个本地交流电网的自身需求的记录图和关于在该交流电网中的交流电压的根据图1的发电厂的逆变器的实际功率的记录图。

图5示出在根据图2方法的情况下由首先接通该本地交流电网的逆变器输出的视在功率的记录图，以及该视在功率中用于该交流电网自身需要的消耗比例的变化。

图6示出在根据图2的方法的情况下首先接通该本地交流电网的逆变器的负荷的记录图。

附图说明

在图1中示出的该发电厂1包括多个逆变器2，示出其中的3个。但是这些逆变器2的数量能够明显更多并且例如为42个。这些逆变器2通过电网开关器3和变压器4能够接通一个本地交流电网5。该本地交流电网5进而能够通过一个主变压器6和一个主电网开关器7作为电网连接点接通一个外部的交流电网8。通过该主电网开关器7的接通通过一个作为上级控制单元的园调节器9进行。此外，该园调节器9与这些单独逆变器的多个调节器10连通，这通过箭头式连接线展示。为了将这些待接通的逆变器2的该输出电压与在本地交流电网5中(或在该电网开关器3的位置处)存在的该交流电压同步，分别设置电压表24。这些电压表检测该相应的电网开关器3的两侧之间的电压差并且将这些电压差发讯息到这些逆变器2的相应的调节器10。此外，这些电压表24被设计为用于检测在相应的电网开关器3的两侧之间在适当时存在的频率差或相位差并且将其发讯息到这些逆变器的调节器10。这些调节器10原则上根据施加在这些逆变器2的输出端处的交流电压来调节这些逆变器2的运行。在此是在该本地交流电网5中的交流电压通过相应的变压器4的转换比转换。直流电源在输入侧连接到这些逆变器2，其中这些直流电源尤其可以是光伏发电机并且这些直流电源在图1中未示出。该交流电网5典型地具有大的导线长度，其中该术语在此尤其指导电网络以及这些变压器4和6，该导电网络将这些单独的逆变器彼此之间并且与该主电网开关器7连接。由此导致高的导电容量并且相应地导致相对于一个单独的逆变器2的额定功率，该交流电网5对电能的高的自身需求。对电能的该自身需求随着在该交流电网5中的交流电压平方地增长，因为该自身需求基本上基于导电容量。由此根据本发明的方法使用在所谓的黑启动的情况下将这些单独的逆变器2接通到该本地交流电网5，以便不由于该交流电网5的自身需求造成首先接通该交流电网5的逆变器2的过载。

在图2中以流程图形式示出的用于根据图1在所谓的黑启动的情况下将这些逆变器2接通到该本地交流电网5的方法，即不用从外部的交流电网8输入电能，在启动后开始步骤11，在该步骤中一个第一逆变器2首先无功率地接通该交流电网2。因为在该交流电网5中的电压是零，这意味着，该逆变器也首先没有输出电压。随后该电压在下一个步骤12中被提高。这如此发生，使得在一个子步骤12A中提高所有连接到该交流电网5的逆变器2的电压静态特征。以此方式提高这些连接的逆变器2的输出电压以及由此在该交流电网5中的交流电压的大小，使得在该交流电网5中存在的无功负载的情况下实现一个预定的交流电压。在此，该电压静态特征是一个在图3(b)中示出的电压-无功功率-特征曲线u(Q)，其中u是在相应的逆变器2的输出端处的交流电压并且Q是由该逆变器输出的无功功率。在该步骤12a中，通过接通该交流电网5的第一逆变器2，没有尝试直接实现该交流电网5的额定电压。而是设定一个明显降低的第一交流电压，该交流电压在此示例性地只为该额定电压的1/5。

在图3(a)中示出的一个频率静态特征(即一个频率-有效功率-特征曲线f(P)，该特征曲线与根据图3(b)的该电压静态特征一起存储在每个逆变器2中)在接通该第一逆变器2到该交流电网5的情况下这样调整，使得该逆变器2提供的该交流电压在有效功率P＝0的情况下具有该交流电网5的额定频率f₀。通过在该子步骤12a中提高电压，由该逆变器2输出的有效功率p增加，并且该频率f由此下降到该交流电网的额定频率f₀以下。该频率f的下降在一个子步骤12b中通过提高连接到该交流电网5的逆变器2(在此首先只为最先接通的逆变器2)的频率静态特征来均衡。此后，在该交流电网5中该第一交流电压虽然只以该额定电压的1/5施加，但是以该交流电网5的额定频率f₀施加。

在以下步骤13中，另一个逆变器2接通该交流电网5。由此，在一个第一子步骤13a中进行该下一逆变器2与在该交流电网5中的交流电压的频率和相位的同步。在此，该频率静态特征f(P)同样这样后续调节，使得在该交流电网中的交流电压的实际频率的情况下输出有效功率P＝0。在下一个子步骤13b中这样进行电压匹配，使得该待接通的逆变器在该交流电网中的交流电压下也输出无功功率Q＝0。为此相应地调整该电压静态特征u(Q)。该调整借助于电压表24进行，该电压表检测在该电网开关器3的触点之间的电压差用于后续步骤中待接通的逆变器2。通过使该逆变器直接在接通后输出无功功率Q＝0，该逆变器的电压静态特征和由此其输出电压这样移位，使得在相应的电网开关器3的位置处的该电压表3a已经在该电网开关器3的打开的状态中检测该电压差0。在后续子步骤13c中，该逆变器2首先无功率地接通该交流电网5。该已接通的逆变器2首先在一个子步骤13d中接收该有效功率P和无功功率Q中的交流电网5的自身消耗的比例。为此，进行该逆变器的频率静态特征f(P)和电压静态特征u(Q)与所有其他已经在此前接通该交流电网5的逆变器2的频率静态特征和电压静态特征的匹配。

当此后总共接通该交流电网5的逆变器2的数量仍不大于五时，该方法返回步骤12，并且在该子步骤12a中通过推移所有连接的逆变器2的电压静态特征u(Q)将该交流电网5中的交流电压提高到下一个更高的交流电压，在此提高了该交流电网5的额定电压的1/5。随后，在该子步骤12b中，再次下降的该交流电压的频率通过推移所有连接的逆变器2的频率静态特征f(P)再次提高到该交流电网5的额定频率。

当在该步骤13后接通该交流电网5的这些逆变器的数量为五或更大时，通过这些先前的子步骤12a已经实现该交流电网5的额定电压。然后这些其他的逆变器2能够分别通过带有其子步骤13a至13d的步骤13接通。然后，在此所有接通的逆变器的频率静态特征在接收功率P和无功功率Q后根据子步骤13d这样下降，使得尽管功率的提供增加(而该交流电网的自身需求没有继续提高)仍保持该交流电网的额定频率。当接通所有在此的42个逆变器2时，能够在一个后续步骤14中将向该外部电网8的电网递送点(此处为该主电网开关器7)处的电压根据图1设定为那里所希望的额定值。由此相应地跟踪所有电压静态特征u(Q)和频率静态特征f(P)。当该交流电网5作为孤立网络产生时，该步骤能够省却，该孤立网络不具有或至少通常不具有与外部交流电网8的连接。

在图2中示出的方法的情况下，然后依赖于是否从外部进行一个电压预定(Spannungsvorgabe)来设置一个分支。此后其他的网络重建策略有所不同。在通过该外部交流电网8的来自外部的电压预定的情况下，在一个步骤15中进行与该交流电网8的同步，并且在一个步骤16中在通过该主电网开关器7接通该交流电网5到该交流电网8后通过该发电厂1进行有效功率P和无功功率Q的接收。为此也能够再次使这些逆变器2的频率静态特征和电压静态特征f(P)和u(Q)在接通前和接通后相应地进行匹配，使得一方面进行该本地交流电网5没有有效功率和无功功率地接通到该外部交流电网8，并且另一方面在接通后通过该本地交流电网5受控地提供有效功率和无功功率。为了实行该无功率的接通，在该主电网开关器7的位置处设置一个电压表25(参见图1)。该电压表检测该打开的主电网开关器7的触点之间的电压差并且将该电压差发讯息到该园调节器9。

在没有来自外部的电压预定的情况下，在一个步骤17中将该交流电网5作为孤立网络接通负载，并且在一个后续步骤18中，这些逆变器2的频率静态特征和电压静态特征能够这样跟踪，使得在这些负载的情况下在该交流电网5中保持额定电压和额定频率。

在图2中示出的该方法由根据图1的园调节器9基本上通过在这些逆变器的调节器10上的作用来控制。当该方法实行时，只有当这些步骤16或18在该交流电网8的外部条件改变的情况下或其他负载接通到该交流电网5的情况下这样强烈地改变，使得对这些逆变器2的频率和电压静态特征的匹配是必要的时，才接合该园调节器9。

图4示出对于带有42个逆变器的示例性的发电厂的交流电网5的自身需求的记录图，这些逆变器在输入侧分别连接到光伏发电机。在此，该自身需求通过在该交流电网中的交流电压u与该交流电网5的额定电压u_N的商来记录。该自身需求19随着该电压u平方地增长，因为该自身需求基本上基于该交流电网5的导电容量。在图4中额外记录该电压u的单独逆变器2的实际功率20，这些实际功率在保持不变的电流的情况下线性地依赖于该电压u。

图5示出该视在功率21，即一个逆变器2可用的视在功率，通过在图2中示出的方法的这些阶段在接通总共42个逆变器的情况下对于在该交流电网5的额定电压下的其视在实际功率S_N进行标准化。同时，描绘在此由该交流电网接收的该交流电网5的自身需求的比例22。该视在功率21随着在该交流电网5中增长的交流电压在前五个阶段上线性地提高。同时，逆变器2的自身需求的比例22也线性地增长，因为虽然越过这些阶段接通其他的逆变器，但是该交流电网5的自身需求平方地提高。只有当接通大于五个逆变器时，该比例22最终下降到该交流电网5的自身需求的1/42。

图6示出在根据图2方法的这些阶段上首先接通该本地交流电网5的逆变器2的负荷的记录图，即作用在该逆变器上的相对于其实际功率的绝对负载，该实际功率随着该交流电网5中的交流电压线性地增长。在此，该实际功率决不会耗尽至70％以上，以便提供功率储备。除了该方法的第一阶段，即在该第一逆变器2接通到该交流电网5的情况下，相对于在该第一交流电压下的实际功率的负荷增长。该负荷然后在这些接下来的四个阶段上保持最大，其中，当接通另一个逆变器并且该逆变器然后接收有效功率和无功功率时，而尚未将在该交流电网5中的该交流电压和由此该交流电网的自身需求提高到下一个阶段的情况下，在每个阶段开始时存在在此未示出的该负荷的降低。在每种情况下，该负荷23从该第六逆变器2的接通开始在阶段6中依次降低。当负载直接接通该交流电网5或该交流电网5为了馈送电能与该外部的交流电网8连接时，该负荷才再次增长。

参考符号清单

1 发电厂

2 逆变器

3 电网开关器

4 变压器

5 本地交流电网

6 主变压器

7 主电网开关器

8 外部交流电网

9 园调节器

10 调节器

11 步骤

12 步骤

12a 子步骤

12b 子步骤

13 步骤

13a 子步骤

13b 子步骤

13c 子步骤

13d 子步骤

14 步骤

15 步骤

16 步骤

17 步骤

18 步骤

19 自身需求

20 实际功率

21 视在功率

22 自身需求比例

23 负荷

24 电压表

25 电压表

u 电压

f 频率

f₀ 额定频率

P 有效功率

Q 无功功率

S 视在功率

S_N 额定功率

u_N 额定电压

f(P) 频率静态特征

u(Q) 电压静态特征

Claims

1.用于发电厂(1)的黑启动的方法，该发电厂带有多个能够接通一个本地交流电网(5)的逆变器(2)，

-其中用一个第一逆变器(2)在该交流电网(5)中建立一个交流电压并且

-其中一个第二逆变器(2)在与该交流电压同步后接通该交流电网(5)，

其特征在于，

-用该第一逆变器(2)建立的该第一交流电压相对于该交流电网(5)的额定电压降低了至少四分之一并且

-在接通该第二逆变器(2)后，在该交流电网(5)中建立一个相对于该第一交流电压提高的第二交流电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该第二交流电压为该第一交流电压的1.2至3倍，优选为2倍。

3.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，一个第三逆变器(2)在与该第二交流电压同步后接通该交流电网(5)并且在接通该第三逆变器(2)后在该交流电网(5)中建立一个相对于该第二交流电压提高的第三交流电压。

4.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，在相继建立的交流电压之间的差为该第一交流电压的0.2至2倍，优选为1倍。

5.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，在相继建立的交流电压之间的差保持相同。

6.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，在该交流电网(5)中的额定电压在3至10个阶段，优选4至6个阶段中建立。

7.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，多个逆变器(2)与这些交流电压之一同步并且然后接通该交流电网。

8.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，每个逆变器(2)无功率地接通该交流电网(5)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，一个相应地待接通的逆变器(2)和/或已经接通的逆变器(2)的电压静态特征和/或频率静态特征如此偏移，使得在接通的情况下没有功率流入该交流电网(5)中。

10.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了在接通该交流电网(5)的所有逆变器(2)上分配负载，将一个最后接通的逆变器(2)的一个频率静态特征和一个电压静态特征与所有之前已经接通的逆变器(2)的频率静态特征和电压静态特征相适配。

11.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，这些交流电压之一用此前接通该交流电网(5)的多个、任选所有逆变器(2)建立在该交流电网(5)中。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，为了建立下一个交流电压，提高接通该交流电网(5)的多个、任选所有逆变器(2)的电压静态特征。

13.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，在建立这些交流电压之一后，提高接通该交流电网(5)的多个、任选所有逆变器(2)的电压静态特征，以便用该相应的交流电压实现该交流电网(5)的一个额定频率。

14.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，从该交流电网(5)的一个额定频率开始用该第一逆变器(2)在该交流电网(5)中建立该第一交流电压。

15.根据权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，

-用该第一逆变器(2)在该交流电网(5)中建立的该第一交流电压具有与该交流电网(5)的一个额定频率偏离至少10％的频率并且

-在接通该第二逆变器(2)后在该交流电网(5)中建立的该第二交流电压具有进一步接近该交流电网(5)的额定频率的频率。

16.用于发电厂(1)的黑启动的方法，该发电厂带有多个能够接通一个本地交流电网(5)的逆变器(2)，

其特征在于，

-用该第一逆变器(2)建立的该第一交流电压具有与该交流电网(5)的一个额定频率偏离至少10％的频率并且

-在接通该第二逆变器(2)后在该交流电网(5)中建立一个第二交流电压，该第二交流电压具有进一步接近该交流电网(5)的额定频率的频率。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，一个第三逆变器(2)在与该第二交流电压同步后接通该交流电网(5)并且在接通该第三逆变器(2)后在该交流电网(5)中建立一个第三交流电压，该第三交流电压具有进一步接近该交流电网(5)的额定频率的频率。

18.根据权利要求15至17之一所述的方法，其特征在于，两个相继建立的交流电压的频率彼此相差该已经更接近该交流电网(5)的额定频率的频率的至少10％、至少25％、至少50％或至少75％。

19.发电厂(1)，带有多个能够接通一个本地交流电网(5)的逆变器(2)和一个上级的控制单元，该控制单元在黑启动的情况下根据以上权利要求之一所述的方法将这些逆变器(2)接通该交流电网(5)。

20.根据权利要求19所述的发电厂(1)，其特征在于，这些逆变器(2)在输入侧连接到光伏发电机。