CN105659463B - 用于利用可调节的本地电网变压器控制本地电网的稳定性的设备和方法 - Google Patents
用于利用可调节的本地电网变压器控制本地电网的稳定性的设备和方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于控制本地电网(3)的稳定性的设备(1)和方法。所述本地电网(3)具有多条引出电路(41、42、...、4M、)，其中，每条引出电路(41、42、...、4M、)包括至少一个消耗器(5)和/或至少一个分散式的能量产生设施(6)。利用有载分级开关(14)对本地电网变压器(10)的输出电压进行调节。与所述多条引出电路(41、42、...、4M、)的至少一条引出电路相连接的用于电流测量的装置(16)以及与本地电网(3)的汇流排(8)相连接的用于电压测量的装置(18)与变压器外壳(20)一同构建。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于利用可调节的本地电网变压器控制本地电网的稳定性的设备。特别地，所述本地电网具有多条引出电路，其中，每条引出电路包括至少一个消耗器和/或至少一个分散式的能量产生设施。将本地电网的多条引出电路互相连接的汇流排与可调节的本地电网变压器相连接，所述本地电网变压器同样通过电气导线与汇流排相连接。通过所述汇流排设置用于本地电网的电压测量器件。利用有载分级开关能实施对本地电网变压器的输出电压的调整。
此外，本发明涉及一种用于利用可调节的本地电网变压器控制本地电网的稳定性的方法。
背景技术
能量流动的方向在一段时间以来已经引起专业技术人员的关注，因为根据当前的电网情况、天气情况、瞬时消耗以及馈电器大小，所述能量流动可能会翻转。在符合电压或违反(Verletzung)电压带的情况下这必然会导致一些问题，按照标准EN 50160必须符合所述电压带。所述新的发展需要考虑未来的能源结构并且在必要时进行均衡。然而，过去所设计的电网没有针对双向的能量流动进行设计。.
根据于2012年新生效的准则(VDE-AR-N 4105)，应根据情形(所馈入的有功功率)提供光伏逆变器的无功功率。因此，不仅容性而且感性的无功功率在符合电压的情况下在电网中将发挥越来越重要的作用。到目前为止没有任何调节算法考虑这一点。
目前的电力网在其工作模式中按照从发电站到消耗器的负载流进行参数选择。在电网运营商处的质量管理通常确保，相应的电网的所有消耗器连接端上遵守根据DIN EN50160对于电压质量的质量标准。
德国专利申请DE 10 2010 018 996 A1公开了一种用于测量供电网的电网阻抗的设备和方法。特别是在如下的供电网的情况下，在所述供电网中不存在或没有可用的参考导体。通过在不同的链接的相上提供激励信号，可以测量到相应的响应信号。电网阻抗从不同的链接的相的不同的激励信号和响应信号中计算得到。
从德国专利申请DE 10 2011 108 255 A1能得出一种用于对本地电网中的供电电压进行自适应调节的方法，在所述本地电网中能馈入并且由消耗器能提取电能、特别是以太阳能和/或光伏能的形式的电能。为了进行调节使用至少一个变压器，所述变压器设置在中等电压和低等电压之间。为了实施所述调节，在相应的本地电网内对至少一个所述馈电器/消耗器的不同的状态量进行确定，例如电流、电压、耗电量、能量输入、能量损失或者诸如此类的。将这些状态量按每一相引向给调节器、特别是多变量调节器。所述相应的调节器将这些作为输入值的状态量与理论/参考值进行比较并且生成至少一个调节量，将所述调节量提供给电子调节的变压器。通过所述电子调节的变压器对相应的本地电网在预定的等级内调整所述偏离所确定的状态量的受调节的电网电压，在本地电网的预定位置上能测量所述电网电压。
欧洲专利申请EP 2 592 709 A1公开了一种用于控制低压电网稳定性的方法，其中，低压电网由本地电网变压器馈送电流。在所述本地电网变压器中将中等电压转换到低等电压。所述低压电网具有一条总电流导线，其中，从总电流导线经由网络分支点将电流传导到至少一个支路电流导线中，在所述支路电流导线上连接有至少一个耗电器(消耗器)和/或发电器(馈电器)。所述支路电流导线与其上所连接的消耗器和/或馈电器形成一个自给自足的网络区域。在所述网络分支点上设置至少一个传感器，在所述网络分支点上，支路电流导线从总电流导线分岔。利用所述传感器测量支路电流导线中的通过电流和/或支路电流导线的电压。消耗器从支路电流导线的电流提取和/或馈电器到支路电流导线中的电能输入和/或从总电流导线到支路电流导线中的电流传输和/或从本地电网变压器到所述低压电网中的电流馈入，基于由所述传感器所确定的通过电流和/或由传感器所确定的电压利用如下标准进调节，即，避免网络区域中的支路电流导线的过载和/或符合网络区域中的电压带。
国际专利申请WO 2011/076887公开了一种用于在至少暂时具有至少一个电气储能器的交流电压网络的网络段中进行功率调节的方法。所述网络段通过变压器与交流电压网络的上级网络层相连接，所述上级网络层以比该网络段更高的电压运行。根据该网络段的运行参数实现电气储能器向网络段中的功率馈入和/或电气储能器从该网络段中的功率提取。规定，也根据电气储能器的馈入点上的馈入电压和在与网络段侧的变压器输出端相连接的触点上的变压器输出电压之间的电压差实现所述功率馈入。
借助于从仿真中所获取的知识，在全年中生成所述用于量化评估所需的信息如导线中的电压波动、电流和损耗以及有载分级开关(On-Load Tap-Changer)的调节需求(切换强度和切换数量)。这些信息对于未来的调节策略将带来明确的附加值，因此例如能明显更有效地符合所述由能量供应企业所预定的极限值。
发明内容
因此本发明的任务在于，提供一种设备，利用所述设备能明显更有效地、更可靠地且成本更有利地符合本地电网系统在预定的极限值内的整体稳定性。
此外，本发明的任务在于提供一种方法，利用所述方法能明显更有效地、更可靠地且成本更有利地符合本地电网系统在预定的极限值内的整体稳定性。
按照本发明的设备的优点在于，与所述多条引出电路的至少一条引出电路相连接的用于电流测量的装置以及与汇流排相连接的用于电压测量的装置与本地电网变压器的变压器外壳一同构建。所述用于电流测量的装置和用于电压测量的装置优选形成一个结构单元。
在所述多条引出电路中只有关键的引出电路与用于电流测量的装置相连接。对于如下情况，即，关键的引出电路的数量随着时间变化，则必须重新配置用于电流测量的装置。这可以在如下位置，即在变压器外壳中或者在本地电站中进行实现。此外检验装置与用于电流测量的装置和用于电压测量的装置同样地构建在变压器外壳中。利用所述检验装置能检验或者调整本地电网中对带上限和带下限的符合。用于电流测量的装置、用于电压测量的装置以及检验装置组成电压调节器，所述电压调节器为了调整本地电网变压器的分级与所述本地电网变压器的有载分级开关相连接。
所述按照本发明的用于控制本地电网稳定性的方法，其特征在于以下步骤：
-确定本地电网的关键的引出电路；
-在出现的情景中节点电压最小的情况下，确定每条关键的引出电路的等效阻抗；
-在出现的情景中节点电压最大的情况下，确定每条关键的引出电路的等效阻抗；
-计算当前的复电流，其中，对本地电网的每条关键的引出电路实施所述计算；
-计算测试电压；
-根据能量数值矢量系中视在功率的方向检验带上限和带下限；以及
-改变本地电网中的电压，其方式为，有载分级开关使分级位置匹配于本地电网变压器，以便电压保持在带上限和带下限内。
由汇流排上的电压以及电压升高或电压下降确定所述关键的引出电路的关键节点上的电压值。汇流排上的电压测量以及每条关键的引出电路上的电流测量在变压器外壳中的用于电流测量的装置和用于电压测量的装置中进行。
从测量数据计算相应关键的引出电路的视在功率。所述测量数据传送到检验装置上，利用所述检验装置检验带上限和带下限的符合。在超过带上限的情况下或在低于带下限的情况下检验装置促使本地电网变压器的分级的调整。
如果功率馈入或提取、相应的引出电路的导线或电缆的长度或者相应的引出电路中的导线或电缆的大的阻抗超过预定义的阈值，则引出电路的一种类别由此称为本地电网的关键引出电路。
附图说明
以下参考附图详细地描述本发明及其优点。图中：
图1A示出用于分析电压下降的示意图；
图1B示出用于分析电压上升的示意图；
图2示出阻抗与带上限和带下限中的电压之间的关系的图表；
图3示出用于控制本地电网的稳定性的设备的示意图；
图4示出用于控制本地电网的稳定性的方法的流程图；以及
图5示出根据当前视在功率(消耗器数值矢量系)对B0和Bu的检验。
具体实施方式
对于本发明的相同或者相同作用的元件使用相同的附图标记。此外为了清楚起见，仅在各个附图中示出如下附图标记，所述附图标记对于相应的附图描述是必需的。所描述的实施形式仅描述如下示例，如何可以构造按照本发明所述的设备和按照本发明所述的方法。
图1A示出用于分析电压下降的示意图以及图1B示出用于分析电压上升的示意图。所提出的调节算法涉及一种如下的方法，所述方法不仅考虑无功功率而且考虑有功功率。在此，电压上升和电压下降的等效电网阻抗有差别并且分别对于两种理论上可能的情况(参见图1A或图1B)进行确定。
在图1A和图1B中所示出的例子中，在汇流排8上在第一节点221上附有消耗器5。在第二节点222上同样附有消耗器5以及分散式的能量产生设施6。汇流排8与可调节的本地电网变压器10相连接。
根据电压下降的情况(图1A)以及电压上升的情况(图1B)可以更准确地阐述该过程。借助于基尔霍夫定理以及来自所涉及的节点221和222的附加的信息可以确定在电压下降最小的情况下的等效阻抗以及在电压上升最大的情况下的等效阻抗根据所计算的电网阻抗或以及引出电路4上所确定的复电流确定在汇流排8和第二关键节点222之间的电压下降△u或者电压上升△u。如果存在大的功率馈入或者提取、长的导线或电缆形成引出电路4或者在相应的引出电路4中存在导线或电缆的高的阻抗，则引出电路4称为是关键的。
所述电压下降△u或者电压上升△u由等式(1)计算得到：
Δu＝u ss-u 2 (1)
其中：u ss是变电站中的测量值。
对于电压下降适用如下等式(2)和(3)：
以及
对于电压上升适用如下等式(4)和(5)：
以及
对于电压下降，从P和Q确定引出电路4上的电流I 1+I 2并且同样地在变电站中测量u ss。对于第二节点222上的正常电压u 2适用如下等式(6)。
其中适用：
对于最小的电压适用如下等式(7)
其中适用：
因此对于大多数的情况得出：
对于电压上升引出电路4上的电流I 2-I 1从P和Q中确定并且同样地在变电站中测量u ss。
对于第二节点222(图1B)上的标准的电压u 2适用如下等式(8)
其中适用：
对于第二节点222(图1B)上的最大电压适用如下等式(9)
其中适用：
因此对于大多数情况得出
图2示出阻抗Z与带上限BO和带下限BU中的电压U之间的关系的图表。带上限BO和带下限BU与理论电压USoll相关。如果理论电压USoll例如为400V，则例如带上限Bo偏离理论电压USoll+2％以及带下限BU偏离理论电压-2％。如果超过带上限Bo或者低于带下限BU，则相应地利用有载分级开关14调整本地电网变压器10的分级位置，从而避免超过带上限Bo或者低于带下限BU。
图3示出用于控制本地电网3的稳定性的设备1的示意图。所述本地电网3具有多条引出电路41、42、...、4M，其中，每条引出电路41、42、...、4M包括至少一个消耗器5和/或至少一个分散式的能量产生设施6。分散式的能量产生设施6可以理解为光伏装置、沼气发生装置等。所述在图3所示的视图中，在第一引出电路41中是三个消耗器5，其中一个消耗器5具有在房子的屋顶上的光伏装置而作为分散式能量产生设施6。第M条引出电路4M具有两个消耗器5和一个与这些消耗器5无关的分散式能量产生设施6，所述能量产生设施同样是光伏装置。利用汇流排8，所述多条引出电路41、42、...、4M互相连接或者交联并且连接到可调节的本地电网变压器10上。所述本地电网变压器10通过电缆11与汇流排8相连接。设有用于本地电网3的电压测量器件并且为了调整本地电网变压器10的输出电压与有载分级开关14相连接。所述本地电网变压器10安置在变压器外壳20中。同样地与所述多条引出电路41、42、...、4M的至少一条引出电路相连接的用于电流测量的装置16以及与汇流排8相连接的用于电压测量的装置18构建在变压器外壳20中。
在所述图3中所示的视图中描述有四条引出电路41、42、43和4M。在此由节点22发出的第二引出电路42和第三引出电路43称为关键的引出电路。所述由节点23发出的第一引出电路41和第四引出电路4M评估为非关键的引出电路并且因此在控制本地电网3的稳定性时不被考虑。因此，利用所述用于电流测量的装置16在变压器壳体20中仅测量第二引出电路42的电流I 2以及第三引出电路43的电流I 3。与此并行地，由装置18测量所述施加于汇流排8上的电压。从测量数据计算引出电路42、43的视在功率S2和S3，紧接着将其传送到检验装置24上，利用所述检验装置检验带上限BO和带下限BU的符合。用于电流测量的装置16、用于电压测量的装置18以及检验装置24形成一个电压调节器26以用于调整本地电网变压器10的分级。
图4示出用于控制本地电网3的稳定性的按照本发明所述的方法的流程图。首先确定32本地电网3的关键的引出电路。然后在节点电压最小的情况下，确定30每条关键的引出电路的等效阻抗以及在节点电压最大的情况下，确定31每条关键的引出电路的等效阻抗通过仿真或者在要控制的真实本地电网3上的测量进行所述确定30、31。对于所述本地电网3的每条所述关键的引出电路实施从P和Q以p.u.(见等式10)计算33(消耗器数值矢量系)。
紧接于此，进行的计算34，其中，对于电压下降适用
并且对于电压上升适用根据视在功率的方向进行带上限BO和带下限BU的检验35。如果超过带上限BO或者低于带下限BU，则改变36本地电网3中的电压。为此，相应地利用有载分级开关14调整本地电网变压器10的分级位置，从而避免超过带上限Bo或者低于带下限BU。总是实施所述计算，以便实现对电压的及时匹配或者对本地电网3的稳定性的控制。
对于如下情况，即，所存在的本地电网中的关键引出电路的数量有变化，则重新执行步骤30至31。同样地适用于重新配置图3中的设备1。这意味着，必须创造如下的可能性，对之前分类为非关键的引出电路进行监控和测量。在该方法中，在变压器外壳20或本地电站中测量所有事先计算或仿真的的关键引出电路的电流。然而，在此不使用昂贵的以及不稳定的、废弃的(abgesetzt)传感器。
图5示出在四个象限中的BO和BU的检验(消耗器数值矢量系40)，所述检验用于与视在功率有关的能量调节。
附图标记列表
1 设备
3 本地电网
4 41、42、...、4M 引出电路
5 消耗器
6 分散式能量产生设施
8 汇流排
10 本地电网变压器
11 电缆
12 电压测量器件
14 有载分级开关
16 用于电流测量的装置
18 用于电压测量的装置
20 变压器外壳
22、221、222 关键节点
23 非关键节点
24 检验装置
26 电压调节器
30 确定
31 确定
32 确定
33 计算
34 计算
35 检验
36 改变
40 消耗器数值矢量系
BO 带上限
BU 带下限
I 电流
P 感性功率
Q 容性功率
Claims (10)
1.用于控制本地电网(3)的稳定性的方法，所述方法包括以下步骤：
-确定(32)本地电网(3)的关键的引出电路(41、42、...、4M)；
-在本地电网(3)中节点电压最小的情况下，确定(30)每条关键的引出电路的等效阻抗；
-在本地电网(3)中节点电压最大的情况下，确定(31)每条关键的引出电路的等效阻抗；
-对于每条关键的引出电路(41、42、...、4M)，确定有功功率(P1、...、PM)和无功功率(Q1、...、QM)；
-对于每条关键的引出电路(41、42、...、4M)，根据能量数值矢量系中该关键的引出电路的视在功率的方向选出所述等效阻抗中的至少一个等效阻抗；
-对于每条关键的引出电路(41、42、...、4M)，由选出的等效阻抗计算测试电压；
-根据能量数值矢量系(40)中视在功率的方向将每个测试电压与带上限(BO)和/或带下限(BU)进行比较；
-如果每次比较得出相应测试电压在带上限(BO)和带下限(BU)之内，那么本地电网(3)中的电压不变，否则改变本地电网(3)中的电压，使得通过有载分级开关(14)使分级位置匹配于本地电网变压器(10)而将本地电网(3)中的电压保持在带上限(BO)和带下限(BU)之内。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，
-由汇流排(8)上的电压以及电压升高或电压下降确定所述关键的引出电路(41、42、...、4M)的每个关键节点(22)上的电压值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，
-利用变压器外壳(20)中的用于电流测量的装置(16)和用于电压测量的装置(18)对汇流排(8)上的电压进行测量以及在每条关键的引出电路(41、42、...、4M)上进行电流测量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，
-从测量数据中计算相应关键的引出电路(41、42、...、4M)的视在功率并且将其传送到检验装置(24)上，利用所述检验装置检验是否符合带上限(BO)和带下限(BU)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，
-在超过带上限(BO)的情况下或在低于带下限(BU)的情况下，检验装置(24)促使本地电网变压器(10)的分级的调整。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，
-如果功率馈入或提取、相应的引出电路(41、42、...、4M)的导线或电缆的长度或者相应的引出电路(41、42、...、4M、)中的导线或电缆的阻抗超过预定义的阈值，则引出电路(41、42、...、4M)的类别称为本地电网(3)的关键的引出电路。
7.用于控制本地电网(3)的稳定性的设备(1)，具有：
-多条引出电路(41、42、...、4M)，其中，每条引出电路(41、42、...、4M)包括至少一个消耗器(5)和/或至少一个分散式的能量产生设施(6)；
-将所述引出电路(41、42、...、4M)互相连接的汇流排(8)；
-可调节的本地电网变压器(10)，所述本地电网变压器同样通过电气导线(11)与汇流排(8)相连接；
-有载分级开关(14)，以用于对本地电网变压器(10)的输出电压进行调整；
-用于电压测量的装置(18)，其与汇流排(8)相连接；
-用于电流测量的装置(16)，其与所述引出电路(41、42、...、4M)的至少一条引出电路相连接，
-变压器外壳(20)，与所述变压器外壳一同构建有用于电压测量的装置(18)和用于电流测量的装置(16)，
-检验装置(24)，该检验装置与用于电流测量的装置(16)和用于电压测量的装置(18)构建在变压器外壳(20)中，并且通过所述检验装置能检验是否符合带上限(BO)和带下限(BU)；
其中，
-该设备构造为，使得该设备能够执行根据权利要求1至6之一所述的方法。
8.根据权利要求7所述的设备(1)，其中，所述引出电路(41、42、...、4M)中仅关键的引出电路与用于电流测量的装置(16)连接。
9.根据权利要求8所述的设备(1)，其中，用于电流测量的装置(16)、用于电压测量的装置(18)以及检验装置(24)形成电压调节器(26)，所述电压调节器为了调整本地电网变压器(10)的分级与有载分级开关(14)相连接。
10.根据权利要求7至9之一所述的设备，其中，所述有载分级开关根据电抗器切换原理构造。
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