CN107408817B - 用于将能量产生设施与中压电网连接的方法以及能量产生设施 - Google Patents

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Abstract

在一种用于将能量产生设施(3)与中压电网(4)连接的方法中，首先，通过所述能量产生设施(3)的控制装置(10)确定校准因子，通过所述校准因子使第一电压值匹配于第二电压值上，其中，在中压变压器(5)的空载状态期间，在布置在所述中压变压器(5)的中压侧的电容式分压器(8)上检测第一电压值，并且在布置在所述中压变压器(5)的低压侧的电压检测装置(6)上检测第二电压值。当在所述电容式分压器(8)上求取的电压值在使用校准因子后超过第一阈值时，通过所述能量产生设施(3)的控制装置(10)将布置在所述中压变压器(5)的中压侧的隔离开关(13)闭合。此外，描述了适合用于执行所述方法的光伏设施。

Description

用于将能量产生设施与中压电网连接的方法以及能量产生 设施
技术领域
本发明涉及一种用于将能量产生设施与中压电网连接的方法以及一种相应的能量产生设施，其中，使用来自不同的电压检测装置的至少两个电压值，所述能量产生设施包括至少两个不同的电压检测装置以用于电网保护和设施保护。这些电压检测装置检测交变电压。优选地，能量产生设施可以是由可再生源馈电的设施，特别优选地，所述能量产生设施可以涉及光伏设施。目前，趋势正朝着越来越大的光伏设施发展，所述光伏设施随后通常直接馈电到中压电网中。在光伏设施与中压电网之间大多连接有中压变压器，因为光伏设施自身在低电压水平上运行。
背景技术
在现有技术中已知以下方法：在所述方法中，必须将多个串联连接的开关闭合，以便将光伏设施与中压电网连接。这例如由关于低压侧开关的与中压侧开关相比不同的规定或权限得出。通常，在光伏设施的控制装置方面不能操纵中压侧的开关，通常，所述开关涉及可纯手动切换的开关设施。在正常运行中，所述开关设施保持闭合，并且仅仅在故障以及维护工作时断开。在许多情况中，维护人员无权切换中压开关设施。
如果在中压侧和低压侧分别存在至少一个开关，那么中压侧的开关可以保持闭合，并且低压侧的开关则用于将光伏设施与中压电网连接。低压侧的开关可以由光伏设施的控制装置操控，因为流经所述低压侧的开关的电流很大，所以低压侧的开关通常是昂贵的电机驱动的开关。在这种情况下，在所述开关的两侧大多设置有电压检测装置，因为在开关断开时也必须求取例如电网电压的电压大小，以便确定是否可以实现到电网的接通。
特别地，仅仅允许在存在标准预给定的电网连接条件以及同步条件(电网以及待馈电的电压的幅度一致性和相位一致性)的情况下进行接通。
连接标准也预先规定：必须以什么样的准确度进行例如电网电压的检查。出于安全性原因，在中压侧上大多设置有另一电压检测装置，在此，通常涉及具有电容式分压器的电压检测装置。这种具有电容式分压器的电压检测装置通常不受到那么高的准确度要求，然而，出于安全性原因，应该至少显示是否施加有例如50％的电网电压。
这种结构不利的是多个电压检测装置、低压开关中的电流热损耗以及低压侧开关的成本
由DE 10 2013 202 868 A1预先已知具有参考电压测量设备的电压测量装置，所述参考电压测量设备以比电容式电压测量设施更高的测量准确度设计。所述参考电压测量设备的测量点位于一个其他的区域中，或位于母线上，但无论如何与进行电容式电压测量所在的测量点电连接。
同一申请人的DE 10 2012 105 721 A1公开了一种用于控制多个在输入侧分别连接到一个电流源并且在输出侧连接到一个共同的电网转接点(Netzübergabepunkt)的逆变器的方法，其中，在电网转接点处测量电参量并且同时使其与在各个逆变器处测量的电参量相关。
DD 2 05 257 A1描述了一种具有电容式分压器的高压测量装置，其中，接下来借助放大电路将电压值放大以用于模拟的数据传输。
为了在低压侧节省昂贵的电机驱动开关，已知设置一种电机驱动的中压功率开关，并且将该电机驱动的中压功率开关用于将光伏设施与中压电网连接。因为在中压侧由于更高的电压水平在功率相同的情况下需要更小的电流，所以电机驱动的中压功率开关提供了成本优点。在所述情况中，中压侧的电压检测装置必须满足更高的准确度要求。在接通光伏设施之前、即在中压功率开关断开的情况下，电网连接标准必须是能够以足够的准确度检查的。为此目的，使用包含隔离变压器(Trenntransformator)的电压检测装置。所述电压检测装置如此程度地降低中压，使得可以借助通行的方法以更高的准确度测量中压。然而，这种具有隔离变压器的电压检测装置由于高的隔离电压是巨大且昂贵的。
发明内容
本发明基于以下任务：阐明一种用于将能量产生设施与中压电网连接的方法，所述方法克服了提及的缺点。此外，应该说明一种能量产生设施，对于所述能量产生设施而言，几个成本有利的开关以及电压检测装置就足够了，并且仍然符合电网保护和设施保护方面的所有预先规定。
所述任务通过根据权利要求1所述的方法以及根据权利要求4所述的光伏设施来解决。根据本发明的方法的优选实施方式和根据本发明的光伏设施的优选实施方式在从属权利要求中定义。
根据本发明的用于将能量产生设施与中压电网连接的方法包括以下步骤：通过能量产生设施的控制装置确定校准因子，所述校准因子在中压变压器的空载状态期间使第一电压值匹配于(abstimmen)第二电压值。在此，在布置在中压变压器的中压侧的电容式分压器处检测第一电压值。在布置在中压变压器的低压侧的电压检测装置上检测第二电压值。如果在电容式分压器处求取的电压值在使用校准因子后超过第一阈值，那么能量产生设施的控制装置闭合用于将能量产生设施与中压电网连接的隔离开关。在此，所述隔离开关布置在中压变压器的中压侧。
布置在中压变压器的低压侧的电压检测装置通常是三相测量装置，所述测量装置以小于1％的偏差的容差确定电压。所述测量是必要的，以便提供可供能量产生设施的控制装置使用的电压值，所述电压值在将能量产生设施与中压电网连接之前允许电网连接条件(电网保护和设施保护)的评估，尤其待馈电的电压必须位于预给定的数值范围内。
接下来，可能需要将由能量产生设施提供的交变电压同步到中压电网的相应的数值上。在这种同步接通的情况下，没有或仅流过非常小的补偿电流(Ausgleichstrom)，使得运行装置以及电网仅很少地负载或完全没有负载。布置在低压侧的所述电压检测装置的测量值必须以高的准确度存在，从而可以确保将与电网匹配(netzkonform)的能量馈送到中压电网中。
在布置在中压变压器的中压侧的电容式分压器上检测的第一电压值具有更高的测量容差。在三相电网的情况下，在此，通常也涉及三相测量，即对于电网的每一相都存在电容式分压器。
根据本发明，借助第二电压值来校准第一电压值，由此，第一电压值以更高的准确度存在并且可以作为用于将能量产生设施与中压电网连接的参考值。能量产生设施的控制装置可以在将能量产生设施接通到中压电网之前将校准的第一电压值与第二电压值进行比较。从中压电网中的最小电压起，控制装置可以借助优选电机驱动的隔离开关实现能量产生设施到中压电网的接通。在中压变压器的空载状态期间，借助第二电压值校准第一电压值。在中压变压器的空载状态中，在能量产生设施与电网之间不发生能量流动(Energiefluss)。在这种情况下，变压器的漏感上的电压降实质上是零，并且变压器两侧上的电压在相位上与幅度上(相应于变压比匹配地)一致。
因为由能量产生设施的控制装置控制能量馈送，该控制装置也可以确定中压变压器的空载状态并且因此确定第一电压值的校准时刻。
在根据本发明的方法的一种实施方式中，借助放大器来放大第一电压值，以便实现第一电压值的干扰敏感的传输。
在根据本发明的方法的另一实施方式中，借助模拟数据传输装置将经放大的第一电压值传输到能量产生设施的控制装置。
根据本发明的光伏设施包括在输入侧连接到光伏发电机的光伏逆变器，其中，该光伏逆变器借助其输出端无开关地连接到中压变压器的低压侧。此外，光伏设施包括：布置在中压变压器的中压侧的用于检测第一电压值的电容式分压器、布置在中压变压器的低压侧的用于检测第二电压值的电压检测装置以及布置在中压变压器的中压侧的适用于将光伏逆变器的输出端与中压电网连接的隔离开关。此外，光伏设施包括：用于在中压变压器的空载状态期间使第一电压值匹配于第二电压值的校准单元和用于当在电容式分压器处求取并且借助校准单元经匹配的电压值超过第一阈值时操控隔离开关的控制装置。
在一种有利的实施方式中，根据本发明的光伏设施包括用于放大第一电压值的放大器。
在其中布置有隔离开关以及电容式分压器的中压开关站与光伏设施的控制装置之间，通常有较大的地理距离，使得可能会需要用于干扰敏感地传输第一电压值的放大器。
在另一有利的实施方式中，根据本发明的光伏设施包括用于将经放大的第一电压值传输到光伏设施的控制装置的模拟数据传输装置。
在另一有利的实施方式中，根据本发明的光伏设施的控制装置也包括校准单元。控制装置和校准单元也可以集成到光伏逆变器中。
附图说明
以下借助附图根据一种实施例来进一步阐述本发明：
图1示出一种根据本发明的光伏设施的示意图。
具体实施方式
图1作为实施例示出光伏发电机1，光伏发电机1与光伏逆变器2的直流输入端连接。在一种实际的实施中，光伏发电机1可以由多个串联连接和并联连接的单个模块组成，附加于或替代光伏发电机1地，一个其他的直流电压源、电池或类似物也可以连接到光伏逆变器2的直流输入端。光伏逆变器2将光伏发电机1的直流功率在其交流输出端上转换为可以馈送到中压电网4中的交流功率。在此，通常涉及三相电网。在没有中间连接另外的开关器件的情况下，光伏逆变器2的交流输出端连接到中压变压器5的低压侧。在中压侧，在中压变压器5与中压电网4之间布置有隔离开关13。在此，隔离开关13可以涉及功率开关，所述功率开关也可以隔离短路电流，或涉及负载隔离开关(Lasttrennschalter)，所述负载隔离开关仅仅可以承载普通的负载电流。由于低压侧的隔离开关的故障，整个能量产生设施仅能够通过隔离开关13从电网隔离。所述隔离开关也可以具有两个串联布置的且独立操纵的部分开关。
为了调节由光伏设施3产生的电压，并且为了使所述电压匹配于中压电网4中的电压，光伏设施3具有在布置在低压侧的电压检测装置6，所述电压检测装置6可以以高准确度测量光伏逆变器2的交流输出端上的电压比。将由电压检测装置6测量的数值数字地或模拟地传递到控制装置10，控制装置10调节光伏逆变器2。
然而，在接通光伏设施3之前、即在隔离开关13断开的情况下，不能在电压检测装置6上进行中压电网4中的电压比的测量。常存在于中压侧上的电容式分压器8通常用于给维护人员提供信息并且通常对于所有电网相可用并且经常仅具有给中压开关设施的操作人员显示设施上是否存在电压的目的，所述设施仅仅由具有小LCD显示器的光学显示装置组成。这种在电容式分压器8处测量电压的方式是成本有利却具有大的容差(Fehlertoleranz)的。为了在将光伏设施3接通到中压电网4之前就获得关于中压电网4中的电压比的可靠陈述，根据本发明，借助电压测量装置7在电容式分压器8上求取第一电压值并且借助在电压检测装置6处检测的第二电压值来校准所述第一电压值。为此，将由电压检测装置7检测的值例如作为模拟电压值传递到控制装置10。为此，控制装置10在隔离开关13闭合的情况下如此调节光伏逆变器2的运行，使得由光伏逆变器2产生的电压的幅度和相位与中压电网4的幅度与相位完全一致，并且因此，没有功率流入中压电网4中。替代地，可以在电流调节的逆变器中，将馈送到电网中的电流调节到零。这也可以称为光伏逆变器2和中压变压器5的空载运行。因为没有电流流过，在中压变压器5的绕组上不产生电压降，并且在中压变压器5的两侧上施加有相同的电压(在考虑中压变压器的变压比的情况下)。因此，可以在所述配置中实现两个电压测量装置的校准。如果控制装置10在所述配置中从电容式分压器8接收到例如20V的测量值，并且在电压检测装置6处测量到500V的电压值，并且中压变压器5的变压比为1:40，则求取到(500/20)×40＝1000的校准因子。由电容式分压器8检测的20V的数值则相应于中压电网中的20000V的电压幅度。
也可以由独立的校准单元11进行校准，然而，所述校准单元11也可以作为控制装置10的一部分实施。
在电压检测装置7的位置(即例如中压开关站)与光伏逆变器2之间，通常存在更大的距离。为了保证电容式分压器8的测量值的对于干扰信号不敏感的传输，大多需要放大在电容式分压器8的电容器处通过电压检测装置7获得的测量信号。放大器9可以是运算放大器，所述运算放大器放大电容器上的电压信号而不使电容器增加负载。有利地，因此，所述运算放大器可以作为阻抗变换器实施。为此，必须给所述运算放大器电路馈给独立的电源电压(例如光伏逆变器2中的24V)。
在设施的初次运行之前，即当还没有求取到用于光伏设施3的校准因子时，可以采取如下措施：
如果可识别到：中压电网4未受到干扰，则将隔离开关13闭合，这例如可以通过操作人员手动实现。光伏逆变器2在其交流输出端处调节在通过中压变压器5变压之后相应于中压电网4的额定运行电压的电压。在接通之后立刻可以将由电压检测装置6测量的电压值和频率值与在电网连接条件中确定的允许的范围进行比较。如果这些值不符合规范要求，则重新断开隔离开关13。在接通之后，执行上面所述的校准。
附图标记列表
1 光伏发电机
2 光伏逆变器
3 光伏设施
4 中压电网
5 中压变压器
6 电压检测装置
7 电压检测装置
8 电容式分压器
9 放大器
10 控制装置
11 校准单元
12 数据传输装置
13 隔离开关

Claims (7)

1.一种用于将能量产生设施(3)与中压电网(4)连接的方法，其特征在于以下步骤：
在布置在能量产生设施(3)与中压电网(4)之间的中压变压器(5)的空载状态期间，在布置在所述中压变压器(5)的中压侧的电容式分压器(8)上检测第一电压值，并且在布置在所述中压变压器(5)的低压侧的电压检测装置(6)上检测第二电压值，
通过所述能量产生设施(3)的控制装置(10)基于所检测的第一和第二电压值确定用于使第一电压值通过第二电压值来校准的校准因子，
通过使用所确定的校准因子对在所述电容式分压器(8)上求取的电压值进行校准，得到校准后的电压值，并且
如果所述校准后的电压值超过第一阈值，那么通过所述能量产生设施(3)的控制装置(10)闭合布置在所述中压变压器(5)的中压侧和中压电网(4)之间的隔离开关(13)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，借助放大器(9)来放大所述第一电压值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，借助模拟数据传输装置(12)将经放大的第一电压值传输到所述能量产生设施(3)的控制装置(10)。
4.一种光伏设施(3)，所述光伏设施(3)包括：
光伏逆变器(2)，所述光伏逆变器(2)在输入侧连接到光伏发电机(1)，
电容式分压器(8)，所述电容式分压器(8)布置在中压变压器(5)的中压侧并且用于检测第一电压值，
电压检测装置(6)，所述电压检测装置(6)布置在所述中压变压器(5)的低压侧并且用于检测第二电压值，
隔离开关(13)，所述隔离开关(13)布置在所述中压变压器(5)的中压侧并且适用于将所述光伏逆变器(2)的输出端与中压电网(4)连接，
其特征在于，还包括
校准单元(11)，所述校准单元(11)用于基于在所述中压变压器(5)的空载状态期间检测的第一和第二电压值确定用于使第一电压值通过第二电压值来校准的校准因子，并且用于通过使用所确定的校准因子对在所述电容式分压器(8)上求取的电压值进行校准以得到校准后的电压值，
控制装置(10)，所述控制装置(10)用于当借助所述校准单元(11)得到的所述校准后的电压值超过第一阈值时闭合所述隔离开关(13)，
其中，所述光伏逆变器(2)借助其输出端无开关地连接到所述中压变压器(5)的低压侧。
5.根据权利要求4所述的光伏设施(3)，此外，所述光伏设施(3)包括用于放大所述第一电压值的放大器(9)。
6.根据权利要求5所述的光伏设施(3)，所述光伏设施(3)还包括用于将经放大的第一电压值传输到所述光伏设施(3)的控制装置(10)的模拟数据传输装置(12)。
7.根据权利要求4所述的光伏设施(3)，其中，所述校准单元(11)作为所述控制装置(10)的一部分实施。
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