CN110612650A - 用于运行孤岛电网的方法以及孤岛电网 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行孤岛电网(1)的方法，所述孤岛电网包括一组电压控制转换器(9a，9b)，所述一组电压控制转换器用于以对应于频率‑功率特性曲线(20a，20b)的方式将再生功率源(3a，3b)的功率转换为AC功率。所述孤岛电网(1)进一步包括负载(6)以及控制单元(11)，所述负载取决于所述孤岛电网(1)的交流电压的电压振幅所述控制单元将所述电压振幅的默认值传输至所述组。要由所述负载(6)消耗的功率P负载通过如下方式进行调整：取决于所述再生功率源(3a，3b)的可用功率，将所述转换器(9a，9b)之一的频率‑功率特性曲线(20a，20b)改变至给定功率下的更高频率，以进行有关所述再生功率源(3a，3b)的可用功率是否高于当前功率的检查，或者如果所述再生功率源(3a，3b)无法根据所述频率‑功率特性曲线(20a，20b)生成分配给当前频率的功率，则将所述频率‑功率特性曲线改变至给定功率下的更低频率；作为所述控制单元(11)对所述频率‑功率特性曲线(20a，20b)进行的修改的结果，确定所述孤岛电网(1)中所述交流电压的频率f2；并且如果所述确定的频率f2位于所述孤岛电网(1)标称频率f标称之上，则通过所述控制单元(11)增大传输至所述组的电压振幅的规范值，或者如果所述确定的频率f2位于所述标称频率f标称之下，则减小所述规范值。本发明还涉及用于进行所述方法的孤岛电网(1)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运行孤岛电网的方法以及利用这种方法运行的孤岛电网。特别地，但非排他性地，本发明涉及一种孤岛电网，在该孤岛电网中，再生发电单元的电功率被馈送到作为孤岛电网中的长期能量储存装置和负载的电解槽。
背景技术
在孤岛电网中，发电单元经由一个或多个AC导体连接至一个或多个能量消耗装置以用于输送功率。由于孤岛电网仅具有非常有限的用于储存功率的选项，因此必须始终保持一方面由发电单元产生的功率与另一方面能量消耗装置消耗的功率之间的均衡。这里，孤岛电网中的AC电压频率用信号表示平衡是倾向于偏向支持功率消耗装置(频率低于标称频率)还是支持功率生产装置(频率高于标称频率)。频率用作功率平衡必须偏向功率生产还是功率消耗的方向的度量，以抵消倾向性的平衡偏向。这里，在传统的孤岛电网中，功率生产通常根据对应的功率消耗进行调节；即功率消耗限定了功率生产。
然而，在一些孤岛电网中，不希望根据功率消耗来调节功率生产，而是相反地，根据当前可用的最大功率生产来调节功率消耗。这在孤岛电网包含再生发电单元的情况下尤其如此，该再生发电单元产生的功率应该被馈送到长期储存装置，例如，作为负载的电解槽。在这种情况下，目的是在可能的情况下总是以各自可用的功率运行一个或多个发电单元，以将最大功率储存在合适的能量载体(在这种情况下为氢)中。
现有技术已经披露了具有再生发电单元和作为负载的电解槽的孤岛电网。然而，为了在孤岛电网中生成AC电压，除了作为负载运行的长期能量储存装置，这些孤岛电网通常包含具有在短期内可变的运行点的能量储存装置，例如电池。这种在短期内可变的能量储存装置(下文简称为能量储存装置)通过可双向操作的转换器连接至孤岛电网的AC导体。其目的是首先以恒定的电压振幅控制孤岛电网中的AC电压，并且其次，在再生发电单元的功率生产可能出现波动的情况下通过充电或放电来均衡通向负载的功率流动。为此，与能量储存装置相关联的转换器具有电压控制和双向的实施例。同样地，已知提供柴油发电机代替能量储存装置的孤岛电网，所述柴油发电机采用能量储存装置的目的，并且首先以恒定的电压振幅来均衡AC电压，以及其次，通过对主要电源(在这种情况下为燃料)进行相应的改变来均衡通向负载的功率流动。
因此，传统的孤岛电网总是需要能量储存装置和/或柴油发电机作为用于再生发电单元的可能剧烈波动的功率的电网形成器和缓冲储存装置。这不仅需要在采购上进行大量投资，而且还需要额外地增加运行期间的成本(例如，燃料成本)。此外，需要一个可能需要大量维护的附加部件，其结果是孤岛电网的运行变得复杂。
DE 10140783 A1已经披露了一种装置，该装置用于考虑到预选频率下降和预选电压下降的至少两个电感耦合逆变器的均等并行运行。
文献CA 2950809 A1披露了一种用于孤岛电网的逆变器的自动特性曲线控制的方法。在所述方法中，逆变器的频率-功率(f-P)特性曲线和电压-无功功率(U-Q)特性曲线的斜率均主动地变化，以使得即使在负载变化的情况下，也可以保持孤岛电网中AC电压的频率和电压无偏差。所述方法采用小信号稳定性分析来验证主动修改的特性曲线的可实施性。
EP 2940826 A1披露了一种功率转换器，当该功率转换器与其他发电单元一起连接到的孤岛电网的运行从电压控制运行变更为电流控制运行时，该功率转换器的控制方法无需改变。
EP 3185386 A1披露了一种用于控制包括可再生发电单元和同步发电机的孤岛电网的方法。可再生发电单元被设计成以特性曲线受控的方式将第一功率传递到孤岛电网，并且可以与将第二功率传递到孤岛电网的同步发电机并行运行。在当孤岛电网的频率低于频率阈值和/或孤岛电网的电压低于电压阈值时，启动同步发电机。当第二功率低于功率阈值时，停止同步发电机。
本发明问题
本发明基于该问题而突出一种用于运行包括负载和至少一个电压控制转换器(再生功率源被连接至电压控制转换器的输入端)的孤岛电网的方法，其中，负载的功率消耗被控制，其方式为使得包括电压控制转换器和连接至该电压控制转换器的再生功率源的发电单元在可能的情况下以最大可用功率运行。这里，即使在没有采用可双向操作能量储存装置或柴油发电机形式的电网形成器的情况下，所述方法也应该适用于运行孤岛电网。本发明的另一个问题是突出包括这种方法的孤岛电网。
解决方案
本发明的问题是通过一种具有独立专利权利要求1中的特征的用于运行孤岛电网的方法解决的。从属专利权利要求2至10均涉及所述方法的优选实施例。独立专利权利要求11涉及一种包括这种方法的孤岛电网。从属专利权利要求12至15均涉及所述孤岛电网的有利的实施例。
发明内容
在根据本发明的用于运行孤岛电网的方法中，所述孤岛电网包括：
-一组电压控制转换器，所述一组电压控制转换器被配置成用于根据频率-功率特性曲线将所连接的再生功率源的功率转换为AC功率，其中，所述组包括至少一个转换器；
-负载，所述负载的功率消耗取决于所述孤岛电网的AC电压的电压振幅以及
-控制单元，所述控制单元将所述电压振幅的默认值传输至所述一组电压控制转换器。这里，所述方法包括以下用于调整要由所述负载消耗的功率P最终的步骤：
-根据所述再生功率源的可用功率修改所述至少一个转换器的频率-功率特性曲线，
-其中所述频率-功率特性曲线至少分段地被修改至给定功率下的更高频率，以检查所述再生功率源的可用功率是否高于当前功率；以及
-其中，如果所述再生功率源无法根据所述频率-功率特性曲线产生与所述当前频率相关联的功率，则所述频率-功率特性曲线至少分段地被修改至给定功率下的更低频率；
-由于所述控制单元(11)(可选地结合检测单元)对所述频率-功率特性曲线进行了修改，确定所述孤岛电网中所述AC电压的频率f2；以及
-重新确定所述电压振幅的默认值并且通过所述控制单元将重新确定的默认值传输至所述一组电压控制转换器，其中，如果所述确定的频率f2位于所述孤岛电网的标称频率f标称之上，则增大所述默认值，并且其中，如果所述确定的频率f2位于所述孤岛电网的标称频率f标称之下，则减小所述默认值。
负载可以由具有线性电流-电压特性曲线的电阻负载形成。然而，作为其替代方案，负载例如在电解槽的情况下还可能具有非线性电流-电压特性曲线。控制单元可以以单个单独的控制单元的形式存在。然而，作为其替代方案，控制单元还可以分布在多个控制单元之间。在这种情况下，可以单独地为根据本发明的方法的实施提供单个控制单元或多个控制单元。然而，控制单元也能够采取其他控制任务，例如在转换器的运行控制范围内的任务也属于本发明的范围。具体地，控制单元还可以分布于多个转换器之间，并且尤其是在此体现为在每种情况下单个转换器的控制器的一部分。针对这种情况，某个转换器的控制器可以作为主机运行，并且其他转换器的控制器可以作为从机运行。在多个电压控制转换器的情况下，频率-功率特性曲线的修改可以通过控制单元协调。然而，替代性地，这还可以在各个转换器之间不进行协调的情况下进行，就像在各个转换器中自主进行地那样。
与公共配电网相比，孤岛电网中的AC电压的电压振幅不是恒定的；相反，其可以通过控制单元改变。可变的电压振幅在所述方法的范围内精确地使用，以调整负载消耗的功率P最终。结合连接在输入侧的功率源，连接至孤岛电网的电压控制转换器中的每一个会检查其是否可以供应相比于当前产生的功率更多的功率。为此，所述电压控制转换器的频率-功率特性曲线最初至少分段地移位至相同功率下的更高频率。在多个转换器的情况下，所有转换器的运行点之间互相移位，其方式使得结果是只要其功率源包括更多功率频率-功率特性曲线移位至更高频率的转换器供应更多功率，而其他转换器根据其频率-功率特性曲线供应较少的功率。初始地，这产生了不变的总功率，尽管各个转换器的部分功率不同。然而，现在总功率以更高的频率在孤岛电网中输送。这个更高的频率是通过控制单元(可选地借助检测单元)测量、并且解释为可以将更多的功率输送至负载的信号。为了增加负载的功率消耗，由控制单元将电压振幅的新默认值传输至转换器。由于转换器现在以更高的电压振幅控制AC电压，因此负载消耗的功率增加。如果转换器结合连接的功率源无法根据其频率-功率特性曲线稳定地产生功率，则可以通过例如在转换器的输入端和输出端处进行功率测量或者通过对与转换器相关联的DC链路电路两端的电压进行检测来识别。对此作出反应，相关转换器的频率-功率特性曲线至少分段地移位至相同功率下的更低频率。这还减少了流过转换器的功率，而其他转换器供应稍多的功率，使得尽管各个转换器的部分功率不同，但是初始地供应了不变的总功率。然而，总功率以更低的频率在孤岛电网中输送。类似于之前已经说明的，低频率现在由控制单元进行检测、并且解释为减少负载消耗的功率的信号。因此，相应地，电压振幅更低的默认值被传输至一组电压控制转换器。上文以连接至孤岛电网的多个电压控制转换器为例说明的方法也可以转移到连接至孤岛电网的单个电压控制转换器中。唯一的区别在于，在连接至孤岛电网的单个电压控制转换器的情况下，流过转换器的功率不会立即随频率-功率特性曲线的变化而变化。相反，所述功率仅在控制单元因为由特性曲线的修改直接引起的频率变化将电压振幅的新默认值传输至单个转换器时才变化。
在孤岛电网中，所述方法在至少一台发电机与负载之间使用AC耦合。AC传输路径通常比相应设计的DC传输路径明显地更具成本效益，尤其在考虑功率源与负载之间的距离的情况下。在许多情况下，任何情况下都存在的AC传输路径甚至可以被用于所述方法的范围内。由于现在根据本发明的再生功率源结合转换器作为电网形成器运行，可以省略保留可用的能量储存装置或者柴油发电机作为电网形成器。这样做的结果是，孤岛电网的费用在采购和运营两方面都降到最低。
在本发明的一个有利的实施例中，在增大所述电压振幅的默认值之前，进行有关流过所述至少一个转换器的功率Pa、Pb是否超过或可能超过所述相应的转换器(9a，9b)的功率极限P最大,a、P最大,b的检查。作为替代方案或者除此之外，进行有关所述负载的消耗P最终是否超过或可能超过所述负载的最大容许消耗P最大,最终的检查。这样的一个或多个检查之后，所述电压振幅的默认值仅在所述检查用信号表示即使在增大所述电压振幅的默认值的情况下也不会超过所述相应的转换器的功率极限P最大,a、P最大,b或也不会超过所述负载的最大容许消耗P最大,最终时才增大。这可以提前避免过度驱动至少一个转换器和/或负载。
在一个实施例中，存在有关所述再生功率源是否可以根据所述频率-功率特性曲线产生与所述当前频率相关联的功率的检查，其方式使得可以测量与所述相应的转换器相关联的DC链路电路处的电压值。以此方式，任何情况下都存在于DC链路电路的电压测量可以为此被使用。在这种情况下，如果测量到的电压值下降到低于电压阈值，这样的下降用信号表示再生功率源无法根据频率-功率特性曲线产生与当前频率相关联的功率。无法产生当前频率下与频率-功率特性曲线相关联的功率不一定是功率源没有这个可用功率的结果。相反，还可能是功率源和转换器的组件无法产生所需的功率，因为已经达到相应的转换器的功率极限P最大,a、P最大,b。这里，相应的转换器的功率极限P最大,a、P最大,b可以基于所述转换器的最大允许电流值和/或最大允许电压值(可能取决于温度)确定的。在所述方法的一个实施例中，转换器的功率极限P最大,a、P最大,b的值、与所述转换器相关联的再生功率源的功率极限P最大,a、P最大,b的值和/或所述负载的最大容许消耗P最大,最终的值至少大约是已知的。在这种情况下，调整要由负载消耗的功率，其方式使得流过至少一个转换器的功率Pa、Pb比相应的转换器的功率极限P最大,a、P最大,b和/或比与所述转换器相关联的再生功率源的功率极限P最大,a、P最大,b低至少一个预设公差值。作为替代方案或者除此之外，要由负载消耗的功率可以被调整，其方式使得负载的消耗P最终比负载的最大容许消耗P最大,最终低至少一个预设公差值。以此方式，由转换器和功率源组成的发电单元的某个正控制边缘处总是可以保持可用状态。这可以防止发电单元因为另一个转换器的频率-功率特性曲线的修改而被操纵至发电单元无法产生所需功率的状态。这使得所述方法特别稳健。
在所述方法的一个实施例中，对所述频率-功率特性曲线的修改包括将所述频率-功率特性曲线的至少一个分段在频率轴线的方向上平行位移。这里，频率-功率特性曲线原则上可以通过任何函数形成，有利地是，可以通过任何单调函数形成。本发明的范围包括通过至少一个分段中的直线描述的频率-功率特性曲线。在这种情况下，频率-功率特性曲线的变化可以包括相关分段的直线斜率的变化。
在所述方法的一个实施例中，所述组不仅包含单个电压控制转换器，还包含多个电压控制转换器，这些电压控制转换器各自被配置成用于根据频率-功率特性曲线将连接的再生功率源的功率转换为AC功率，其中，根据与转换器相关联的功率源的可用功率对所述频率-功率特性曲线进行的修改针对每个单独的转换器实施。这里，例如通过控制单元修改频率-功率特性曲线可以在所述组内的多个转换器中以协调的方式实施。然而，这不是强制性的，还可以以彼此之间不进行协调的方式实施，就像在每个单独的转换器中自主进行的那样。这可以最小化控制单元的任务，其结果是后者变得更具成本效益。
在所述方法的有利的变型例中，修改要由所述负载消耗的功率P最终的步骤被重复进行，以跟踪所述再生功率源的最大可用功率随时间的变化或所述相应的转换器的功率极限P最大,a、P最大,b随时间的变化。
根据本发明的孤岛电网包括：
-一组至少一个电压控制转换器，所述一组至少一个电压控制转换器具有DC/AC转换模块，所述转换器的输入端被连接至再生功率源，并且所述转换器的输出端被连接至所述孤岛电网的AC导体。这里，转换器被配置成用于根据与所述转换器相关联的频率-功率特性曲线控制孤岛电网中的AC电压。所述孤岛电网进一步包括：
-负载，所述负载的功率消耗取决于所述孤岛电网中所述AC电压的电压振幅
-控制单元，所述控制单元用于控制所述一组至少一个电压控制转换器，所述控制单元被配置成用于将所述孤岛电网的AC电压的电压振幅的默认值传递至所述组；以及
-检测单元，所述检测单元用于确定所述孤岛电网中AC电压的频率f2，所述检测单元被连接至所述控制单元。这里，所述控制单元被配置成用于结合所述一组至少一个转换器以及连接至所述转换器的再生功率源来进行根据本发明的方法。出现了已经结合所述方法说明的优势。
在所述孤岛电网的一个实施例中，所述组中至少一个转换器结合连接至所述转换器的所述再生功率源被体现为光伏(PV)系统或者被体现为风力发电系统。然而，原则上，转换器还可以连接至其他再生功率源。因此，转换器结合功率源还可以形成水力发电系统或者潮汐发电系统。
在有利的实施例中，所述孤岛电网包括具有高压导体的高压传输路径，所述高压导体通过变压器连接至所述孤岛电网的AC导体。有利地是，所述高压传输路径在其两端都通过变压器连接到孤岛电网的AC导体，使得这两端将所述一组电压控制转换器(包括连接至所述一组电压控制转换器的再生功率源)连接至负载。给定的电功率可以沿着高压传输路径输送，而在电缆方面的材料费用更少。由于电缆方面的材料成本较低，因此对在发电单元与负载之间的一定距离之外额外需要的变压器进行了过度补偿，并且因此摊销。
孤岛电网中的负载可以由AC负载形成。然而，在所述孤岛电网的一个实施例中，所述负载被体现为DC负载，尤其体现为电解槽。这里，DC负载/电解槽经由AC/DC转换模块连接至所述孤岛电网的AC导体。就孤岛电网包括高压传递路径的而言，DC负载/电解槽通过变压器连接至孤岛电网的高压导体。在一个实施例中，所述孤岛电网可以具有储存单元，所述储存单元通过双向可操作的DC/AC转换模块连接至所述孤岛电网的AC导体。为此，双向可操作的DC/AC转换模块不必一定是电压控制DC/AC转换模块。相反，DC/AC转换模块具有电流控制实施例就够了。
附图说明
下文将基于附图中展示的优选的示例性实施例来更详细地描述和说明本发明。
图1示出了根据本发明的孤岛电网的实施例；
图2示出了根据本发明的方法的实施例的流程图；
图3a和图3b示出了所述方法的实施例，在该实施例中，通过平行于频率轴线的移动来修改频率-功率特性曲线；并且
图4a和图4b示出了所述方法的另一个实施例，在该实施例中，通过直线来描述频率-功率特性曲线、并通过直线斜率的变化来修改频率-功率特性曲线。
具体实施方式
图1展示了根据本发明的孤岛电网1的实施例。孤岛电网1具有连接至孤岛电网1的AC导体7的两个发电单元2a、2b。发电单元2a、2b中的每一个以光伏(PV)系统的形式体现，该光伏(PV)系统具有作为功率源3a、3b的光伏(PV)发电机10a、10b以及连接至该功率源的电压控制转换器9a、9b。转换器9a、9b各自被配置成用于根据储存在对应的转换器9a、9b中的频率-功率特性曲线控制AC电压。为此，转换器9a、9b中的每一个具有DC/AC转换模块8a、8b。进一步地，孤岛电网1包含呈DC负载14形式的负载6，例如，电解槽，该负载通过AC/DC转换模块4连接至孤岛电网1的AC导体7。孤岛电网1进一步包括通过变压器19连接至AC导体7的高压导体17。用于控制电压控制转换器9a、9b的控制单元11通过控制和通信链路12(用虚线展示)连接至电压控制转换器，控制单元11还通过控制和通信链路将电压振幅的默认值传递至一组转换器9a、9b。此外，控制单元11经由控制和通信链路13(用虚线展示)连接至检测单元18，该检测单元用于检测孤岛电网1中AC电压的频率f2以及可选地，电压振幅检测单元18和负载6也通过此控制和通信链路13被控制。
图1中以示例性方式展示了一组两个发电单元2a、2b。然而，这个组还可以仅包含一个发电单元，或者包含两个以上的发电单元。DC/DC转换模块(未在图1中展示)，更具体地，升压转换器，可以在转换器9a、9b中的每一个的DC/AC转换模块8a、8b的上游布置。孤岛电网1以示例性方式展示为三相，这由高压导体17中的三条斜虚线示意性地展示。然而，能够具有不同数量的相导体的孤岛电网1也在本发明的范围内。此外，呈电池15形式的能量储存装置通过双向可操作的电流控制AC/DC转换模块16连接至孤岛电网1的AC导体7。结合AC/DC转换模块16，能量储存装置有助于缓冲再生功率源3a、3b的功率的短期变化，而不必调整AC电压的电压振幅以及因此调整负载消耗的功率。这可能是有利的，尤其是对于反应缓慢的负载6。然而，能量储存装置以及与其连接的双向AC/DC转换模块16仅表示根据本发明的孤岛电网的可选部件，所述可选部件的存在不是强制性的。
图2示出了根据本发明的方法的实施例的流程图，所述方法用于运行图1的孤岛电网1。所述方法从所有转换器9a、9b以及连接至这些转换器的功率源3a、3b的稳定的运行点开始，再生功率源3a、3b能够在所述运行点根据储存在转换器9a、9b中的频率-功率特性曲线产生与标称频率f标称相关联的功率。孤岛电网1中的AC电压最初具有电压振幅和标称频率f标称。在第一步骤S1中，将一组电压控制转换器9a、9b中的转换器9a的频率-功率特性曲线移位至相同功率下的更高频率，以检查与转换器9a相关联的功率源3a是否具有相比于当前功率更多的可用功率。将一个转换器9a的频率-功率特性曲线移位至相同功率下的更高频率导致相应的转换器9a至少在短期内供应更高功率，而另一个转换器9b相应地供应较少功率。因此，初始总功率Pa+Pb相同的两个转换器9a、9b的功率分布Pa/Pb至少存在短期变化。在步骤S2中，根据一个转换器9a的频率-功率特性曲线进行有关所述转换器的功率源3a是否具有与已修改的可用的频率相关联的更高功率的检查，或者换句话说，进行有关已修改的运行点是否是稳定的运行点的检查。举例来说，可以通过检测与转换器9a相关联的DC链路电路处的电压来进行检查。一旦DC链路电路处的电压崩溃并且下降到阈值之下，则所述方法假设功率源3a没有相应的可用功率。由功率源3a和转换器9a组成的发电单元2a的运行点不稳定，并且所述方法分支到步骤S3，其中将频率-功率特性曲线移位至相同功率Pa下的更低频率。再次地，在步骤S2中进行有关现在是否存在一个转换器9a和连接至该转换器的功率源3a的稳定的运行点的检查。方法步骤S2和S3循环进行，直到运行点保持稳定，即与一个转换器9a相关联的DC链路电路两端的电压不会崩溃，并且更具体地，不会下降到阈值之下。在这种情况下，所述方法假设稳定的运行点存在，并且所述方法分支到步骤S4，在该步骤中，检测到孤岛电网1中的AC电压的频率f2。在随后的步骤S5中，通过比较检测到的频率f2与标称频率f标称来进行有关检测到的频率f2是否大于、小于或等于AC电压的标称频率f标称的检查。如果检测到的频率f2大于标称频率f标称，则在步骤S6中通过控制单元11增大电压振幅的默认值。相反，如果检测到的频率f2小于标称频率f标称，则在步骤S7中减小电压振幅的默认值。在检测到的频率f2等于标称频率f标称的情况下，在步骤S8中保持电压振幅的默认值不变。最终，在步骤S9中，将电压振幅的已更新的默认值从控制单元11传递到一组转换器9a、9b。这个步骤的结果是，孤岛电网1中的总功率Pa+Pb以及因此要由负载消耗的功率P最终发生了变化。结合图3a和3b或者图4a和4b所说明的，这同时使得频率f2接近标称频率f标称。所述方法在步骤S9结束，并且所述方法可以稍后从步骤S1开始再次进行。以一个转换器9a为例描述的方法优选地在这两个转换器9a、9b的中每一个中时间上并行但彼此独立地运行。以此方式，跟踪两个发电单元2a、2b的最大可用功率随时间的变化，并且因此更新由负载6消耗的功率P最终，使得在可能的情况下总是生成并截取两个发电单元的最大可用功率Pa+Pb。
图3a和图3b展示了所述方法的实施例，在所述实施例中，通过平行于频率轴线fa的移位来修改一个转换器9a的频率-功率特性曲线20a。两个转换器9a、9b的频率-功率特性曲线20a、20b均以直线形式以示例性方式展示。然而，作为其替代方案，频率-功率特性曲线20a、20b中的每一个还可以通过不同的单调递减函数来描述。在第一状态25下，孤岛电网1的转换器9a、9b均位于频率-功率图中的运行点23处，所述运行点由两个频率-功率特性曲线20a、20b的交点确定。孤岛电网1的AC电压在第一状态25下具有标称频率f标称和电压振幅在第一状态25下，一个转换器9a供应功率Pa,25，并且另一个转换器供应功率Pb,25。功率Pa,25、功率Pb,25以及其总和Pges,25(即Pa,25+Pb,25)均在图2a和3b中被示意性地描绘。现在，一个转换器9a的频率-功率特性曲线20a平行于频率轴线移位至相同功率下的更高频率。值为Δf0,a的移位在图3a和3b中同样通过箭头标记。在移位之后，转换器9a出现了新的频率-功率特性曲线20a，该新的频率-功率特性曲线在图3a和3b中用点划线展示。修改后的频率-功率特性曲线20a与另一个转换器9b的频率-功率特性曲线20b有一个新的交点。这个新的交点定义了新的运行点23，该新的运行点在第一状态25之后的第二状态26中被采用。在第二状态26下，单独的转换器9a、9b的功率Pa,26、Pb,26发生了变化，但其总功率Pges,26＝Pa,26+Pb,26没有发生变化。第二状态26下单独的转换器9a、9b的修改后的功率Pa,26、Pb,26以及还有这些转换器的总功率Pges,26均在图3a和3b中通过箭头示意性地展示。虽然第二状态26下的总功率Pges,26等于第一状态25下的总功率Pges,25，第二状态26下的总功率Pges,26现在在孤岛电网1中以相比于标称频率f标称更高的频率f2输送。第二状态26下的修改后的频率f2是由控制单元11结合检测单元18测量。更高频率f2允许一组转换器9a、9b结合连接的功率源3a、3b具有比当前总功率Pges,26更高的可用总功率的推论。作为对此的反应，由控制单元11增大孤岛电网1中电压振幅的默认值。已增大的默认值由控制单元11传输至一组转换器9a、9b，其结果是一组转换器9a、9b的总功率Pges,27＝Pa,27+Pb,27在第二状态26之后的第三状态27下增加。在第三状态27下，转换器9a、9b的共同运行点23再次自两个频率-功率特性曲线20a、20b的交点处出现。从图3b明显可以看出第三状态27下的共同运行点23再次具有孤岛电网1中AC电压的标称频率f标称。然而，两个转换器9a、9b的频率-功率图已经分开，对应于两个转换器9a、9b的已增大的总功率Pges,27＝Pa,27+Pb,27。第三状态27与单独的转换器9a、9b的相应功率Pa,27、Pb,27以及产生的总功率Pges,27一起在图3b中展示。
图3a和图3b仅示意性地描绘出修改。某些时间段后，所展示的修改优选以规则的方式重复，从而跟踪包括至少一个转换器9a和连接至该转换器的功率源3a的至少一个发电单元2a的各自可用的功率随时间的变化。此外，上文以转换器9a为例描述的频率-功率特性曲线20a的变化也在另一个转换器9b中时间上并行地实施，其频率-功率特性曲线20b也相应地被修改。这里，时间上并行并不是指所述方法的每个部分步骤都在单独的转换器中同时运行。相反，这种情况下的时间上并行是指方法步骤总体上是在这两个转换器9a、9b中时间上并行地实施，而不必在该过程中总是同时在这两个转换器9a、9b中实施单独的方法步骤。因此，还结合附接在另一个转换器9b上的功率源2b对该对应的转换器跟踪对应可用的功率随时间的变化。以此方式，由负载6消耗的功率P最终总是更新为一组转换器组9a、9b的各自可用功率Pges＝Pa+Pb。在图3a和3b中，通过将频率-功率特性曲线20a、20b移位至给定功率下的更高频率来增大总功率Pges。以与其类似的方式，由于频率-功率特性曲线20a、20b被移位至给定功率下的更低频率，总功率Pges降低。
图4a和图4b示意性地展示了所述方法的第二个实施例。就许多特征而言，图4a和4b中展示的曲线图与图3a和3b中已经展示的图相似，这就是关于与所述特征有关的说明参考图3a和图3b的图描述的原因。因此，下文的说明主要涉及图4a和图4b相对于上文已经描述的图3a和3b的差异。
以与图3a类似的方式，图4a在彼此相邻的两个f(P)图中展示了分配给对应的转换器9a、9b的频率-功率特性曲线20a、20b。两个频率-功率特性曲线20a、20b中的每一个均以直线的形式体现。为每个频率-功率特性曲线20a、20b分配单独的直线斜率αa、αb。在第一状态25下，两个电压控制转换器9a、9b的共同运行点23自两个频率-功率特性曲线20a、20b的交点处出现。与图3a和图3b的实施例相反，一个转换器9a的频率-功率特性曲线20a现在不是通过平行于频率轴线的移位来重新定位，而是通过改变直线斜率αa(在这种情况下是增加)来重新定位。还是以此方式，两个转换器9a、9b的新的运行点23在第一状态25后的第二状态26下出现，其初始总功率相对于第一状态25仍然保持不变Pges,26＝Pges,25，其中，Pges,25＝Pa,25+Pb,25并且Pges,26＝Pa,26+Pb,26。还是在这里，第二状态26下的运行点23的特征在于孤岛电网1的AC电压的频率f2位于标称频率f标称之上。频率f2是通过控制单元11(可选地结合检测单元18)测量、并且与标称频率f标称进行比较。由于本例中测量到的频率f2位于标称频率f标称之上，因此这被解释为指相比当前由发电单元2a、2b产生的功率Pges,26＝Pa,26+Pb,26有更多功率可用。相应地，于是由控制单元11将电压振幅的新的默认值传输至一组转换器9a、9b。由于转换器9a、9b现在控制具有更大的电压振幅的AC电压，由负载6消耗的功率P最终也有所增加，并且两个图之间的距离也有所增加，如图4b所展示。这里，再次具有孤岛电网1的AC电压的标称频率f标称的运行点23在第二状态26后的第三状态27下出现。然而，第三状态27下一个转换器9a结合连接的功率源3a供应的功率Pa,27以及因此总功率Pges,27＝Pa,27+Pb,27相对于第一状态25以及相对于第二状态26都有所增加。
使用与转换器相关联的单调递增的频率-功率特性曲线以等效的方式同样可以进行本发明，其中，当超过标称频率f标称时，电压振幅被降低，而当未达到所述标称频率时，电压振幅被增加。相应地，还将特性曲线分段移位至较低频率，以检查更高功率的可用性，或者当无法获得与特性曲线相关联的功率时，将特性曲线分段移动至更高频率。这个变型例应该被理解为是本发明的等效实施例，而不是要求保护的替代方案。然而，为了提高理解性以及出于权利要求书和说明书的简洁的目的，仅更详细地说明了与权利要求书的措词相对应的变型例。
附图标记清单
| 1 | 孤岛电网 | |
| 2a、2b | 发电单元 | |
| 3a、3b | 功率源 | |
| 4 | AC/DC转换模块 | |
| 5 | DC导体 | |
| 6 | 负载 | |
| 7 | AC导体 | |
| 8a、8b | DC/AC转换模块 | |
| 9a、9b | 转换器 | |
| 10a、10b | 光伏(PV)发电机 | |
| 11 | 控制单元 | |
| 12 | 控制和通信链路 | |
| 13 | 控制和通信链路 | |
| 14 | DC负载 | |
| 15 | 电池 | |
| 16 | DC/AC转换模块 | |
| 17 | 高压导体 | |
| 18 | 检测单元 | |
| 19 | 变压器 | |
| 20a、20b | 频率-功率特性曲线 | |
| 23 | 运行点 | |
| 25、26、27 | 状态 | |
| S1至S8 | 方法步骤 | |
Claims (15)
1.一种用于运行孤岛电网(1)的方法，所述孤岛电网包括：
-一组电压控制转换器(9a，9b)，所述一组电压控制转换器被配置成用于根据频率-功率特性曲线(20a，20b)将所连接的再生功率源(3a，3b)的功率转换为AC功率，其中，所述组包括至少一个转换器(9a，9b)；
-负载(6)，所述负载的功率消耗取决于所述孤岛电网(1)的所述AC电压的电压振幅以及
-控制单元(11)，所述控制单元将所述电压振幅的默认值传输至所述一组电压控制转换器(9a，9b)，
其中，所述方法包括以下用于调整要由所述负载(6)消耗的功率P最终的步骤：
-根据所述再生功率源(3a，3b)的可用功率修改所述至少一个转换器(9a，9b)的频率-功率特性曲线(20a，20b)，
-其中，所述频率-功率特性曲线(20a，20b)至少分段地被修改至给定功率下的更高频率，以检查所述再生功率源(3a，3b)的可用功率是否高于当前功率；并且
-其中，如果所述再生功率源(3a，3b)无法根据所述频率-功率特性曲线(20a，20b)产生与所述当前频率相关联的功率，则所述频率-功率特性曲线(20a，20b)至少分段地被修改至给定功率下的更低频率；
-作为所述控制单元(11)对所述频率-功率特性曲线(20a，20b)进行的修改的结果，确定所述孤岛电网(1)中所述AC电压的频率f2；以及
-重新确定所述电压振幅的默认值并且通过所述控制单元(11)将重新确定的默认值传输至所述一组电压控制转换器(9a，9b)，其中，如果所述确定的频率f2位于标称频率f标称之上，则增大所述默认值，并且其中，如果所述确定的频率f2位于所述标称频率f标称之下，则减小所述默认值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在增大所述电压振幅的默认值之前，
-进行有关流过所述至少一个转换器(9a，9b)的功率Pa、Pb是否超过或可能超过所述相应的转换器(9a，9b)的功率极限P最大,a、P最大,b的检查，其中，所述电压振幅的默认值仅在所述检查用信号表示即使在增大所述电压振幅的默认值的情况下也不会超过所述相应的转换器(9a，9b)的功率极限P最大,a、P最大,b时才增大；或者
-进行有关所述负载(6)的消耗P最终是否超过或可能超过所述负载(6)的最大容许消耗P最大,最终的检查，其中，所述电压振幅的默认值仅在所述检查用信号表示即使在增大所述电压振幅的默认值的情况下也不会超过所述负载(6)的最大容许消耗P最大,最终时才增大。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，与所述相应的转换器(9a，9b)相关联的DC链路电路处的电压值是在进行有关所述再生功率源(3a，3b)是否可以根据所述频率-功率特性曲线(20a，20b)产生与所述当前频率相关联的功率的检查期间测量的。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，如果测量到的电压值下降到低于电压阈值，则用信号表示所述再生功率源(3a，3b)无法根据所述频率-功率特性曲线(20a，20b)产生与所述当前频率相关联的功率。
5.如权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述相应的转换器(9a，9b)的功率极限P最大,a、P最大,b是基于所述转换器(9a，9b)的最大允许电流值和/或最大允许电压值确定的。
6.如权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述转换器(9a，9b)的功率极限P最大,a、P最大,b的值、与所述转换器(9a，9b)相关联的再生功率源(3a，3b)的功率极限P最大,a、P最大,b的值、和/或所述负载(6)的最大容许消耗P最大,最终的值已知的情况下，调整要由所述负载(6)消耗的功率，其方式使得
-流过所述至少一个转换器(9a，9b)的功率Pa、Pb比所述相应的转换器(9a，9b)的功率极限P最大,a、P最大,b和/或与所述转换器(9a，9b)相关联的所述再生功率源(3a，3b)的功率极限P最大,a、P最大,b低至少一个预设公差值，或者
-所述负载(6)的消耗P最终比所述负载(6)的最大容许消耗P最大,最终低至少一个预设公差值。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，对所述频率-功率特性曲线(20a，20b)的修改包括将所述频率-功率特性曲线(20a，20b)的至少一个分段在频率轴线的方向上平行位移。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述频率-功率特性曲线(20a，20b)通过至少一个分段中的直线描述，其中，所述频率-功率特性曲线(20a，20b)的变化包括相关分段中直线斜率(αa，αb)的变化。
9.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述组包含多个电压控制转换器(9a，9b)，所述电压控制转换器各自被配置成用于根据频率-功率特性曲线(20a，20b)将所连接的再生功率源(3a，3b)的功率转换为AC功率，并且其中，根据与所述转换器(9a，9b)相关联的所述功率源(3a，3b)的可用功率对所述频率-功率特性曲线(20a，20b)进行的修改针对每个单独的转换器(9a，9b)来实施。
10.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，修改要由所述负载(6)消耗的功率P最终的步骤被重复进行，以跟踪所述再生功率源(3a，3b)的最大可用功率随时间的变化或者以跟踪所述相应的转换器(9a，9b)的功率极限P最大,a、P最大,b随时间的变化。
11.一种孤岛电网(1)，包括：
-一组至少一个电压控制转换器(9a，9b)，所述一组至少一个电压控制转换器具有DC/AC转换模块(8a，8b)，所述转换器的输入端连接至再生功率源(3a，3b)，并且所述转换器的输出端连接至所述孤岛电网(1)的AC导体(7)，
-其中，所述转换器(9a，9b)被配置成用于根据与所述转换器(9a，9b)相关联的频率-功率特性曲线(20a，20b)控制所述孤岛电网(1)中的AC电压；
-负载(6)，所述负载的功率消耗取决于所述孤岛电网(1)中所述AC电压的电压振幅
-控制单元(11)，所述控制单元用于控制所述一组至少一个电压控制转换器(9a，9b)，所述控制单元被配置成用于将所述孤岛电网(1)的AC电压的电压振幅的默认值传递至所述组；以及
-检测单元(18)，所述检测单元用于确定所述孤岛电网(1)中所述AC电压的频率f2，所述检测单元连接至所述控制单元(11)，
-其中，所述控制单元(11)被配置成用于结合所述一组至少一个转换器(9a，9b)以及连接至所述转换器(9a，9b)的所述再生功率源(2a，2b)进行如权利要求1至10中任一项所述的方法。
12.如权利要求11所述的孤岛电网(1)，其特征在于，所述组的至少一个转换器(9a，9b)结合连接至所述转换器(9a，9b)的所述再生功率源(2a，2b)被体现为光伏(PV)系统或者被体现为风力发电系统。
13.如权利要求11或12所述的孤岛电网(1)，其特征在于，所述孤岛电网(1)包括具有高压导体(17)的高压传输路径，所述高压导体通过变压器(19)连接至所述孤岛电网(1)的AC导体(7)。
14.如权利要求11至13中任一项所述的孤岛电网(1)，其特征在于，所述负载(6)被体现为DC负载(14)，尤其体现为电解槽，所述负载经由AC/DC转换模块(4)连接至所述孤岛电网(1)的AC导体(7)。
15.如权利要求11至14中任一项所述的孤岛电网(1)，其特征在于，所述孤岛电网(1)包括储存单元(15)，所述储存单元通过可双向操作的电流控制DC/AC转换模块(16)连接至所述孤岛电网(1)的AC导体(7)。
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