CN111033927B - 用于稳定频率的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于稳定电力传输网络(3)的频率的装置(6)，所述装置具有模块化的多电平电力转换器(9)，多电平电力转换器具有用于与电力传输网络(3)电连接的第一接头(12)，并且所述装置具有电阻单元(15)，电阻单元具有用于与电力传输网络(3)电连接的第二接头(18)。

Description

用于稳定频率的装置
技术领域
本发明涉及一种用于稳定电力传输网络的频率的装置和方法。
背景技术
在电力传输网络中，确保频率恒定具有越来越重要的意义。其一个原因是，越来越多的分散的发电设备(特别是风力发电设备和光伏发电设备)经由电力电子运行装置连接到电力传输网络。在此，不再能够使用像在一般的发电机中能够使用的一样的转动质量。因此，在发生故障的情况下(例如，在大型能量发生器或者大型用电设备停止运行时，或者在不期望的电网断开的情况下)，电力传输网络中的频率可能非常快速地向小的频率值的方向或者向大的频率值的方向变化，由此危及电网安全。以前，通过传统的发电设备的转动质量(lnertia，惯性)来减慢这种频率偏差，并且限制这种频率偏差的极值(最大值和最小值)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，给出一种可以用来稳定电力传输网络的频率的装置和方法。
根据本发明，上述技术问题通过根据独立权利要求的装置和方法来解决。在从属权利要求中给出了装置的有利的实施方式。
公开了一种用于稳定电力传输网络的频率的装置，所述装置具有模块化的多电平电力转换器，多电平电力转换器具有用于与电力传输网络电连接的第一接头(电力转换器接头)，并且所述装置具有电阻单元(大功率电阻单元)，该电阻单元具有用于与电力传输网络电连接的第二接头(单元接头)。这种装置有利地允许借助多电平电力转换器向电力传输网络中馈送电能(由此在需要时，支持、即增大电力传输网络的频率)，或者借助电阻单元从电力传输网络汲取电能，由此在需要时，降低电力传输网络的频率。也就是说，在电力传输网络中出现不期望的频率降低时，激活模块化的多电平电力转换器，以向电力传输网络中馈送具有对应的频率的交流电流，由此支持频率。在电力传输网络中出现不期望的频率增大时，激活电阻单元，以从电力传输网络汲取电能，由此降低电力传输网络的频率。
所述装置可以被设计为，电阻单元与开关装置连接，该开关装置使得电阻单元能够以可开关的方式与电力传输网络电连接。在此，开关装置将电阻单元的第二接头与电力传输网络连接。开关装置有利地允许仅在需要时激活电阻单元，即，能够实现从电力传输网络到电阻单元的电流流动。特别是，开关装置允许仅在电力传输网络的频率过高时激活电阻单元。
所述装置也可以被设计为，多电平电力转换器具有多个模块，所述模块分别具有至少两个电子开关元件和一个电容器。模块化的多电平电力转换器的这种模块也称为子模块。借助这种模块，多电平电力转换器能够在第一接头处产生几乎任意的输出电压。
所述装置也可以被设计为，模块的两个电子开关元件以半桥电路布置，或者模块分别具有两个电子开关元件和两个另外的电子开关元件，其中，两个电子开关元件和两个另外的电子开关元件以全桥电路布置。这些模块也称为半桥模块或者半桥子模块，或者称为全桥模块或者全桥子模块。
所述装置也可以被设计为，模块化的多电平电力转换器(在直流电压侧)与(中央)能量存储器连接。在电力传输网络的频率不期望地过低的情况下，可以借助多电平电力转换器，将存储在该能量存储器中的电能馈送到电力传输网络中。由此可以提高电力传输网络的频率。与模块的分散的(分布式的)电容器不同，在所述装置中，以中央的方式实施在直流电压侧与多电平电力转换器连接的能量存储器，即，在频率下冲时，由中央能量存储器为多电平电力转换器的所有模块供电。与模块的各个电容器相比，该能量存储器具有更高的电存储容量。此外，与模块的各个电容器相比，能量存储器具有更高的电压。
所述装置也可以被设计为，(中央)能量存储器具有多个彼此连接的能量存储器单元。借助这样构造的能量存储器，可以有利地存储相对大量的能量，从而可以借助所述装置，在相对长的时间段期间，支持电力传输网络的频率。
所述装置可以被设计为，能量存储器单元是电容器和/或电池。
所述装置也可以具有控制装置，控制装置控制多电平电力转换器和开关装置，使得
-如果经由电力传输网络传输的交流电流的频率低于额定频率超过预定的下冲公差值，或者如果经由电力传输网络传输的交流电流的频率随着时间的变化低于第一边界值，则多电平电力转换器从能量存储器汲取电能，并且(借助具有额定频率的馈入交流电流)馈送到电力传输网络中，(使得交流电流的频率上升)，并且
-如果经由电力传输网络传输的交流电流的频率高于额定频率超过预定的上冲公差值，或者如果经由电力传输网络传输的交流电流的频率随着时间的变化超过第二边界值，则使开关装置闭合，由此(开关装置)将电能从电力传输网络传输到电阻单元，随后电阻单元将该电能转换为热(使得电力传输网络的交流电流的频率下降)。
也就是说，控制装置有利地对多电平电力转换器以及开关装置进行控制。由此，控制装置可以激活多电平电力转换器，以将能量馈送到电力传输网络中，或者可以使开关装置闭合(由此激活电阻单元)，以借助电阻单元从电力传输网络汲取能量。
然而，所述装置也可以具有控制装置，控制装置控制多电平电力转换器和开关装置，使得
-如果经由电力传输网络传输的交流电流的频率低于额定频率超过预定的下冲公差值，则多电平电力转换器从能量存储器汲取电能，并且(借助具有额定频率的馈入交流电流)馈送到电力传输网络中，(使得交流电流的频率上升)，并且
-如果经由电力传输网络传输的交流电流的频率高于额定频率超过预定的上冲公差值，则使开关装置闭合，由此(开关装置)将电能从电力传输网络传输到电阻单元，随后电阻单元将该电能转换为热(使得电力传输网络的交流电流的频率下降)。
在这种变形方案中，仅对频率进行评估，而不对频率随着时间的变化进行评估。
此外，公开了一种用于稳定电力传输网络的频率的方法，其中，电力传输网络与模块化的多电平电力转换器连接，多电平电力转换器(在直流电压侧)与能量存储器连接，并且其中，电力传输网络经由开关装置与电阻单元(特别是大功率电阻单元)连接，其中，在所述方法中，
-确定经由电力传输网络传输的交流电流的频率，
-如果所确定的频率低于额定频率超过预定的下冲公差值，或者如果频率随着时间的变化低于第一边界值，则多电平电力转换器从能量存储器汲取电能，并且(借助具有额定频率的馈入交流电流)馈送到电力传输网络中，(使得电力传输网络的交流电流的频率上升)，以及
-如果所确定的频率高于额定频率超过预定的上冲公差值，或者如果频率随着时间的变化超过第二边界值，则使开关装置闭合，由此将电能从电力传输网络传输到电阻单元，并且在那里转换为热(使得电力传输网络的交流电流的频率下降)。
特别是，所述方法也可以是用于稳定电力传输网络的频率的方法，其中，电力传输网络与模块化的多电平电力转换器连接，多电平电力转换器(在直流电压侧)与能量存储器连接，并且其中，电力传输网络经由开关装置与电阻单元(特别是大功率电阻单元)连接，其中，在所述方法中，
-确定经由电力传输网络传输的交流电流的频率，
-将所确定的频率与额定频率进行比较，
-如果所确定的频率低于额定频率超过预定的下冲公差值，则多电平电力转换器从能量存储器汲取电能，并且(借助具有额定频率的馈入交流电流)馈送到电力传输网络中，(使得电力传输网络的交流电流的频率上升)，以及
-如果所确定的频率高于额定频率超过预定的上冲公差值，则使开关装置闭合，由此将电能从电力传输网络传输到电阻单元，并且在那里转换为热(使得电力传输网络的交流电流的频率下降)。
在所述方法中，仅对频率进行评估，而不对频率随着时间的变化进行评估。
所述方法具有与上面结合装置给出的优点类似的优点。
附图说明
下面，借助实施例详细地说明本发明。在此，相同的附图标记指示相同或者相同地起作用的元素。为此，
在图1中示出了用于稳定频率的装置的实施例，所述装置具有模块化的多电平电力转换器和电阻单元，
在图2中示出了连接有能量存储器的模块化的多电平电力转换器的实施例，
在图3中示出了多电平电力转换器的模块的实施例，
在图4中示出了多电平电力转换器的模块的另一个实施例，
在图5中示出了能量存储器的实施例，
在图6中示出了用于稳定电力传输网络的频率的方法流程的示例性图示，以及
在图7中示出了用于稳定电力传输网络的频率的另一个方法流程的示例性图示。
具体实施方式
在图1中示出了具有三相电力传输网络3的实施例，电力传输网络3具有三个相导体3a、3b和3c。用于稳定该电力传输网络的频率的装置6连接到电力传输网络3。装置6具有模块化的多电平电力转换器9。模块化的多电平电力转换器9具有第一接头12(电力转换器接头12)，第一接头12与电力传输网络3的相导体3a、3b和3c连接。模块化的多电平电力转换器9与能量存储器273连接(也参见图2)。
此外，装置6具有电阻单元15。电阻单元15的接头18(单元接头18)(下面也称为第二接头18)经由开关装置21与电力传输网络3的相导体3a、3b和3c连接。在此，多电平电力转换器9和电阻单元15(借助开关装置21)与电力传输网络3并联连接。因此，多电平电力转换器9可以将能量馈送到电力传输网络3中，或者电阻单元15可以从电力传输网络3取出能量。
装置6的控制装置25控制模块化的多电平电力转换器9和开关装置21。这分别借助虚线示出。对控制装置25施加电力传输网络3的频率的测量值28。该测量值28(或者实际频率值28)施加在控制装置25的输入端31处。在该实施例中，频率测量值28由频率测量装置35产生，频率测量装置35测量电力传输网络的频率(更准确地说，在电力传输网络中传输的交流电流的频率)。为此，频率测量装置35与电力传输网络3的相导体3a、3b和3c连接。频率测量装置35可以是装置6的一部分。然而，频率测量装置35也可以布置在装置6外部，并且可以仅向装置6传输频率测量值28。在图1中示出了所提到的后一种情况。频率测量装置35本身是已知的，因此这里不需要对其进行详细说明。
特别是，电阻单元15可以是大功率电阻单元。借助该电阻单元15，可以将大的电能转换为热能。在该实施例中，电阻单元15具有三个电阻元件38、39和40。在此，三个电阻元件中的每一个与电力传输网络3的一个相导体相关联。因此，第一电阻元件38与第一相导体3a相关联，第二电阻元件39与第二相导体3b相关联，并且第三电阻元件40与第三相导体3c相关联。在图1的实施例中，电阻元件的一个接头分别经由开关装置21与相导体连接。电阻元件的另一个接头(特别是经由地电极42)与地电势43电连接。因此，第一电阻元件38的第一接头18a经由开关装置21与第一相导体3a连接；第一电阻元件38的第二接头与地电势连接。以相同的方式，第二电阻元件39的第一接头18b也经由开关装置21与第二相导体3b连接；并且第三电阻元件40的第一接头18c经由开关装置21与第三相导体3c连接。
然而，也可以以其它方式设计电阻单元15：例如，三个电阻元件38、39和40也可以经由公共的地电极与地电势连接。在另一个实施例中，三个电阻元件38、39和40可以以星形电路布置，并且星形点可以经由地电极与地电势43连接。在又一实施例中，三个电阻元件38、39和40可以以三角形电路布置；在这种情况下，不需要与地电势连接。
在图2中示出了模块化的多电平电力转换器9的实施例。多电平电力转换器9具有用于连接到电力传输网络3的相导体的第一接头12。在此，第一接头12具有第一交流电压接头12a、第二交流电压接头12b和第三交流电压接头12c。
第一交流电压接头12a与第一相模块支路11和第二相模块支路13电连接。第一相模块支路11和第二相模块支路13形成电力转换器9的第一相模块15。第一相模块支路11和第二相模块支路13形成电力转换器9的第一相模块15。第一相模块支路11的远离第一交流电压接头12a的一端与第一直流电压接头16电连接；第二相模块支路13的远离第一交流电压接头12a的一端与第二直流电压接头17电连接。第一直流电压接头16为正直流电压接头；第二直流电压接头17为负直流电压接头。在第一直流电压接头16与第二直流电压接头17之间施加直流电压Ud。
第二交流电压接头12b与第三相模块支路18的一端以及与第四相模块支路21的一端电连接。第三相模块支路18和第四相模块支路21形成第二相模块24。第三交流电压接头12c与第五相模块支路27的一端以及与第六相模块支路29的一端电连接。第五相模块支路27和第六相模块支路29形成第三相模块31。
第三相模块支路18的远离第二交流电压接头12b的一端，和第五相模块支路27的远离第三交流电压接头12c的一端，与第一直流电压接头16电连接。第四相模块支路21的远离第二交流电压接头12b的一端，和第六相模块支路29的远离第三交流电压接头12c的一端，与第二直流电压接头17电连接。第一相模块支路11、第三相模块支路18和第五相模块支路27形成正侧电力转换器部分32；第二相模块支路13、第四相模块支路21和第六相模块支路29形成负侧电力转换器部分33。
每个相模块支路具有多个模块(1_1、1_2、1_3、…1_n；2_1…2_n；等等)，这些模块(借助其电流接头)串联电连接。这些模块也称为子模块。在图1的实施例中，每个相模块支路具有n个模块。串联电连接的模块的数量可以非常不同，至少两个模块串联连接，但是也可以例如3个、50个、100个或者更多个模块串联电连接。在该实施例中，n＝36：即，第一相模块支路11具有36个模块1_1、1_2、1_3、…1_36。其它相模块支路13、18、21、27和29以相同的方式构造。
电力转换器9的控制装置25经由光通信连接(例如经由光纤)向各个模块1_1至6_n传输光消息或者光信号。例如，控制装置分别向各个模块发送关于相应的模块应当提供的输出电压的大小的额定值。这些光消息或者光信号形成电力转换器控制信号630(参见图1)。
可选地，模块1_1至6_n分别设置有过电压放电器A1_1至A6_n。在此，过电压放电器与相应的模块并联连接。每个过电压放电器保护与其相关联的模块免受过电压。
第一直流电压接头16和第二直流电压接头17形成多电平电力转换器9的能量存储器接头270。电能存储器273连接到能量存储器接头270。能量存储器接头270是模块化的多电平电力转换器9的直流电压接头。也就是说，能量存储器273在直流电压侧与模块化的多电平电力转换器9连接，或者连接到模块化的多电平电力转换器9。
能量存储器273是单极能量存储器，即，能量存储器273具有正能量存储器接头276和负能量存储器接头278。能量存储器273向多电平电力转换器9提供电能。由此，在需要时，多电平电力转换器9可以经由第一接头12将电能E1馈送到电力传输网络3中。
在图3中示出了模块化的多电平电力转换器9的模块301的一个实施例。其例如可以是模块1_1，或者可以是模块化的多电平电力转换器9的其它模块中的一个。
模块301被设计为半桥模块301。模块301具有可接通、可关断的第一电子开关元件302(第一电子开关元件302)与反向并联连接的第一二极管304(第一续流二极管304)。此外，模块301具有可接通、可关断的第二电子开关元件306(第二电子开关元件306)与反向并联连接的第二二极管308(第二续流二极管308)以及电容器310。第一电子开关元件302和第二电子开关元件306分别被设计为IGBT(insulated-gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶体管)。第一电子开关元件302与第二电子开关元件306串联电连接。第一(电流)模块接头312布置在两个电子开关元件302与306之间的连接点处。第二(电流)模块接头315布置在与上述连接点相对的第二开关元件306的接头处。此外，第二模块接头315与电容器310的第一接头连接；电容器310的第二接头和与上述连接点相对的第一开关元件302的接头电连接。
也就是说，电容器310与第一开关元件302和第二开关元件306的串联电路并联电连接。通过相应地控制第一开关元件302和第二开关元件306，可以实现在第一模块接头312与第二模块接头315之间输出电容器310的电压，或者不输出电压(即输出零电压)。因此，通过各个相模块支路的模块的共同作用，可以产生相应的期望的电力转换器的输出电压。借助控制装置25传输到电力转换器9的电力转换器控制信号630，对第一开关元件302和第二开关元件306进行控制。
在图4中示出了模块化的多电平电力转换器9的模块401的另一个实施例。其例如可以是模块1_1，或者可以是模块化的多电平电力转换器9的其它模块中的一个。
除了从图3中已知的第一电子开关元件302、第二电子开关元件306、第一续流二极管304、第二续流二极管308和电容器310之外，在图4中示出的模块401还具有带有反向并联连接的第三续流二极管404的第三电子开关元件402以及带有反向并联连接的第四续流二极管408的第四电子开关元件406。第三电子开关元件402和第四电子开关元件406分别被设计为IGBT。与图3中的电路不同，第二模块接头415不是与第二电子开关元件306电连接，而是与第三电子开关元件402和第四电子开关元件406的串联电路的中点电连接。
图4中的模块401是所谓的全桥模块401。这种全桥模块401的特征在于，通过相应地控制第一模块接头312与第二模块接头415之间的四个电子开关元件，能够选择性地输出正的电容器310的电压、负的电容器310的电压或者值为零的电压(零电压)。也就是说，由此，借助全桥模块401，可以使输出电压的极性反转。电力转换器9可以仅具有半桥模块301，仅具有全桥模块401，或者也可以具有半桥模块301和全桥模块401。
在图5中详细示出了能量存储器273的实施例。能量存储器273具有彼此连接的多个能量存储器单元503。在该实施例中，这些能量存储器单元503串联电连接，从而形成能量存储器单元串联电路。三个这种能量存储器单元串联电路并联连接，形成能量存储器273。图5的示意图应当理解为仅仅是示例性的。当然，在其它能量存储器中，可以串联或者并联连接其它数量的能量存储器单元503。通过能量存储器单元的串联电路，可以借助能量存储器273提供高电压。通过三个串联电路的并联电路，可以借助能量存储器273提供大的电流强度。原则上，能量存储器单元503可以是任意的电能存储器单元，特别是电容器或者电池。作为电容器，特别是可以使用所谓的超级电容器。
在图6中示出了用于稳定电力传输网络3的频率的示例性的方法流程。下面，根据图6和图1详细描述该方法流程。
在第一方法步骤605中，确定经由电力传输网络3传输的交流电流的频率f。在该实施例中，借助连接到电力传输网络3的频率测量装置35进行频率f的这种确定。频率测量装置35将所确定的频率的测量值28传输到控制装置25。在第二方法步骤610中，在控制装置25中将所确定的频率f与事先已知的额定频率fsoll进行比较。如果所确定的频率f低于额定频率fsoll超过预定的下冲公差值Tol1，则执行第三方法步骤615。如果所确定的频率f高于额定频率fsoll超过预定的上冲公差值Tol2，则执行第四方法步骤620。如果所确定的频率f位于由下冲公差值Tol1和上冲公差值Tol2形成的围绕额定频率fsoll的公差范围内，则执行第五方法步骤625。
如果电力传输网络的频率f过低(频率过低)(也就是说，如果所确定的频率f低于由下冲公差值Tol1确定的围绕额定频率fsoll的公差范围，f<(fsoll-Tol1))，则执行第三方法步骤615。在第三方法步骤615中，控制装置25向模块化的多电平电力转换器9发送电力转换器控制信号630。利用该电力转换器控制信号630，指示多电平电力转换器9从能量存储器273汲取电能，并且(借助具有额定频率fsoll的交流电流(馈入交流电流))经由第一接头12将该电能E1馈送到电力传输网络3中。由此，支持在电力传输网络3中流动的交流电流的频率，即，使在电力传输网络3中流动的交流电流的频率上升。由此使电力传输网络3的频率稳定，即，抵消电力传输网络3的频率的不期望的下降。
如果所确定的电力传输网络3的频率f过高(频率过高)(即，如果所确定的频率f高于由上冲公差值Tol2确定的围绕额定频率fsoll的公差范围，f>(fsoll+Tol2))，则执行方法步骤620。在方法步骤620中，控制装置25向开关装置21发送开关装置控制信号635。借助该开关装置控制信号635，(至少暂时)使开关装置21闭合。由此，电能E2从电力传输网络3经由开关装置21传输到电阻单元15，并且在那里被转换为热。也就是说，换言之，从电力传输网络3中取出电能E2。由此，在电力传输网络3中传输的交流电流的频率下降；电力传输网络3的频率将更低。由此，抵消电力传输网络3的不期望的过高的频率。
如果所确定的经由电力传输网络3传输的交流电流的频率f处于允许的公差范围内(该公差范围由下冲公差值Tol1和上冲公差值Tol2围绕额定频率fsoll形成)，则执行方法步骤625。在该方法步骤625中，借助对应的控制信号，指示多电平电力转换器9不从能量存储器273汲取电能，并且不向电力传输网络3中馈送电能。如果能量存储器273没有完全充电，则在方法步骤625中，可以由电力传输网络3经由模块化的多电平电力转换器9对能量存储器273充电，使得在能量存储器273中存储最大可能的量的能量。由此，针对接下来的频率下降做好准备。此外，在第五方法步骤625期间，开关装置21保持断开，从而没有电能从电力传输网络3传输到电阻单元15。下冲公差值Tol1和/或上冲公差值Tol2也可以取值零。在方法步骤615、620或者625之后，以方法步骤605继续。
方法步骤可以总结如下。
方法步骤605：确定经由电力传输网络传输的交流电流的频率f。
方法步骤610：将所确定的频率f与额定频率fsoll进行比较。
方法步骤615：借助电力转换器从能量存储器汲取能量，并且馈送到电力传输网络中(在f<(fsoll-Tol1)的情况下)。
方法步骤620：使开关装置闭合，并且开关装置将能量从电力传输网络引导到电阻单元；该能量在电阻单元中转换为热(在f>(fsoll+Tol2)的情况下)。
方法步骤625：存储在能量存储器中的能量保留在能量存储器中；开关装置断开(在(fsoll-Tol1)<＝f<＝(fsoll+Tol2)的情况下没有动作)。
在图7中示出了用于稳定电力传输网络3的频率的另一个示例性的方法流程。该方法流程与图6所示的方法流程的不同之处在于，作为对经由电力传输网络3传输的交流电流的频率的评估的替换或者附加，对该频率随着时间的变化进行评估。
在根据图7的方法流程中，在方法步骤610'中，将所确定的频率f与额定频率fsoll进行比较(像在根据图6的方法流程中一样)，和/或将频率随着时间的变化与第一边界值x以及第二边界值y进行比较。
在根据图7的方法流程中，如果经由电力传输网络3传输的交流电流的频率随着时间的变化低于第一边界值x(df/dt＜x；频率的变化速度小于第一边界值x)，则也执行方法步骤615。第一边界值x为负(负的第一边界值x)并且具有单位Hz/s。如果经由电力传输网络3传输的交流电流的频率随着时间的变化高于第二边界值y(df/dt>y，频率的变化速度大于第二边界值y)，则也执行方法步骤620。第二边界值y为正(正的第一边界值y)并且具有单位Hz/s。
如果经由电力传输网络3传输的交流电流的频率随着时间的变化位于第一边界值x与第二边界值y之间(x<＝df/dt<＝y)，并且如果特别是附加地适用：(fsoll-Tol1)<＝f<＝(fsoll+Tol2)，则执行方法步骤625。频率随着时间的变化(df/dt)也称为频率变化率(Rateof Change of Frequency，ROCOF)。
在所描述的装置和所描述的方法中，特别有利的是，能量存储器273仅用于在出现不期望的频率下降的情况下，提供用于馈送到电力传输网络中的能量。相反，在电力传输网络中出现不期望的频率升高的情况下，不需要能量存储器273，因为在这种情况下，从电力传输网络取出电能，并且借助电阻单元15转换为热。
理论上也可以想到仅具有多电平电力转换器9和能量存储器273(但是没有电阻单元15和开关装置21)的用于稳定电力传输网络的频率的装置。在可以想到的这种装置中，能量存储器273不仅在电力传输网络出现不期望的频率下冲的情况下，而且在出现不期望的频率上冲的情况下，用作缓冲存储器。其结果是，在准备状态下，能量存储器273应当不完全充电，而应当仅部分充电(例如仅充电到50％；50％充电状态SOC(state of Charge))。这将是必要的，以便能够在任何时候使用能量存储器进行能量吸收或者能量输出(在电网频率升高的情况下进行能量吸收或者功率吸收，在电网频率降低的情况下进行能量输出或者功率输出)。也就是说，为了在能量存储器273中针对电网频率下降的情况准备好特定量的能量，必须将能量存储器273设计为具有大得多的存储容量，例如在50％SOC的情况下设计为具有两倍的存储容量。由于能量存储器非常昂贵，因此这需要非常高的成本。
相对于理论上可以想到的这种用于稳定频率的装置，根据图1至6的装置和方法具有如下优点，即，能量存储器273在准备状态下可以充电到其最大能量容量。由此，在电力传输网络中出现不期望的频率下降的情况下，可以相对较长时间地支持电力传输网络3的频率，或者仅需要电容量较小的能量存储器。
也就是说，能量存储器273仅用于在出现不期望的频率下降的情况下进行频率支持。因此，能量存储器可以完全充电(100％SOC)；也就是说，可以使用能量存储器273的总的可用存储容量来支持电网频率(参见方法步骤615)。由此，相对于上面提到的理论上可以想到的装置，产生了显著的成本优势。即使考虑到电阻单元15产生附加的成本，从总体上考虑，还是产生了显著的成本节省。也就是说，与能量存储器单元相比，实现电阻电源本身价格更低。
模块化的多电平电力转换器9也可以附加地具有无功功率补偿设备的功能。在该实施例中，多电平电力转换器9用于稳定电网频率(即，用于减小电网频率与额定频率的偏差)。在此，在电网频率过低的情况下，通过将来自能量存储器273的能量馈送到电网中，来稳定或者支持电网频率，而在电网频率过高的情况下，通过从电网汲取电能并且(在电阻单元15中)将汲取的电能转换为热能，来稳定或者支持电网频率。也就是说，借助能量存储器273，可以在短时间内(特别是在几秒钟的范围内)将大的电能/大的电功率馈送到电网中。
通过接入电阻单元15，通过吸收和转换相对大的量的电能/电功率，来限制电力传输网络3的频率过高。这种电阻单元15可以相对简单地以低成本实现，因为电阻单元15基本上由电阻元件构成(为此不需要电力转换器和存储器)。
也就是说，能量存储器273仅必须被设计为用于将电能或者功率馈送到电力传输网络3中。相对于上面提到的理论上可以想到的具有50％SOC的用于稳定频率的装置，这里，可以以100％SOC将提供的电能加倍。
所描述的装置和所描述的方法具有一系列优点。所述装置和所述方法可以以低成本实现，因为相对昂贵的能量存储器273可以被设计为用于100％地将能量馈送到电力传输网络3中。由此，(在提供的能量的量恒定的情况下)可以使用更小的能量存储器，或者在能量存储器保持不变的情况下，可以提供更大的能量的量。在第一种情况下，能量存储器273需要较小的空间，由此建筑成本、空调成本、土地成本等也降低。在这种情况下，所需要的能量存储器单元的数量也明显更少，从而这些能量存储器单元的维护和维修成本也降低。此外，由于能量存储器单元的数量更少，设备的可用性得到改善。
通过将(特别是无功功率补偿设备形式的)模块化的多电平电力转换器9与能量存储器273和电阻单元15组合，提供了用于限制电力传输网络中的频率过低和频率过高的一种简单、低成本、鲁棒并且可靠的解决方案。所描述的装置和所描述的方法特别适合用于在高压和超高压范围内使用，即，在高压和超高压电力传输网络中使用。
通过对应地鲁棒地设计电阻单元15，(通过对开关装置21进行对应的控制)也可以向电阻单元15中进行高脉冲方式的能量输入。在此，特别是，开关装置21是功率开关(Leistungsschalter)，用于在频率上冲时，可以快速地将电阻单元15连接到电力传输网络3。在需要时，可以例如利用液体冷却设备对电阻单元15进行冷却。借助将电阻单元15快速地接入电力传输网络3和从电力传输网络3断开，电阻单元15也可以用于所谓的功率振荡阻尼(Power Oscillation Damping，POD)。
描述了一种装置和方法，利用所述装置和方法，可以以低成本的方式稳定电力传输网络的频率。

Claims (8)

1.一种用于稳定电力传输网络(3)的频率的装置(6)，
-具有模块化的多电平电力转换器(9)，所述多电平电力转换器具有第一接头(12)，所述第一接头用于与电力传输网络(3)电连接，并且所述多电平电力转换器与能量存储器(273)连接，
-具有电阻单元(15)，所述电阻单元具有第二接头(18)，所述第二接头用于与电力传输网络(3)电连接，其中，所述电阻单元(15)与开关装置(21)连接，所述开关装置使得所述电阻单元(15)能够以能够开关的方式与电力传输网络(3)电连接，
-具有控制装置(25)，所述控制装置对所述多电平电力转换器(9)和所述开关装置(21)进行控制，使得
-如果经由电力传输网络(3)传输的交流电流的频率随着时间的变化低于第一边界值(x)，则所述多电平电力转换器(9)从所述能量存储器(273)汲取电能，并且馈送到电力传输网络(3)中，并且
-如果经由电力传输网络(3)传输的交流电流的频率随着时间的变化高于第二边界值(y)，则使所述开关装置(21)闭合，由此将电能从电力传输网络(3)传输到所述电阻单元(15)，随后所述电阻单元(15)将该电能转换为热。
2.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，
-所述多电平电力转换器(9)具有多个模块(1_1...6_n)，所述模块分别具有至少两个电子开关元件(302，306)和电容器(310)。
3.根据权利要求2所述的装置，
其特征在于，
-所述模块的所述两个电子开关元件(302，306)以半桥电路布置，或者
-所述模块分别具有所述两个电子开关元件(302，306)和两个另外的电子开关元件(402，406)，其中，所述两个电子开关元件(302，306)和所述两个另外的电子开关元件(402，406)以全桥电路布置。
4.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，
-所述能量存储器(273)具有多个彼此连接的能量存储器单元(503)。
5.根据权利要求4所述的装置，
其特征在于，
-所述能量存储器单元(503)是电容器和/或电池。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，
其特征在于，
-所述控制装置对所述多电平电力转换器(9)和所述开关装置(21)进行控制，使得
-如果经由电力传输网络(3)传输的交流电流的频率低于额定频率超过预定的下冲公差值，或者如果经由电力传输网络(3)传输的交流电流的频率随着时间的变化低于第一边界值(x)，则所述多电平电力转换器(9)从所述能量存储器(273)汲取电能，并且馈送到电力传输网络(3)中，并且
-如果经由电力传输网络(3)传输的交流电流的频率高于额定频率超过预定的上冲公差值，或者如果经由电力传输网络(3)传输的交流电流的频率随着时间的变化高于第二边界值(y)，则使所述开关装置(21)闭合，由此将电能从电力传输网络(3)传输到所述电阻单元(15)，随后所述电阻单元(15)将该电能转换为热。
7.一种用于稳定电力传输网络(3)的频率的方法，其中，所述电力传输网络(3)与模块化的多电平电力转换器(9)连接，所述多电平电力转换器与能量存储器(273)连接，并且其中，所述电力传输网络(3)经由开关装置(21)与电阻单元(15)连接，其中，在所述方法中，
-确定经由所述电力传输网络(3)传输的交流电流的频率，
-如果频率随着时间的变化低于第一边界值(x)，则所述多电平电力转换器(9)从能量存储器(273)汲取电能，并且馈送到所述电力传输网络(3)中，以及
-如果频率随着时间的变化高于第二边界值(y)，则使所述开关装置(21)闭合，由此将电能从所述电力传输网络(3)传输到所述电阻单元(15)，并且在那里转换为热。
8.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于，
-如果所确定的频率低于额定频率超过预定的下冲公差值，或者如果频率随着时间的变化低于第一边界值(x)，则所述多电平电力转换器(9)从所述能量存储器(273)汲取电能，并且馈送到电力传输网络(3)中，并且
-如果所确定的频率高于额定频率超过预定的上冲公差值，或者如果频率随着时间的变化高于第二边界值(y)，则使所述开关装置(21)闭合，由此将电能从电力传输网络(3)传输到所述电阻单元(15)，并且在那里转换为热。
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