CN111342497A - 优化电气设施中电能源的能量供应的方法及实施其的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于优化电气设施(1)中来自可变电能源(42)的能量供应的方法，该电气设施(1)以自耗模式运行，并连接到配电网(2)。本发明还涉及一种用于控制电气设施(1)中的电能逆变器(4)的控制设备(5)，以及一种包括用于控制电能逆变器(4)的控制设备(5)的电气设施(1)。

Description

优化电气设施中电能源的能量供应的方法及实施其的设备

技术领域

本发明涉及一种优化连接到配电网并且以自耗模式(self-consumption mode)运行的电气设施中来自可变电能源(例如光伏源)的能量供应的方法。本发明还涉及一种实施这种方法的设备，用于控制安装在电气设施中并连接到可变能源的电能逆变器。本发明还涉及包括这种设备的电气设施。

背景技术

从可变能源(例如通常被称为可再生能源的能源，诸如太阳能或风能)生产电能是从化石能源生产能量的替代。它可以形成当地能源生产商的收入来源和电力经销商的能量支援。然而，当连接到配电网时，可变电能源不得干扰所述配电网。在图7所示的现有技术中，在没有可再生能源产生能量的情况下，对于消耗200kWatt有功功率和60kVar无功功率或者功率因子等于0.96的电气负载，电网以相同的功率因子提供相同的有功功率、无功功率。当可变能源提供120kWatt有功功率和0kVar时，电网提供由可变能源产生的能量和由负载消耗的能量之间的差或者80kWatt有功功率和60kVar无功功率，功率因子变成等于0.8。因此，配电网看见的功率因子降低。通常，电能经销商对其电气设施的功率因子小于预定阈值(例如小于0.93)的用户处以罚金(penalty)。

专利申请US2017/214337A1描述了连接在AC能源和配电网之间的逆变器的操作，逆变器被控制用于根据配电网的运营商提出的需求来提供有功功率和无功功率。这种操作模式不允许替代能源产生的电能的自消耗，并且使电气设施的管理依赖于电能经销商。

专利申请WO2012/125278B2描述了一种根据由配电网提供的电压(所述电压的幅度作为参考)来调节由光伏设施产生的有功功率和无功功率以便不中断配电网的运行的设备。

已知关于控制光伏设施生产的专利US9806665B2。光伏设施将其有功功率和无功功率的生产控制在合同规定的范围内。通过这样的方式执行调节：利用比例积分控制器增加或减少有功功率以调节无功功率，反之亦然。

专利申请EP3029797A1描述了一种优化来自可再生能源的能量的转换和生产的设备。该设备包括电池并且可以在自耗模式下操作。本发明的目的是通过优化网络、电池、负载和可再生能源之间的能量流动来最大化本地能量供应。

专利申请WO2007/060328A1描述了一种用于分散式能量生产设施的控制设备，其通过产生或吸收有功功率或无功功率而在生产设施的连接点处执行电压调节。

发明内容

本发明的主题是一种用于优化来自安装在电气设施中的可变电能源的能量供应的方法，所述电气设施在连接点处连接到配电网，所述电气设施包括：

-至少一个逆变器，其首先连接到可变电能源，其次连接到连接点，所述逆变器被布置用于转换由电能源传递的能量，并在连接点处提供可控的第一有功功率和可控的第一无功功率，以及

-电气负载，其连接到连接点，并且消耗第二有功功率和第二无功功率，配电网以网络功率因子向电气设施提供第三有功功率和第三无功功率，该方法包括根据第二有功功率和第二无功功率确定必须由逆变器提供的第一有功功率和第一无功功率的步骤，使得网络功率因子大于或等于预定目标功率因子。

优选地，还确定第一有功功率和第一无功功率，以最小化第三有功功率或最大化第一有功功率。

根据第一特定实施例，逆变器以大于或等于预定义的最小逆变器功率因子提供第一有功功率和第一无功功率。

优选地，当逆变器功率因子等于最小逆变器功率因子时，逆变器提供最大第一无功功率。

根据第二特定实施例，当电气设施能够以自耗模式提供电能时，电能网络向所述电气设施提供最小第三有功功率。

有利的是：

-由逆变器提供的第一有功功率等于由负载消耗的第二有功功率和由配电网提供的最小第三有功功率之间的差，

-逆变器功率因子大于或等于最小功率因子，以及

-第三无功功率被最小化或第一无功功率被最大化。

根据特定实施例，由负载消耗的第二有功功率和第二无功功率按包括以下步骤的序列进行评估：

-控制逆变器以提供零第一有功功率和零第一无功功率的步骤，

-测量第三有功功率和第三无功功率的步骤，以及

-确定第二有功功率和第二无功功率的步骤，其中第二有功功率等于第三有功功率，第二无功功率等于第三无功功率。

本发明还涉及一种用于控制在连接点处连接到电网的电气设施中的电能逆变器的控制设备，所述电气设施包括：

-至少一个电能逆变器，其首先连接到连接点，并且其次连接到至少一个电能源，以用于转换由所述能源提供的能量，所述逆变器以逆变器功率因子提供第一有功功率和第一无功功率，

-至少一个电气负载，其连接到连接点，消耗第二有功功率和第二无功功率，

该控制设备包括：

-第一测量电路，用于测量连接点处的第三有功功率和第三无功功率或者第三视在功率和网络功率因子，

-第二测量电路，用于测量第一有功功率和第一无功功率或者第一视在功率和逆变器功率因子，以及

-控制电路，其被连接到：

-第一测量电路，以用于接收对第三有功功率、第三无功功率、第三视在功率和网络功率因子的测量，

-第二测量电路，以用于接收对由逆变器提供的第一有功功率、第一无功功率、第一视在功率和逆变器功率因子的测量，以及

-电能逆变器，以用于控制必须由所述逆变器提供的第一有功功率和第一无功功率，

所述控制电路被布置用于执行前述方法，并将与必须由所述逆变器提供的第一有功功率和第一无功功率相对应的有功功率和无功功率提供指令发送到逆变器。

本发明还涉及一种在连接点处连接到电网的电气设施，所述电气设施包括：

-至少一个可变电能源，

-至少一个电能逆变器，其首先连接到连接点，其次连接到可变电能源，以用于将由所述能源提供的能量转换成连接点处可用的电能，以及

-至少一个电气负载，其连接到连接点，以及

-如前所述用于控制电能逆变器的控制设备。

优选地，可变电能源由至少一个光伏板组成。

附图说明

附图示出了本发明：

图1以框图形式表示用于根据本发明实施例的设备和方法的电气设施，该电气设施包括可变能源、电气负载、配电网、电能逆变器和用于控制该逆变器的控制设备；

图2是包括可变能源的电气设施的示意图，该示意图用于举例说明允许所产生能量的自消耗的电气设施中的有功功率和无功功率以及功率因子的值，并且将电气设施的功率因子的值保持在由电能经销商施加的功率因子之上；

图3以框图形式表示根据本发明实施例的、用于在用于优化可变能源的能量供应的设备中实施的方法的输入和输出数据；

图4A至图4E通过菲涅尔(Fresnel)图说明了在以根据本发明实施例的方法运行的电气负载、能量逆变器和配电网处的视在功率、有功功率和无功功率的代表向量以及功率因子；

图5A和图5B表示根据本发明的用于优化来自可变能源的能量供应的方法的流程图；

图6表示用于确定由电气负载消耗的有功功率和无功功率的流程图，以及

图7表示现有技术的设施。

具体实施方式

图1以框图形式表示电气设施1，电气设施1包括可变能源42、电气负载3、配电网2、至少一个电能逆变器4和用于控制该逆变器的控制设备5。可变能源42是将可持续能源(诸如由太阳传递的能源)转化为通常被称为可再生能源(诸如太阳能、风能、潮汐能等)的能源。可变能源42连接到电能逆变器4，电能逆变器4的作用是将由可变能源42提供的能量转化为可以由电气负载3消耗的电能。电气负载3连接到电气设施1中的逆变器4。电气设施1在连接点21处连接到配电网2，因此电气负载3和逆变器4连接到配电网2。

在电气设施1中，电能逆变器4提供第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv。逆变器4提供的功率水平是可控的：连接到所述逆变器4的控制设备5向逆变器4传送有源功率CmdPinv和无功功率CmdQinv提供指令，以便逆变器4提供所需的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv。电气负载3消耗第二有功功率Pload和第二无功功率Qload。电气负载3表示可以根据需要被置于运行或停止运行的一个或多个电气设备。因此，第二有功功率Pload和第二无功功率Qload随时间变化。电气设施1优选地以自耗模式运行，也就是说，可变能源42向电气负载3提供能量。然而，首先，可变能源42的尺寸并不总是适于提供由电气负载3消耗的所有能量，其次，由于云的存在、风力、季节的变化等，由能源42提供的能量是可变的。因此，在可变能源42不能提供电气负载3所需的所有能量的情况下，配电网2另外提供第三有功功率Pnet和第三无功功率Qnet。

电气设施1表示配电网2的电气负载，并且配电网2的管理者在电气设施1上施加大于或等于目标功率因子PFtarg的网络功率因子PFnet。当电气设施1的网络功率因子PFnet小于目标功率因子PFtarg时，将处以罚金。图2以示意图的形式表示电气设施1，用于通过示例示出允许可变能源42产生的能量的自消耗的有功功率和无功功率以及功率因子的值。电气设施的功率因子PFnet等于电能经销商施加的最小功率因子PFtarg。这种平衡是不稳定的，因为一方面，第二有功功率Pload和第二无功功率Qload根据电气负载3的变化而变化，另一方面，第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv根据能源42的生产而变化。本发明涉及一种根据第二有功功率Pload和第二无功功率Qload确定必须由逆变器4提供的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv的方法，以便网络功率因子PFnet大于或等于预定目标功率因子PFtarg。该方法在连接到能量逆变器4的控制设备5中实施，用于控制所述逆变器4提供第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv。控制设备5还执行对由电网2提供的第三有功功率Pnet和第三无功功率Qnet的测量。图3以框图的形式表示形成本发明主题的方法所使用的输入和输出数据：

-目标功率因子PFtarg是由配电网2的管理者定义的预定参数，通常在0.8和0.95之间，

-第三有功功率Pnet和第三无功功率Qnet优选地通过由链路54连接到连接点21的第一测量电路51来测量，

-由逆变器4提供的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv功率中的每一个的值可以在所述逆变器4的输出端测量，或者由逆变器4通过通信装置44发送到控制设备5，

-由负载3消耗的第二有功功率Pload和第二无功功率Qload可以是根据稍后描述的步骤从第一功率和第三功率的值计算出的数据，或者如果电气负载3是固定的，则可选地预定义，并且

-用于逆变器4的运行的预定义的最小功率因子PFinv_min。

形成本发明主题的方法循环地进行：它处理输入数据，用于向逆变器4提供输出数据，诸如受控有功功率值Cmd_Pinv和受控无功功率值Cmd_Qinv。逆变器4具有指令，用于分别根据受控有功功率Cmd_Pinv和受控无功功率Cmd_Qinv的值更新有功功率Pinv和无功功率Qinv的提供。

图4A至图4E通过菲涅尔图说明为获得输出数据而对输入数据执行的处理。在菲涅尔图中，有功功率被表示为横坐标，无功功率被表示为纵坐标。为了阐明这些图，有功功率P和无功功率Q以视在功率的代表向量的形式表示，记为S。视在功率等于有功功率平方和无功功率平方之和的平方根。视在功率的代表向量与横轴形成的角度的余弦对应于功率因子PF。功率因子等于有功功率P与视在功率S之比，即PF＝P/S。在本文献的其余部分中，第一视在功率Sinv对应于由逆变器4提供的视在功率，第二视在功率Sload对应于由负载3消耗的视在功率，第三视在功率Snet对应于由配电网2提供的视在功率。因此，在图4A至图4E中，第二有功功率Pload被表示为横坐标，第二无功功率Qload被表示为纵坐标，第二视在功率Sload以向量的形式表示，该向量的原点在横坐标轴和纵坐标轴的交点处并且其末端具有横坐标值Pload、纵坐标值Qload。第三视在功率Snet以同样的方式表示。在任何情况下，第二视在功率Sload等于由配电网提供的第三视在功率Snet和由逆变器提供的第一视在功率Sinv的向量和：

[等式1]

[数学式1]

Sload是第二视在功率的代表向量，

Snet是第三视在功率的代表向量，以及

Sinv是第一视在功率的代表向量。

也可以指定以下等式：

Pload＝Pnet+Pinv

Qload＝Qnet+Qinv

Pload是第二有功功率，

Pnet是第三有功功率，

Pinv是第一有功功率，

Qload是第二无功功率，

Qnet是第三无功功率，

Qinv是第一无功功率。

为了将等式1转换成菲涅尔图，第一视在功率Sinv必须以表示由配电网提供的第三视在功率Snet的向量末端为原点，以表示第二视在功率Sload的向量末端为终点。

图4A表示第一菲涅尔图，以便说明现有技术的缺点。第二视在功率Sload位于目标功率因子区域Ztarg内，该区域对应于大于目标功率因子PFtarg的功率因子。当可变能源42不产生任何能量时，第一视在功率Sinv为零，并且配电网2必须提供等于第二视在功率Sload的第三视在功率Snet。在这种情况下，网络功率因子PFnet保持大于目标功率因子PFtarg。如果可变能源42产生纯无功的第一视在功率Sinv，如图4A所示，则第三视在功率Snet振幅减小，但是网络功率因子PFnet离开区域Ztarg，对应于小于目标功率因子PFtarg的功率因子。这种配置是不利的，因为尽管由配电网提供的第三视在功率Snet减少了，但是通过可变能源42的能量生产将由于差的网络功率因子PFnet而处以罚金。

图4B表示第二菲涅尔图，以便说明根据第二有功功率Pload和第二无功功率Qload确定必须由逆变器提供的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv、以便使网络功率因子PFnet大于或等于预定目标功率因子PFtarg的方法。由于网络功率因子PFnet必须大于或等于目标功率因子PFtarg，所以第三视在功率Snet的代表向量必须位于目标功率因子区域Ztarg中，并且在最坏的情况下，在与目标功率因子PFtarg相对应的方向上对齐，如图4B所示。第一视在功率Sinv的代表向量的末端位于第二视在功率Sload的代表向量的末端。

逆变器4相对于由可变能源42提供的能量来提供第一视在功率Sinv。因此，在给定时刻，第一视在功率Sinv不能增加，另一方面，第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv是可控的，以便以可控的逆变器功率因子PFinv来提供第一视在功率Sinv。因此，图4B中表示第一视在功率Sinv的向量的原点可以围绕所述向量Sinv的末端形成圆C。

为了满足等式1，第一视在功率Sinv的代表向量的原点必须位于圆C和与目标功率因子PFtarg相对应的方向(在最坏情况下)之间的交点处。存在无限多个可能的解决方案，然而，图4B所示的第一视在功率Sinv的确定是最小化由配电网2提供的第三有功功率Pnet或最大化由逆变器4提供的第一有功功率Pinv的解决方案。这个解决方案特别有用，因为网络功率因子PFnet等于目标功率因子PFtarg，并且因此不会对电气设施1处以罚金。此外，由于由配电网2提供的第三有功功率Pnet被最小化，所以由配电网2提供的能量的成本也将被最小化。

为了降低能量转换装置的成本，可以使用不包括能量存储装置或包括有限存储装置的逆变器4。在这种情况下，第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv是可控的，但是逆变器功率因子PFinv必须大于或等于预定义的最小功率因子PFinv_min。因此，逆变器的功率因子PFinv仅在大于或等于最小功率因子PFinv_min(例如等于0.8)的逆变器功率因子区域Zinv中可控。图4C表示第三菲涅尔图，以便说明当逆变器的功率因子PFinv限于逆变器功率因子区域Zinv时，根据第二有功功率Pload和第二无功功率Qload确定必须由逆变器4提供的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv的方法。在图4C中，表示第一视在功率Sinv的向量的原点不能在逆变器功率因子区域Zinv之外形成圆C。因此，最有利的逆变器功率因子PFinv将是最小功率因子PFinv_min。在这种配置中，由配电网2提供的第三有功功率Pnet将被最小化，并且网络功率因子PFnet将更接近目标功率因子PFtarg，并且与差的功率因子相关的罚金将被最小化。

作为连接到配电网2并以自耗模式运行的电气设施1的一部分，所述配电网2的管理者可以例如在合同的基础上强制提供预定义的最小第三有功功率Pnet_min。在这种情况下，由逆变器4提供的第一有功功率Pinv大于或等于由负载消耗的第二有功功率Pload和由配电网2提供的最小第三有功功率Pnet_min之间的差：Pinv≥Pload-Pnet_min。图4D表示第四菲涅尔图，以便说明当第三有功功率Pnet最小(Pnet＝Pnet_min)时，根据第二有功功率Pload和第二无功功率Qload确定必须由逆变器4提供的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv的方法。第三视在功率Snet的代表向量由等于最小功率Pnet_min的第三有功功率Pnet的分量形成。所述向量在与目标功率因子PFtarg相对应的方向上对齐。第二视在功率Sload是第二有功功率Pload和第二无功功率Qload的向量合成。第一视在功率Sinv的代表向量的末端位于第二视在功率Sload的代表向量的末端。为了满足等式1，当由配电网提供的第三视在功率Snet的代表向量的末端位于圆C内时，第一视在功率Sinv的代表向量的原点必须位于所述末端。可以通过增加第一无功功率Qinv来优化逆变器4的能量供应，在逆变器的功率因子PFinv保持在逆变器功率因子区域Zinv的限制下，这增加了网络功率因子PFnet。否则，即当第三视在功率Snet的代表向量的末端在圆C外时，由于逆变器4不能产生足够的能量，所以不需要提供最小第三有功功率Pnet_min的约束，该配置与图4B中描述的第二菲涅尔图相同。

通过第五菲涅尔图，图4E表示将逆变器功率因子PFinv具有大于或等于最小功率因子PFinv_min的值的限制与消耗最小功率Pnet_min的义务相结合的配置。第一视在功率Sinv的代表向量的原点可能不同时位于逆变器功率因子区域Zinv和目标功率因子区域Ztarg中。在这种情况下：

-由逆变器4提供的第一有功功率Pinv等于由负载消耗的第二有功功率Pload和由配电网2提供的最小第三有功功率Pnet_min之间的差，Pinv＝Pload-Pnet_min，以及

-逆变器功率因子PFinv大于或等于最小功率因子PFinv_min，并且

-第三无功功率Qnet被最小化。

其他配置也是可能的，尽管它们可以被简化为图4B至图4E之一中描述的配置之一。

确定必须由逆变器4提供的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv的步骤可以通过使用矩阵计算的向量计算来执行，或者通过使用复数或虚数来执行，例如Sinv＝Pinv+jQinv。根据所使用的计算方法，使用有功功率和无功功率Q或者视在功率S和功率因子PF会更简单。

图5A和图5B表示根据本发明的方法的流程图。

该方法从获取目标功率因子PFtarg的值的步骤110开始。所述功率因子的值可以存储在逆变器控制设备5的存储器中，或者经由人机界面键入。该方法继续到步骤120，通过测量或者通过逆变器4与逆变器控制设备5之间的通信来获取第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv的值。在步骤120期间，还执行对第三有功功率Pnet和第三无功功率Qnet的测量。该方法继续进行对由负载3消耗的第二有功功率Pload和第二无功功率Qload的评估序列130。作为变型，当负载3恒定时，该方法可以将第二有功功率Pload和第二无功功率Qload的预定值存储在逆变器控制设备5的存储器中或者经由人机界面键入。当负载3是可变的(通常是这种情况)，并且根据第一变型，该方法通过执行对由配电网2提供的第三有功功率Pnet和由逆变器4提供的第一有功功率Pinv的求和来计算第二有功功率Pload，Pload＝Pnet+Pinv，Pnet和Pinv的值已经在前面的步骤120中测量。为计算第二无功功率执行类似的计算：Qload＝Qnet+Qinv。

根据以图6中的流程图的形式表示的第二变型，在包括以下步骤的序列期间评估由负载3消耗的第二有功功率Pload和第二无功功率Qload：

-控制逆变器4来提供零第一有功功率Pinv和零第一无功功率Qinv的步骤131，

-测量第三有功功率Pnet和第三无功功率Qnet的步骤132，以及

-确定第二有功功率Pload和第二无功功率Qload的步骤133，其中第二有功功率Pload等于第三有功功率Pnet，第二无功功率Qload等于第三无功功率Qnet。

当Pinv＝0时，Pload＝Pnet，以及

当Qinv＝0时，Qload＝Qnet。

在步骤140期间，例如通过图4B中描述的向量计算，执行对网络功率因子PFnet大于或等于目标功率因子PFtarg所需的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv的值的第一确定。在比较步骤150期间，当逆变器功率因子PFinv大于最小功率因子PFinv_min时，即逆变器功率因子PFinv位于逆变器功率因子区域Zinv内时，逆变器可以提供在第一确定步骤140确定的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv，并且该方法继续到验证由配电网提供的有功功率Pnet的值的步骤170。如果在比较步骤150，逆变器功率因子PFinv小于最小功率因子PFinv_min，则逆变器不能提供由该方法确定的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv，并且在这种情况下，该方法继续到步骤160，在步骤160期间，逆变器提供可能的最大第一无功功率Qinv，如图4C所示。第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv根据视在功率Sinv来计算，视在功率Sinv可以由逆变器以最小功率因子PFinv_min提供，例如根据以下等式：

[等式2]

[数学式2]

[等式3]

[数学式3]

这样，逆变器通过尽可能提高网络功率因子PFnet来提供最大能量。该方法继续到验证的步骤170。

配电网2的管理者可以强制提供最小第三有功功率Pnet_min，作为电气设施1在自耗模式下的运行的一部分。在步骤170期间，该方法验证由配电网提供的有功功率Pnet大于或等于最小第三有功功率Pnet_min。如果是这种情况，由该方法确定的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv可以由逆变器提供，并且该方法继续到控制逆变器4的步骤210。当由配电网提供的有功功率Pnet小于最小第三有功功率Pnet_min时，该方法包括计算必须由逆变器4提供的第一有功功率Pinv的步骤180，以便网络提供最小第三有功功率Pnet_min。在这种情况下，Pinv＝Pload-Pnet_min。如图4D所示，第一无功功率Qinv被最大化，使得第三无功功率Qnet为最小。在步骤180还执行对逆变器功率因子PFinv的确定。在步骤190中，执行所述逆变器功率因子PFinv与最小功率因子PFinv_min的比较。如果逆变器功率因子PFinv大于最小功率因子PFinv_min，则在控制逆变器4的步骤210期间，已经确定的必须由逆变器提供的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv的值分别以控制参数CmdPinv和CmdQinv的形式被发送到逆变器4。如果在比较步骤190期间，逆变器功率因子PFinv小于最小功率因子PFinv_min，则根据先前评估的第一有功功率Pinv和最小逆变器功率因子PFinv_min来定义第一无功功率Qinv，如图4E所示。该方法继续到控制逆变器4的步骤210。

该方法优选地以1分钟至10分钟的周期循环地进行。该方法也可以在检测到由逆变器4提供的第一有功功率Pinv、无功功率Qinv或视在功率Sinv的变化时发生，或者在检测到由负载3消耗的有功功率Pload、无功功率Qload或视在功率Sload的任何变化时发生。

本发明还涉及电气设施1中电能逆变器4的控制设备5。控制设备5在图1中以框图的形式表示，其包括：

-第一测量电路51，通过传感器链路54连接到传感器，以用于在连接点21处测量第三有功功率Pnet和第三无功功率Qnet，或者在连接点21处测量第三视在功率Snet和网络功率因子PFnet，

-第二测量电路52，通过第一逆变器链路44连接到逆变器4，以用于提供对由逆变器4提供的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv或者第一视在功率Sinv和逆变器功率因子PFinv的测量，以及

-控制电路53，其连接到：

-第一测量电路51，以用于接收对第三有功功率Pnet的测量和对第三无功功率Qnet的测量，或者对第三视在功率Snet的测量和对网络功率因子PFnet的测量，

-第二测量电路52，以用于接收对由逆变器4提供的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv或者第一视在功率Sinv和逆变器功率因子PFinv的测量，以及

-通过第二逆变器链路43连接到电能逆变器4，以用于控制必须由所述逆变器4提供的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv或者第一视在功率Sinv和逆变器功率因子PFinv。

控制电路53包括用于执行如前所述的方法并将与必须由逆变器4提供的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv相对应的控制参数CMDinv和CmdQinv发送到逆变器4的电路。

可选地，控制设备5可以安装在电能逆变器4中，以便降低所述设备的成本。

第一测量电路51被布置用于执行至少两个测量，优选地第三有功功率Pnet和第三无功功率Qnet。假设第三有功功率Pnet和第三无功功率Qnet可以容易地从第三视在功率Snet和网络功率因子PFnet中计算，则所述第一测量电路51也可以测量第三视在功率Snet和网络功率因子PFnet，反之亦然。这同样适用于第二测量电路52。更一般地，在已知有功功率、无功功率、视在功率或功率因子中的至少两个的情况下，可以重建对这四个测量中的任何一个的测量。

本发明还涉及在连接点21处连接到电网2的电气设施1，所述电气设施1包括：

-至少一个可变电能源42，

-至少一个电能逆变器4，其首先连接到连接点21，其次连接到可变电能源42，以用于将由所述能源42提供的能量转换成连接点21处可用的电能，以及

-至少一个电气负载3，其连接到连接点21，以及

-控制设备5，用于控制电能逆变器4，如前所述。

优选地，可变能源42由至少一个光伏板组成。它也可以包括由风力涡轮机或者由潮汐能驱动的至少一个发电机。

逆变器4可以由多个逆变器的并联连接形成，每个逆变器连接到一个或多个可变能源。在这种情况下，对第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv的测量分别对应于对由所有逆变器提供的有功功率和无功功率的测量，并且控制参数CmdPinv和CmdQinv以分布式的方式应用于所有逆变器，以便所有逆变器提供所需的第一有功功率Pinv和第一无功功率Qinv。

用于优化电气设施1中来自可变电能源42的能量供应的方法和设备对于以自耗模式在电能生产的环境中使用特别有利。实际上，该设备只需要知道目标功率因子PFtarg的值，并且可选地，最小第三有功功率Pnet_min的值，这两个参数由配电网2的管理者施加。电气设施1表现为自适应设备，能够通过提供足够高的网络功率因子PFnet来优化其电能生产，而不会生成任何罚金。

Claims (10)

1.一种用于优化电气设施(1)中来自可变电能源(42)的能量供应的方法，所述电气设施(1)在连接点(21)处连接到配电网(2)，所述电气设施(1)包括：

-至少一个逆变器(4)，其首先连接到可变电能源(42)，其次连接到连接点(21)，所述逆变器(4)被布置用于转换由电能源(42)传递的能量，并在连接点(21)处提供可控的第一有功功率(Pinv)和可控的第一无功功率(Qinv)，以及

-电气负载(3)，其连接到连接点(21)，并且消耗第二有功功率(Pload)和第二无功功率(Qload)，

所述配电网(2)以网络功率因子(PFnet)向电气设施(1)提供第三有功功率(Pnet)和第三无功功率(Qnet)，

所述方法的特征在于其包括根据第二有功功率(Pload)和第二无功功率(Qload)确定必须由逆变器(4)提供的第一有功功率(Pinv)和第一无功功率(Qinv)的步骤，以便网络功率因子(PFnet)大于或等于预定的目标功率因子(PFtarg)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还确定第一有功功率(Pinv)和第一无功功率(Qinv)，以最小化第三有功功率(Pnet)或最大化第一有功功率(Pinv)。

3.根据权利要求1或2中的一项所述的方法，其特征在于，所述逆变器(4)以大于或等于预定义的最小逆变器功率因子(PFinv_min)的逆变器功率因子(PFinv)提供第一有功功率(Pinv)和第一无功功率(Qinv)。

4.根据前一权利要求的方法，其特征在于，当所述逆变器功率因子(PFinv)等于所述最小逆变器功率因子(PFinv_min)时，所述逆变器(4)提供最大第一无功功率(Qinv)。

5.根据权利要求3或4中的一项所述的方法，其特征在于，当所述电气设施(1)能够以自耗模式提供电能时，所述配电网(2)向所述电气设施(1)提供最小第三有功功率(Pnet_min)。

6.根据前一权利要求的方法，其特征在于：

-由所述逆变器(4)提供的第一有功功率(Pinv)等于由所述负载(3)消耗的第二有功功率(Pload)和由所述配电网(2)提供的最小第三有功功率(Pnet_min)之间的差，

-所述逆变器功率因子(PFinv)大于或等于所述最小功率因子(PFinv_min)，并且

-第三无功功率(Qnet)被最小化或第一无功功率(Qinv)被最大化。

7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在包括以下步骤的序列期间评估由所述负载(3)消耗的第二有功功率(Pload)和第二无功功率(Qload)：

-控制所述逆变器(4)以提供零第一有功功率(Pinv)和零第一无功功率(Qinv)的步骤(131)，

-测量第三有功功率(Pnet)和第三无功功率(Qnet)的步骤(132)，以及

-确定第二有功功率(Pload)和第二无功功率(Qload)的步骤(133)，所述第二有功功率(Pload)等于所述第三有功功率(Pnet)，所述第二无功功率(Qload)等于所述第三无功功率(Qnet)。

8.一种用于控制电气设施(1)中的电能逆变器(4)的控制设备(5)，所述电气设施(1)在连接点(21)处连接到电网(2)，所述电气设施(1)包括：

-至少一个电能逆变器(4)，其首先连接到连接点(21)，其次连接到至少一个电能源(42)，用于转换由所述能源(42)提供的能量，所述逆变器(4)以逆变器功率因子(PFinv)提供第一有功功率(Pinv)和第一无功功率(Qinv)，

-至少一个电气负载(3)，其连接到连接点(21)，消耗第二有功功率(Pload)和第二无功功率(Qload)，

所述控制设备(5)，其特征在于，包括：

-第一测量电路(51)，用于测量连接点(21)处的第三有功功率(Pnet)和第三无功功率(Qnet)或者第三视在功率(Snet)和网络功率因子(PFnet)，

-第二测量电路(52)，用于测量第一有功功率(Pinv)和第一无功功率(Qinv)或者第一视在功率(Sinv)和逆变器功率因子(PFinv)，以及

-控制电路(53)，其连接到：

-所述第一测量电路(51)，以用于接收对第三有功功率(Pnet)、第三无功功率(Qnet)、第三视在功率(Snet)和网络功率因子(PFnet)的测量，

-所述第二测量电路(52)，以用于接收对由所述逆变器(4)提供的第一有功功率(Pinv)、第一无功功率(Qinv)、第一视在功率(Sinv)和逆变器功率因子(PFinv)的测量，以及

-所述电能逆变器(4)，以用于控制必须由所述逆变器(4)提供的第一有功功率(Pinv)和第一无功功率(Qinv)，

所述控制电路(53)被布置用于执行先前描述的根据权利要求1至7中任一项所述的方法，以及向所述逆变器(4)发送与必须由所述逆变器(4)提供的第一有功功率(Pinv)和第一无功功率(Qinv)相对应的有功功率CmdPinv和无功功率CmdQinv提供指令。

9.一种在连接点(21)处连接到电网(2)的电气设施(1)，所述电气设施(1)包括：

-至少一个可变电能源(42)，

-至少一个电能逆变器(4)，其首先连接到连接点(21)，其次连接到可变电能源(42)，以用于将由所述能源(42)提供的能量转换成连接点(21)处可用的电能，以及

-至少一个电气负载(3)，其连接到连接点(21)，

所述电气设施(1)的特征在于，其包括根据前一权利要求所述的用于控制电能逆变器(4)的控制设备(5)。

10.根据前一权利要求所述的电气设施(1)，其特征在于，所述可变电能源(42)包括至少一个光伏板。

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