CN111758199B - 用于调节分散式发电设备的方法和分散式发电设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于调节分散式发电设备的方法，所述分散式发电设备具有多个逆变器(IN)，所述输入发电设备到电网(2)中的输入通过借助中心控制单元(PPC)的控制来确定，其中，中心控制单元(PPC)检测发电设备(1)的电网连接点(PCC)上的有功功率、无功功率和电压幅值在。在发电设备(1)的正常运行中中心控制单元(PPC)将无功功率和有功功率调节到由电网运营商预给定的目标值，其方式是，中心控制单元(PPC)将预给定的目标值分成用于多个逆变器(IN)的个别的目标预定值并且将个别的目标预定值传送到逆变器(IN)。如果在预给定的时间段内在电网连接点(PCC)上存在下述三个标准，则进行到所述发电设备(1)的特定运行中的变换：‑电压幅值以大于预给定的第一阈值降低；‑有功功率以大于预给定的第二阈值升高；和‑无功功率改变，该无功功率改变朝向欠激励的方向不超过预给定的第三阈值。中心控制单元(PPC)在特定运行中引起在电网连接点(PCC)上提供的有功功率相对于预给定的目标值的降低。同样公开了一种对应的分散式发电设备(1)。

Description

用于调节分散式发电设备的方法和分散式发电设备

技术领域

本发明涉及一种用于调节具有多个逆变器的分散式发电设备的方法以及涉及一种所述的发电设备。

背景技术

在分散式发电设备、例如光伏电场或风电场中，多个发电机联接并且将产生的功率通过电网连接点输出到所连接的电网。为了控制，发电设备具有也称为电场调节器的中心控制单元，所述中心控制单元确保，提供在电网连接点上确定的、由电网运营商预给定的、有功功率和无功功率的当前目标值。中心控制单元控制多个逆变器以提供所述目标值，其中，分别给发电机配置逆变器，并且逆变器将由发电机产生的功率转换成电网符合的交流电压。

已知的是，电网连接点上的目标值的遵循可以通过以下方式实现，中心控制单元为每个逆变器预给定频率静态P(f)和/或电压静态Q(U)，并且所述频率静态和电压静态必要时这样变换，以使得由所有逆变器共同提供在电网连接点上的有功功率或无功功率相应于目标值。同时，分散式发电设备以所述方式致力于稳定的电网条件、即遵循电网频率f或电压幅值U的误差范围。

此外已知的是，电网对于输入功率的接收能力是受限的并且可以通过如同例如在图1中示出的那样的所谓的“Nose Curve，鼻形曲线”来描述。在图1中，X轴表示在电网连接点上所输入的有功功率，而Y轴表示电网连接点上的电压幅值。根据相应于两个不同的电网状态的、以I，II标出的“Nose Curve，鼻形曲线”可看出，在电网电压U_krit下给出电网的最大接收有功功率P_max的点。该点将第一值范围与第二值范围分开，所述第一值范围具有大于对应于该点、即最大接收有功功率P_max的电压U_krit的电网电压，并且在所述第一值范围内电网是稳定的，所述第二值范围具有小于对应于该点、即最大接收有功功率P_max的电压U_krit的电网电压，并且在所述第二值范围内电网是不稳定的。因此，对于稳定的电网运行需要分散式发电设备在第一值范围内这样运行，以使得不会达到或者甚至超过该点、即最大接收有功功率P_max，因为这可能导致电网故障。

因为“Nose Curve，鼻形曲线”的变化曲线在时间过程中改变，此外也由于分散式发电设备自身的改变的无功功率提供，所以该点、即最大接收有功功率P_max或对应的电压U_krit也移动。因此不可能的是，基于简单的功率标准或电压标准确保分散式发电设备的稳定的输入运行。确切地说，在现有技术中，只有当在所有电网条件下的、所述分散式发电设备的最大可能的有功功率输入小于在考虑电网的所有可能的运行条件的情况下最小的、在所述分散式发电设备的电网连接点上的最大接收有功功率P_max时，则才使分散式发电设备获得许可。这导致，特别是在具有也仅仅有时弱的电网连接的电网区域中不能使或者至少只能使少数的分散式发电设备获得许可。由此限制分散的功率提供到所述电网中的可能性。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提出一种用于调节分散式发电设备的方法以及一种分散式发电设备，所述方法和分散式发电设备能够可靠地识别，在给出的电网条件下有功功率输入即将发生超过已连接的电网的功率接收能力，并且所述方法和分散式发电设备在这种情况中独立地适当地做出反应，从而在所有产生的电网条件下确保稳定的输入运行。

该任务通过一种具有独立权利要求1的特征的方法或者通过一种具有独立权利要求6的特征的分散式发电设备来解决。在从属权利要求中描述了所述方法或所述发电设备的优选的实施方式。

本发明的一个方面涉及一种用于调节分散式发电设备的方法，所述分散式发电设备具有多个逆变器，所述分散式发电设备到电网中的输入通过借助中心控制单元的控制来确定。中心控制单元检测发电设备的电网连接点上的有功功率、无功功率和电压幅值并且在此在发电设备的正常运行中将所述发电设备的电网连接点上的有功功率、无功功率和电压幅值调节到由电网运营商预给定的目标值，其方式是，中心控制单元将所述目标值分成用于多个逆变器的个别的目标预定值并且将所述个别的目标预定值传送到逆变器。例如通过中心控制单元根据目标值为逆变器预给定频率静态P(f)和/或电压静态Q(U)，也就是说，逆变器改变该逆变器的、作为测量出的电网频率f的函数的、所输入的有功功率P或者根据测量出的电压幅值U调整该逆变器的无功功率Q。

根据本发明的调节方法的特征在于，如果在预给定的时间段内在电网连接点上确定了下述三个事件，则进行到发电设备的特定运行中的变换：

1.电压幅值以大于预给定的第一阈值降低；

2.有功功率以大于预给定的第二阈值升高；和

3.无功功率改变，该无功功率朝向欠激励的方向改变不超过预给定的第三阈值。

对在电网连接点上的电学特征参数的监测优选地通过中心控制单元进行。在特定运行中，所输入的有功功率或无功功率不再根据目标值来确定。取而代之，中心控制单元例如通过相对于正常运行改变地控制逆变器、特别是通过将相应改变的个别的特定目标预定值传送到多个逆变器而引起在电网连接点上提供的有功功率的降低。然而这不排除的是，在电网连接点上提供的有功功率此外也由目标值参与确定，也就是说，例如实现以所述目标值的预给定的值或预给定的倍数降低功率，这同样是可考虑的。

在一个优选的实施方式中，中心控制单元在特定运行中与目标值无关附加地实现朝向过激励的方向增高在电网连接点上提供的无功功率以降低有功功率，例如其方式是，将也相应地改变的个别的无功功率特定目标预定值传送到逆变器。所述措施导致附加地使电网稳定。

分散式发电设备到特定运行中的变换可以通知给电网运营商。到正常运行中的返回同样可以通知给电网运营商。当确保一个输入根据由电网运营商预给定的目标值不会危害稳定的电网状态，则实现返回到正常运行中。例如可以通过观测电网连接点上的电压幅值将分散式发电设备的所输入的有功功率逐步地或连续地朝向相应的目标值的方向增高并且在达到该目标值时返回到正常运行中。

替换地，电网运营商可以将适合的控制信号传输到中心控制单元，当电网运营商确定，分散式能量供应设备相应于目标值的输入不导致不稳定的电网状态时，则中心控制单元使分散式发电设备返回到正常运行中。

在一个有利的实施方式中，对电压幅值的降低的确定和对有功功率升高的确定通过将在预给定的时间段的开始和结束时的瞬时值之差与相应的阈值比较进行。然而例如也可以考虑的是，在预给定的时间段内在求差值时考虑相应的最大值和相应的最小值。当然，替代瞬时值也可以适当地考虑平均值。

预给定的时间段的持续时间优选地在1秒和10分钟之间选择，其中，较短的时间段具有分散式发电设备的更快的反应时间，然而也导致用于错误地触发特定运行的增大的概率。

在根据本发明的方法的一个变体方案中也可以考虑，多个、例如两个不同时长的时间段设置用于检验满足变换到特定运行中的标准，其中，为不同时长的时间段也配置不同的第一至第三阈值。如果对于任意的时间段满足所述标准，或者如果在多个或者甚至所有的时间段同时或在足够短的时序内满足所述标准，则可以进行到特定运行中的变换。

在本发明的一个另外的方面中，具有多个逆变器的分散式发电设备具有中心控制单元，所述中心控制单元设置用于控制多个逆变器，其中，所述控制在正常运行中包括根据由电网运营商预给定的目标值对个别的目标预定值、例如电压静态Q(U)和/或频率静态P(f)划分并传送到多个逆变器，以通过分散式发电设备的电网连接点将有功功率和无功功率输入到电网中。根据本发明的分散式发电设备的特征在于，中心控制单元设置为，如果在预给定的时间段内在电网连接点上确定了下述三个事件，则使发电设备变换到特定运行中，在所述特定运行中通过相对于正常运行改变地控制逆变器进行在电网连接点上提供的有功功率相对于目标值的降低：

1.电压幅值以大于预给定的第一阈值降低；

2.有功功率以大于预给定的第二阈值升高；和

3.无功功率改变，该无功功率改变朝向欠激励的方向不超过预给定的第三阈值。

所述分散式发电设备可以这样确定尺寸，以使得其最大可能的有功功率输出大于在考虑其他与电网连接的电网参与者的功率交换的情况下的与所述电网连接点连接的电网的最大允许的有功功率接收能力。所述最大允许的有功功率接收能力通过下述最低值确定，电网连接点上的最大接收有功功率P_max在“worst-case，最坏情况”场景中、必要时在考虑附加的安全边际的情况下可以具有该最低值。这允许分散式发电设备的接口具有如此高的最大输入功率，以使得所述分散式发电设备通过根据现有技术的调节方法由于电网的可能的不稳定而不能获得许可。

附图说明

下面根据附图详细地说明本发明的工作原理，附图中：

图1示出所谓的“鼻形曲线”的典型的变化曲线，

图2示出根据本发明的发电设备，和

图3示出“鼻形曲线”的改变以及根据本发明的发电设备的所输入的工作点在所述“鼻形曲线”上的改变以示例性地说明根据本发明的调节方法。

具体实施方式

图2示出根据本发明的发电设备1，所述发电设备为了将电功率输入到电网2、在这种情况中即高压电网中而在电网连接点PCC上与电网2连接。发电设备1具有多个发电机PV、在这种情况中即光伏发电机，所述发电机分别与配置给其的逆变器IN连接。在输出侧，逆变器IN通过中压变压器MVT彼此连接，并且中压变压器MVT与高压变压器HVT的初级侧连接。高压HVT的次级侧又与电网连接点PCC连接。在高压变压器HVT的次级侧和电网连接点PCC之间布置测量点3，所述测量点确定电网2的电网参数和发电设备1的输入参数并且在所述测量点处将其传输到中心控制单元PPC。电网参数可以包括电网2的电压和频率，输入参数包括发电设备1的有功功率和无功功率。根据发电设备1的空间范围和额定功率也可以在设备内部通过添加或去除变压器实现或者更高或者更低的电压水平。

除了由测量点3确定的参数以外，控制单元PPC还设置用于接收用于发电设备1的有功功率和/或无功功率的目标值，所述目标值由电网运营商预给定。在发电设备1的正常运行中，控制单元PPC将在电网连接点PCC上所输入的无功功率值和有功功率值调节到预给定的目标值，其方式是，所述控制单元如同通过虚线示出的那样将所述目标值换算成对于每个逆变器IN个别的目标预定值并且将所述个别的目标预定值传送到相应的逆变器IN。

不仅电网运营商的预给定的目标值而且个别的目标预定值对于多个逆变器IN可以具有不同的大小。例如可能的是，参考当前可供使用的功率或者例如呈参数形式的特性曲线预给定绝对功率值、相对功率值。因此，有功功率可以相对地或绝对地例如预给定为特性曲线P(f)＝P₀-c_P*(f-f₀)，其中，P₀为参考功率，f₀为参考频率，f为由测量点3确定的电网频率并且c_P为特性曲线斜度。相应地，对于无功功率可以预给定特性曲线Q(U)＝Q₀+c_Q*(U-U₀)，其具有参考功率Q₀、参考电压U₀、由测量点3确定的电网电压幅值U和特性曲线斜度c_Q。然而也可以考虑的是，仅仅将极限值作为目标值或目标预定值传送，所述极限值不被超过或者不允许被超过。同样可以考虑对目标值的其他已知方式的预给定。

根据本发明的方法、尤其检验是否存在三个与到发电设备1的特定运行中的变换相关的标准优选地在中心控制单元PPC中执行。为此，控制单元PPC存储电压幅值、有功功率和无功功率的由测量点3检测出的值以用于在预给定的时间段内进行分析。检测出的值为了降低测量误差当然可以适当地被过滤或者求平均值。在评估中，控制单元PPC例如确定电压幅值、有功功率和无功功率的最小值和最大值，由此在该时间段内通过求差值计算所述值的升高或降低并且将计算出的升高或降低与相应的存储的阈值比较。在一定时间段内满足所有三个标准时，中心控制单元PPC变换到特定运行中。在特定运行中，发电设备1的所输入的有功功率如此程度地降低，以使得不能输入超过电网2的接收能力的有功功率。所述降低可以在此预给定为绝对值、预给定为发电设备1的额定功率或当前可供使用的功率的百分比或者以其他方式预给定。

到特定运行中的变换可以通过相应的通信信号通知给电网运营商。通过电网运营商的通信信号同样可以促使到特定运行中的变换。在特定运行中可以考虑的是，中心控制单元PPC此外对由电网运营商对目标值的改变做出反应并且相应地调节有功功率或无功功率的输入。

为了返回到正常运行中，控制单元PPC可以尝试将所输入的有功功率逐步地或连续地升高直到由电网运营商预给定的目标值并且在此借助测量点3连续地观测电网参数。在达到预给定的目标值时，而在不产生电网参数的有疑问的值的情况下，发电设备1可以返回到正常运行中。所述返回同样可以通过相应的通信信号通知给电网运营商，或者通过电网运营商的通信信号可以促使到正常运行中的返回。

图3示出作为输入功率P的函数的在不同的功率因数cosφ下的“鼻形曲线”的理想变化曲线。因此，鼻形曲线5是在功率因数cosφ＝1下得出的变化曲线，鼻形曲线6对应于过激励的功率因数cosφ＝0.9，并且鼻形曲线6对应于欠激励的功率因数cosφ＝0.9。功率P和电压U在此标准化地标出。每个鼻形曲线具有最大功率点9，所述最大功率点的位置在改变的功率因数下通过曲线10描述，该曲线同时将在电网上的发电设备1的稳定运行区域与不稳定运行区域分开。输入功率不被允许超过所述最大功率点，以便确保稳定的电网条件。为此需要确定，工作点何时处于最大功率点附近。

为了说明所选择的三个用于变换到特定运行中的标准而选择在鼻形曲线5上的工作点7。

为了确定当前的工作点是否处于最大功率点的附近并且朝向该最大功率点运动，在一定时间段内确定电网连接点PCC上的电压幅值和所输入的有功功率的改变。只有在当前的工作点处于具有足够高的负的斜率的鼻形曲线的区域中(例如在此为在鼻形曲线5上的工作点7)时，则不仅电压幅值的降低而且有功功率的升高同时可以超过对应于它们的阈值。这在图3中通过从工作点7到工作点7‘的过渡来说明，其中，示出电压幅值的降低ΔU和所输入的功率的升高ΔP。

然而电压幅值的降低也可以通过无功功率朝向欠激励的方向的改变而引起。这通过鼻形曲线4示出，该鼻形曲线的电压值U在鼻形曲线的稳定区域中在有功功率P的所有可达到的值下低于鼻形曲线5的电压值。

为了排除所述引起，所述标准检验，是否存在无功功率朝向欠激励的方向的改变，所述改变可以引起或者共同引起电压幅值的降低。只有当这不是这种情况时，才变换到特定运行中。

可考虑的是，虽然这三个标准不可靠地识别对最大功率点的每次接近并且由此识别变换到鼻形曲线的不稳定区域中的危险，但是在实际中所述标准在适当地选择阈值和时间段的情况下足够用于确保发电设备的稳定的运行条件。

附图标记列表

1 发电设备

2 电网

3 测量点

4-6 鼻形曲线

7，7‘ 工作点

9 最大功率点

10 曲线

PCC 电网连接点

HVT 高压变压器

MVT 中压变压器

IN 逆变器

PV 发电机

PPC 控制单元

Claims (8)

1.一种用于调节分散式发电设备(1)的方法，所述发电设备具有多个逆变器(IN)，所述发电设备到电网(2)中的输入通过借助中心控制单元(PPC)的控制来确定，其中，所述中心控制单元(PPC)检测所述发电设备(1)的电网连接点(PCC)上的有功功率、无功功率和电压幅值并且在所述发电设备(1)的正常运行中将所述无功功率和所述有功功率调节到由电网运营商预给定的目标值，其方式是，所述中心控制单元(PPC)将所述预给定的目标值分成用于所述多个逆变器(IN)的、个别的目标预定值并且将所述个别的目标预定值传送到逆变器(IN)，

其中，如果在预给定的时间段内在电网连接点(PCC)上存在下述标准，则变换到所述发电设备(1)的特定运行中：

-电压幅值以大于预给定的第一阈值降低；和

-有功功率以大于预给定的第二阈值升高，其中，所述中心控制单元(PPC)在所述特定运行中引起在电网连接点(PCC)上提供的有功功率相对于所述预给定的目标值的降低，

其特征在于，

只有当附加地在所述预给定的时间段内无功功率改变朝向欠激励的方向不超过预给定的第三阈值，才变换到所述发电设备(1)的特定运行中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中心控制单元(PPC)在所述特定运行中与所述预给定的目标值无关地附加地引起在所述电网连接点(PCC)上提供的无功功率朝向过激励的方向的改变。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对所述电压幅值的降低和所述有功功率升高的确定通过将在所述预给定的时间段的开始和结束时的瞬时值之差与相应的阈值比较进行。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述中心控制单元(PPC)通过将相对于个别的目标预定值相应地改变的个别的特定目标预定值传送至所述逆变器(IN)引起在所述电网连接点(PCC)上提供的有功功率的降低和/或在所述电网连接点(PCC)上提供的无功功率朝向过激励的方向的改变。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，到所述发电设备(1)的特定运行中的变换被通知给所述电网运营商。

6.根据权利要求1，2或5所述的方法，其中，到所述正常运行中的返回通过将所述电网运营商的控制信号传送至中心控制单元(PPC)进行。

7.一种分散式发电设备(1)，其具有多个逆变器(IN)和中心控制单元(PPC)，所述中心控制单元设置用于控制所述多个逆变器(IN)，其中，所述控制在正常运行中包括根据由电网运营商预给定的目标值对个别的目标预定值划分并传送到多个逆变器(IN)，以通过分散式发电设备(1)的电网连接点(PCC)将有功功率和无功功率输入到电网(2)中，

其中，所述中心控制单元(PPC)设置为，如果在预给定的时间段内在电网连接点(PCC)上存在下述标准，则使所述发电设备(1)变换到特定运行中，在所述特定运行中进行在所述电网连接点(PCC)上提供的有功功率相对于所述目标值的降低：

-电压幅值以预给定的第一阈值降低；和

-有功功率以预给定的第二阈值升高；

其特征在于，

只有当附加地在所述预给定的时间段内无功功率改变朝向欠激励的方向不超过预给定的第三阈值，才变换到所述特定运行中。

8.根据权利要求7所述的分散式发电设备(1)，其中，所述发电设备(1)的最大可能的有功功率输出大于与所述电网连接点(PCC)连接的电网(2)的、在考虑其他与所述电网(2)连接的电网参与者的功率交换的情况下的最大允许的有功功率接收能力。

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