CN111788755A - 连接子电网与交流电压网的设备及调节电功率的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于调节电功率的方法，该电功率经由连接点(11、21、31)流入或流出电气子电网(12、22、32)，其中子电网(12、22、32)具有至少一个电负载(13)，并且电负载(13)经由通信连接与控制设备(16)连接，在该方法中，测量流经连接点(11、21、31)的电功率，并根据流经连接点(11、21、31)的电功率由控制设备(16)预先规定电负载(13)的最大功率消耗。一种用于连接多相子电网(22、32)与上级多相交流电压网(10)的设备，该多相子电网具有能量产生系统(23)和能量储存器(15)，该设备被配置用于在交流电压网(10)与子电网(22、32)之间传输电功率，并且包括AC‑AC转换器(21、31)，该AC‑AC转换器具有电网接口、其间连接有中间电路的两个逆变器桥电路以及子电网接口。该设备还包括控制设备(16)，该控制设备被配置用于根据能量产生系统(23)和/或能量储存器(15)的功率值借助于适当地操控AC‑AC转换器(21、31)的逆变器桥电路来调整流经子电网接口(21、31)的各个相位的电功率。

Description

连接子电网与交流电压网的设备及调节电功率的方法
发明的技术领域
本发明涉及用于连接子电网(Teilnetz)与交流电压网的设备、用于调节经由连接点流入或流出子电网的电功率的方法以及用于操作子电网的方法。
现有技术
用于输送和分配电功率的交流电压网可以被划分成不同的电网区段。此外，可以划分成电网层级，其中不同的电网层级通常具有不同的电网电压，并且经由变压器相互连接。通过经由连接点将子电网(例如，家庭、工业企业或居民区)连接到交流电压网，在这样的电网层级内形成电网区段，其中这些连接点两侧的电网电压是基本相等的，也就是说，这些连接点不包括连接点的位置处的交流电压网与经由连接点连接到交流电压网的子电网之间的任何电压变换。
在作为子电网连接到上级交流电压网的电网区段内，可以布置产生和/或消耗电能的各种单元，特别是发电机、储存器和用电器。特别地，子电网可以包括光伏系统，该光伏系统经由单相逆变器或多相逆变器将电功率馈入到子电网中并且给用电器供电，这些用电器经由单相接口或多相接口从子电网汲取电功率。此外，电储存器，特别是电池，可以经由单相电池转换器或多相电池转换器选择性地从子电网汲取电功率，或者将电功率馈入到子电网中。
传统的连接点被设计用于将有限的电功率从交流电压网传输到子电网中。一方面由于有越来越多分散的能量产生(这特别地在可再生的能量发生器的情况下导致子电网中或子电网附近的电功率高且在时间上易变)，并且另一方面由于功率需求高且同样在时间上易变的用电器日益增加(特别是在电动交通工具领域)，连接点以及交流电压网整体的负荷可能达到临界数量级。例如，可能在晚上或夜间出现这样的状况，其中在一个子电网内以高功率为一个电动车辆或更多个电动车辆充电，而同时被布置在子电网中或子电网附近的光伏系统不产生任何电功率，因此必须由上级交流电压网提供非常高的功率并经由连接点将功率馈送到子电网中。因此，连接点和交流电压网的负荷很重，并且存在使连接点或甚至交流电压网整体过载的风险。此外，子电网内的切换过程可能导致危及连接点或交流电压网的稳定性的负荷峰值。
为此，迄今为止的解决方法例如包括在时间上交错的操作，或者在特定的时间和/或根据相应的本地产能来限制用于电动车辆的充电功率，以及使用来自必要时被布置在子电网中的能量储存器的缓存的能量。然而，由于延长了电动车辆的充电时间，对充电功率的总体限制导致失去便利性。能量储存器的使用提高了成本，并且由于固有的有限反应速度仅有限地适用于避免负荷峰值。
连接点(例如，电网连接点中的安全装置)的过载也可以通过调节电流来避免，其中连接点处的电流的相位分辨的
Figure BDA0002654988650000021
测量值用作调节变量。这种电流调节也具有有限的动态性，并且只能有限地对子电网中的不可控制的、并且有时非常骤变的基本负荷做出反应。此外，传统的电流调节独立地作用于子电网的各个相位，并且不能处理跨相位的边界条件，这些边界条件例如通常由电动车辆以充电所需的最小总功率的形式预先规定。此外，哪些用电器具体地连接到子电网的多少个相位或哪些相位通常不是已知的，其中多相连接的用电器不一定必须从子电网的相位汲取对称电流，并且多相用电器的相位与子电网的相位的相关性通常是未知的。因此，即使可以为多相连接的用电器(特别是电动车辆)预先规定每个相位最大应汲取多少电流，但特定相位工作的电流调节也不能可靠地避免或限制例如不平衡负载(Schieflast)。
发明任务
本发明的任务基于阐明用于调节经由连接点流入或流出子电网的电功率的方法、用于连接子电网与交流电压网的设备以及用于操作子电网的方法，这些方法和设备确保了子电网到交流电压网的连接点在预先规定的规范内操作，特别是不过载，并且不显示出交流电压网的不允许的不平衡负载。
解决方案
该任务通过具有权利要求1的特征的用于调节电功率的方法、具有权利要求12的特征的用于连接子电网与交流电压网的设备以及具有权利要求17的特征的用于操作电网区段的方法来实现。优选的实施方式在从属专利权利要求中限定。
发明描述
在用于调节经由连接点流入或流出电气子电网的电功率的方法中，子电网具有至少一个电负载，其中电负载经由通信连接与控制设备连接。在该方法中，测量流经连接点的电功率，并且根据流经连接点的电功率由控制设备预先规定电负载的最大功率消耗(Leistungsaufnahme)。
通过由控制设备预先规定电负载的最大功率消耗，可以确保子电网到交流电压网的连接点在预先规定的规范内操作，而无需为电负载规定具体的功率消耗。特别地，只要电负载的功率消耗小于最大功率消耗，那么电负载在需要时就可以汲取可变的电功率。
此外，在该方法的范围内，可以根据流经连接点的电功率由控制设备预先规定被布置在子电网中的能量储存器和/或被布置在子电网中的能量产生单元的功率输出。通过由能量储存器或能量产生单元将电功率馈入到子电网中，可以降低从交流电压网经由连接点流入到子电网中的电功率，而不必降低电负载的功率消耗。
可替代地或附加地，可以通过控制设备降低电负载的最大功率消耗，特别是当经由连接点流入到子电网中的电功率超过预先规定的极限值时。这在除了与控制设备在通信上连接的电负载之外在子电网内还存在行为可不直接受影响的其他电负载时是特别有利的。
在此，如果经由连接点流入到子电网中的电功率超过可预先规定的极限值，则可以将最大功率消耗预先规定为零。通过最大功率消耗的预先规定值为零，使电负载至少短暂地切断，从而仅使供给可不受影响的负载所需的电功率(必要时减去在子电网内由能量储存器和/或能量产生单元直接馈入的功率)经由连接点流入到子电网中。因此，特别是在突然出现超过流经连接点的电功率的可预先规定的极限值(这例如可能由于接通可不受影响的负载而出现)的情况下，防止了被布置在子电网中的负载需要不能经由连接点传递的、来自交流电压网的总功率。
在与控制设备在通信上连接的负载的这种类型的切断之后，可以逐步地再次增加预先规定的最大功率消耗，其中在预先规定的最大功率消耗的每个增加步骤之后，将经由连接点流入到子电网中的电功率与可预先规定的极限值进行比较，并且仅当经由连接点流入到子电网中的电功率继续低于可预先规定的极限值时，才进一步增加预先规定的最大功率消耗。由此，子电网中的所有电负载，特别是可不受影响的负载，可以继续操作，而不会使连接点过载，其中与控制设备在通信上连接的负载可以汲取虽然有限但通常足够用于其操作的电功率。
在该方法的一个实施方式中，测量流经连接点的电功率可以包括测量流经连接点的各个相位的电流。这在子电网和/或上级交流电压网是多相电网，特别是三相电网时是特别有利的。如果子电网中的电负载被实施成单相的并且连接到不同的相位，或者被实施成多相的并且连接到不同的相位,但是通过这些电负载从不同的相位获得不同的功率而显示出不平衡负载，则测量各个相位电流是特别有利的。特别地，与控制设备在通信上连接的负载也可以三相连接，并且具有不平衡负载能力。
如果流经连接点的各个相位的电流中的至少一个电流超过可预先规定的极限值，则随后特别地可以降低预先规定的最大功率消耗。这在连接点的各个相位单独地受到防护(例如，经由安全装置或安全自动装置受到防护)时是特别有利的。此外，可以为与控制设备在通信上连接的电负载预先规定最大功率消耗，使得为子电网的各个相位(该电负载从这些相位中接收电功率)预先规定从相应相位接收的电流的最大值。在此，如果在连接点处流经相位的电流超过可预先规定的极限值，或者如果该电流与在连接点处流经另一个相位的电流的差超过可预先规定的极限值，即因此存在不允许的不平衡负载，则特别地可以降低从该相位接收的电流的最大值。在此，特别是可以通过与控制设备在通信上连接的电负载其本身从各个相位汲取不对称的电功率，补偿可能由单相连接的、可不受影响的负载引起的连接点处的不允许的不平衡负载。在此，从子电网的一个相位接收的电流的最大值的降低量特别地可以与流经连接点的这个相位的电流的极限值的超过量成比例。
在该方法的一个实施方式中，如果通过降低接收的电流的最大值(例如，由于连接点处的不允许的不平衡负载而降低)而导致与控制设备在通信上连接的电负载的最大功率消耗低于该负载的功率消耗的预先规定的最小值，则可以将所有相位(该电负载从这些相位接收电功率)的电流接收的最大值设置为零。功率消耗的这种最小值通常是针对特定的负载，例如需要最小充电功率的电动车辆，来预先规定。
可替代地，如果降低从第二相位接收的电流的最大值并且使从第一相位接收的电流的最大值低于可预先规定的极限值，则可以增加从第一相位接收的电流的最大值。因此，即使在与控制设备在通信上连接的、具有不平衡负载能力的电负载对称操作的情况下可能存在连接点的单个相位过载的风险，该负载的最大功率消耗也可以保持恒定。
一种用于连接多相子电网与上级多相交流电压网的设备被配置用于在交流电压网与子电网之间传输电功率，该多相子电网具有能量产生系统和能量储存器，并且该设备包括AC-AC转换器，该AC-AC转换器具有电网接口、其间连接有中间电路的两个逆变器桥电路以及子电网接口。根据本发明的设备包括控制设备，该控制设备被配置用于根据能量产生系统和能量储存器的功率值借助于适当地操控逆变器桥电路来调整流经子电网接口的各个相位的电功率。
这种设备能够调整在交流电压网与子电网之间整体传输的电功率，而且能够将子电网接口的各个相位上的部分功率与电网接口的各个相位上的部分功率解耦。特别地，该设备可以表示子电网到交流电压网的连接点，通过根据本发明的设计方案，该连接点可以在预先规定的规范内安全地操作。在此，控制设备可以在通信上与能量产生系统和/或能量储存器连接，并且可以被配置用于在通信上接收能量产生系统和/或能量储存器的功率值。可替代地或附加地，控制设备还可以在通信上与电网控制中心(Neteleitstelle)连接，特别是以便从电网运营商的角度来预先规定连接点操作的规范。此外，控制设备可以被配置用于根据电网控制中心的、在通信上传输的预先规定值借助于适当地操控逆变器桥电路来调整流经电网接口的各个相位的电功率。这特别地能够实现遵守从交流电压网获得的电功率的极限值以及可能的不平衡负载极限值。
在一个实施方式中，AC-AC转换器在结构单元中可以包括能量储存器，其中该设备可以被配置用于借助于逆变器桥电路中的至少一个逆变器桥电路将电功率馈入到能量储存器中，或者从能量储存器中获得电功率。因此，提供了一种可以普遍用作连接点的设备，该设备能够使子电网内的电负载的操作在很大程度上实现与从交流电压网中获得的电功率的解耦。在一个实施方式中，该设备可以被配置用于在子电网内提供频率和幅度预先规定的交流电压以及相应的交流电流，以用于操作被布置在子电网中的负载。
在用于操作多相子电网的方法中，子电网包括光伏系统和能量储存器，并且该子电网经由AC-AC转换器与上级多相交流电压网连接，其中AC-AC转换器被配置用于在交流电压网与子电网之间传输电功率，并且具有电网接口、其间连接有中间电路的两个逆变器桥电路以及子电网接口。根据本发明，操控逆变器桥电路，使得根据能量产生系统和能量储存器的功率值来调整流经AC-AC转换器的子电网接口的各个相位的电功率。
在一个实施方式中，操控逆变器桥电路，以调整流经AC-AC转换器的电网接口的各个相位的电功率，使得流经AC-AC转换器的电网接口的各个相位的电功率之间的最大差低于可预先规定的不平衡负载极限值，特别是小于流经AC-AC转换器的子电网接口的各个相位的电功率之间的最大差，和/或最小几乎为零。
在一个实施方式中，能量储存器可以经由双向逆变器与子电网连接，并且提供频率和幅度预先规定的交流电压以用于操作被布置在子电网中的负载。在此，可以根据子电网中的频率与预先规定的参考频率的偏差来调整流经AC-AC转换器的子电网接口的电功率。由此，能够实现通过能量储存器的逆变器确定子电网的电力特性，特别是优选地通过能量储存器来补偿子电网内的功率平衡，并且基于子电网内的频率变化将额外地从交流电压网汲取的或者馈入到交流电压网中的电功率的需求信号传输到AC-AC转换器，由此AC-AC转换器可以相应地适配于与交流电压网交换的电功率。
在一个可替代的实施方式中，AC-AC转换器在结构单元中可以包括能量储存器，并且借助于逆变器桥电路中的至少一个逆变器桥电路将电功率馈入到能量储存器中或者从能量储存器获得电功率。在此优选地，AC-AC转换器在其子电网接口处提供频率和幅度预先规定的交流电压以及相应的交流电流，以用于操作被布置在子电网中的负载。由此，AC-AC转换器充当子电网的电网形成器(Netzbildner)。
根据本发明的设备的特征还可以在于以下方面：
连接点可以被实施为AC-AC转换器，并且被布置成使得该连接点可以从交流电压网接收功率并将功率输出到子电网中。这种功率交换可以网络兼容地在连接点的两侧上相应地进行，即，在交流电压网的方向上，特别是在标准预先规定的技术连接条件(无功功率、不平衡负载、电网故障情况下的行为等)方面以及在子电网的方向上，特别是在待提供的频率和电压幅度的极限值方面。
在此，转换器可以被设计成，使得该转换器在子电网的方向上构成孤立电网(Inselnetz)，并且特别地使进入到子电网中的电功率的传输适配于子电网内的需求。这种适配可以与连接点处的功率平衡的信号传输一起进行，其中该信号传输可以优选地包含根据连接点处的功率平衡对由AC-AC转换器产生的子电网频率的影响。
优选地，子电网可以根据本地要求来设计。如果仅供给单相负载，则孤立电网可以被设计成单相的；如果供给三相负载，则孤立电网必须是三相的。这可以与连接点的电网接口无关地实施，因为通过AC-AC转换器可以在单相电网接口或多相电网接口与单相子电网或多相子电网之间建立合适的耦合。于是，AC-AC转换器的子电网接口可以符合子电网的要求，并且AC-AC转换器的电网接口可以符合交流电压网的要求。
这种AC-AC转换器通常可以由两个逆变器桥电路构成，这两个逆变器桥电路经由中间电路相互耦合，其中附加地可以设置电力隔离。交流电压网经由AC-AC转换器可以与子电网解耦，使得子电网中的开关操作不会(直接)对交流电压网产生反作用。由此，子电网可以与到交流电压网的电网接口解耦，而无需完全切断(kappen)连接。优选地，对子电网中连接的负载的供给可以由被布置在子电网中的能量产生系统实现，并且必要时由缓存在能量储存器中的能量来实现。附加地，在需要时，可以从交流电压网中汲取(有限的)功率，或者将功率馈入到交流电压网中。
根据本发明的用于调节经由连接点流入或流出电气子电网的电功率的方法的进一步特征可以在于以下方面：
该方法可以包括电流调节，其中连接点或安全装置处的相位分辨的电流值可以用作调节变量。通过调节特别是可以避免一个相位或更多个相位上的过载。在此，子电网中不可控制且有时非常骤变的负载会显著地增加调节问题的动态性。
该方法可以考虑跨相位的边界条件，并且与关于子电网中负载的电力特性的不完全的信息一起进行考虑。除了相位电流之外，调节目标还可以是将一个相位上的总电流限制在预先规定值以下。相应的控制值可以是对负载的额定值预给定参数(Sollwertvorgabe)和负载的电流接收的相位特定的限制。
在一个实施方式中，该方法可以确定子电网中的负载(例如，电动车辆)的一组电流预给定参数或电流极限值，其中可以考虑以下条件中的一个或更多个条件：
(a)每个相位的总电流应小于到交流电压网的连接点处的这个相位的最大值；
(b)对于每个相位的每个可受影响的负载，电流预给定参数应位于可预先规定的频带(Band)内或为零；
(c)对于负载，特别是电动车辆，电流预给定参数的总和应大于这个负载的预先规定的最小总电流(或等于零)。
对于负载，特别是电动车辆，其中这些负载连接到哪一个相位或哪些相位是未知的，可以假设最坏的情况是汽车在每个相位均遵循电流预给定参数。在这种形式中，功率预给定参数的计算可以借助于所谓的混合整数线性编程来实现。
在另一个实施方式中，可以在由相应负载预先规定的带宽内，借助于三个彼此独立的P控制器、PI控制器或PID控制器，确定子电网中每个可受影响的负载(特别是电动车辆)的最大电流消耗的相位分辨的控制值。在此，一个目标可以是将连接点或安全装置处的三相电功率限制在最大值以下。在计算负载的相位分辨的控制值中的合适点处，可以检验跨相位的边界条件，特别是电动车辆的最小总电流，并且必要时可以利用合适的试探法(Heuristik)来确保满足边界条件。此外，可以在合适的计算点处使用试探法，以便即使可能缺乏信息(例如，关于各个负载与子电网的不同相位的关联性)，但仍确保调节目标。在此，在调节目标不必被预先规定为连接点处的特定额定值，而是可以仅包括遵守上限时证明是特别有利的。
该方法的实施方式的特征可以在于以下方面：
允许的最大电流(特别是每个相位的允许的最大电流)与用于供给子电网中的可不受影响的负载的电流(“基本负载电流”)之间的差可以合理地分布在可受影响的负载上，其中可以考虑上文提到的边界条件。在此，调节偏差，特别是超过子电网的连接点处的电流的极限值，可以导致预先规定可受影响的负载的最大值成比例地减小。优选地，这种调节偏差可以借助于P控制器或PID控制器来处理。
每个相位的最大允许的总电流可以由电力安全装置预先规定。在某些情况下，不可避免地出现的短暂的超过该最大允许的总电流(例如，由于上文提到的基本负载的不可预见的波动)对于这些安全装置而言可能是不重要的。因此，一个有利的实施方式可以包括从调节目标中减去与这种短暂的超过成比例的偏移。例如，如果连接点或安全装置处的允许的最大电流为16安培并且已经测量到超过1安培，则可以将在调节的范畴内所使用的允许的最大电流的值减小到15安培。该偏移可以通过时间常数再次减小。于是，将这种偏离作用于调节目标对应于PID控制器的D分量，其中偏移随时间的减小可以对应于PID控制器的I分量。
在该方法中可以考虑能量储存器。能量储存器，特别是电池，可以通过有针对性地放电来有助于遵守连接点处的电流极限值。此外，能量储存器可以用于增加能量产生系统的子电网内产生的能量的自身消耗。因此，最初不考虑能量储存器与子电网之间交换的电功率，并且特别是不将其包含在上文提到的基本负载中，然后确定在上文提到的调节的意义上可受影响的负载的额定值，之后才确定能量储存器与子电网之间交换的电功率的可能的额定值，可能是有利的。因此，可以确保能量储存器不会由于负载的不必要的高功率消耗而放电。
在该方法中，可以考虑子电网内具有不平衡负载能力的功率源，特别是具有不平衡负载能力的能量储存器和/或能量产生系统，其方式是这些功率源优选地将电功率馈入到单相负载所连接的或最大基本负载所紧邻的相位。在这里，调节的目的也可以是使尽可能多个负载在其自己的边界条件内操作，而不超过连接点或安全装置处的电流的极限值。
附图简述
下面基于附图中所示的实施例进一步阐述和描述本发明。
图1示出了经由连接点连接到交流电压网的子电网，
图2示出了经由AC-AC转换器连接到交流电压网的子电网，
图3示出了经由AC-AC转换器连接到交流电压网的子电网的另一个实施方式，以及
图4示出了根据本发明的方法的流程图。
附图描述
图1示出了交流电压网10和经由连接点11连接到交流电压网10的子电网12。电负载13被布置在子电网12中，经由连接点11被供给电功率。子电网12可以包括另外的负载14和能量储存器15(例如，电池)，该另外的负载可以经由连接点11被供给电功率，电池可以与子电网12双向地交换电功率，从而可以可替代地或附加地为负载13、14供给电功率；为此，能量储存器15特别地可以包括双向逆变器。
连接点11可以被实施成单相或多相的，并且具有用于测量流经连接点11的电功率的测量设备，特别是可以检测流经连接点的各个相位的电流的电流传感器。控制设备16可以经由通信连接与连接点连接，使得控制设备16可以接收和评估在连接点11处检测到的电流或者流经连接点11的电功率。
控制设备16可以经由另外的通信连接与负载13连接，使得控制设备16可以将控制指令传输到负载13。特别地，这种控制指令可以包括负载13的最大功率消耗的预先规定值，其中这些预先规定值可以以最大电功率P的形式或者以由负载13从子电网12的各个相位汲取的电流的最大值的形式来预先规定负载13的最大功率消耗。
控制设备16可以经由另外的通信连接与能量储存器15连接。该通信连接可用于将关于能量储存器15的状态的信息传输到控制设备16，其中这些信息特别地可以包括能量储存器15的当前充电状态以及当前在能量储存器15与子电网12之间交换的电功率。此外，该通信连接可用于将控制指令从控制设备16传输到能量储存器15，其中控制指令特别地可以包括从能量储存器15馈入到子电网12中或子电网12消耗的电功率的预先规定值。
在图1中以虚线示出的通信连接可以被实施成单向或双向的，其中对于根据本发明的方法，通信连接实施成单向的在原则上就足可以将测量值从连接点11传输至控制设备16并且将预先规定值从控制设备16传输至负载13。
图2示出了子电网22，该子电网经由作为连接点的AC-AC转换器21连接到交流电压网10。电负载13被布置在子电网22中，可以经由AC-AC转换器21被供给电功率。子电网12可以包括另外的负载14，该另外的负载经由连接点11被供给电功率。AC-AC转换器21在输入侧可以单相地或多相地连接到交流电压网10，并且在输出侧可以单相地或多相地连接到子电网22，并且可以经由单向或双向通信连接与控制设备16连接。AC-AC转换器21的测量值可以经由该通信连接被传输到控制设备16，其中这些测量值特别地可以包括由AC-AC转换器21检测的、在交流电压网10与子电网22之间流动的单相或多相电流的测量值。此外，控制设备16的控制指令可以经由该通信连接被传输到AC-AC转换器21，其中这些控制指令特别地可以包括用于操作AC-AC转换器21的预先规定值。基于这些预先规定值，例如在流入到子电网22中的电功率给定时，可以预先规定从交流电压网10的哪些相位获得怎样的电流，其中从交流电压网10总共获得的电流的总和对应于流入到子电网22中的电流的总和。换言之，AC-AC转换器21可以例如从交流电压网10中获得对称的电流，即在所有相位上均相同的电流，并且将这些电流不对称地馈入到子电网22中，即在子电网22的相位上提供不同的电流。反过来，AC-AC转换器21也可以从交流电压网10获得不对称的电流，并且将对称的电流馈入到子电网22中。因此，通过由控制设备16预先规定相应的控制指令，AC-AC转换器21可以根据需要以不同的方式操作，例如以便满足交流电压网10和/或子电网22关于AC-AC转换器的输入侧和/或输出侧的相位之间的电流比的要求。
此外，能量储存器15可以被布置在子电网22中，该能量储存器以合适的形式连接到子电网22，特别是经由双向逆变器连接到子电网，并且可以从子电网22获得电功率并将电功率馈入到子电网22中，因此可以可替代地或附加地供给负载13、14。在这种情况下，能量储存器15可以借助于相关联的逆变器被配置用于确定子电网22的电气参数，即预先规定子电网的频率和电压，从而充当子电网22的电网形成器。在这种情况下，AC-AC转换器21在流经其子电网接口的电功率方面遵循能量储存器15的逆变器的形成电网的预给定参数。
此外，在子电网22中可以布置能量产生系统23(例如，光伏系统)，该能量产生系统产生电功率并且以合适的方式馈入到子电网22中，特别是经由逆变器馈入到子电网中，并且特别地用于可替代地或附加地供给负载13、14。能量产生系统23可以经由另外的，特别是双向的通信连接(未示出)与控制设备16连接，其中经由该通信连接一方面可以将能量产生系统23的操作数据传输到控制设备16，并且另一方面可以将控制设备16的控制指令传输到能量产生系统23。
图3示出了子电网32，该子电网经由作为连接点的AC-AC转换器31连接到交流电压网10，其中AC-AC转换器31具有集成的能量储存器35。优选地，能量储存器35与AC-AC转换器31的直流电压中间电路连接，特别是经由直流电压转换器连接，并且可以从直流电压中间电路获得电功率或者将电功率馈入到直流电压中间电路中。其他部件已经结合图1和/或图2进行了描述。
应理解，交流电压网10和子电网12、22、32均可以各自被实施成单相的、两相的(特别是作为所谓的分相)或三相的，其中被布置在子电网12、22、32中的部件13、14、15、23在子电网12、22、32实施为单相的情况下也可以被实施成单相的，并且在子电网12、22、32实施为多相的情况下可以分别被实施成单相或多相的。
图4示意性地示出了用于调节电功率的方法，该电功率经由连接点11或AC-AC转换器21从交流电压网10流动到子电网12、22、32中，或者从子电网12、22、32流动到交流电压网10中。
在步骤S1中，测量流经连接点11或AC-AC转换器21、31的电功率，其中该测量可以包括必要时对流经连接点11或AC-AC转换器21、31的电流的相位分辨的检测。
在步骤S2中，将在步骤S1中测量的值与预先规定的极限值进行比较。这种比较可以与测量的功率、测量的总电流、测量的各个相位上的电流和/或各个相位上的电流之间的差(不平衡负载)相关。
在可选的步骤S2a中，可以为必要时被布置在子电网12、22中和/或AC-AC转换器31中的能量储存器15、35预先规定功率输出，特别是如果在步骤S2中确定超过极限值时进行。
在步骤S3中，根据S1的测量和S2的比较，为根据图1至图3中的一个图的、与控制设备16连接的负载13预先规定最大功率消耗。该预给定参数可以包括最大电功率的额定值和/或必要时由负载13待汲取的最大电流的相位分辨的额定值。
在步骤S4中，重复在步骤S1中执行的测量和在步骤S2中执行的比较。根据步骤S4中的比较的结果，在步骤S5中必要时修改根据步骤S3的额定值；特别地，如果在步骤S4中已经确定超过极限值，则降低根据步骤S3的额定值。在可选的步骤S5a中，特别地可以停止负载13的功率消耗，例如，如果在步骤S4中已经重复确定超过极限值，和/或如果确定在步骤S5中预先规定的额定值可能引起负载的最大功率消耗低于负载13的功率消耗的最小值，则将额定值设置为零。
最后，该方法分支回到步骤S1，并且再次运行该方法。如果在方法的一次运行中，特别是在步骤S3和/或在步骤S5中，由于超过极限值而降低额定值，那么如果超过极限值继续存在，则可以在该方法下一次运行中进一步降低额定值，或者如果确定为不再超过极限值，则可以增加额定值和/或降低来自能量储存器15、35的可能的功率输出。
参考标记列表
10 交流电压网
11 连接点
21、31 AC-AC转换器(连接点)
12、22、32 子电网
13 负载
14 负载
15、35 能量储存器
16 控制设备
23 能量产生系统
S1-S5a 步骤。

Claims (21)

1.一种用于调节电功率的方法，该电功率经由连接点(11、21、31)流入或流出电气子电网(12、22、32)，其中所述子电网(12、22、32)具有至少一个电负载(13)，并且所述电负载(13)经由通信连接与控制设备(16)连接，所述方法包括以下步骤：
-测量流经所述连接点(11、21、31)的电功率，
-根据流经所述连接点(11、21、31)的电功率，由所述控制设备(16)预先规定所述电负载(13)的最大功率消耗。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括另外的步骤：
-根据流经所述连接点(11、21、31)的电功率，由所述控制设备(16)预先规定被布置在所述子电网(12、22、32)中的能量储存器(15)和/或被布置在所述子电网中的能量产生单元(23)的功率输出。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于另外的步骤：
-如果经由所述连接点(11、21、31)流动到所述子电网(12、22、32)中的电功率超过可预先规定的极限值，则降低所预先规定的最大功率消耗。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果经由所述连接点(11、21、31)流动到所述子电网(12、22、32)中的电功率超过所述可预先规定的极限值，则将最大功率消耗预先规定为零。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所预先规定的最大功率消耗增加所述可预先规定的极限值的一部分，以及重复执行另外的步骤：
-将经由所述连接点(11、21、31)流动到所述子电网(12、22、32)中的电功率与所述可预先规定的极限值进行比较，
-如果经由所述连接点(11、21、31)流动到所述子电网(12、22、32)中的电功率低于所述可预先规定的极限值，则进一步增加所预先规定的最大功率消耗。
6.根据权利要求1至5所述的方法，其特征在于，测量流经所述连接点(11、21、31)的电功率包括测量流经所述连接点(11、21、31)的各个相位的电流。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如果流经所述连接点(11、21、31)的各个相位的电流中的至少一个电流超过可预先规定的极限值，则降低所预先规定的最大功率消耗。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，预先规定所述最大功率消耗，使得为所述子电网(12、22、32)的、所述电负载(13)从中接收电功率的各个相位预先规定从相应相位接收的电流的单独的最大值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，如果流经一个相位的电流或该电流与在所述连接点(11、21、31)处流经另一个相位的电流的差超过可预先规定的极限值，则降低从这个相位接收的电流的最大值，其中降低量特别地与超过量是成比例的。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，如果通过降低接收的电流的最大值导致最大的功率消耗低于由所述电负载(13)消耗的功率的可预先规定的最小值，则将所述子电网(12、22、32)的、所述电负载(13)从中接收电功率的所有相位的接收的电流的最大值设置为零。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，如果降低从第二相位接收的电流的最大值并且从第一相位接收的电流的最大值低于所述可预先规定的极限值，则增加从所述第一相位接收的电流的最大值。
12.一种用于连接多相子电网(22、32)与上级多相交流电压网(10)的设备，其中所述子电网(22、32)具有能量产生系统(23)和能量储存器(15)，其中所述设备被配置用于在所述交流电压网(10)与所述子电网(22、32)之间传输电功率，并且所述设备包括AC-AC转换器(21、31)，所述AC-AC转换器具有电网接口、其间连接有中间电路的两个逆变器桥电路和子电网接口，
其特征在于，
所述设备包括控制设备(16)，所述控制设备(16)被配置用于根据所述能量产生系统(23)和/或所述能量储存器(15)的功率值借助于适当地操控所述AC-AC转换器(21、31)的逆变器桥电路来调整流经所述子电网接口(21、31)的各个相位的电功率。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述控制设备(16)能够在通信上与所述能量产生系统(23)和/或所述能量储存器(15)连接，并且被配置用于在通信上接收所述能量产生系统(23)和/或所述能量储存器(15)的功率值。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其特征在于，所述控制设备(16)还能够在通信上与电网控制中心连接，并且所述控制设备被配置用于根据所述电网控制中心的在通信上传输的预先规定值借助于适当地操控所述AC-AC转换器(21、31)的逆变器桥电路来调整流经所述AC-AC转换器(21、31)的电网接口的各个相位的电功率。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备(31)，其特征在于，所述AC-AC转换器(31)在一个结构单元中包括能量储存器(35)，其中所述AC-AC转换器(31)被配置用于借助于所述AC-AC转换器(31)的逆变器桥电路中的至少一个逆变器桥电路将电功率馈入到所述能量储存器(35)中或者从所述能量储存器(35)获得电功率。
16.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述AC-AC转换器(31)被配置用于在所述子电网(32)内提供频率和幅度预先规定的交流电压以及相应的交流电流，以用于操作被布置在所述子电网(32)中的负载(13、14)。
17.一种用于操作多相子电网(22、32)的方法，所述子电网包括能量产生系统(23)和能量储存器(15)，并且所述子电网经由AC-AC转换器(21、31)与上级多相交流电压网(10)连接，其中所述AC-AC转换器(21、31)被配置用于在所述交流电压网(10)与所述子电网(22、32)之间传输电功率，并且所述AC-AC转换器具有电网接口、其间连接有中间电路的两个逆变器桥电路和子电网接口，
其特征在于，
操控所述AC-AC转换器(21、31)的逆变器桥电路，使得根据所述能量产生系统(23)和/或所述能量储存器(15)的功率值来调整流经所述AC-AC转换器(21、31)的子电网接口的各个相位的电功率。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，操控所述AC-AC转换器(21、31)的逆变器桥电路，从而调整流经所述AC-AC转换器(21、31)的电网接口的各个相位的电功率，使得流经所述AC-AC转换器(21、31)的电网接口的各个相位的电功率之间的最大差低于可预先规定的不平衡负载极限值，特别是小于流经所述AC-AC转换器(21、31)的子电网接口的各个相位的电功率之间的最大差，和/或最小接近于零。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述能量储存器(15)经由双向逆变器与所述子电网(22)连接，并且提供频率和幅度预先规定的交流电压，以用于操作被布置在所述子电网(22)中的负载(13、14)，其中根据所述子电网(22)中的频率与预先规定的参考频率的偏差来调整流经所述AC-AC转换器(21)的子电网接口的电功率。
20.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述AC-AC转换器(31)在一个结构单元中包括能量储存器(35)，并且借助于所述AC-AC转换器(21、31)的逆变器桥电路中的至少一个逆变器桥电路将电功率馈入到所述能量储存器(35)中或者从所述能量储存器(35)获得电功率。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述AC-AC转换器(31)在其子电网接口处提供频率和幅度预先规定的交流电压和相应的交流电流，以用于操作被布置在所述子电网(32)中的负载(13、14)。
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