DE102012217455A1 - Verfahren zur Regelung einer Photovoltaikanlage bei schwankender Einstrahlung - Google Patents

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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Regelungsverfahren für eine Photovoltaikanlage mit einem Regler (l) vorgeschlagen, der die Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage abhängig von einem vorgegebenen Sollwert als Stellgröße regelt. Es wird die aktuelle Einstrahlung erfasst und die Stellgröße des Reglers (1) auf die von der Einstrahlung abhängige maximale Leistung (LMNMAX) limitiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für eine Photovoltaikanlage mit einem Regler, der die Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage abhängig von einem vorgegebenen Sollwert regelt.
  • Zur vorgeschriebenen Leistungsreduzierung von Photovoltaikanlagen ist es üblich, den Wechselrichter durch entsprechende Sollwert-Vorgabe zu regeln. Dabei wird die Photovoltaikanlage auf aktuell vom Netzbetreiber vorgegebene zulässige Sollwerte für Wirk- und Blindleistung am Einspeisepunkt eingeregelt. Über einen PI-Regler werden diese Sollwerte so eingestellt, dass unter Einhaltung der Abregelvorschriften der optimale Einspeiseertrag für den Netzbetreiber erzielt wird.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben genannten Art vorzuschlagen, das bei schwankender Einstrahlung ein Übersteuern des Reglers verhindert.
  • Die Aufgabe wird nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die aktuelle Einstrahlung erfasst und die Stellgröße des Reglers auf die von der Einstrahlung abhängige maximale Leistung limitiert wird.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht, wenn nach Anspruch 2 bei einer Leistungsreduzierung infolge Abschattung die Leistungsnachführung durch den Regler auf die von der Einstrahlung abhängige maximale Leistung limitiert wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Überschwingen von maximal ausgeregelten Wechselrichtern bei sehr hoher Sonneneinstrahlung und aktiver Leistungsreduzierung vermieden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Stellgröße des Reglers durch die aktuellen Sonneneinstrahlungsbedingungen begrenzt wird. Die Reglerstellgröße des verwendeten PI-Reglers 1 gemäß der Figur wird durch Berücksichtigung der Einstrahlungsbedingungen begrenzt.
  • Hierzu werden die Einstrahlungsbedingungen, z.B. durch Messung mit einem Sensor 2 und/oder durch Auswertung des Status MPP {Maximum Power Point), ermittelt. Der Sensor 2 liefert ein Maß für die aktuell maximal erzielbare Leistung. Stellt der Regelalgorithmus fest, dass die maximal erzielbare Leistung durch die aktuelle Einstrahlung begrenzt ist, wird die Stellgröße des Reglers 1 auf diesen aktuellen Wert limitiert, da eine weitere Erhöhung der Stellgröße {= Sollwert für die Wechselrichter) keine höhere Leistung zur Folge hätte.
  • Die Auswertung 4 des Status MPP {Maximum Power Point) funktioniert in folgender Weise. Der Wechselrichter zeigt über den aktiven Status MPP {Maximum Power Point) = l an, dass er aktuell die maximale Leistung liefert. Wird ein Wechselrichter durch externe Leistungsreduzierung abgeregelt, dann wird der Status MPP entsprechend reduziert, sofern die Wetterbedingungen mehr Leistung zulassen würden. In diesem Zustand würde die Stellgröße des Leistungsreglers nicht durch einen Limiter 3 begrenzt werden. Würde der MPP-Status im leistungsreduzierten Betrieb den Zustand 1 liefern, hieße das, dass unter den aktuellen Bedingungen die maximal erzielbare Leistung erreicht ist. In diesem Fall würde der Maximalwert der Reglerstellgröße auf die aktuelle Stellgröße begrenzt werden. Aus der Logik 11 Leistungsreduzierung aktiv (1)\I und 11 Status MPP = aktiv(l)\I würde der Limiter 3 aktiviert werden.
  • In den beiden oben beschriebenen Fällen wird gemäß der Zeichnung durch die Begrenzung der Stellgröße (Leistungssollwert Wechselrichter) verhindert, dass der Regler 1 übersteuert.
  • An einem Beispiel wird dieses Verfahren erläutert. Ein Solarpark ist bei sehr guten Wetterbedingungen (hohe Einstrahlung W/m 2 und/oder MPP = l) ausgeregelt. Über die Steuersignale des Energieversorgungsunternehmens wird der Leistungswert Psoll, z.B. eine Leistungsreduzierung auf 50 % der Nennleistung vorgegeben. Der Regler 1 wird nun die Regeldifferenz ausgleichen und im eingeschwungenen Zustand einen Leistungssollwert LMN von circa 50 % plus Verluste an die Wechselrichter senden. Der Status MPP (Maximum Power Point) verändert sich entsprechend. Nun ändern sich die Wetterbedingungen, d.h. eine Beschattung führt dazu, dass die eingespeiste Leistung reduziert wird. Der Regler 1 wird die neue Regeldifferenz ausgleichen und erhöht den prozentualen Leistungssollwert der Wechselrichter bis auf maximal 100 % der Nennleistung. Die Wetterbedingungen ändern sich erneut und es herrscht wieder maximale Einstrahlung. Da sich die Einstrahlung in kürzerer Zeit ändern kann als die Reglerreaktion ist, kann es zu einem Überschwingen kommen, da der Sollwert für die Wechselrichter gegebenenfalls noch bei 100 % ist. Daher kommt es zu einem Überschwingen, d.h. zu dem Problem der Überschreitung der zulässigen Einspeiseleistung. Dieses Problem lässt sich durch die Funktionalität der einstrahlungsoptimierten Regelung verhindern. Sollte eine Leistungsreduzierung aktiviert sein, z.B. 50 %, würde der Regler zwar die Wechselrichter ausregeln, die Stellgröße des Reglers (= Sollwert Wechselrichter) wird nun jedoch durch die aktuellen Wetterbedingungen und/oder den MPP-Status begrenzt. Dies bedeutet, im Fall einer Beschattung wird der Regler 1 nicht mehr bis maximal 100 % der Leistung ausregeln, sondern nur noch die aus den Wetterdaten ermittelte maximale Stellgröße LMNMAX zulassen. Würde beispielsweise der Status des MPP im abgeregelten Zustand den Wert "l" liefern, dann würde die maximale Stellgröße des Reglers auf den aktuellen Reglersollwert plus einem Toleranzband begrenzt werden. Zu diesem Zeitpunkt würde eine Erhöhung der Sollwerte keine signifikante Änderung der eingespeisten Leistung bringen. Damit werden das Übersteuern des Reglers 1 und das damit verbundene Überschwingverhalten verhindert.

Claims (4)

  1. Regelungsverfahren für eine Photovoltaikanlage mit einem Regler (l), der die Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage abhängig von einem vorgegebenen Sollwert (Psoll) regelt, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Einstrahlung erfasst und die Stellgröße (LMN) des Reglers (1) auf die von der Einstrahlung abhängige maximale Leistung (LMNMAX) limitiert wird.
  2. Regelungsverfahren für eine Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Leistungsreduzierung infolge Abschattung die Leistungsnachführung durch den Regler (l) auf die von der Einstrahlung abhängige maximale Leistung limitiert wird.
  3. Regelungsverfahren für eine Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstrahlung mit einem Sensor (2) erfasst wird.
  4. Regelungsverfahren für eine Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstrahlung durch die Auswertung (4) des aktiven Status MPP (Maximum Power Point) erfasst wird.
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