DE102014114620A1

DE102014114620A1 - Blindleistungsregelung für erneuerbare Energieanlagen

Info

Publication number: DE102014114620A1
Application number: DE201410114620
Authority: DE
Inventors: Paul S. Bixel; Benjamin D. Rudolph
Original assignee: TMEIC Corp
Current assignee: TMEIC Corp
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2015-04-23
Also published as: US20150102674A1; JP2015077067A; US9728974B2

Abstract

Es werden Verfahren, Systeme, Regelungsvorrichtungen und Computerprogramme zur Blindleistungssteuerung für eine erneuerbare Energie nutzende Anlage bereitgestellt. Ausführungsformen befassen sich mit dynamischen Leistungsproblemen, einhergehend mit der Kontrolle der Regelkreisverzögerung und den wechselnden Betriebsarten, die erforderlich sind, um den technischen Grenzen bei Netzspannung und Blindleistung zu begegnen. Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Blindleistungsregelung, umfassend: (a) Bestimmen eines anlagenweiten Blindleistungsbefehls umfasst durch eine Summe aus einem Blindleistungs-Feed-Forward- oder Kompensationslaufzeit und einer Integratorlaufzeit; und (b) Verteilen des anlagenweiten Blindleistungsbefehls unter Wechselrichtern. Ausführungsformen können eine Blindleistungsregeldauer umfassen, die auf der Summe aus der Laufzeit eines einzelnen Integrators und eines Feed-Forward-Kompensation Begriffs, einem Integrator-Anti-Windup-Mechanismus, basierend auf dem Status der einzelnen Wechselrichter, einem Mittel zur Verringerung nachteiliger Auswirkungen der Regelkreisverzögerung während Änderung des Blindleistungsbezugs und/oder einem Mittel zur Einbindung von Spannungs- und Leistungsfaktorgrenzen mit reibungslosem Transfer zwischen Blindleistungsbetriebsbereichen basieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung der Blindleistung an einer erneuerbare Energie nutzenden Anlage. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verbesserungen an Blindleistungs- und Spannungsregelsystemen an traditionell erneuerbare Energie nutzenden Anlagen, die Netzspannungs- und Blindleistungsgrenzen und einer signifikanten Regelkreisverzögerung unterliegen.
Beschreibung einschlägiger Technik
Erneuerbare Energieanlagen setzen sich typischerweise aus mehreren Leistungsumwandlungsvorrichtungen zusammen, die parallel verbunden festfrequenten Wechselstrom in ein Netz produzieren. Die Vorrichtungen sind typischerweise Wechselstrom/Wechselstrom- oder Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter. Wechselrichter sind dafür gedacht, die maximale Leistung aus der erneuerbaren Energiequelle in Abhängigkeit eines Wirkleistungsreferenzgrenzwerts und oftmals eines Blindleistungs- oder Spannungsbefehls zu extrahieren.
Ein typisches Blindleistungsregelsystem misst die Anlagengesamtleistungsrückkopplung, Blindleistung und Anlagenspannung, um sie aktiv zu regeln. Der Anlagenregelkreis besteht aus Befehlen des Reglers an die Wechselrichter und Rückkopplungen von den Wechselrichtern oder einem Zähler an die Anlagensteuerung. Die Blindleistungsregelung läuft gleichzeitig und relativ unabhängig von der Wirkleistungsregelung. Die Anlagensteuerung erzeugt typischerweise einen anlagenseitigen Blindleistungsbefehl und teilt diesen durch die Anzahl der eingeschalteten Wechselrichter, um individuelle Wechselrichterbefehle zu erhalten. Ein Blindleistungsregler regelt die Anlagenspannung oder den -leistungsfaktor, aber nicht beides auf einmal, da Spannung und Blindleistung wechselseitig voneinander abhängen. Darüber hinaus unterliegen Blindleistungs- und Spannungsbefehle den Betriebsgrenzen der Anlagenspannung und des Leistungsfaktors. Lokal in den Wechselrichtern sitzende Blindleistungsregler sind typischerweise sehr viel schneller als der aus der Ferne arbeitende Anlagenregelkreis. Daher ist es wichtig, dass der Wechselrichter selbst möglichst viele Regelfunktionen implementiert, wenn möglich.
Die Systemübersicht für ein Beispielsystem mit 4 Wechselrichtern wird in 1 gezeigt. Der Anlagenregelkreis 10 besteht aus den Befehlen 23 des Reglers 12 an die Wechselrichter 18 und Rückkopplungen 21 von den Wechselrichtern 18 oder einem Nutzwertzähler 14 zurück an die Anlagensteuerung 12. Die Wechselrichter 18 sind mit einer Stromquelle 16 verbunden, etwa einem Photovoltaik-(PV-)Modul und ein Aufspanntransformator 20 kann zwischen den Wechselrichtern 18 und dem Verbrauchszahler 14 eingreifen. Eine Steuerstelle (POC) 15 liegt neben dem Verbrauchszähler 14 vor dem Zusammenschaltungspunkt (POI) 17 mit dem Nutzwert.
Die traditionelle Steuerung setzt sich aus einem inneren Spannungsregelkreis und einem äußeren Blindleistungskreis zusammen. 2 zeigt eine beispielhafte traditionelle Steuerung 30. Der innere Spannungsschaltkreis erzeugt einen Blindleistungsbefehl für die Anlage (QCOM_ANLAGE) 59, der in einen Blindleistungsbefehl für jeden Wechselrichter (QCOM_{WECHSELRICHTER}) 65 durch Teilung 64 der Anzahl eingeschalteter Wechselrichter 61 umgewandelt werden kann. QCOM_{WECHSELRICHTER} 65 hält Spannung entweder mit einer festen Bezugsspannung (V_REF) 41 oder einer dynamischen Bezugsspannung (V_COM) 39. Die Wahl der Bezugsspannung 45 wird durch den Blindleistungsmodus 42 bestimmt: Spannungsregelung (V_REF 41) oder Leistungsfaktorsteuerung (V_COM 39). Die Leistungsfaktorsteuerung speist den Fehler (Q_ERR) 37 ein, der aus der Subtraktion 32 der Blindleistungsrückkopplung (Q_FBK) 31 von der Summe aus der Blindleistungskompensation (Q_COMP) 35 und der Bezugsblindleistung (Q_REF) 33 (von einem Bezugsleistungsfaktor erzeugt) in einen PI-Regler 38 resultiert, die der Erzeugung einer dynamischen Bezugsspannung (V_COM) 39 dient. Somit bietet diese Steuerung einen Weg, um den Spannungs- oder Leistungsfaktor abhängig vom Blindleistungsmodus zu erzeugen. Die Bezugsspannung 45 unterliegt den Spannungsgrenzen 46 und die Spannungsrückkopplung 49 wird von der begrenzten Bezugsspannung 47 subtrahiert 48, um einen Spannungsfehler (V_ERR) 51 zu erzeugen. Der Spannungsfehler (V_ERR) 51 wird in einen PI-Regler 52 eingespeist, um einen Blindleistungsbefehl 55 zu erzeugen, der den Grenzen 56 unterliegt, bevor der Anlagenblindleistungsbefehl (QCOM_SITE) 59 erzeugt wird.
Jedoch können traditionelle Regler deutlich verbessert werden. Typische zweikreisige Anlagensteuerungen weisen folgende Schwachstellen auf.

1. Instabilität im Blindleistungsregelmodus aufgrund von Phasenverschiebung und -verzögerung im Kreis. Im Blindleistungsregelmodus können die beiden PI-Reihenregler eine übermäßige Phasenverzögerung beisteuern, wenn die P-Verstärkung niedrig ist, wodurch die Steuerungsstabilität abnimmt. (Die klassische Zweikreistechnik ist vorteilhaft, wenn der innere Kreis (in diesem Fall die Spannungsregelung) eine viel schnellere Reaktion als der äußere Kreis aufweist. Jedoch birgt dies in diesem Fall minimale Vorteile, da Spannung und Blindleistung wechselseitig voneinander abhängig sind).
2. Große Transienten, die sich einstellen, wenn zwischen Regelmodi umgeschaltet wird oder Spannungs- oder Blindleistungsschwellen überschritten oder die Bezugspunkte durch Regelkreisverzögerung gewechselt werden.
3. Es gibt keine Mittel, um die Blindleistungsschwellen während der Spannungsregelung zu steuern. Obwohl die traditionelle zweikreisige Struktur bequem Spannungsgrenzen bei der Leistungsfaktorregelung implementiert, prägt sie keine Blindleistungsgrenzen während der Spannungsregelung.

Verschiedene Leistungsregler sind bekannt, wie aus US-Patent Nr. 7.923.862 , US-Patent Nr. 7.890.217 , US Patent Nr. 6.512.966 und veröffentlichte US-Patentanmeldung Nr. 2010/0145532, denen es nicht gelungen ist, die beschriebenen Einschränkungen zu überwinden. Somit bedarf es eines verbesserten Verfahrens mit höherer dynamischer Leistung bei der Blindleistungsregelung von Anlagen erneuerbarer Energien.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Zu diesem Zweck beschreibt die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren, verbessertes Computerprogrammprodukt, eine verbesserte Regelvorrichtung und ein verbessertes System zur Blindleistungsregelung bei einer erneuerbare Energie nutzenden Anlage. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dynamischen Leistungsproblemen, die mit erheblicher Regelkreisverzögerung und den wechselnden Betriebsarten verbunden ist, die erforderlich sind, um den Einschränkungen bei Netzspannung und Blindleistung zu begegnen. Zu den Schlüsselelementen zählt eine Blindleistungsregeldauer, die auf der Summe aus der Laufzeit eines POIMechanismus, basierend auf dem Status der einzelnen Wechselrichter, einem Mittel zur Verringerung nachteiliger Auswirkungen der Regelkreisverzögerung bei Änderung des Blindleistungsbezugs und einem Mittel zur Einbindung von Spannungs- und Leistungsfaktorgrenzen mit reibungslosem Transfer zwischen Blindleistungsbetriebsbereichen.
Darüber hinaus bieten die folgenden Merkmale der vorliegenden Erfindung signifikante Vorteile gegenüber Reglern nach dem Stand der Technik und alle oder eines oder mehrere der folgenden Merkmale können in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung enthalten sein:

1. Feed-Forward-Kompensation, die den Regelkreis und dessen Anfälligkeit für Regelkreisverzögerung umgeht. In Verbindung mit dem Fehlerintegrator lässt die Feed-Forward-Kompensation eine schnellere Dynamik des Reglers zu, während weiter eine fehlerfreie Dauerleistung aufrecht erhalten wird.
2. Ein einzelner Integrator, gespeist durch Fehler aus einer der vier Quellen, abhängig vom Blindleistungsmodus und davon, ob Schwellenwerte bei Spannung oder Blindleistung überschritten wurden: a. Spannungsfehler b. Fehler beim Spannungsschwellenwert c. Blindleistungsfehler d. Blindleistungsschwellenwertfehler
3. Verwendung linearer Schalter zum Übergang zwischen Leistungsfaktor- und Spannungsregelungsmodi und zum Übergang in und aus Signalschwellenregelungsmodi.
4. Integrator-Anti-Windup, basierend auf dem Status der einzelnen Wechselrichter.
5. Integrationsfehler- und Anti-Windup-Modifikationen, um nachteilige Wirkungen der Regelkreisverzögerung zu verringern.

3 zeigt eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung auf hoher Stufe, wie sie in einem verbesserten Blindleistungsregler 100 enthalten ist. Kurz dargestellt, berechnet 120 der Blindleistungsregler 100 einen Spannungs-(V) und Blindleistungs-(Q) und Schwellenwertfehler, der teilweise auf einem, mehreren oder allen der folgenden sechs Dateneingänge basiert: Blindleistungsbezug (Q_REF) 309, Blindleistungsrückkopplung (Q_FBK) 411, Blindleistungsober- und -untergrenzen (Q_LIMIT) 105, Bezugsspannung (V_REF) 633, Spannungsrückkopplung (V_FBK) 511 und Spannungsober- und -untergrenzen (V_LIMIT) 115. Ausführungsformen können einen linearen Schalter 970 verwenden, um den Übergang zwischen den Leistungsfaktor- und Spannungsregelmodi zu bestimmen, um dadurch zu bestimmen, ob der Fehler 995, der dem Integrator 1000 zugeführt wird, der Blindleistungsfehler 895 oder der Spannungsfehler 885 ist. Die Übergangsrate des linearen Schalters 970 wird durch den Blindleistungsanstieg (Q_SLEW) 855 bestimmt. Integralrechner 1000 berechnet ein Blindleistungsintegral 1085 basierend auf dem Fehler 995 und das Blindleistungsintegral 1085 wird mit einem blindleistungsfehlerbezogenen Feed-Forward-Kompensationsbefehl (Q_COMP) 331 summiert 1210, um einen anlagenweiten Blindleistungsbefehl (QCOM_SITE) 1295 zu erzeugen. Der Blindleistungsbefehl (QCOM_SITE) wird basierend auf der Blindleistungsrückkopplung des Wechselrichters (INV.Q_FBK) 2105 ausgegeben 2000, um einen Wechselrichterblindleistungsbefehl (Inv.Q_COMM) 2151 zu erzeugen. Der Blindleistungsverteiler 2000 erhöht auch einen Zähler (NumQFree) 2255, der die Anzahl der Wechselrichter angibt, die weniger als maximale Blindleistung erzeugen, der verwendet wird, um das Integral zu bestimmen.
Im Gegensatz zur herkömmlichen Steuerung, die einen einzelnen Blindleistungsbefehl an alle Wechselrichter verteilt, verwendet die vorlegende Erfindung eine Blindleistungsverteilerfunktion die einzelnen Wechselrichtern Blindleistungsbefehle aus dem Gesamtblindleistungsbefehl der Anlage berechnet. In Ausführungsformen kann der Gesamtblindleistungsbefehl der Anlage ausgegeben oder gleichmäßig auf alle oder einige der Wechselrichter aufgeteilt oder kann ungleichmäßig an alle oder einige der Wechselrichter ausgegeben oder aufgeteilt werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Blindleistungsregelung für eine erneuerbare Energie-Anlage, die einen oder mehrere Wechselrichter umfasst, umfassend aus: (a) Bereitstellen maschinenlesbarer Daten, die sich auf eine Anlage erneuerbarer Energien beziehen, an zumindest einen Prozessor, wobei die maschinenlesbaren Daten Blindleistungsrückmeldung (Q_FBK), Blindleistungsober-(Q_UL) und Untergrenzen (Q_LL), einen Spannungsbezug (SiteVRef), Spannungsrückkopplung (V_FBK), Spannungsober-(V_UL) und Untergrenzen (V_LL), einen Bezugsleistungsfaktor (PF_REF) und eine Energierückgewinnung P_FBK umfassen; und (b) beim Durchlaufen der folgenden Schritte durch den mindestens einen Prozessor: (1) Mindestens eine der folgenden Fehlerquellen berechnet: (aa) Einen Blindleistungsfehler (SiteQErr) der teilweise auf Q_FBK und auf P_FBK basiert; (bb) einen verstärkungsmultiplizierten Spannungsschwellenfehler, der teilweise auf V_FBK, V_UL und V_LL basiert; (cc) Spannungsfehler (SiteVErr) teilweise basierend auf V_FBK und Vref; (dd) einem verstärkungsmultiplizierten Blindleistungsschwellenfehler, der teilweise auf Q_FBK, Q_UL und Q_LL basiert; (2) Auswählen einer Fehlerquelle, die teilweise auf der Auswahl zwischen einem Leistungsfaktorsteuermodus und einem Spannungssteuermodus basiert; (3) Eingabe des Fehlers in einen Integrator, damit er ein Fehlerintegral (Q_INT) liefert; (4) Berechnung einer Feed-Forward-Laufzeit (Q_COMP), die teilweise auf PF_REF und P_f; basiert und (5) Hinzufügen von Q_INT zu Q_COMP, um einen anlagenweiten Blindleistungsbefehl (Q_COM) zu erhalten.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein computerlesbares Medium mit Anweisungen, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, bewirken, dass ein Computer die maschinenlesbaren Daten an den mindestens einen Prozessor liefert und die oben beschriebenen Schritte über den wenigstens einen Prozessor ausführt.
Weitere Ausführungsformen enthalten eine Blindleistungsregelvorrichtung, die zumindest einen Prozessor, eine Form computerlesbaren Speichers und einen Satz computerausführbarer Anweisungen umfasst, die konfiguriert sind, die maschinenlesbaren Daten dem mindestens einen Prozessor bereitzustellen und die vorstehend beschriebenen Schritte unter Verwendung des zumindest einen Prozessor auszuführen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein System, das die obige Blindleistungsregelvorrichtung umfasst, die einen oder mehrere Wechselrichter in einer Zwei-Wege-Kommunikation mit dem Blindleistungsregler über ein Netzwerk umfasst.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen die maschinenlesbaren Daten ferner Wechselrichterleistungsrückkopplungen (Inv.P_FBK) und der zumindest eine Prozessor verteilt Q_COM auf einzelne Wechselrichter auf der Basis der Wechselrichterleistungsrückkopplungen (Inv.P_FBK) indem er einen Wechselrichterblindleistungsbefehl (Inv[x].QCom[k]) erzeugt.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Figuren veranschaulichen bestimmte Aspekte von Ausführungsformen der Erfindung und dienen nicht dazu, die Erfindung einzuschränken oder zu definieren. Gemeinsam mit der schriftlichen Beschreibung dienen die Figuren dazu, bestimmte Prinzipien der Erfindung zu erklären.
1 ist ein schematisches Diagramm, dass eine Ausführungsform eines Blindleistungsregelsystems mit vier Wechselrichtern zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das einen herkömmlichen Blindleistungsregler zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Übersicht einer Ausführungsform eines verbesserten Blindleistungsreglers gemäß der Erfindung zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Übersicht einer Ausführungsform der Anlagenblindleistungskompensationssteuerung gemäß der Erfindung zeigt.
5 ist ein Blockdiagramm, das Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Blindleistungskompensationsberechnung (Feed-Forward-Laufzeit) und Blindleistungsfehlerberechnung zeigt.
6 ist ein Blockdiagramm, das Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spannungsschwellenfehlerberechnung, Spannungsfehlerberechnung und Blindleistungsschwellenfehlerberechnung zeigt.
7 ist ein Blockdiagramm, das Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Fehlerintegralberechnung mit Integral-Anti-Windup zeigt.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wechselrichterblindleistungsbefehlsverteilung zeigt.
9 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Blindleistungsregelung, wobei ein Hauptanlagenregler dazu konfiguriert ist, eine Vielzahl von Wechselrichtern über ein Netzwerk zu steuern.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
VERSCHIEDENER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Es werden nun verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung ausführlich beschrieben. Es wird davon ausgegangen, dass die folgende Diskussion der beispielhaften Ausführungsformen nicht als Einschränkung der Erfindung gedacht ist. Vielmehr dient die folgende Diskussion dazu, dem Leser ein detaillierteres Verständnis bestimmter Aspekte und Merkmale der Erfindung zu geben.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine verbesserte Regelung der Blindleistung in einer erneuerbare Energien einsetzenden Anlage dar, die zwei Betriebsarten mit sich bringt:

1. Leistungsfaktorregelung – ein geschlossener Kreisregler, der den Anlagenleistungsfaktor regelt ohne Spannungsschwellen der Anlage zu überschreiten.
2. Spannungssteuerung – ein geschlossener Kreisregler, der die Spannung der Anlage regelt, ohne Schwellenwerte des Leistungsfaktors der Anlage zu überschreiten.

So sorgen Ausführungsformen der Erfindung für eine Regelung der Schwellenwerte bei der reaktive Leistungsgrenzen während der Spannungsregelung gesetzt werden und Spannungsgrenzen bei der Blindleistungsregelung gesetzt werden.
Ferner sieht die Erfindung in bestimmten Ausführungsformen einen anlagenweiten Blindleistungsbefehl vor, der eine Summe der Blindleistungs- oder Feed-Forward-Kompensationslaufzeit und eine Integratorlaufzeit umfasst, der unter den Wechselrichtern verteilt wird. In einer Ausführungsform ist die Feed-Forward-Laufzeit eine lineare Funktion der Wirkleistungsrückkopplung der Anlage.
Weitere besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Mittel zum reibungslosen Übergang zwischen den Steuerungsmodi bereit, wie beispielsweise einen linearen Schalter mit fester Übergangszeit.
In Ausführungsformen umfasst die vorliegende Erfindung die Funktion des Anti-Windup-Integrators, die entweder auf einer Obergrenze basiert, die mindestens teilweise aus der maximalen Rückkopplungsleistung berechnet wird oder abschlussaktivierte Logik, die auf der Anzahl gesättigter Wechselrichter basiert.
In bestimmten Ausführungsformen sieht die vorliegende Erfindung den Ausgleich von Regelkreisverzögerungen vor, die umgesetzt werden durch:

1. Vergleich des aktuellen Blindleistungsrückkopplungssignals des Wechselrichters mit der entsprechenden Bezugsblindleistung, die Sekunden vorher in der Regelkreisverzögerung erzeugt wurde, um festzustellen, ob ein Wechselrichter gesättigt ist; und
2. Ersetzen der aktuellen Bezugsblindleistungszunahme der Anlage, die verwendet wird, um den Blindleistungsfehler der Anlage zu erzeugen, mit der Bezugsblindleistungszunahme die Sekunden vorher in der Regelkreisverzögerung erzeugt wurde. Da diese beiden Verfahren zur Vermeidung von Regelkreisverzögerung unterschiedliche Ziele erreichen, werden sie in bevorzugten Ausführungsformen am besten gleichzeitig, d. h. im gleichen Verfahren verwendet.

Besondere Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Verfahren zur Blindleistungsregelung für eine erneuerbare Energie nutzende Anlage, das einen oder mehrere Wechselrichter umfasst, wobei das Verfahren folgendes umfasst: (a) Bestimmen eines anlageweiten Blindleistungsbefehls umfasst durch eine Summe aus einer Blindleistungsvorsteuerungs- oder Kompensationslaufzeit und einer Integratorlaufzeit; und (b) Verteilen des anlageweiten Blindleistungsbefehls zwischen Wechselrichtern. In Ausführungsformen kann ein solcher Blindleistungsbefehl durch die Anzahl der Wechselrichter geteilt werden, um einen wechselrichterspezifischen Blindleistungsbefehl zu bestimmen.
Solche Verfahren können so konfiguriert werden, dass die Feed-Forward-Laufzeit eine lineare Funktion der Wirkleistungsrückkopplung der Anlage ist.
In Ausführungsformen kann die Bestimmung des anlageweiten Blindleistungsbefehls auf einer Leistungsfaktorregelung basieren, die der Spannungsschwellenregelung unterliegt oder auf einer Spannungsregelung basieren, die der Leistungsfaktorschwellenregelung unterliegt.
Beispielsweise kann die Bestimmung des anlageweiten Blindleistungsbefehls mit der Wahl zwischen einem Leistungsfaktorregelmodus und einem Spannungsregelmodus einhergehen und kann mit einem linearen Schaltblock mit fester Übergangszeit für den Übergang zwischen Leistungsfaktorregelung und Spannungsarten erfolgen.
Derartige Verfahren können auch einen Integrator-Anti-Windup umfassen, dass beispielsweise entweder auf einer Obergrenze beruht, die mindestens teilweise aus der maximalen Rückkopplungsleistung berechnet wird oder auf abschlussaktivierter Logik, basierend auf einer Anzahl gesättigter Wechselrichter.
Jedes der Verfahren der Erfindung kann ferner umfassen, dass eine Kompensation der Regelkreisverzögerung vorgesehen ist, durch: (a) Vergleich eines aktuellen Rückkopplungssignals der Wechselrichterblindleistung mit einer entsprechenden Sekunden vorher in der Regelkreisverzögerung erzeugten Bezugsblindleistung, um zu entscheiden, ob ein Wechselrichter gesättigt ist, und (b) Subtrahieren des aktuellen Wechselrichterrückkopplungssignals von einem Sekunden vorher in der Regelkreisverzögerung erzeugten Referenzwerts, um eine Integrationsfehlerlaufzeit zu berechnen.
Ausführungsformen der Erfindung stellen ferner ein Verfahren zur Blindleistungsregelung für eine erneuerbare Energie nutzende Anlage, das einen oder mehrere Wechselrichter umfasst, wobei das Verfahren einen oder mehrere der folgenden Schritte in beliebiger Kombination umfasst:

(1) Bereitstellen von Daten aus einer erneuerbare Energie nutzenden Anlage, wobei die Daten aus einem oder mehreren der folgenden gewählt werden: (a) Blindleistungsrückkopplung (Q_FBK); (b) Blindleistungsober-(Q_UL) und -untergrenzen (Q_LL); (c) eine Spannungsreferenz (SiteVRef); (d) Spannungsrückkopplung (V_FBK); (e) Spannungsober-(V_UL) und -untergrenzen (V_LL); (f) einem Bezugsleistungsfaktor (PF_REF); und (g) einer Leistungsrückkopplung P_FBK; und
(2) Berechnen mindestens einer Fehlerquelle als: (a) einem Blindleistungsfehler (SiteQErr) teilweise basierend auf Q_FBK und P_FBK; (b) einem verstärkungsmultiplizierten Spannungsschwellenfehler der teilweise auf V_FBK, V_UL und V_LL basiert; (c) Spannungsfehler (SiteVErr), teilweise basieren auf V_FBK und Vref; (d) einem verstärkungsmultiplizierten Blindleistungsschwellenfehler der teilweise auf Q_FBK, Q_UL und Q_LL basiert;
(3) Auswahl der Fehlerquelle, die teilweise basierend auf der Wahl zwischen einem Leistungsfaktorregelmodus und einem Spannungsregelmodus berechnet wird;
(4) Eingabe des Fehlers in einen Integrator, der ein Fehlerintegral (Q_INT) zur Verfügung stellt;
(5) Berechnung des Feed-Forward (Q_COMP), teils basierend auf PF_REF und P_FBK;
(6) Addieren von Q_INT mit Q_COMP, um einen anlagenweiten Blindleistungsbefehl zu erhalten (Q_COM);
(7) und Q_COM an einen oder mehrere Wechselrichter verteilen.

Je nach Ausführungsformen werden die in dieser Spezifikation aufgeführten Bezugswerte und Grenzen von einem Anlagenbetreiber gestellt, der den Anlagenregler konfiguriert.
In Ausführungsformen ist Q_COMP eine lineare Funktion der Wirkleistungsrückkopplung der Anlage (P_FBK) und wird durch Hinzufügen eines Blindleistungsoffsets (LRPCoffset) zum Produkt einer Blindleistungsverstärkung multipliziert mit der Leistungsrückkopplung (P_FBK) berechnet.
Die in den Ausführungsformen der Erfindung gelieferten Daten können Leistungsrückkopplungen (Inv.P_FBK) der Wechselrichter umfassen und so konfiguriert werden, dass das Verteilen von Q_COM an einzelne Wechselrichter auf den Leistungsrückkopplungen der Wechselrichter basiert (Inv.P_FBK) indem ein Blindleistungsbefehl (Inv[x].QCom[k]) des Wechselrichters erzeugt wird.
Nach den Ausführungsformen kann der SiteQErr folgendermaßen berechnet werden:

(a) Basierend auf einer Bezugsblindleistung (SiteQrefGain) auf Basis von:
(b) und basierend auf einer Verstärkung K_IQ basierend auf SiteQErr = (SiteQrefGain[k]·P_fb – Q_fb)K_IQ.

Ebenso kann der SiteVErr auf Grundlage einer Verstärkung K_IV berechnet werden, basierend auf SiteVErr = (SiteVRef – V_fbk)K_IV.
Verfahren der Erfindung können die Auswahl des Leistungsregelmodus des Leistungsfaktors umfassen und wobei, wenn Q_FBK innerhalb von Q_UL und Q_LL liegt, die Fehlerquelle als SiteVErr berechnet wird oder wenn darin Q_FBK Q_UL oder Q_LL übersteigt, die Fehlerquelle als mit der Verstärkung multiplizierter Blindleistungsschwellenfehler berechnet wird, der ein mit der Verstärkung K_IQ multiplizierter Blindleistungsschwellenfehler ist.
Ebenso können Verfahren die Auswahl des Spannungsregelmodus umfassen und dabei, wenn V_FBK innerhalb V_UL und V_LL liegt, die Fehlerquelle als SiteVErr berechnet wird oder wenn darin V_FBK V_UL und V_LL übersteigt, die Fehlerquelle als mit der Verstärkung multiplizierter Spannungsschwellenfehler berechnet wird, der ein mit der Verstärkung K_IV multiplizierter Spannungsschwellenfehler ist.
Die Kompensation der Regelkreisverzögerung nach den Verfahren der Erfindung kann beispielsweise durch einen Vergleich eines aktuellen Wechselrichterblindleistungsrückkopplungssignals mit einer entsprechenden Bezugsblindleistung, die in der Regelkreisverzögerung Sekunden zuvor erzeugt wurde, um festzustellen, ob ein Wechselrichter gesättigt ist oder durch Subtraktion des aktuellen Wechselrichterrückkopplungssignals von einem entsprechenden Referenzwert, der in der Regelkreisverzögerung Sekunden zuvor erzeugt wurde, um eine Integrationsfehlerlaufzeit zu berechnen.
In Ausführungsformen kann die Kompensation der Regelkreisverzögerung in der Weise erfolgen, dass (a) SiteQRefGain[k] durch eine Regelkreisverzögerungslaufzeit D ausgeglichen und SiteQRefGain[k] durch SiteQRefGain[k-D] ersetzt wird oder dass (b) Inv[x].QCom[k] durch eine Regelkreisverzögerungslaufzeit D ausgeglichen und Inv[x].QCom[k] durch Inv[x].QCom[k-D] ersetzt wird.
Derartige Ausführungsformen können einen Integrator-Anti-Windup umfassen, das entweder auf einer Obergrenze basiert, die mindestens teilweise aus der maximalen Rückkopplungsleistung berechnet wird oder auf abschlussaktivierter Logik, basierend auf einer Anzahl gesättigter Wechselrichter.
Derartige Ausführungsformen können umfassen, dass die Wahl zwischen einem Leistungsfaktorregelmodus und einem Spannungsregelmodus über einen linearen Schaltblock mit fester Übergangszeit für den Übergang zwischen Leistungsfaktorregelung und Spannungsarten erfolgt.
Der lineare Schaltblock von Ausführungsformen kann betriebsmäßig so konfiguriert sein, dass der Übergang eines Fehlers in und aus Schwellenarten bei gleichbleibender Anstiegsgeschwindigkeit durch Erhöhen einer Variable, switch, eines Parameters, QSlewInc erfolgt, während der Eingangsschwellenwert 1 beträgt und das Verringern von switch um QSlewInc, während der Eingangsschwellenwert 0 beträgt, so dass sich das Ausgangssignal des linearen Schaltblocks ergibt aus: out = in1·switch + in0·(1 – switch) wobei switch zwischen 0 und 1 beschränkt ist.
Die Daten nach den Verfahren der Erfindung können eine Blindleistungsabgabe (Inv[x].Q_FBK) und einen neuberechneten Integratorwert (Q_ERR) vorsehen, wobei sich ein Zähler (NumQFree) für jeden Wechselrichter um eins erhöht, dessen Inv[x].Q_FBK im Wesentlichen gleich Inv[x].QCom[k] ist, so dass Q_ERR weiter hochgezählt wird, wenn ein Absolutwert des neuen Integratorwerts kleiner als ein vorhergehender Integratorwert ist oder NumQFree größer als Null ist.
Ein System der Blindleistungsregelung für eine erneuerbare Energie nutzende Anlage wird ebenfalls bereitgestellt und umfasst: Einen oder mehrere Wechselrichter; und einen Blindleistungsregler, der in Wirkverbindung mit mindestens einem von einem oder mehreren Wechselrichtern und betriebsmäßig konfiguriert ist, um einen anlagenweiten Blindleistungsbefehl (Q_COM) durch folgendes zu erzeugen:

(1) Bereitstellen von Daten aus der Anlage, die aus einem oder mehreren der folgenden Dinge ausgewählt werden: (a) Blindleistungsrückkopplung (Q_FBK); (b) Blindleistungsober-(Q_UL) und -untergrenzen (Q_LL); (c) eine Spannungsreferenz (SiteVRef); (d) Spannungsrückkopplung (VFB); (e) Spannungsober-(V_UL) und -untergrenzen (V_LL); (f) einem Bezugsleistungsfaktor (PF_REF); und (g) einer Leistungsrückkopplung P_FBK; und
(2) Berechnen mindestens einer Fehlerquelle als: (a) Blindleistungsfehler (SiteQErr) teilweise basierend auf Q_FBK und P_FBK; (b) einen verstärkungsmultiplizierten Spannungsschwellenfehler der teilweise auf V_FBK, V_UL und V_LL basiert; (c) Spannungsfehler (SiteVErr), teilweise basierend auf V_FBK und Vref; (d) einen verstärkungsmultiplizierten Blindleistungsschwellenfehler der teilweise auf Q_FBK, Q_UL und Q_LL basiert;
(3) Auswahl der Fehlerquelle, die teilweise basierend auf der Wahl zwischen einem Leistungsfaktorregelmodus und einem Spannungsregelmodus berechnet wird;
(4) Eingabe des Fehlers in einen Integrator, der ein Fehlerintegral (Q_INT) zur Verfügung stellt;
(5) Berechnung einer Feed-Forward-Laufzeit (Q_COMP), teils basierend auf PF_REF und P_FBK; und
(6) Addieren von Q_INT mit Q_COMP, um einen anlagenweiten Blindleistungsbefehl (Q_COM) zu erhalten. Solche Systeme können dazu konfiguriert werden, dass der Blindleistungsregler betriebsmäßig konfiguriert ist, um den anlageweiten Blindleistungsbefehl (Q_COM) an einen oder mehrere in der Anlage aktivierte Wechselrichter zu verteilen. Von solchen Systemen bereitgestellte Daten können Leistungsrückkopplungen (Inv.P_FBK) von Wechselrichtern umfassen und der Blindleistungsregler kann betriebsmäßig konfiguriert sein, um Q_COM an einzelne Wechselrichter basierend auf den Leistungsrückkopplungen (Inv.P_FBK) zu verteilen, indem ein Wechselrichterblindleistungsbefehl (Inv[x].QCom[k]) erzeugt wird.

In Ausführungsformen der Erfindung ist auch ein computerlesbares Medium mit Anweisungen enthalten, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, bewirken, dass ein Computer:

(1) Daten einer erneuerbare Energie nutzenden Anlage liefert, die eines oder mehrere der folgenden Dinge sind: (a) Blindleistungsrückkopplung (Q_FBK); (b) Blindleistungsober-(Q_UL) und -untergrenzen (Q_LL); (c) eine Spannungsreferenz (SiteVRef); (d) Spannungsrückkopplung (V_FBK); (e) Spannungsober-(V_UL) und -untergrenzen (V_LL); (f) einem Bezugsleistungsfaktor (PF_REF); und (g) einer Leistungsrückkopplung P_FBK; und
(2) Berechnen mindestens einer Fehlerquelle als: (a) Blindleistungsfehler (SiteQErr) teilweise basierend auf Q_FBK und P_FBK; (b) einen verstärkungsmultiplizierten Spannungsschwellenfehler der teilweise auf V_FBK, V_UL und V_LL basiert; (c) Spannungsfehler (SiteVErr), teilweise basierend auf V_FBK und Vref; (d) einen verstärkungsmultiplizierten Blindleistungsschwellenfehler der teilweise auf Q_FBK, Q_UL und Q_LL basiert;
(3) Auswahl der Fehlerquelle, die teilweise basierend auf der Wahl zwischen einem Leistungsfaktorregelmodus und einem Spannungsregelmodus berechnet wird;
(4) Eingabe des Fehlers in einen Integrator, der ein Fehlerintegral (Q_INT) zur Verfügung stellt;
(5) Berechnung einer Feed-Forward-Laufzeit (Q_COMP), teilweise basierend auf PF_REF und P_FBK; und
(6) Addieren von Q_INT mit Q_COMP, um einen anlagenweiten Blindleistungsbefehl (Q_COM) zu erhalten. Solche computerlesbaren Medien können Anweisungen enthalten, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, bewirken, dass ein Computer Q_COM an einen oder mehrere einzelne, der in der Anlage aktivierten Wechselrichter verteilt. Darüber hinaus kann das computerlesbare Medium so konfiguriert werden, dass es Daten der Leistungsrückkopplung der Wechselrichter umfasst (Inv.P_FBK) und Anweisungen bereitstellen kann, die einen Computer dazu veranlassen Q_COM an einzelne Wechselrichter auf Grundlage der Leistungsrückkopplung (Inv.P_FBK) der Wechselrichter zu verteilen, indem ein Wechselrichterblindleistungsbefehl (Inv[x].QCom[k]) erzeugt wird.

Auf Einzelheiten von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nun in Blockdiagrammen verwiesen, die die erfindungsgemäßen Prozesse und Anlagenspannungsfehler der Verfahren, Systeme, Regelvorrichtungen und/oder Computerprogrammprodukte veranschaulichen. Es kann jedoch zu Variationen in der Reihenfolge dieser Operationen, Weglassen einzelner oder mehrerer Operationen oder Substitution oder Addition einzelner oder mehrerer neuer Operationen kommen, die bei Betrachtung durch den Fachkundigen in den Umfang der Erfindung fallen.
Kompensation/Regelung der Anlagenblindleistung
4 gibt einen Überblick über eine Ausführungsform der Kompensation/Regelung der Anlagenblindleistung 250 und die Grundzusammenhänge ihrer Berechnungen und Anlagenspannungsfehler, die zur Erzeugung des Gesamtblindleistungsbefehls Q_COM der Anlage führen.
In diesem Ausführungsbeispiel errechnet die Blindleistungskompensationsberechnung (Feed-Forward-Laufzeit) 300 eine Bezugsblindleistungsverstärkung (SiteQrefGain) 309 und einen Kompensationsfehler zur Blindleistungsvorsteuerung (Q_COMP) 331. Die beiden Hauptfehlerquellen, der Anlageblindleistungsfehler (SiteQErr) 431 und der Anlagenspannungsfehler (SiteVErr) 685 werden durch die Blindleistungsfehlerberechnung 400, die die Blindleistungsbezugsverstärkung der Anlage (SiteQRefGain) 309 als Eingabe verwendet und die Spannungsfehlerberechnung 600 entsprechend berechnet. Anlagenblindleistungsfehler (SiteQErr) 431 und Anlagenspannungsfehler (SiteVErr) 685 werden in eine Übergangsoperation im Schwellwertmodus 800 eingegeben. Eine Spannungsschwellenfehleroperation 500 kann verwendet werden, um festzustellen 541, ob der Schwellwertmodus für den Blindleistungsfehler gilt, wobei in diesem Fall ein skalierter Spannungsschwellenfehler geliefert 585 wird, so dass Spannungsschwellwerte der Anlage nicht überschritten werden. Ähnlich kann ein Blindleistungsschwellenfehlerablauf 700 verwendet werden, um festzustellen 741, ob der Schwellwertmodus für den Spannungsfehler gilt, wobei in diesem Fall ein skalierter Blindleistungsschwellenfehler geliefert 785 wird, so dass die Leistungsfaktorschwellwerte der Anlage nicht überschritten werden.
Ein reaktiver Regelmodusübergangsablauf 900 bestimmt, ob sich die Steuerung im Leistungsfaktorregelmodus oder im Spannungsregelmodus befindet. Im Leistungsfaktorregelmodus, ist die Quelle des Fehlers ERR 995 der Blindleistungsfehler (Q_ERR) 895, während im Spannungsmodus die Quelle des Fehlers ERR 995 der Spannungsfehler (V_ERR) 885 ist. Der ERR 995 wird in eine Blindleistungsfehlerintegralberechnung 1000 eingegeben, die den erhöhten Fehler 1015, 1085 in ein Integral-Anti-Windup 1100 eingibt, das entscheidet 1195, ob die Integration fortgesetzt oder gestoppt wird. Die Fehlerintegrallaufzeit (Q_INT) 1085 wird dann zum Feed-Forward-Kompensationsbefehl (Q_COMP) 331 addiert 1210; die Summe dieser zwei Komponenten ist der Blindleistungsbefehl (Q_COMP) 1295.
Blindleistungsverteilung des Wechselrichters
Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, werden der anlagenweite Blindleistungsbefehl Q_COM 1295 und Wechselrichterleistungsrückkopplungen, Inv.P_FBK, von einer Blindleistungsverteilfunktion der Anlage verarbeitet, die einzelne Blindleistungsbefehle für jeden Wechselrichter hervorbringt, Inv.QCom[k].
Berechnung des Integratorfehlers, ERR
In Ausführungsformen ist der PFmode für den Leistungsfaktorregelmodus auf 1 und die Fehlerlaufzeit, ERR 995, die den Fehlerintegralrechner 1000 speist, wird normalerweise vom skalierten Blindleistungsfehler, SiteQErr 431 geliefert. Wenn allerdings die Spannungsrückkopplung der Anlage, V_FBK die obere Spannungsschwelle, V_UL oder die untere Spannungsschwelle, V_LL (d. h. Spannungsschwellmodus) überschreitet, wird ERR durch das Produkt 585 aus dem Spannungsschwellwert und der Spannungsfehlerverstärkung, K_IV geliefert.
Für die Spannungsregelung ist der PFmode 0 und ERR wird normalerweise durch den skalierten Anlagenspannungsfehler, SiteVErr 685 geliefert. Wenn jedoch die Anlagenblindleistungsrückkopplung Q_FBK, Blindleistungsobergrenze, Q_UL oder die Blindleistungsuntergrenze, Q_LL (Blindleistungsschwellenmodus) überschreitet, dann wird ERR durch das Produkt 785 aus dem Blindleistungsschwellenfehler und einer Verstärkung, K_IQ geliefert.
Die folgende Offenbarung beschreibt die Prozesse und Abläufe für jede der Funktionen des Anlagenblindleistungsreglers 250 und Wechselrichterblindleistungsverteilung 2000 im Detail.
Berechnung der Feed-Forward-Laufzeit (Q_COMP) 300
5 zeigt Ausführungsformen der Blindleistungskompensationsberechnung (Feed-Forward-Laufzeit) 300 und der Blindleistungsfehlerberechnung 400. Die Blindleistungskompensation-Feed-Forward-Laufzeit (Q_COMP) 331, ist eine lineare Funktion der Wirkleistungsrückkopplung der Anlage (P_FBK). Die Feed-Forward-Laufzeit (Q_COMP) 331 wird durch Addition 326 eines Blindleistungsausgleichs, LRPCoffset 325 zum Produkt 323 einer Blindleistungsverstärkung 317 multipliziert 320 mit der Leistungsrückkopplung (P_FBK) 319 errechnet. Die Blindleistungsverstärkung 317 ist die Summe 314 aus einer Konstanten, LRPCgain 311 und einer Anlagen-Bezugsblindleistung, SiteQrefGain 309, die wie nachfolgend aus dem Bezugsleistungsfaktor (PF_REF) 303 berechnet 306 wird:
Die Werte LRPCoffset 325 und LRPCgain 311 werden durch den Anlagenbetreiber eingestellt. Diese stehen mit der statischen Blindleistungslast der Anlage und der Netzimpedanz zwischen Wechselrichtern bzw. dem Verbrauchszähler der Anlage in Verbindung. PF_REF ist der vom Betreiber festgelegte Bezugsleistungsfaktor. Das Abstimmen dieser Parameter stellt einen Kompensationsbefehl im offenen Regelkreis bereit, der entweder Blindleistungskompensation oder Spannungsflickerkompensation ohne Rückkopplung bietet. Gut abgestimmte LRPC-Verstärkungen führen zu geringeren Blindleistungsfehlern, verringerter Abhängigkeit von dem im geschlossenen Regelkreis arbeitenden Fehlerintegrator, wodurch der Einfluss der Regelkreisverzögerung reduziert wird. Der Integrator führt jeden stationären Fehler auf Null.
Blindleistungsfehlerberechnung 400
In einer Ausführungsform wird der Blindleistungsfehler (SiteQErr) 431 durch Multiplikation 406 der Leistungsrückkopplung (P_FBK) 319 mit der Anlagenbezugsblindleistung (SiteQrefGain) 309, Subtraktion 416 der Blindleistungsrückkopplung (Q_FBK) 411 vom Produkt 409 und schließlich die Multiplikation 426 der Differenz 419 mit einer Verstärkung K_IQ 421 berechnet, um den Anlagenblindleistungsfehler (SiteQErr) 431 zu erlangen. Die folgende Gleichung fasst diese Berechnung zusammen: SiteQErr = (SiteQrefGain[k]·P_fb – Q_fb)K_IQ
Spannungsschwellenfehlerberechnung 500
6 zeigt Ausführungsformen der Spannungsschwellenfehlerberechnung 500, der Spannungsfehlerberechnung 600 und der Blindleistungsschwellenfehlerberechnung 700. Gezeigt wird in 6, dass wenn die Anlagenspannungsrückkopplung (V_FBK) 511 den oberen Spannungsschwellenwert, V_UL 517 überschreitet oder den unteren Spannungsschwellenwert, V_LL 521 unterschreitet, wird der Fehler (ERR) durch das Produkt 585 aus dem Spannungsschwellenfehler 563 multipliziert 580 mit und der Spannungsfehlerverstärkung, K_IV 571, geliefert. Der Spannungsschwellenfehler 563 wird errechnet, indem V_FBK 511 von der durch den Schwellenwert begrenzten Spannungsrückkopplung 535 subtrahiert 550 wird.
Spannungsfehlerberechnung 600
Wie in der Ausführungsform gezeigt wird, die in 6 abgebildet ist, wird der Anlagenspannungsfehler (SiteVErr) 685 durch Subtraktion 642 der Anlagenspannungsrückkopplung (V_FBK) 511 von der Anlagenbezugsspannung (SiteVRef) 633 und dann die Multiplikation 680 der Differenz 651 mit einer Verstärkung K_IV 571 berechnet, um den Anlagenspannungsfehler (SiteVErr) 685 zu erlangen. Die folgende Gleichung fasst diese Berechnung zusammen: SiteVErr = (SiteVRef – V_fbk)K_IV
Blindleistungsschwellenfehlerberechnung 700
Wie in der Ausführungsform gezeigt wird, die in 6 abgebildet ist, wird der Blindleistungsschwellenwert wie folgt berechnet. Wenn die Anlagenblindleistungsrückkopplung (Q_FBK) 411, den oberen Blindleistungsschwellenwert, Q_UL 719 überschreitet oder den unteren Blindleistungsschwellenwert, Q_LL 727 unterschreitet, wird ERR durch das Produkt 785 aus dem Blindleistungsschwellenfehler 769, multipliziert 780 mit der Blindleistungsfehlerverstärkung, K_IQ 421 geliefert. Der Blindleistungsschwellenfehler 769 wird als Q_FBK 411 berechnet, von der durch den Schwellenwert begrenzten Blindleistungsrückkopplung 747 subtrahiert 762.
Schwellenwertmodusübergangsablauf 800
Wie in der Ausführungsform gezeigt wird, die in 6 abgebildet ist, werden zwei lineare Schaltblöcke für den Übergang in und aus dem Schwellensteuermodus verwendet, wobei ein Schaltblock 820 für den Übergang in und aus dem Spannungsschwellenfehlermodus und der andere Schaltblock 840 für den Übergang in und aus dem Blindleistungsschwellenfehlermodus verwendet wird. Wenn beispielsweise V_FBK 511 innerhalb der oberen V_UL 517 und unteren V_LL 521 Schwellenwerte bleibt, befiehlt 541 der Begrenzerblock 530 dem Spannungsschwellenfehlerschaltblock 820 den Eingangsschwellenwert auf 0 zu setzen, so dass die Quelle des Blindleistungsfehlers Q_ERR 895 der Anlagenblindleistungsfehler (SiteQErr) 431 ist; ansonsten ist die Quelle das Produkt 585 aus Spannungsschwellenfehler 563 multipliziert 580 mit K_IV 571. Ähnlicherweise wird der Begrenzerblock 736 dann, wenn die Blindleistungsrückkopplung (Q_FBK) 411 innerhalb der oberen Q_UL 719 und unteren Q_LL 727 Grenzen bleibt, dem Blindleistungsschwellenfehlerschaltblock 840 befehlen 741, den Eingangsschwellenwert auf 0 zu setzen, so dass die Quelle des Spannungsfehlers (V_ERR) 885 der Anlagenspannungsfehler (SiteVErr) 685 ist; ansonsten ist die Quelle das Produkt 785 der Blindleistungsschwellenfehler 769 multipliziert 780 mit K_IQ 421.
Reaktiver Regelmodusübergangsablauf 900
Wie in 7 gezeigt, wird ein ähnlicher Schaltblock 970 verwendet, um den Übergang zwischen den Leistungsfaktor-/Spannungsregelmodi (PFmode) 929 zu nehmen, wobei der Fehler (ERR) 995, der die Fehlerintegralberechnung 1000 speist, durch den Blindleistungsfehler (Q_ERR) geliefert wird, wenn der PFmode 929 1 ist (d. h. im Leistungsfaktorregelmodus) oder anderenfalls wird ERR 995 durch den Spannungsfehler (V_ERR) 885 geliefert, wenn der PFmode 929 0 ist (d. h. im Spannungsregelmodus). In Ausführungsformen wird der Modus vom Bediener ausgewählt.
Arbeitsweise des Schaltblocks
Die Schaltblöcke 820, 840, 970 senden ein Signal, das problemlos von einem Eingang zum anderen übergeht durch Erhöhen bei einer konstanten Anstiegsrate einer Variable, switch, um den Parameter QSlewInc 855, während der Schwellenwert oder PF Mode Eingang 1 ist und Verringern von switch um QSlewInc während der Schwellenwert oder PF Mode-Eingang 0 ist. Die Ausgabe des Schaltblocks ergibt sich dadurch, dass: out = in1·switch + in0·(1 – switch) wobei switch auf zwischen 0 und 1 beschränkt ist.
Diese Schaltblöcke sind der Schlüssel um einen problemlosen, stabilen Übergang zwischen den Betriebsarten bereitzustellen. Ohne sie treten während der Zustandsübergänge oft große Schwingungen auf. Das Schalten zwischen Fehlerquellen anstatt des Hinzufügens von Fehlerquellen (wie in der Literatur aufgeführt) beseitigt auch die Notwendigkeit einer Fehlerschwellenintegration, die die Regelungsstabilität durch zusätzliche Phasenverzögerung verringert.
Blindleistungsfehlerintegralberechnung 1000 und Integral-Anti-Windup 1100
Das Fehlerintegral Q_INT erhöht gemäß einem Fehler, ERR 995, der mit dem gegenwärtigen Betriebsmodus korrespondiert. Integrator Anti-Windup-Logik verbessert das Einschwingverhalten bei Anlagensättigung. Anti-Windup erfolgt, indem eine Integration erlaubt wird, wenn mindestens eine der folgenden zwei Bedingungen wahr ist:

1. Der absolute Wert des neu berechneten Integrationswerts ist kleiner als der vorherige.
2. Für mindestens einen Wechselrichter wird angenommen, dass er in der Lage ist, mehr Blindleistung zu erzeugen, d. h., dass NumQFree größer als Null ist.

Die zweite Bedingung entscheidet sich auf Ebene der Wechselrichterregelung durch Erhöhen eines Zählers, NumQFree, um eins für jeden Wechselrichter mit einer Blindleistung, die unwesentlich geringer als der ihm zugeführte Blindleistungsbefehl ausfällt (dargestellt in 8). Wenn NumQFree gleich Null ist, damit anzeigt, dass kein Wechselrichter weitere Blindleistung erzeugen kann, wird der absolute Wert des Integrators nicht erhöht. In diesem Zusammenhang und nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, kann der Ausdruck „unwesentlich geringer” eine Differenz von bis zu 2%, 5%, 8%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% oder 50% bedeuten.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Fehlerintegralberechnung 1000 mit Integral Anti-Windup 1100 im Detail. Wie in 7 gezeigt, summiert 1010 sich ERR 995 in beiden Situationen (wie vom OR Operator angegeben, 1162): Situation 1141, wenn die Anzahl der freien Wechselrichter (NumQFree) 1137 größer als 1138 Null 1133 ist oder Situation 1145, wenn bei der Umwandlung 1108 und 1122 die summierten Fehler 1085 und 1015 in absolute Werte, A 1125 und B 1115, A geringer als B 1132 ausfällt. Wenn eine dieser Bedingungen vorliegt 1195, wird der Schaltblock 1040 für die Fortsetzung oder die Unterbrechung des Integrators angewiesen, auf 1 zu wechseln, so dass der summierte Fehler e_sum_Q 1085 erzeugt werden kann. Wenn nicht, wird der Integrator angehalten, so dass der Schaltblock 1040 angewiesen wird, auf Null zu schalten.
Wechselrichterblindleistungsverteilung 2000
8 zeigt eine Ausführungsform der Wechselrichterblindleistungsbefehlsverteilung 2100. Wie in 8 abgebildet, erzeugt die Anlagenblindleistungsverteilfunktion 2120 individuelle Wechselrichterblindleistungsbefehle Inv.Q.Com[k] 2151, die an jeden Wechselrichter gesendet werden (z. B. Inv[1].QCom[k] 2153, Inv[x].QCom[k] 2155, Inv[n].QCom[k] 2157), basierend auf dem anlagenweiten Blindleistungsbefehl (Q_COM) 1295 und der Wechselrichterleistungsrückkopplung (Inv.P_FBK) 2105. Beispielsweise kann eine maximale Blindleistung, QComMax, für jeden Wechselrichter auf Basis der Wechselrichterleistungsrückkopplung, Inv[x].Pfbk, dem Anlagenblindleistungsbefehl, Qcom und der Anzahl aktivierter Wechselrichter, NumInvEn berechnet werden. Der Blindleistungsbefehl, Inv[x].QCom [k], kann dann auf den minimalen QComMax und die restliche Anlagenblindleistung eingestellt werden. Die verbleibende Anlagenblindleistung wird zu Beginn jedes Regelzyklus auf den Anlagenblindleistungsbefehl Qcom initialisiert und um jeden Wechselrichterbefehl verringert, sobald er berechnet wird. Auf diese Weise wird der Anlagengesamtleistungsbefehl zwischen den Wechselrichtern erteilt, wobei nicht notwendigerweise eine gleichmäßige Verteilung erfolgt. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung lautet eine Grundgleichung zur Berechnung der maximalen Blindleistung: QcomMax = f(Inv[x].Pfbk, Qcom, NumInvEn) Inv[x].QCom[k] = min(QcomMax, Qcom_rem) Qcom_rem = Qcom_rem – Inv[x].Qcom[k]
Wie in der Ausführungsform gezeigt wird, die in 8 abgebildet ist, enthält die Wechselrichterblindleistungsverteilerebene 2000 eine Funktion 2200, die einen Zähler, NumQFree 1137 um eins für jeden Wechselrichter erhöht 2240, wenn die folgende Bedingung vorliegt: Blindleistungsabgabe (Inv[x].Q_FBK) 2211 liegt nicht wesentlich unterhalb des ihr zugeführten Blindleistungsbefehls (Inv[x].QCom[k]) 2155. Wenn der Blindleistungsbefehl (Inv[x].QCom[k]) 2155 höher liegt, als 2230 der Blindleistungsausgang (Inv[x].Q_FBK) 2211, wird der Zähler nicht erhöht 2235.
Kompensation der Regelkreisverzögerung
Eine Komponente von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein einfaches Verfahren zur Korrektur von Problemen beinhalten, die durch Regelkreisverzögerung verursacht werden. Verzögerung stellt eine große Herausforderung für jeden Regelkreis dar und macht bei dieser Anwendung keine Ausnahme. In der Praxis kommt es zu einer Verzögerung von einigen Sekunden zwischen der Blindleistungsbefehlsausgabe des Anlagenreglers bis zur Blindleistungsrückkopplung des Wechselrichters. Es ist wünschenswert, diese Verzögerung in Ausführungsformen zu kompensieren.
In Ausführungsformen kann die Kompensation der Regelkreisverzögerung durch folgende Verfahren implementiert werden:

1. Vergleich des aktuellen Blindleistungsrückkopplungssignals des Wechselrichters mit der entsprechenden Bezugsblindleistung, die Sekunden vorher in der Regelkreisverzögerung erzeugt wurde, um festzustellen, ob ein Wechselrichter gesättigt ist.
2. Ersetzen der aktuellen Bezugsblindleistungszunahme der Anlage, die verwendet wird, um Blindleistungsfehler der Anlage zu erzeugen, mit der Bezugsblindleistungszunahme die Sekunden vorher in der Regelkreisverzögerung erzeugt wurde.

In einem in 5 veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird die Anlagenbezugsblindleistung (SiteQRefGain[k]) 309, die dem Anlagenblindleistungsregler die Fehlerlaufzeit zuführt, durch SiteQRefGain [k-LoopDelay/Ts] oder einfach SiteQRefGain [k-LoopDelay] (SiteQRefGain[k-D]) 343 ersetzt 340, da der Regelzeitraum, Ts, in dieser Anwendung 1 Sekunde beträgt. Dies verhindert unnötigen Windup in Situationen, in denen die Anlagenblindleistung nicht gesättigt ist und so keines Integrier-Windup bedarf, da die Wechselrichter ihre Befehle mit hoher Präzision verfolgen. Dies ist ein Beispiel für das oben genannte Verfahren 2.
In einer weiteren, in 8 gezeigten Ausführungsform wird der Blindleistungsbefehl (Inv[x].QCom[k]) 2155, der in den logischen Block 2230 mit Wechselrichterrückkopplungsblindleistung (Inv[x].Qfbk) 2211 eintritt, um eine Erhöhung des NumQFree 1137 zu erzeugen, durch Inv[x].QCom[k-LoopDelay] (Inv[x].QCom[k-D) 2225 ersetzt 2220. Diese Änderung führt zu einem stabilerem und zuverlässigerem Anti-Windup der Blindleistung auf Anlagenebene. Dies ist ein Beispiel für das oben genannte Verfahren 1.
In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung können Anlagenblindleistungskompensation/-regelung 250 und Wechselrichterblindleistungsverteiler 2000 eine beliebige Anzahl von Software-Anwendungen umfassen, die ausgeführt werden, um irgendwelche Prozesse, Berechnungen und Vorgänge zu erleichtern.
Es versteht sich, dass die verschiedenen Berechnungen, Prozesse und Vorgänge der vorliegend beschriebenen und/oder dargestellten Anlagenblindleistungskompensation/-regelung 250 und der Wechselrichterblindleistungsverteilung 2000 von einer Gruppe von durch Computer ausführbaren Anweisungen durchgeführt werden kann, die in Routinen, Subroutinen, Vorgängen, Gegenständen, Verfahren, Funktionen oder einer anderen Organisation der durch Computer ausführbaren Anweisungen organisiert werden kann, die einem Fachmann im Lichte der vorlegenden Offenbarung bekannt sind oder werden, wobei die durch Computer ausführbaren Befehle dazu konfiguriert sind, einen Computer oder eine andere Datenverarbeitungsvorrichtung anzuweisen, einen oder mehrere der genannten Prozesse und Abläufe durchzuführen.
Ausführungsformen der Erfindung umfassen auch ein computerlesbares Medium, das eine oder mehrere Computer-Dateien umfasst, die eine Anzahl durch Computer ausführbarer Anweisungen zum Ausführen einer oder mehrere der vorliegend beschrieben und/oder dargestellten Berechnungen, Prozesse und Abläufe umfasst. In beispielhaften Ausführungsformen können die Dateien zusammenhängend oder unzusammenhängend auf dem computerlesbaren Medium gespeichert werden. Ausführungsformen können ein Computer-Programmprodukt mit den Computer-Dateien umfassen, entweder in Form des computerlesbaren Mediums, das die Computer-Dateien umfasst und gegebenenfalls einem Verbraucher durch Verpackung oder alternativ einem Verbraucher durch elektronischen Vertrieb zur Verfügung gestellt werden. Wie im Zusammenhang mit dieser Beschreibung verwendet, kann ein „computerlesbares Medium” eine beliebige Art von Computerspeicher, wie Disketten, herkömmliche Festplatten, CD-ROM, Flash-ROM, nichtflüchtige ROM, elektrisch löschbare programmierbare Nur-Lese-Speicher (EEPROM) und RAM sein.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung können Dateien, von denen die Anzahl der von einem Computer ausführbaren Anweisungen umfasst ist, in computerlesbarem Speicher auf einem einzigen Computer gespeichert oder über mehrere Computer verteilt sein. Ein Fachmann wird im Lichte der vorliegenden Offenbarung ferner erkennen, wie die Erfindung, zusätzlich zur Software, mittels Hardware oder Firmware realisiert werden kann. Wie zum Beispiel, wie hierin verwendet, können die Abläufe der Erfindung in einem System umfassend jegliche Kombination von Software, Hardware oder Firmware realisiert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen einen oder mehrere Computer oder Vorrichtungen, die eine Reihe der vorliegend beschriebenen durch Computer ausführbaren Befehle enthalten. Die Computer oder Vorrichtungen können ein Universalcomputer, ein Spezialcomputer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung sein, um eine bestimmte Maschine zu erzeugen, so dass einzelne oder mehrere Computer oder Vorrichtungen angewiesen und konfiguriert sind, um Berechnungen, Verfahren und Abläufe der Erfindung durchzuführen. Der Computer oder die Vorrichtung, die die spezifizierten Berechnungen, Verfahren und Abläufe durchführen, umfassen mindestens ein Verarbeitungselement wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (d. h. Prozessor) und eine Form von computerlesbarem Speicher, der Direktzugriffsspeicher (RAM) oder Nur-Lese-Speicher (ROM) beinhalten kann. Die durch Computer ausführbaren Befehle können in Computer-Hardware eingebettet oder in dem computerlesbaren Speicher gespeichert werden, so dass der Computer oder die Vorrichtung angewiesen werden kann, einen oder mehrere der Prozesse und Abläufe auszuführen, die in den Blockdiagrammen dargestellt und/oder vorliegend beschrieben sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet einen einzelnen Computer oder eine Vorrichtung, der/die in einer erneuerbare Energie nutzenden Anlage konfiguriert sein kann, um als einzelner Hauptanlagenregler (d. h. als Blindleistungsregelvorrichtung) zu dienen. Der Hauptanlagenregler kann wenigstens einen Prozessor, eine Form eines computerlesbaren Speichers umfassen; und eine Reihe von durch Computer ausführbarer Anweisungen zum Durchführen einer oder mehrerer der vorliegend beschriebenen und/oder dargestellten Berechnungen, Verfahren und Abläufe.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ein System zur Blindleistungsregelung, so konfiguriert um den Hauptanlagenregler zu beinhalten, so dass es Rückmeldungen der Wechselrichter und des Verbrauchszählers der Anlage empfangt und die Blindleistungsbefehle über ein Netzwerk, wie in 1 gezeigt, an einen oder mehrere Wechselrichter der erneuerbare Energien nutzenden Anlage sendet. Zum Beispiel zeigt 9 eine Ausführungsform eines erneuerbare Energie nutzenden Anlagensystems 2400 gemäß der Erfindung umfassend einer Vielzahl von Solarstationen 2410, umfassend mindestens zwei Wechselrichter 2420. Die Solarstationen 2410 des Systems 2400 können unter Verwendung von Ethernet-Verbindungen miteinander verbunden werden, wobei Daten zwischen Stationen über ein Modbus-TCP-Protokoll 2430 übertragen werden. Befehle und Rückmeldungen können zu und von den Wechselrichtern über eine Netzwerkschnittstelle, wie einem Ethernet-Switch 2440 gesendet werden. Jedoch kann jedes geeignete Netzwerkprotokoll, einschließlich IP, UDP oder ICMP, sowie jedes geeignete kabelgebundene oder Wireless-Netzwerk wie etwa beinhaltend jegliches lokales Netzwerk, Internetnetzwerk, Telekommunikationsnetzwerk, Wi-Fi-fähiges Netzwerk oder Bluetooth-fähiges Netzwerk verwendet werden. Der Hauptanlagenregler 2450 kann an einer Solarstation 2410 konfiguriert sein, so dass er die Wechselrichter 2420 steuert sowie Eingangssignale von den Wechselrichtern 2420 und dem Anlagenzähler empfängt. Der Hauptanlagenregler 2450 kann ermöglichen, dass ein Betreiber die Leistung an der erneuerbare Energie nutzenden Anlage durch eine Bedienerschnittstelle regelt, die eine grafische Benutzerschnittstelle (GUI) sein kann, die am eigentlichen Hauptanlagenregler vorhanden sein kann oder als HTTP-Webseite 2460 gezeigt werden kann, auf die der Bediener von einem entfernt arbeitenden Allzweckcomputer mit einem Prozessor, einem computerlesbaren Speicher und Standard-I/O-Schnittstellen wie beispielsweise einem Universal Serial Bus(USB)-Port und einem seriellen Port, einem Plattenlaufwerk, einem CD-ROM-Laufwerk zugreifen kann, sowie ein oder mehrere Benutzerschnittstellengeräte beinhaltend ein Display, Tastatur, Tastenfeld, Maus, Systemsteuerung, Touchscreen-Display, Mikrofon, usw. um mit dem Hauptanlagenregler über die GUI zu interagieren. Der Hauptanlagenregler 2450 kann dazu verwendet werden, die Blindleistung einer erneuerbare Energie nutzenden, mit einem oder mehreren Wechselrichtern versehenen Anlage zu steuern, die an das öffentliche Stromnetz angeschlossen ist, einschließlich aber nicht beschränkt durch Solar-(Photovoltaik), Wind- und Gezeitenenergieanlagen.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen mit verschiedenen Merkmalen beschrieben. Im Lichte der obigen Offenbarung wird es für den Fachkundigen offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen in der Praxis der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang oder Geist der Erfindung abzuweichen. Ein Fachkundiger wird erkennen, dass die offenbarten Merkmale einzeln, in jeder Kombination verwendet oder basierend auf den Anforderungen und Spezifikationen der jeweiligen Anwendung oder Ausgestaltung weggelassen werden können. Andere Ausführungsformen der Erfindung werden dem Fachkundigen deutlich, wenn er die Beschreibung und Anwendung der Erfindung erwägt.
Es ist insbesondere zu beachten, dass wenn in dieser Beschreibung ein Bereich von Werten bereit gestellt wird, jeder Wert zwischen den oberen und unteren Grenzen dieses Bereichs ebenfalls konkret offenbart wird. Die oberen und unteren Grenzen dieser kleineren Bereiche können unabhängig voneinander in dem Bereich ein- oder ausgeschlossen werden. Die Singularformen „ein”, „eine/r/n/m” und „der/die/das” beinhalten den Plural, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes vorgibt. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und Beispiele nur als beispielhaft zu betrachten sind und dass Variationen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, in den Schutzumfang der Erfindung fallen. Ferner werden alle in dieser Offenbarung zitierten Verweise, einschließlich z. B. alle US-Patente und alle in den USA veröffentlichten Patentanmeldungen, jeweils einzeln durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit einbezogen und sollen damit schlechthin eine effiziente Möglichkeit bieten, um die befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung zu ergänzen, sowie Hintergrundangaben zum derzeitigen Stand der Technik zu liefern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7923862 [0007]
US 7890217 [0007]
US 6512966 [0007]

Claims

Verfahren zur Blindleistungsregelung für eine erneuerbare Energie nutzende Anlage umfassend einen oder mehrere Wechselrichter, wobei das Verfahren umfasst: (a) Bestimmen eines anlagenweiten Blindleistungsbefehls, umfasst von einer Summe aus einer Blindleistungs-Feed-Forward- oder Kompensationslaufzeit und einer Integratorlaufzeit; und (b) Verteilung des anlagenweiten Blindleistungsbefehls unter Wechselrichtern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Feed-Forward-Laufzeit eine lineare Funktion der Anlagenwirkleistungsrückkopplung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung des anlagenweiten Blindleistungsbefehls auf einer Leistungsfaktorregelung beruht, die der Spannungsschwellenregelung unterliegt oder auf einer Spannungsregelung beruht, die der Leistungsfaktorschwellenregelung unterliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung des anlagenweiten Blindleistungsbefehls mit der Wahl zwischen einem Leistungsfaktorregelmodus und einem Spannungsregelmodus einhergeht und mit einem linearen Schaltblock mit fester Übergangszeit für den Übergang zwischen Leistungsfaktorregelung und Spannungsarten ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, darüber hinaus umfassend ein Integrator-Anti-Windup, das entweder auf einer Obergrenze, die mindestens teilweise aus der maximalen Rückkopplungsleistung berechnet wird oder auf abschlussaktivierter Logik, basierend auf einer Anzahl gesättigter Wechselrichter, basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bereitstellung einer Regelkreisverzögerungskompensation durch: Vergleich eines aktuellen Blindleistungsrückkopplungssignals des Wechselrichters mit der entsprechenden Bezugsblindleistung, die Sekunden vorher in der Regelkreisverzögerung erzeugt wurde, um festzustellen, ob ein Wechselrichter gesättigt ist, und Ersetzen der aktuellen Bezugsblindleistungszunahme der Anlage, die verwendet wird, um Blindleistungsfehler der Anlage zu erzeugen, mit der Bezugsblindleistungszunahme, die Sekunden vorher in der Regelkreisverzögerung erzeugt wurde.
Verfahren zur Blindleistungsregelung für eine erneuerbare Energie nutzende Anlage umfassend einen oder mehrere Wechselrichter, wobei das Verfahren umfasst: (1) Bereitstellung von Daten einer erneuerbare Energie nutzenden Anlage, ausgewählt aus einem oder mehreren von: (a) Blindleistungsrückkopplung (Q_FBK); (b) Blindleistungsober-(Q_UL) und -untergrenzen (Q_LL); (c) eine Spannungsreferenz (SiteVRef); (d) Spannungsrückkopplung (V_FBK); (e) Spannungsober-(V_UL) und -untergrenzen (V_LL); (f) einem Bezugsleistungsfaktor (P_REF); und (g) einer Leistungsrückkopplung P_FBK; und (2) Berechnen mindestens einer Fehlerquelle als: (a) Blindleistungsfehler (SiteQErr) teilweise beruhend auf Q_FBK und P_FBK; (b) einen verstärkungsmultiplizierten Spannungsschwellenfehler der teilweise auf V_FBK, V_UL und V_LL basiert; (c) Spannungsfehler (SiteVErr), teilweise basierend auf V_FBK und Vref; (d) einen verstärkungsmultiplizierten Blindleistungsschwellenfehler der teilweise auf Q_FBK, Q_UL und Q_LL basiert; (3) Auswahl der Fehlerquelle, die teilweise basierend auf der Wahl zwischen einem Leistungsfaktorregelmodus und einem Spannungsregelmodus berechnet wird; (4) Eingabe des Fehlers in einen Integrator, der ein Fehlerintegral (Q_INT) zur Verfügung stellt; (5) Berechnung einer Feed-Forward-Laufzeit (Q_COMP), teilweise basierend auf PF_REF und P_FBK; (6) Addieren von Q_INT mit Q_COMP, um einen anlagenweiten Blindleistungsbefehl (Q_COM) zu erhalten; (7) und Verteilung von Q_COM unter einem oder mehreren einzelnen Wechselrichtern.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei Q_COMP eine lineare Funktion der Wirkleistungsrückkopplung der Anlage (P_FBK) ist und durch Addieren eines Blindleistungsausgleichs (LRPCoffset) zum Produkt einer Blindleistungsverstärkung multipliziert mit der Leistungsrückkopplung (P_FBK) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Daten Wechselrichterleistungsrückkopplungen (Inv.P_FBK) umfassen und wobei die Verteilung von Q_COM auf die einzelnen Wechselrichter auf den Leistungsrückkopplungen der Wechselrichter (Inv.P_FBK) basiert, durch Erzeugung eines Wechselrichterblindleistungsbefehls (Inv[x].QCom[k]).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der SiteQErr berechnet wird: (a) Basierend auf einer Bezugsblindleistung (SiteQrefGain) auf Basis von:
(b) und basierend auf einer Verstärkung K_IQ basierend auf: SiteQErr = (SiteQrefGain[k]·P_fb – Q_fb)K_IQ
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der SiteVErr auf Basis einer Verstärkung K_IV berechnet wird, basierend auf: SiteVErr = (SiteVRef – V_fbk)K_IV
Verfahren nach Anspruch 7 umfassend Auswahl des Leistungsregelmodus des Leistungsfaktors und wobei, wenn Q_FBK innerhalb von Q_UL und Q_LL liegt, die Fehlerquelle als SiteVErr berechnet wird oder wenn darin Q_FBK Q_UL oder Q_LL übersteigt, die Fehlerquelle als mit der Verstärkung multiplizierter Blindleistungsschwellenfehler berechnet wird, der ein mit der Verstärkung K_IQ multiplizierter Blindleistungsschwellenfehler ist.
Verfahren nach Anspruch 7 umfassend Auswahl des Spannungsregelmodus und wobei, wenn V_FBK innerhalb V_UL und V_LL liegt, die Fehlerquelle als SiteQErr berechnet wird oder wenn darin V_FBK V_UL und V_LL übersteigt, die Fehlerquelle als mit der Verstärkung multiplizierter Spannungsschwellenfehler berechnet wird, der ein mit der Verstärkung K_IV multiplizierter Spannungsschwellenfehler ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Kompensation der Regelkreisverzögerung durch Vergleich eines aktuellen Wechselrichterblindleistungsrückkopplungssignals mit einer entsprechenden Bezugsblindleistung umgesetzt wird, die in der Regelkreisverzögerung Sekunden zuvor erzeugt wurde, um festzustellen, ob ein Wechselrichter gesättigt ist und Ersetzen der aktuellen Bezugsblindleistungszunahme der Anlage, die verwendet wird, um den Blindleistungsfehler der Anlage zu erzeugen, mit der Bezugsblindleistungszunahme, die Sekunden vorher in der Regelkreisverzögerung erzeugt wurde.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend die Durchführung der Regelkreisverzögerungskompensation, wobei dann, wenn (a) SiteQRefGain[k] durch eine Regelkreisverzögerungslaufzeit D ausgeglichen wird, so dass SiteQRefGain[k] durch SiteQRefGain[k-D] ersetzt wird, oder wobei (b) Inv[x].QCom[k] durch eine Regelkreisverzögerungslaufzeit D ausgeglichen wird, so dass Inv[x].QCom[k] durch Inv[x].QCom[k-D] ersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, umfassend ein Integrator-Anti-Windup, das entweder auf einer Obergrenze, die mindestens teilweise aus der maximalen Rückkopplungsleistung berechnet wird oder auf abschlussaktivierter Logik, basierend auf einer Anzahl gesättigter Wechselrichter basiert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Wahl zwischen einem Leistungsfaktorregelmodus und einem Spannungsregelmodus über einen linearen Schaltblock mit fester Übergangszeit für den Übergang zwischen der Leistungsfaktorregelung und Spannungsarten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der lineare Schaltblock betriebsmäßig so konfiguriert ist, dass der Übergang eines Fehler in und aus Schwellenarten bei gleichbleibender Anstiegsgeschwindigkeit durch Erhöhen einer Variable, switch, eines Parameters, QSlewInc erfolgt, während der Eingangsschwellenwert 1 ist und das Verringern von switch um QSlewInc, während der Eingangsschwellenwert 0 ist, so dass sich das Ausgangssignal des linearen Schaltblocks daraus ergibt, dass: out = in1·switch + in0·(1 – switch) wobei switch auf zwischen 0 und 1 beschränkt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Daten eine Blindleistungsabgabe (Inv[x].Q_FBK) beinhalteten und ein neuer Integratorwert (Q_ERR) berechnet wird und sich ein Zähler (NumQFree) um eins erhöht, für jeden Wechselrichter dessen Inv[x].Q_FBK im Wesentlichen gleich Inv[x].QCom[k] ist, so dass Q_ERR weiter hochgezählt wird, wenn ein Absolutwert des neuen Integratorwerts kleiner als ein vorhergehender Integratorwert ausfällt oder NumQFree größer als Null ist.
System der Blindleistungsregelung für eine erneuerbare Energie nutzende Anlage, umfassend: Einen oder mehrere Wechselrichter; und einen Blindleistungsregler, der in Wirkverbindung mit mindestens einem von einem oder mehreren Wechselrichtern steht und betriebsmäßig so konfiguriert ist, dass er einen anlagenweiten Blindleistungsbefehl (Q_COM) durch folgendes erzeugt: (1) Bereitstellung von Daten einer erneuerbare Energie nutzenden Anlage, asugewählt aus einem oder mehr von: (a) Blindleistungsrückkopplung (Q_FBK); (b) Blindleistungsober-(Q_UL) und -untergrenzen (Q_LL); (c) eine Spannungsreferenz (SiteVRef); (d) Spannungsrückkopplung (V_FBK); (e) Spannungsober-(V_UL) und -untergrenzen (V_LL); (f) einem Bezugsleistungsfaktor (PF_REF); und (g) einer Leistungsrückkopplung P_FBK; und (2) Berechnen mindestens einer Fehlerquelle als: (a) Blindleistungsfehler (SiteQErr) teilweise beruhend auf Q_FBK und P_FBK; (b) einen verstärkungsmultiplizierten Spannungsschwellenfehler, der teilweise auf V_FBK, V_UL und V_LL basiert; (c) Spannungsfehler (SiteVErr), teilweise basierend auf V_FBK und Vref; (d) einen verstärkungsmultiplizierten Blindleistungsschwellenfehler, der teilweise auf Q_FBK, Q_UL und Q_LL basiert; (3) Auswahl der Fehlerquelle, die teilweise basierend auf der Wahl zwischen einem Leistungsfaktorregelmodus und einem Spannungsregelmodus berechnet wird; (4) Eingabe des Fehlers in einen Integrator, der ein Fehlerintegral (Q_INT) zur Verfügung stellt; (5) Berechnung einer Feed-Forward-Laufzeit (Q_COMP), teilweise basierend auf PF_REF und P_FBK; und (6) Addieren von Q_INT mit Q_COMP, um einen anlagenweiten Blindleistungsbefehl (Q_COM) zu erhalten.
System des Anspruchs 20, wobei der Blindleistungsregler betriebsmäßig konfiguriert ist, um den anlageweiten Blindleistungsbefehl (Q_COMP) unter einen oder mehreren in der Anlage aktivierte Wechselrichter zu verteilen.
System des Anspruchs 21, wobei die Daten Leistungsrückkopplungen der Wechselrichter (Inv.P_FBK) umfassen und wobei der Blindleistungsregler betriebsmäßig konfiguriert ist, um Q_COM unter einzelnen Wechselrichtern auf Basis der Wechselrichterleistungsrückkopplungen (Inv.P_FBK) zu verteilen, indem ein Wechselrichterblindleistungsbefehl (Inv[x].QCom[k]) erzeugt wird.