DE102019124268A1 - Method for external and internal control of a flywheelless storage power plant - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur externen und internen Regelung eines schwungmasselosen Speicherkraftwerks für eine Bereitstellung von Systemdienstleistungen, welche Momentanreserve, Primärregelung und Sekundärregelung umfassen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Regelung neuer schwungmasseloser Speicherkraftwerke bereitzustellen, mit welcher ein neues „konventionelles“ Speicherkraftwerk alle Aufgaben der Netzregelung und der elektrischen Energieversorgung in einer vollständigen regenerativen Energieversorgung übernehmen kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.

Figure DE102019124268A1_0000
The invention relates to a method for external and internal control of a flywheelless storage power plant for providing system services which include instantaneous reserve, primary control and secondary control.
It is therefore an object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to provide a control system for new flywheel-less storage power plants, with which a new “conventional” storage power plant can take over all the tasks of network control and electrical energy supply in a complete regenerative energy supply.
This object is achieved by the features listed in the claims.
Figure DE102019124268A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur externen und internen Regelung eines schwungmasselosen Speicherkraftwerks für eine Bereitstellung von Systemdienstleistungen, welche Momentanreserve, Primärregelung und Sekundärregelung umfassen.The invention relates to a method for external and internal control of a flywheelless storage power plant for providing system services which include instantaneous reserve, primary control and secondary control.

Die Grundprinzipien der Elektrischen Energieversorgung sowie der Netzregelung sind universell und müssen für alle Arten der Erzeugung, der Übertragung und Verteilung sowie des Verbrauchs wie folgt eingehalten werden:

  1. 1 Weiträumige und feinverteilte Energieversorgung benötigt ein Drehstromnetz.
  2. 2 Plötzliche Laständerungen müssen instantan durch Momentanreserveleistung gespeist werden.
  3. 3 Die Speicher der Momentanreserveleistung müssen im Sekundenbereich durch die Primärregelung entlastet und wieder aufgefüllt werden. Dazu werden Primärregelleistungsspeicher benötigt.
  4. 4 Die Primärregelleistung muss im Minutenbereich durch die Sekundärrregelung abgelöst werden. Dabei ist dann auch deren Speicher wieder aufzuladen.
  5. 5 Anschließend treten Fahrplanänderungen in Kraft, welche alle Regler wieder „auf null“ stellen.
  6. 6 In einer vollregenerativ versorgten Energieversorgung kommt. Noch folgende Aufgabe hinzu: Gewisse Mengen der geernteten Energie müssen für Prognosefehler sowie „Dunkelflauten“ gespeichert werden.
The basic principles of electrical power supply and grid control are universal and must be observed for all types of generation, transmission, distribution and consumption as follows:
  1. 1 A three-phase network requires a spacious and finely divided power supply.
  2. 2 Sudden load changes must be fed instantaneously by means of instantaneous reserve power.
  3. 3 The stores of the instantaneous reserve power must be relieved and replenished in a matter of seconds by the primary control. Primary control power storage is required for this.
  4. 4 The primary control power must be replaced by the secondary control in the minute range. In this case, their memory must also be recharged.
  5. 5 Then schedule changes come into force, which set all controllers back to "zero".
  6. 6 Comes in a fully regenerative energy supply. The following task also needs to be added: Certain amounts of the harvested energy have to be saved for forecast errors and "dark drafts".

Bislang wurden diese Aufgaben von konventionellen Kraftwerken wahrgenommen, welche dazu aus einer Systemkette bestehend aus unterschiedlich schnellen Speichern sowie Umwandlern/Anpassern aufgebaut sind. Diese Systemkette umfasst (am Beispiel einer sprungförmigen Leistungsanforderung):

  • Umwandlung/Anpassung: Die sprungförmige elektrische Leistungsanforderung wird vom Generator bei noch konstanter Drehzahl instantan in eine sprungförmige Erhöhung des Luftspalt-Moments und damit der mechanischen Leistung umgesetzt.
  • Speicher: Der Turbosatz bestehend aus Turbine-Generator-Erreger speichert instantan kinetische Energie aus und liefert diese mechanische Leistung. Dadurch sinkt die Drehzahl ab, welche die Größe des Speicherinhaltes kennzeichnet.
  • Umwandlung/Anpassung: Der Primärregler greift über ein Turbinenventil auf einen Frischdampfspeicher zu, wodurch im Sekundenbereich der Dampfstrom erhöht wird. Damit steigt das Turbinenmoment an und füllt den Drehzahl-Speicher wieder auf.
  • Speicher: Durch den erhöhten Dampfstrom sinkt der Dampfdruck ab, welcher hier die Größe des Speicherinhaltes kennzeichnet.
  • Umwandlung/Anpassung: Der Brennstoffregler erhöht die Feuerung um den Druck auszuregeln. Dabei wird mehr Kohlenstoff C mit Sauerstoff O zu CO2 umgewandelt. Im Verdampfer wird mehr Dampf erzeugt. Mit dem erhöhten Dampfstrom wird der Druck-Speicher wieder aufgefüllt.
  • Speicher: Der Brennstoffregler greift im Minutenbereich auf die Kohlehalde zu und erhöht den Brennstoff-Massenstrom. Die Kohlemasse der Halde wird weniger, welche hier die Größe des Speicherinhalts kennzeichnet. Hier findet keine Wiederaufladung durch das Kraftwerk selbst statt.
So far, these tasks have been performed by conventional power plants, which are made up of a system chain consisting of differently fast storage units and converters / adapters. This system chain includes (using the example of an abrupt performance request):
  • Conversion / adaptation: The step-by-step electrical power requirement is instantly converted by the generator at a constant speed into a step-by-step increase in the air gap torque and thus the mechanical power.
  • Storage: The turbo set consisting of a turbine generator exciter instantaneously stores kinetic energy and delivers this mechanical power. As a result, the speed drops, which characterizes the size of the memory content.
  • Conversion / adaptation: The primary controller accesses a live steam storage via a turbine valve, which increases the steam flow in the seconds range. This increases the turbine torque and refills the speed memory.
  • Storage: Due to the increased steam flow, the steam pressure drops, which indicates the size of the storage content.
  • Conversion / adaptation: The fuel regulator increases the combustion to regulate the pressure. More carbon C is converted with oxygen O to CO2. More steam is generated in the evaporator. The pressure accumulator is refilled with the increased steam flow.
  • Storage: The fuel regulator accesses the coal stockpile in a matter of minutes and increases the fuel mass flow. The coal mass of the stockpile becomes less, which characterizes the size of the storage content. There is no recharging by the power plant itself.

Durch das zunehmende Vorhandensein regenerativer Energiequellen aus Wind und Sonne muss das konventionelle Kraftwerk zu gewissen Zeiten seine Leistung stark reduzieren, um diesen Erzeugern Platz zu schaffen. Dazu muss die Mindestleistung abgesenkt und die Regelgeschwindigkeit erhöht werden. Diesen Anforderungen müssen sich heute alle Erzeuger aus fossilen Rohstoffen stellen.Due to the increasing availability of renewable energy sources from wind and sun, the conventional power plant has to reduce its output considerably at certain times in order to make room for these producers. To do this, the minimum power must be reduced and the control speed increased. Today, all producers from fossil raw materials have to meet these requirements.

Um die o.g. Versorgungs- und Netzregelaufgaben auch weiterhin in einer vollregenerativen Welt realisieren zu können sind bereits neue „konventionelle“ Kraftwerke entwickelt worden, welche Energie bei „Dunkelflauten“ nicht nur liefern, sondern in Überschuss-Situationen auch speichern können. Dabei müssen diese neuen Anlagen für eine Übergangszeit auch noch in einer schwungmasseorientierten Energieversorgung mit konventionellen Kraftwerken funktionieren. In einer rein umrichterorientierten Energieversorgung können sie dann auch entweder netzbildend oder aber netzstützend bei konstanter Netzfrequenz betrieben werden.To the above To be able to continue to perform supply and grid control tasks in a fully regenerative world, new “conventional” power plants have already been developed, which not only supply energy in the event of “dark doldrums”, but can also store them in surplus situations. For a transitional period, these new plants must also function in a flywheel-oriented energy supply with conventional power plants. In a purely converter-oriented energy supply, they can then be operated either in a grid-forming manner or in a grid-supporting manner at a constant grid frequency.

Im Zuge der Energiewende wird mehr und mehr elektrische Energie von beispielsweise Wind- und PV-Anlagen erzeugt. Diese Energie wird in großen chemischen Speichern gespeichert (Speicherkraftwerk). Diese neuen Speicherkraftwerke werden mit Umrichtern an das Drehstromnetz angeschlossen. Bislang wird versucht, einzelne wegfallende Aufgaben der konventionellen Kraftwerke getrennt zu ersetzen. So wurden Batterien errichtet, welche nur Primärregelleistung erzeugen können.In the course of the energy transition, more and more electrical energy is being generated by wind and PV systems, for example. This energy is stored in large chemical stores (storage power plants). These new storage power plants are connected to the three-phase network with converters. So far, attempts have been made to replace the individual tasks of conventional power plants that have been dropped. So batteries were built that can only generate primary control power.

Anders als herkömmliche Kraftwerke weisen die neuen Speicherkraftwerke systembedingt keine Schwungmassen mehr auf. Die konventionellen Kraftwerke dagegen werden in ihrer Anzahl zurückgehen. Deshalb müssen die Speicherkraftwerke alle Aufgaben der konventionellen Kraftwerke mit Schwungmassen übernehmen.Unlike conventional power plants, the new storage power plants no longer have any inertia due to the system. In contrast, the number of conventional power plants will decrease. So they have to Storage power plants take over all tasks of conventional power plants with flywheels.

Eine Systemkette der neuen „konventionellen“ Kraftwerke umfasst (am Beispiel einer sprungförmigen Leistungsanforderung):A system chain of the new "conventional" power plants includes (using the example of a step-by-step performance requirement):

Umwandlung/Anpassung: Die sprungförmige elektrische Leistungsanforderung führt beim Umrichter bei konstant gehaltenem Netz-Spannungswinkel (netzbildend) zu einer instantanen Erhöhung des Drehstroms und damit auch zu einer instantanen Erhöhung des Gleichstroms auf der Gleichstromseite.Conversion / adaptation: The step-by-step electrical power requirement leads to an instantaneous increase in the three-phase current and thus also to an instantaneous increase in the direct current on the direct current side when the line voltage angle is kept constant (line-forming).

Speicher: Der Speicher, ein Super-Capacitor, speichert instantan elektrische Energie aus und liefert diese Leistung. Dadurch sinkt seine Spannung ab, welche hier die Größe des Speicherinhalts kennzeichnet. Dieses Verhalten entspricht der Momentanreserve des konventionellen Kraftwerks.Storage: The storage, a super-capacitor, instantly stores electrical energy and delivers this power. As a result, its voltage drops, which characterizes the size of the memory content. This behavior corresponds to the instantaneous reserve of the conventional power plant.

Umwandlung/Anpassung: Die Regelung des nachgeschalteten DC/DC-Umrichters soll die Kondensatorspannung konstant halten. Dazu greift sie auf die Batterie zu, wodurch im Sekundenbereich der Batteriestrom erhöht wird. Damit steigt der Kondensator-Ladestrom an und füllt den Spannungsspeicher wieder auf. Dieses Verhalten entspricht der Primärregelung des konventionellen Kraftwerks.Conversion / adaptation: The regulation of the downstream DC / DC converter should keep the capacitor voltage constant. To do this, it accesses the battery, which increases the battery current in seconds. The capacitor charging current thus rises and fills the voltage storage again. This behavior corresponds to the primary control of the conventional power plant.

Speicher: Durch den erhöhten Batteriestrom sinkt die Batteriespannung ab, welche hier die Größe des Speicherinhalts kennzeichnet.Storage: Due to the increased battery current, the battery voltage drops, which indicates the size of the storage content.

Umwandlung/Anpassung: Ein Brennstoffzellen-Regler erhöht die Aktivität der Brennstoffzelle, um die Batterie zu laden und die Batteriespannung auszuregeln. Dabei wird mehr Wasserstoff 2H2 mit Sauerstoff O2 zu H2O umgewandelt. Der DC/DC-Umrichter passt dabei die Spannungen an. Mit dem erhöhten Batterie-Ladestrom wird der Spannungsspeicher wieder aufgefüllt.Conversion / adaptation: A fuel cell regulator increases the activity of the fuel cell in order to charge the battery and to regulate the battery voltage. More hydrogen 2H2 is converted to H2O with oxygen O2. The DC / DC converter adjusts the voltages. The voltage storage is refilled with the increased battery charging current.

Speicher: Der Brennstoffzellenregler greift im Minutenbereich auf den Wasserstoffspeicher zu und erhöht den Brennstoff-Massenstrom. Die Wasserstoff-Masse des Speichers wird geringer, welche hier die Größe des Speicherinhalts kennzeichnet. Hier kann Wiederaufladung stattfinden.Storage: The fuel cell controller accesses the hydrogen storage in minutes and increases the fuel mass flow. The hydrogen mass of the storage is reduced, which characterizes the size of the storage content. Recharging can take place here.

Um im bestehenden frequenzgeregelten Energieversorgungssystem alle Versorgungs- und Regelaufgaben wahrnehmen zu können, muss das Speicherkraftwerk auf die Netzfrequenz und deren Ableitung mit der Lieferung von Primärregel- und Momentanreserveleistung reagieren könnenIn order to be able to perform all supply and control tasks in the existing frequency-controlled energy supply system, the storage power plant must be able to react to the grid frequency and its derivation by supplying primary control and instantaneous reserve power

In einer Energieversorgung mit überwiegend Speicherkraftwerken und nur noch wenigen oder gar keinen konventionellen Kraftwerken mit Schwungmasse mehr, kann auf die „Watt'sche Drehzahlregelung“ verzichtet und das Drehstromnetz mit einer konstanten Frequenz von z.B.f0 = 50 Hz betrieben werden. Die Aufgaben der Netzregelung wie Momentanreserve und Primärregelleistung können dann über den Spannungswinkel am Anschlusspunkt des Speicherkraftwerks realisiert werden.In a power supply with predominantly storage power plants and only a few or no conventional power plants with a flywheel, the "Watt speed control" can be dispensed with and the three-phase network can be operated at a constant frequency of e.g. f0 = 50 Hz. The grid control tasks such as instantaneous reserve and primary control power can then be implemented using the voltage angle at the connection point of the storage power plant.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Regelung neuer schwungmasseloser Speicherkraftwerke bereitzustellen, mit welcher ein neues „konventionelles“ Speicherkraftwerk alle Aufgaben der Netzregelung und der elektrischen Energieversorgung in einer vollständigen regenerativen Energieversorgung übernehmen kann. Die notwendigen Einzelmaßnahmen dabei, welche geregelt werden sollen, sind:

  1. 1 Anschluss des neuen „konventionellen“ Speicherkraftwerks an ein Drehstromnetz, um eine weiträumige und feinverteilte Energieversorgung zu gewährleisten.
  2. 2 Plötzliche Laständerungen müssen instantan durch Momentanreserveleistung gespeist werden.
  3. 3 Die Speicher der Momentanreserveleistung müssen im Sekundenbereich durch die Primärregelung entlastet und wieder aufgefüllt werden. Dazu werden Primärregelleistungsspeicher benötigt.
  4. 4 Die Primärregelleistung muss im Minutenbereich durch die Sekundärregelung abgelöst werden. Dabei ist dann auch deren Speicher wieder aufzufüllen.
  5. 5 Anschließend treten Fahrplanänderungen in Kraft.
  6. 6 Bei einer voll regenerativ versorgten Energieversorgung müssen definierte Mengen der geernteten Energie für die Prognose von Fehlern sowie für „Dunkelflauten“ gespeichert werden.
It is therefore an object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to provide a control system for new flywheel-less storage power plants, with which a new “conventional” storage power plant can take over all the tasks of network control and electrical energy supply in a complete regenerative energy supply. The necessary individual measures, which should be regulated, are:
  1. 1 Connection of the new "conventional" storage power plant to a three-phase network to ensure a spacious and finely divided power supply.
  2. 2 Sudden load changes must be fed instantaneously by means of instantaneous reserve power.
  3. 3 The stores of the instantaneous reserve power must be relieved and replenished in a matter of seconds by the primary control. Primary control power storage is required for this.
  4. 4 The primary control power must be replaced by the secondary control in the minute range. In this case, their memory must also be replenished.
  5. 5 Changes to the schedule then take effect.
  6. 6 In the case of a fully regenerative energy supply, defined amounts of the harvested energy have to be stored for the forecast of errors and for "dark doldrums".

Es ist Aufgabe, dass die Regelung des neuen Speicherkraftwerks frequenzgeregelt oder winkelgeregelt erfolgen soll.It is the task that the control of the new storage power plant should be frequency-controlled or angle-controlled.

In den folgenden angegebenen Gleichungen sind alle Werte außer Winkel in bezogenen Größen angegeben.In the following equations, all values except angles are given in related sizes.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.This object is achieved by the features listed in the claims.

Die Aufgabe wird gelöst mittels eines Verfahrens zur externen und internen Regelung eines schwungmasselosen Speicherkraftwerks. Das Verfahren weist hierfür folgende Verfahrensschritte auf, wobei es denkbar ist, das Verfahren auch in einer anderen als der im Folgenden beschriebenen Reihenfolge durchzuführen.The object is achieved by means of a method for the external and internal control of a flywheelless storage power plant. The For this purpose, the method has the following method steps, it being conceivable to carry out the method in a sequence other than that described below.

Das Verfahren zur externen und internen Regelung eines schwungmasselosen Speicherkraftwerks für eine Bereitstellung von Systemdienstleistungen, welche Momentanreserve, Primärregelung und Sekundärregelung umfassen, ist unterteilt in eine externe und eine interne Regelung. Die externe Regelung wiederum weist eine Wirkleistungsregelung (und eine Blindleistungsregelung) an einem DC/AC-Umrichter auf. Die Wirkleistungsregelung weist folgende Verfahrensschritte auf:The method for external and internal control of a flywheelless storage power plant for the provision of system services, which include the instantaneous reserve, primary control and secondary control, is divided into an external and an internal control. The external control in turn has active power control (and reactive power control) on a DC / AC converter. The active power control has the following process steps:

Verfahren zur externen und internen Regelung eines schwungmasselosen Speicherkraftwerks für eine Bereitstellung von Systemdienstleistungen, welche Momentanreserve, Primärregelung und Sekundärregelung umfassen, Verfahren aufweisend folgende Verfahrensschritte:

  1. a. externe Regelung, welche eine Wirkleistungsregelung an einem DC/AC-Umrichter umfasst:
    • - Auswählen eines Regelungsmodus, wobei ein erster Regelungsmodus eine winkelbasierte Regelung (φReg-Modus) ist und ein zweiter Regelmodus eine frequenzbasierte Regelung (fReg-Modus) ist, wobei die frequenzbasierte Regelung folgende Verfahrensschritte aufweist:
      1. i. Messen einer momentan abgegeben Wirkleistung p am DC/AC-Umrichter und Vorgabe einer Änderung einer Kraftwerkssollleistung ΔpH2 anhand eines Inhaltes eines Wasserstoffspeichers,
      2. ii. Bilden einer Regelabweichung Δp aus der gemessenen momentan abgegeben Wirkleistung p mit einer Sollwirkleistung, wobei die Sollwirkleistung eine vorgegebene Sekundärleistungsänderung Δpsec , eine vorgegebene Fahrplanleistung pFP und die Vorgabe der Änderung der Kraftwerkssollleistung ΔpH2 aufweist und
      3. iii. Errechnen einer synthetischen Netzwinkelgeschwindigkeit Δω2 aus der Regelabweichung Δp, wobei die synthetische Winkelgeschwindigkeit Δω2 zu einer integralen Verstellung des Spannungswinkels φU2 am DC/AC-Umrichter führt,
Method for the external and internal control of a flywheelless storage power plant for the provision of system services, which include the instantaneous reserve, primary control and secondary control, method comprising the following method steps:
  1. a. External control, which includes active power control on a DC / AC converter:
    • - Selection of a control mode, a first control mode being an angle-based control (φ Reg mode) and a second control mode being a frequency-based control (f Reg mode), the frequency-based control having the following method steps:
      1. i. Measuring a currently delivered active power p on the DC / AC converter and specification of a change in a power plant target power Δp H2 based on the content of a hydrogen storage,
      2. ii. Form a rule deviation Δp from the measured active power currently output p with a target active power, the target active power a predetermined change in secondary power Δp sec , a given schedule service p FP and the specification of the change in the power plant target output Δp H2 has and
      3. iii. Calculate a synthetic network angular velocity Δω 2 from the control deviation Δp , the synthetic angular velocity Δω 2 for an integral adjustment of the tension angle φ U2 on the DC / AC converter,

Die winkelbasierte Regelung im Slack-Modus weist folgende Verfahrensschritte auf:

  • - Festsetzen einer Regelabweichung Δp=0, wobei der Spannungswinkel φU2 am DC/AC-Umrichter konstant bleibt und das Speicherkraftwerk als Spannungsquelle mit konstanter Spannung u2 und konstanter Frequenz von 50 Hz arbeitet, wobei die winkelbasierte Regelung Sicherungsmechanismen aufweist, welche anhand der gemessenen momentan abgegebenen Leistung p mittels einer Steuerungsseinheit eingeschaltet werden, wobei die Sicherungsmechanismen folgende Varianten umfassen:
    • - Manuelle Einstellung einer Leistung pman ,
    • - Leistungseinstellung anhand eines vordefinierten Leistungsmaximalwertes pMax und/oder eines vordefinierten Leistungsminimalwertes pMin und/oder
    • - Leistungseinstellung anhand einer Vorgabe einer Änderung einer Kraftwerkssollleistung ΔpH2 anhand eines Inhaltes eines Wasserstoffspeichers,
The angle-based control in Slack mode has the following process steps:
  • - Setting a control deviation Δp = 0, the tension angle φ U2 on the DC / AC converter remains constant and the storage power plant as a voltage source with constant voltage u 2 and a constant frequency of 50 Hz, the angle-based control system having security mechanisms which are based on the measured output power p can be switched on by means of a control unit, the security mechanisms comprising the following variants:
    • - Manual setting of a service p man ,
    • - Power setting based on a predefined maximum power value p Max and / or a predefined minimum performance value p min and or
    • - Power setting based on a specification of a change in a power plant target power Δp H2 based on the content of a hydrogen storage,

Eine Blindleistungsregelung der externen Regelung kann gemäß mehrerer Ausführungsformen folgende Verfahrensschritte aufweisen:

  • - Messen einer momentan abgegeben Blindleistung q2 am DC/AC-Umrichter
  • - Vergleichen der momentan abgegebenen Blindleistung q2 mit einer Sollblindleistung q0 , wobei eine Differenz gebildet wird mittels welcher und zusammen mit einer vordefinierten Blindleistungsstatik σq eine Spannung am Speicherkraftwerk u2 gebildet wird.
A reactive power control of the external control can have the following method steps according to several embodiments:
  • - Measuring a currently given reactive power q 2 on the DC / AC converter
  • - Compare the currently given reactive power q 2 with a target reactive power q 0 , whereby a difference is formed by means of which and together with a predefined reactive power statics σ q a voltage at the storage power plant u 2 is formed.

Die interne Regelung, welche die benötigten Systemdienstleistungen aus Speichern bereitstellt, umfasst folgende Verfahrensschritte:

  • - Ermitteln eines Gleichstroms iKC , welcher von einem ersten Speicher zum DC/AC-Konverter fließt, aus einer gemessenen Speicherspannung uC des ersten Speichers und der Wirkleistung p, wobei der Gleichstrom iKC und ein von einem zweiten Speicher zum ersten Speicher fließende Strom iCB die Speicherspannung uC des ersten Speichers integral einstellt.
  • - Regeln des Gleichstroms iCB , welcher vom ersten Speicher zum zweiten Speicher fließt, derart, dass die Speicherspannung uC des ersten Speichers einen Sollwert der Speicherspannung uC,soll annimmt
  • - Laden des zweiten Speichers mittels eines mit einem ersten Energiewandler erzeugten Gleichstroms iBF bei Unterschreiten eines ersten Speicherspannungswertes ŭB des zweiten Speichers, wobei ein Entladen eines dritten Speichers erfolgt, oder Entladen des zweiten Speichers mittels eines mit einem zweiten Energiewandler erzeugten Stromes iEB bei Überschreiten eines zweiten Speicherspannungswertes ûB des zweiten Speichers, wobei ein Laden des dritten Speichers erfolgt.
The internal regulation, which provides the required system services from storage, comprises the following procedural steps:
  • - Determine a direct current i KC , which flows from a first memory to the DC / AC converter, from a measured memory voltage u C of the first memory and the active power p , the direct current i KC and a current flowing from a second memory to the first memory i CB the storage voltage u C of the first memory integrally.
  • - rules of direct current i CB , which flows from the first memory to the second memory, such that the memory voltage u C a setpoint of the storage voltage of the first storage u C, should assumes
  • - Charging the second memory by means of a direct current generated with a first energy converter i BF when falling below a first storage voltage value ŭ B of the second store, wherein a third store is discharged, or the second store is discharged by means of a current generated with a second energy converter i EB when a second storage voltage value û B of the second storage is exceeded, the third storage being loaded.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird für ein Eingreifen der Sicherungsmechanismen eine Arbeitspunktleistung pAP gespeichert, welche den aktuellen Leistungswert p zum Zeitpunkt des Eintretens eines Fehlerfalls speichert und welcher zum weiteren Verfahren verwendet wird, um einen stoßfreien Übergang vom Normalbetrieb zum Minimum-/Maximumbetrieb zu gewährleisten.According to various embodiments, the safety mechanisms are intervened an operating point performance p AP saved which is the current performance value p saves at the time of the occurrence of an error and which is used for the further procedure in order to ensure a smooth transition from normal operation to minimum / maximum operation.

Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Speicher einen Kondensator auf oder der erste Speicher ist ein Kondensator.According to one embodiment, the first memory has a capacitor or the first memory is a capacitor.

Gemäß einer Ausführungsform weist der zweite Speicher eine Batterie auf oder der zweite Speicher ist eine Batterie.According to one embodiment, the second memory has a battery or the second memory is a battery.

Gemäß einer Ausführungsform weist der dritte Speicher einen Wasserstoffspeicher auf oder der dritte Speicher ist ein Wasserstoffspeicher. Eine Verwendung weiterer oder anderer chemischer Speicher ist denkbar, aber auch die Verwendung von mechanischen und/oder thermischen Speichern ist denkbar. Hierbei kann eine Wasserstoffmasse mH an dem Wasserstoffspeicher gemessen werden, wobei ferner die gemessene Wasserstoffmasse mH als Eingangsgröße für die externe Wirkleistungsregelung für die Leistungsvorgabe ΔpH2 im Frequenzregelmodus freg und/oder im Winkelregelmodus φreg reg verwendet wird.According to one embodiment, the third store has a hydrogen store or the third store is a hydrogen store. The use of further or other chemical stores is conceivable, but the use of mechanical and / or thermal stores is also conceivable. This can be a mass of hydrogen m H be measured at the hydrogen storage, the measured hydrogen mass also m H as an input variable for the external active power control for the power specification Δp H2 in frequency control mode f reg and / or in the angle control mode φ reg reg is used.

Ferner weist der Energiewandler gemäß einer Ausführungsform eine Brennstoffzelle auf oder es ist eine Brennstoffzelle, und/oder der zweite Energiewandler weist einen Elektrolyseur auf oder es ist ein Elektrolyseur. Die Verwendung weiterer und/oder anderer Energiewandler ist denkbar.Furthermore, according to one embodiment, the energy converter has a fuel cell or it is a fuel cell, and / or the second energy converter has an electrolyzer or it is an electrolyzer. The use of further and / or other energy converters is conceivable.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform fließt ein Kreisstrom i0 zwischen dem ersten Energiewandler und dem zweiten Energiewandler, um stoßfrei zwischen dem ersten und dem zweiten Energiewandler umschalten zu können.According to a further embodiment, a circulating current flows i 0 between the first energy converter and the second energy converter in order to be able to switch smoothly between the first and the second energy converter.

Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Speicherspannungswert ŭB des zweiten Speichers als fester Wert auf beispielsweise + 10% der Speicherspannung des zweiten Speichers uB eingestellt und/oder der zweite Speicherspannungswert ûB des zweiten Speichers als fester Wert auf -10% der Speicherspannung des zweiten Speichers uB eingestellt. Hierbei handelt es sich um Beispiele für diese Schwellwerte. Ihre Werte werden als konstante Festwerte festgesetzt. Andere Schwellwerte, welche eine Aktivierung des zweiten und/oder des dritten Speichers veranlassen, sind denkbar.According to one embodiment, the first storage voltage value is ŭ B of the second memory as a fixed value to, for example, + 10% of the memory voltage of the second memory u B set and / or the second storage voltage value û B of the second storage as a fixed value to -10% of the storage voltage of the second storage u B set. These are examples of these threshold values. Their values are set as constant fixed values. Other threshold values that activate the second and / or the third memory are conceivable.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur externen und internen Regelung eines Speicherkraftwerks für eine Bereitstellung von Systemdienstleistungen, welche Momentanreserve, Primärregelung und Sekundärregelung umfassen, kann ein konventionelles Kraftwerk ersetzt werden. Das neue Speicherkraftwerk kommt mit Hilfe des Verfahrens ohne Schwungmassen aus und kann Leistung sowohl abals auch aufnehmen. Dabei verbraucht es entweder Wasserstoff oder aber es erzeugt Wasserstoff. Damit ist eine vollumfängliche regenerative Energieerzeugung möglich, bei welcher diese neuen Kraftwerke nicht nur Energie speichern, sondern noch alle Systemdienstleistungen wie Momentan-, Primär-, Sekundärregelung und Fahrplan einbringen können.A conventional power plant can be replaced with the method according to the invention for the external and internal control of a storage power plant for the provision of system services which include the instantaneous reserve, primary control and secondary control. With the help of the process, the new storage power plant does not need any inertial masses and can both absorb and absorb power. It either consumes hydrogen or generates hydrogen. This enables full renewable energy generation, in which these new power plants not only store energy, but can also provide all system services such as instantaneous, primary, secondary control and schedule.

Zudem kann das Kraftwerk bei einer zukünftigen Winkelregelung des Elektrischen Netzes als sogenanntes Slack-Kraftwerk wirken, was eine weitere Stabilisierung der Elektrischen Energieversorgung ermöglicht.In addition, the power plant can act as a so-called slack power plant in a future angular control of the electrical network, which enables a further stabilization of the electrical energy supply.

Mit dem Einsatz von schwungmassefreien Speicherkraftwerken mit moderner und leistungsstarker Umrichtertechnik kann sowohl in frequenz- als auch in winkelgeregelten Netzen vernünftig Netzregelung betrieben werden. In frequenzgeregelten Netzen mit noch vorhandenen konventionellen Schwungmassen agieren diese neuen Anlagen wie normale Kraftwerke und können alle Netzregelaufgaben wie Momentanreserve, Primär- und Sekundärregelung sowie Fahrplanbetrieb abdecken. Zusätzlich können sie aber auch Energie aus regenerativen Quellen einspeichern, was Redispatch-Aktionen überflüssig machen kann. In zukünftig winkelgeregelten Netzen ohne physische Schwungmasse können diese Kraftwerke als Slack-Speicherkraftwerke arbeiten, was die Einhaltung einer konstanten Netzfrequenz ermöglicht. Hierzu ist allerdings die genaue Messung der Winkel sowie eines Winkelnormals notwendig. Somit sind alle zukünftigen Anwendungsfälle abdeckbar, was auch in Zukunft den weiteren sicheren Ausbau einer regenerativen Energieversorgung ermöglicht.With the use of flywheel-free storage power plants with modern and high-performance converter technology, grid control can be operated in a reasonable manner both in frequency- and in angle-controlled networks. In frequency-controlled networks with existing conventional flywheels, these new systems act like normal power plants and can cover all network control tasks such as momentary reserve, primary and secondary control and schedule operation. In addition, they can also store energy from renewable sources, which can make redispatch actions unnecessary. In future, angle-controlled networks without physical flywheel mass, these power plants can work as slack storage power plants, which enables a constant grid frequency to be maintained. However, this requires the precise measurement of the angles and an angle standard. This means that all future applications can be covered, which will enable the safe expansion of a renewable energy supply in the future.

Es ist auch ein Verfahren zur externen und internen Regelung eines schwungmasselosen Speicherkraftwerks für eine Bereitstellung von Systemdienstleistungen, welche Momentanreserve, Primärregelung und Sekundärregelung umfassen, offenbart. Verfahren aufweisend folgende Verfahrensschritte:

  • - externe Regelung, welche eine Wirkleistungsregelung und eine Blindleistungsregelung an einem DC/AC-Umrichter umfasst, wobei die Wirkleistungsregelung folgende Verfahrensschritte aufweist:
    • - Messen einer momentan abgegeben Wirkleistung (p) am DC/AC-Umrichter
    • - Vergleichen der Wirkleistung (p) mit einer Sollwirkleistung (p0 ), aufweisend einen Primärregelsollwert (pp0, prim )
    • - Bilden einer synthetischen Winkelgeschwindigkeit (Δω2 ) gemäß Δ ω 2 = 1 s T M ( p p 0 )
      Figure DE102019124268A1_0001
      wobei die synthetische Winkelgeschwindigkeit (Δω2 ) zu einer integralen Verstellung des Spannungswinkels (ϕU2) führt
    • - Bilden eines Primärregelsollwertes (p0, prim ) aus einer vordefinierten Wirkleistungsstatik (σ p ) und der synthetischen Netzwinkelgeschwindigkeit (Δω2 ) gemäß p 0 , prim = 1 σ p Δ ω 2
      Figure DE102019124268A1_0002
    und wobei die Blindleistungsregelung folgende Verfahrensschritte aufweist:
    • - Messen einer momentan abgegeben Blindleistung (q2 ) am DC/AC-Umrichter
    • - Vergleichen der momentan abgegebenen Blindleistung (q2 ) mit einer Sollblindleistung (q0 ), wobei eine Differenz gebildet wird mittels welcher, zusammen mit einer vordefinierten Blindleistungsstatik (σ q ), eine Spannung am Speicherkraftwerk (u2 ) gebildet wird
    wobei mit der Spannung (u2 ) der Blindleistungsregelung und dem Spannungswinkel (ϕ U2) der Wirkleistungsregelung zusammen mit einer vordefinierten Netzspannung (u1 ) und einer vordefinierten Netzwinkelfrequenz (Δω1 ) die Wirkleistung (p) geregelt wird
  • - interne Regelung: Bereitstellung der Systemdienstleistungen aus Speichern, welche folgende Verfahrensschritte umfasst:
    • - Ermitteln eines Gleichstroms (iKC ), welcher von einem ersten Speicher zum DC/AC-Konverter fließt, aus einer gemessenen Speicherspannung (uC ) des ersten Speichers und der Wirkleistung (p), wobei der Gleichstrom (iKC ) und ein von einem zweiten Speicher zum ersten Speicher fließende Strom (iCB ) die Speicherspannung (uC ) des ersten Speichers integral einstellt
    • - Regeln des Gleichstroms (iCB ), welcher vom ersten Speicher zum zweiten Speicher fließt, derart, dass die Speicherspannung (uC ) des ersten Speichers einen Sollwert der Speicherspannung (uC, soll) annimmt
    • - Laden des zweiten Speichers mittels eines mit einem ersten Energiewandler erzeugten Gleichstroms (iBF ) bei Unterschreiten eines ersten Speicherspannungswertes (UB ) des zweiten Speichers, wobei ein Entladen eines dritten Speichers erfolgt, oder Entladen des zweiten Speichers mittels eines mit einem zweiten Energiewandler erzeugten Stromes (iEB ) bei Überschreiten eines zweiten Speicherspannungswertes (ûB) des zweiten Speichers, wobei ein Laden des dritten Speichers erfolgt.
A method for the external and internal control of a flywheelless storage power plant for the provision of system services, which include instantaneous reserve, primary control and secondary control, is also disclosed. Process comprising the following process steps:
  • - external control, which comprises active power control and reactive power control on a DC / AC converter, the active power control having the following method steps:
    • - Measuring a currently delivered active power ( p ) on the DC / AC converter
    • - comparison of active power ( p ) with a target active power ( p 0 ), having a primary control setpoint ( p p0, prim )
    • - Form a synthetic angular velocity ( Δω 2 ) according to Δ ω 2nd = - 1 s T M ( p - p 0 )
      Figure DE102019124268A1_0001
      where the synthetic angular velocity ( Δω 2 ) leads to an integral adjustment of the voltage angle (ϕ U2 )
    • - formation of a primary control setpoint ( p 0, prime ) from a predefined active power statics ( σ p ) and the synthetic network angular velocity ( Δω 2 ) according to p 0 , prim = - 1 σ p Δ ω 2nd
      Figure DE102019124268A1_0002
    and wherein the reactive power control has the following process steps:
    • - measurement of a currently given reactive power ( q 2 ) on the DC / AC converter
    • - Compare the currently given reactive power ( q 2 ) with a target reactive power ( q 0 ), whereby a difference is formed by means of which, together with a predefined reactive power statics ( σ q ), a voltage at the storage power plant ( u 2 ) is formed
    being with the tension ( u 2 ) of the reactive power control and the voltage angle (ϕ U2 ) of the active power control together with a predefined mains voltage ( u 1 ) and a predefined network angular frequency ( Δω 1 ) the active power ( p ) is regulated
  • - Internal regulation: provision of system services from storage, which comprises the following procedural steps:
    • - determining a direct current ( i KC ), which flows from a first memory to the DC / AC converter, from a measured memory voltage ( u C ) of the first memory and the active power ( p ), the direct current ( i KC ) and a current flowing from a second store to the first store ( i CB ) the storage voltage ( u C ) of the first memory integrally
    • - DC current rules ( i CB ), which flows from the first memory to the second memory, such that the memory voltage ( u C ) Of the first memory a target value of memory voltage (u C, soll) takes
    • Charging of the second memory by means of a direct current generated with a first energy converter ( i BF ) when falling below a first storage voltage value ( U B ) of the second store, a third store being discharged, or discharging of the second store by means of a current generated by a second energy converter ( i EB ) when a second storage voltage value (û B ) of the second storage is exceeded, whereby the third storage is loaded.

FigurenlisteFigure list

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigen

  • 1 Blockschaltbild der vollständigen Wirkleistungsregelung des Speicherkraftwerkes
  • 2 Blockschaltbild zur Blindleistungsregelung
  • 3 Darstellung des Kurzzeitverhaltens bei einer erfindungsgemäßen Regelung
  • 4 Darstellung des Langzeitverhaltens bei einer erfindungsgemäßen Regelung
  • 5 Blockschaltbild der externen p-Regelung für Frequenz- und Winkelregelung des Speicherkraftwerks (a)
  • 6 Anlagenschema des Speicherkraftwerks (b)
  • 7 Interne Regelung eines ersten Speichers am Beispiel eines Superkondensators (c1)
  • 8 Interne Regelung eines zweiten Speichers am Beispiel einer Batterie (c2)
  • 9 Interne Regelung eines ersten und zweiten Energiewandlers an den Beispielen eines Elektrolyseurs und einer Brennstoffzelle (c3)
The invention is explained in more detail using exemplary embodiments. Show this
  • 1 Block diagram of the complete active power control of the storage power plant
  • 2nd Block diagram for reactive power control
  • 3rd Representation of the short-term behavior in a control according to the invention
  • 4th Representation of the long-term behavior in a control according to the invention
  • 5 Block diagram of the external p control for frequency and angle control of the storage power plant ( a )
  • 6 System diagram of the storage power plant ( b )
  • 7 Internal control of a first memory using the example of a supercapacitor ( c1 )
  • 8th Internal control of a second memory using the example of a battery ( c2 )
  • 9 Internal control of a first and second energy converter using the examples of an electrolyzer and a fuel cell ( c3 )

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung eines neuen Speicherkraftwerkes teilt sich in eine interne und eine externe Regelung eines Speicherkraftwerkes für die Bereitstellung von Systemdienstleistungen auf. Systemdienstleistungen sind

  • - die Bereitstellung einer Momentanreserve, um plötzliche Laständerungen instant zu speisen,
  • - die Bereitstellung einer Primärregelleistung, um einen Momentanreserve-Speicher im Sekundenbereich zu entlasten und wieder aufzufüllen,
  • - die Bereitstellung einer Sekundärregelleistung, welche die Primärregelung nach einer bestimmten Zeit im Minutenbereich ablöst und um einen Primärregelungsspeicher wieder aufzufüllen
  • - Bereitstellung von Fahrplanänderungen, welche alle Regler wieder auf „Null“ stellen
The method according to the invention for regulating a new storage power plant is divided into an internal and an external regulation of a storage power plant for the provision of system services. System services are
  • - the provision of an instantaneous reserve to feed sudden load changes instantly,
  • the provision of primary control power to relieve and replenish an instantaneous reserve memory in the range of seconds,
  • - The provision of secondary control power, which replaces the primary control after a certain time in the minute range and to replenish a primary control memory
  • - Provision of schedule changes that reset all controllers to "zero"

Die externe Regelung wiederum ist unterteilt in eine Wirkleistungsregelung und eine Blindleistungsregelung.The external control is divided into an active power control and a reactive power control.

In 1 ist die vollständige frequenzgeregelte Wirkleistungsregelung des Speicherkraftwerkes dargestellt, bestehend aus der externen frequenzgeregelte Wirkleistungseinstellung und der internen Wirkleistungsbereitstellung. In 1 the complete frequency-controlled active power control of the storage power plant is shown, consisting of the external frequency-controlled active power setting and the internal active power supply.

Das Speicherkraftwerk, beispielsweise ein Kondensator, ist über einen DC/AC-Umrichter am Drehstromnetz angeschlossen und speist dabei Wirkleistung p ein. Dazu gehört ein Spannungswinkel φU . Dieser Spannungswinkel φU bildet sich zum einen aus dem Spannungswinkel φ U1 der Spannung u1 des Netzzentrum und zum anderen aus dem Spannungswinkel φ U2 der Spannung u2 am Speicherkraftwerk. Die Wirkleistung p wird gemessen und mit einer Sollwirkleistung p0 verglichen. Wie aus 1 ersichtlich setzt sich die Sollwirkleistung p0 aus den Leistungsteilen Primärregelleistung, Sekundärregelleistung und Fahrplan zusammen. Die Fahrplanleistung ist die vom Kraftwerksbetreiber geplante Leistung. Primär- und Sekundärregelleistungen sind die Leistungsteile, welche benötigt werden, um das Netz stabil zu halten, wobei sich die beiden Leistungsteile in ihrem Zeitbereich unterscheiden. Die Primärregelleistung ist dabei der schnellere Leistungsteil, welcher schnelle Änderungen des Leistungsbedarfs ausgleichen muss. Während in herkömmlichen Kraftwerken die Schwungmasse der Rotoren wie eine Momentanreserve arbeitet, müssen bei neuen schwungmasselosen Speicherkraftwerken diese Leistungsteile auf die Leistung moduliert werden. Hierbei wird zunächst die momentan abgegebene Wirkleistung p gemessen und mit einem Sollwert der Wirkleistung p0 verglichen. Mit der synthetischen Bewegungsgleichung Δ ω 2 = 1 T M ( p p 0 )

Figure DE102019124268A1_0003
wird bei Veränderung der momentan abgegebenen Leistung p eine Drehzahländerung (Schwungmassen-Drehzahländerung) simuliert. Dies führt dahingehend zu einer integralen Verstellung des Spannungswinkels φU2 am DC/AC-Wandler gemäß Δ φ u 2 = Ω 0 Δ ω 2 d t
Figure DE102019124268A1_0004
und Ω 0 = 2 π f 0
Figure DE102019124268A1_0005
so dass die Schwankungen möglichst klein gehalten werden und es wieder gilt p p 0 = 0
Figure DE102019124268A1_0006
The storage power plant, for example a capacitor, is connected to the three-phase network via a DC / AC converter and thereby feeds active power p on. This includes a tension angle φ U . This angle of tension φ U forms on the one hand from the tension angle φ U1 of tension u 1 of the network center and the other from the angle of tension φ U2 of tension u 2 at the storage power plant. The active power p is measured and with a target active power p 0 compared. How from 1 the target active power is evident p 0 from the service parts primary control power, secondary control power and timetable. The schedule service is the service planned by the power plant operator. Primary and secondary control power are the power parts that are required to keep the grid stable, the two power parts differing in their time range. The primary control power is the faster power part, which has to compensate for rapid changes in power requirements. While in conventional power plants the flywheel mass of the rotors works like a momentary reserve, in new flywheelless storage power plants these power parts have to be modulated on the power. First of all, the active power currently output p measured and with a target value of the active power p 0 compared. With the synthetic equation of motion Δ ω 2nd = - 1 T M ( p - p 0 )
Figure DE102019124268A1_0003
will change when the current output is changed p a speed change (flywheel speed change) simulated. This leads to an integral adjustment of the tension angle φ U2 on the DC / AC converter according to Δ φ u 2nd = Ω 0 Δ ω 2nd d t
Figure DE102019124268A1_0004
and Ω 0 = 2nd π f 0
Figure DE102019124268A1_0005
so that the fluctuations are kept as small as possible and it applies again p - p 0 = 0
Figure DE102019124268A1_0006

Damit wird mit der Zeitkonstanten TM Momentanreserveleistung aus einem Speicher, beispielsweise einem Kondensator, ausgespeichert.So that with the time constant T M Instantaneous reserve power is stored out of a memory, for example a capacitor.

Ferner speist die ermittelte synthetische Netzwinkelgeschwindigkeit ω2 auch die Primärregelung. Mit einer vorgegebenen Kraftwerksstatik (Wirkleistungsstatik) wird der Leistungsteil Primärregelleistung p0,prim gemäß p 0, p r i m = 1 σ p Δ ω 2

Figure DE102019124268A1_0007
moduliert.The determined synthetic network angular velocity also feeds ω 2 also the primary control. With a specified power plant statics (active power statics), the power section becomes primary control power p 0, prime according to p 0, p r i m = - 1 σ p Δ ω 2nd
Figure DE102019124268A1_0007
modulated.

Der Spannungswinkel φ U1 der Spannung u1 ist dabei der vorgegebene Winkel der Netzspannung. Ihm folgt der Winkel φ U2 geregelt nach, wobei die zuvor beschriebene rückgekoppelte I-Regelung wie eine PLL-Regelung wirkt. Die PLL-Regelung (englisch phase-locked loop) ist dafür da, die Phasenlage und damit zusammenhängend die Netzfrequenz über einen geschlossenen Regelkreis so zu beeinflussen, dass die abgegebene Kraftwerksleistung p der Sollleisung p0 folgt.The angle of tension φ U1 of tension u 1 is the specified angle of the mains voltage. The angle follows it φ U2 regulated according to, the previously described feedback I control acting like a PLL control. The PLL control (English phase-locked loop) is there to influence the phase position and thus the grid frequency via a closed control loop in such a way that the power plant output p the target performance p 0 follows.

Zusammen mit φ U1 und φreg U2 wird der Spannungswinkel φU gebildet, woraus mittels der Gleichung p = u 2 u 1 x sin ϕ u u 2 u 1 x ϕ u

Figure DE102019124268A1_0008
sich die Wirkleistung p ergibt. x ist dabei die bezogene Netzreaktanz.Along with φ U1 and φ reg U2 becomes the angle of tension φ U formed from which by means of the equation p = u 2nd u 1 x sin ϕ u u 2nd u 1 x ϕ u
Figure DE102019124268A1_0008
the active power p results. x is the related network reactance.

Die Spannung u2 folgt aus der Blindleistungsregelung, aus der Gleichung q 2 = u 1 u 2 x cos φ u + u 2 2 x u 2 ( u 2 u 1 ) x

Figure DE102019124268A1_0009
wobei die Blindleistungsregelung folgende Verfahrensschritte aufweist, wie in 2 dargestellt:

  • Eine momentan abgegeben Blindleistung q2 am DC/AC-Umrichter wird gemessen und mit einer Sollblindleistung q0 verglichen, wobei eine Differenz gebildet wird mittels welcher, zusammen mit einer vordefinierten Blindleistungsstatik σ q die Spannung am Speicherkraftwerk u2 gebildet.
The voltage u 2 follows from the reactive power control, from the equation q 2nd = - u 1 u 2nd x cos φ u + u 2nd 2nd x u 2nd ( u 2nd - u 1 ) x
Figure DE102019124268A1_0009
wherein the reactive power control has the following method steps, as in 2nd shown:
  • A currently given reactive power q 2 at the DC / AC converter is measured and with a target reactive power q 0 compared, a difference being formed by means of which, together with a predefined reactive power statics σ q the voltage at the storage power plant u 2 educated.

Mit der Spannung u2 der Blindleistungsregelung und dem Spannungswinkel φU2 der Wirkleistungsregelung zusammen mit einer vordefinierten Netzspannung u1 und einer vordefinierten Netzwinkelfrequenz Δω1 wird die Wirkleistung p geregeltWith the tension u 2 the reactive power control and the voltage angle φ U2 active power control together with a predefined mains voltage u 1 and a predefined network angular frequency Δω 1 becomes the active power p regulated

Mit der Wirkleistung p folgt die interne Regelung, welche eine Bereitstellung der Systemdienstleistungen aus Speichern, beispielsweise Kondensatoren, Batterien und/oder Wasserstoffspeicher, umfasst. Hierfür wird anhand des Beispiels der 1 aus einer gemessenen Kondensatorspannung uC und der Wirkleistung p zunächst ein Gleichstroms iKC , welcher von einem Kondensator zum DC/AC-Konverter fließt, ermittelt, wobei der Gleichstrom iKC und ein von einer Batterie zum Kondensator fließender Strom iCB die Kondensatorspannung uC integral einstellt. With active power p follows the internal regulation, which includes the provision of system services from storage, for example capacitors, batteries and / or hydrogen storage. For this, the example of 1 from a measured capacitor voltage u C and the active power p first a direct current i KC , which flows from a capacitor to the DC / AC converter, the direct current i KC and a current flowing from a battery to the capacitor i CB the capacitor voltage u C integrally.

Ferner wird der Gleichstrom iCB derart geregelt, dass die Kondensatorspannung uC einen Sollwert der Kondensatorspannung uC, soll annimmt. Die Kondensatorspannung uC, soll kann beispielsweise einen Wertvon 1pu betragen.Furthermore, the direct current i CB regulated such that the capacitor voltage u C a setpoint of the capacitor voltage u C, should assumes. The capacitor voltage u C, should can be, for example, 1pu.

Das Laden und/oder Entladen der Batterie erfolgt mittels des geregelten Gleichstrom iCB , mittels eines mit einer Brennstoffzelle erzeugten Gleichstroms iBF , wobei dies gemäß einer Ausführungsform bei Unterschreiten eines ersten Batteriespannungswertes ŭB erfolgt, und/oder mittels eines mit einem Elektrolyseur erzeugten Stromes iEB , wobei dies gemäß einer Ausführungsform bei Überschreiten eines zweiten Batteriespannungswertes ûB erfolgt. Bei der Entladung der Batterie mittels des erzeugten Stroms iEB erfolgt gemäß einer Ausführungsform ein Laden eines Wasserstoffspeichers. Womit über den sich einstellenden Wasserstoffmassenstrom ṁH je nach Betriebsfall der Wasserstoffspeicher aufgeladen oder entladen wird. Dies kann beispielsweise mit der dargestellten Regelung und nichtlinearen Übertragungsgliedern erfolgen. Eine Verwendung von Anti-wind-up-Maßnahmen ist ebenfalls denkbar.The battery is charged and / or discharged using the regulated direct current i CB , by means of a direct current generated with a fuel cell i BF , this according to one embodiment when falling below a first battery voltage value ŭ B takes place, and / or by means of a current generated with an electrolyzer i EB , which in one embodiment takes place when a second battery voltage value û B is exceeded. When the battery is discharged using the electricity generated i EB according to one embodiment, a hydrogen store is charged. With which, depending on the operating case, the hydrogen storage is charged or discharged via the hydrogen mass flow ṁ H. This can be done, for example, with the control system shown and non-linear transmission elements. Anti-wind-up measures can also be used.

Gemäß einer Ausführungsform fließt ein Kreisstrom io zwischen Brennstoffzelle und Elektrolyseur, um stoßfrei zwischen der Brennstoffzelle und dem Elektrolyseur umschalten zu können.In one embodiment, a circulating current flows ok between the fuel cell and the electrolyzer in order to be able to switch smoothly between the fuel cell and the electrolyzer.

In 3 sind im Kurzzeitverhalten die Verläufe von Wirk- und Blindleistung p und q, die Verläufe der Potentiale uC , uB , mH und die Verläufe der Ströme iC , iB , iH und iKC über die Zeit bei einer erfindungsgemäßen Regelung dargestellt. Wie der 3 zu entnehmen ist, übernimmt der Kondensator zunächst nahezu den gesamten Strom (Momentanreserve). Danach speichert die Batterie aus (Primärregelung) und der Kondensatorstrom iC geht zurück. Der Strom des langsamen Wasserstoffspeichers (Sekundärregelung) ist in dieser Zeitauflösung noch nicht aktiv.In 3rd are the curves of active and reactive power in short-term behavior p and q , course of the potentials u C , u B , m H and the courses of the currents i C , i B , i H and i KC represented over time in a control according to the invention. Again 3rd can be seen, the capacitor initially takes over almost all of the current (instantaneous reserve). Then the battery stores (primary control) and the capacitor current i C go back. The current of the slow hydrogen storage (secondary control) is not yet active in this time resolution.

In 4 sind die in 3 beschriebenen Verläufe über eine längere Zeit dargestellt. In diesem Beispiel springt die Wirkleistung p für 500 Sekunden nach einem schnellen Einschwingvorgang von 0 auf 0,2 pu, um dann bis 1000 Sekunden wieder auf Null zu stehen. Anschließend springt sie auf -0,2 pu, um dann nach 1500 Sekunden wieder auf Null zu gehen. Die Blindleistung verändert sich dabei jeweils immer nur um einen kleinen Betrag.In 4th are the in 3rd described courses over a long period of time. In this example, the active power jumps p for 500 seconds after a rapid settling process from 0 to 0.2 pu and then to zero again for up to 1000 seconds. It then jumps to -0.2 pu and then goes back to zero after 1500 seconds. The reactive power always changes by a small amount.

Ferner ist hier ersichtlich, wie nach ca. 100 Sekunden der Wasserstoffspeicher die gesamte Leistungserzeugung übernimmt und sowohl Kondensator als auch Batterie mit ihren Strömen wieder auf Null zurück gehen. Hierbei sind die Schaltzeitpunkte der Wirkleistung deutlich erkennbar.It can also be seen here how the hydrogen storage takes over the entire power generation after approx. 100 seconds and how both the capacitor and the battery return to zero with their currents. The switching times of the active power are clearly recognizable.

An den Potentialverläufen ist zu erkennen, dass der Kondensator mit seiner Leistungsaus- und -einspeisung nur immer sehr kurz wirkt. Dieses Verhalten entspricht de Momentanreserve. Die Kondensatorspannung uC nimmt auch immer wieder ihren Ausgangswert ein, wodurch ein ungestörter Betrieb des DC/AC-Konverters möglich ist. Die Batteriespannung uB hingegen bewegt sich in ihren Grenzen, welche beispielsweise auf ± 10% eingestellt sind. Die Batterie speist somit im Zeitbereich der Primärregelung Leistung ein und aus.It can be seen from the potential curves that the capacitor only ever acts for a very short time with its power supply and supply. This behavior corresponds to the current reserve. The capacitor voltage u C always takes its initial value again, which enables undisturbed operation of the DC / AC converter. The battery voltage u B on the other hand, it moves within its limits, which are set to ± 10%, for example. The battery therefore feeds power in and out in the time range of the primary control.

Der Wasserstoffspeicher wird immer dann aktiv, wenn die Batterie einen ihrer Grenzwerte erreicht. Zu Beginn der Zeitspanne speist der Speicher aus und liefert die benötigte Leistung, weshalb sein Wasserstoff-Massewert mH absinkt. Im Bereich 500 bis 1000 Sekunden wird keine Leistung benötigt, weshalb der Speicher konstant bleibt. Die Batterie bleibt in der Nähe ihrer unteren Spannung stehen. Nach 1000 Sekunden wird wieder Wasserstoff eingespeichert, bis die Leistung bei 1500 Sekunden wieder zu Null wird. Der Wasserstoffspeicher erreicht hier nicht mehr ganz seinen Ausgangswert, da die Batterie noch etwas über ihrem Startwert geladen bleibt.The hydrogen storage becomes active whenever the battery reaches one of its limit values. At the beginning of the period, the storage feeds out and delivers the required power, which is why its hydrogen mass value m H sinks. In the area 500 to 1000 No power is required for seconds, which is why the memory remains constant. The battery stops near its lower voltage. To 1000 Hydrogen is stored again for a few seconds until the power at 1500 seconds becomes zero again. The hydrogen storage does not quite reach its initial value here because the battery remains charged a little above its starting value.

5 zeigt ein Blockschaltbild einer externen p-Regelung für eine Frequenz- und Winkelregelung des Speicherkraftwerks. Das erfindungsgemäße Verfahren zur externen und internen Regelung eines schwungmasselosen Speicherkraftwerks für eine Bereitstellung von Systemdienstleistungen, welche Momentanreserve, Primärregelung und Sekundärregelung umfassen, weist folgende Verfahrensschritte auf: 5 shows a block diagram of an external p-control for frequency and angle control of the storage power plant. The method according to the invention for the external and internal control of a flywheel-free storage power plant for the provision of system services, which include instantaneous reserve, primary control and secondary control, has the following method steps:

Eine externe Regelung, welche eine Wirkleistungsregelung an einem DC/AC-Umrichter umfasst, weist gemäß einer Ausführungsform auch eine Blindleistungsregelung auf, welche hier nicht näher erläutert wird, weiter oben jedoch erläutert ist. Die Wirkleistungsregelung kann zum einen winkelbasiert (φ Reg ) oder frequenzbasiert (fReg ) erfolgen, wobei zwischen der winkelbasierten Regelung (φ Reg ) und der frequenzbasierten Regelung (fReg ) ausgewählt werden kann.An external control, which comprises active power control on a DC / AC converter, also has a reactive power control according to one embodiment, which is not explained here, but is explained further above. The active power control can be angle-based ( φ Reg ) or frequency-based ( f reg ) take place, whereby between the angle-based regulation ( φ Reg ) and frequency-based control ( f reg ) can be selected.

Die frequenzbasierte Regelung regelt die Netzfrequenz im Netz mittels einer Erhöhung einer einzuspeisenden Leistung bei einer niedrigen Netzfrequenz oder mittels einer Reduzierung der einspeisenden Leistung bei einer erhöhten Netzfrequenz. Die frequenzbasierte Netzregelung weist folgende Verfahrensschritte auf:

  • - Messen einer momentan abgegeben Wirkleistung p am DC/AC-Umrichter und Vorgabe einer Änderung einer Kraftwerkssollleistung ΔpH2 anhand eines Inhaltes eines Wasserstoffspeichers,
  • - Bilden einer Regelabweichung Δp aus der gemessenen momentan abgegeben Wirkleistung p mit einer Sollwirkleistung, wobei die Sollwirkleistung eine vorgegebene Sekundärleistungsänderung Δpsec, eine vorgegebene Fahrplanleistung pFP und die Vorgabe der Änderung der Kraftwerkssollleistung ΔpH2 aufweist und
  • - Errechnen einer synthetischen Netzwinkelgeschwindigkeit Δω2 aus der Regelabweichung Δp, wobei die synthetische Winkelgeschwindigkeit ω2 zu einer integralen Verstellung des Spannungswinkels φU2 am DC/AC-Umrichter führt.
The frequency-based control regulates the grid frequency in the grid by increasing the power to be fed in at a low grid frequency or by reducing the power fed in at an increased grid frequency. The frequency-based network control has the following procedural steps:
  • - Measuring a currently delivered active power p on the DC / AC converter and specification of a change in a power plant target power Δp H2 based on the content of a hydrogen storage,
  • - Form a rule deviation Δp from the measured active power currently output p with a target active power, the target active power a predetermined secondary power change Δp sec , a predetermined schedule power p FP and the specification of the change in the power plant target output Δp H2 has and
  • - Calculate a synthetic network angular velocity Δω 2 from the control deviation Δp , the synthetic angular velocity ω 2 for an integral adjustment of the tension angle φ U2 leads on the DC / AC converter.

Um ein Schwingen des einzustellenden Spannungswinkels φ U2 zu verhindern, wird zumindest eine Dämpfung angewendet.To swing the tension angle to be set φ U2 to prevent, at least damping is applied.

Die winkelbasierte Regelung arbeitet normalerweise im Slack-Modus und weist hierbei folgende Verfahrensschritte auf:

  • Festsetzen einer Regelabweichung Δp=0, wobei der Spannungswinkel φ U2 am DC/AC-Umrichter konstant bleibt und das Speicherkraftwerk als Spannungsquelle mit konstanter Spannung u2 und konstanter Frequenz von 50 Hz arbeitet. Das bedeutet für netzbildende Umrichter der Slack-Speicherkraftwerke, dass sie ihre Spannungen nach Betrag und Winkel konstant halten können, was einem Slack-Knoten (eingeprägte Spannung) entspricht.
The angle-based control normally works in Slack mode and has the following process steps:
  • Establishing a rule deviation Δp = 0, the tension angle φ U2 on the DC / AC converter remains constant and the storage power plant as a voltage source with constant voltage u 2 and constant frequency of 50 Hz works. For grid-forming converters of Slack storage power plants, this means that they can keep their voltages constant according to their magnitude and angle, which corresponds to a Slack node (impressed voltage).

Um ein Schwingen des Spannungswinkels φU2 am DC/AC-Umrichter zu verhindern weist die Wirkleistungsregelstrecke, welche nur für die Frequenzregelung und die Winkelregelung im Fehlerfall relevant ist, zumindest eine Dämpfung auf. Dies kann beispielsweise, wie in 6 dargestellt, mittels einer proportionalen Rückführung Δpprim über eine permanente Statik erfolgen. Für eine noch höhere Sicherheit kann eine weitere Dämpfung eingebunden sein, wie beispielsweise in 6 gezeigt, wonach eine große transiente Dämpfung mittels einer weiteren Rückführung der Regelgröße Δ ptrans über eine transiente Statik ein Überschwingen des Spannungswinkels φ U2 noch sicherer verhindert.To swing the tension angle φ U2 To prevent the DC / AC converter, the active power controlled system, which is only relevant for frequency control and angular control in the event of a fault, has at least one damping. For example, as in 6 shown by means of a proportional feedback Δp prim via permanent statics. Additional damping can be integrated for even greater security, such as in 6 shown that a large transient damping by means of a further feedback of the controlled variable Δ p trans an overshoot of the voltage angle via transient statics φ U2 prevented even more safely.

Eine winkelbasierte Regelung muss überwacht werden, da sonst im Slackmodus die abgegebene oder aufgenommene Leistung zu groß werden kann. Für diese Fälle weist die winkelbasierte Regelung Sicherungsmechanismen auf, welche anhand der gemessenen momentan abgegebenen Leistung p mittels einer Steuerungseinheit und/oder Schaltungseinheit eingeschaltet werden, wobei die Sicherungsmechanismen folgende Varianten umfassen:

  1. a. Manuelle Einstellung einer Leistung,
  2. b. Leistungseinstellung anhand eines vordefinierten Leistungsmaximalwertes (pMax ) und/oder eines vordefinierten Leistungsminimalwertes (pMin ) und/oder
  3. c. Leistungseinstellung anhand einer Vorgabe einer Änderung einer Kraftwerkssollleistung anhand eines Inhaltes eines Wasserstoffspeichers.
An angle-based control must be monitored, otherwise the output or power consumed can be too high in slack mode. For these cases, the angle-based control has safety mechanisms which are based on the measured power that is currently being output p be switched on by means of a control unit and / or circuit unit, the security mechanisms comprising the following variants:
  1. a. Manual setting of a service,
  2. b. Power setting based on a predefined maximum power value ( p Max ) and / or a predefined minimum performance value ( p min ) and or
  3. c. Power setting based on a specification of a change in a power plant target power based on the content of a hydrogen storage.

5 zeigt ferner beispielhaft in einem Schalterdiagramm, wie entsprechende Schalter (beispielsweise S1, S2, S3, S4) mittels der Steuereinheit geschaltet werden, wenn beispielsweise die Leistung manuelle eingegeben werden soll und/oder die Leistung einen gewissen Maximal- bzw. Minimalwert der erlaubten Leistung (PMin , pMax ) übersteigt. 5 also shows, by way of example in a switch diagram, how corresponding switches (for example S1 , S2 , S3 , S4 ) can be switched by means of the control unit if, for example, the power is to be entered manually and / or the power has a certain maximum or minimum value of the allowed power ( P min , p Max ) exceeds.

6 zeigt ein Anlagenschema eines Speicherkraftwerkes, welches mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelt wird. Eine Wirkleistung p (sowie eine Blindleistung q, hier nicht dargestellt) eines Drehstromsystems dient der externen Regelung des Speicherkraftwerks als Eingangsgröße für die Regelung des Spannungswinkel φ U2 , welcher am Speicherkraftwerk eingestellt wird. Die Ausgangsgröße Wasserstoffmasse mH des Speicherkraftwerks dient ebenfalls der externen Regelung als Regelungsgröße, um den Spannungswinkel φ U2 anhand eines Füllstandes eines Wasserstoffspeichers o.ä. einzustellen. 6 shows a system diagram of a storage power plant, which is controlled by the inventive method. An active power p (and a reactive power q, not shown here) of a three-phase system serves the external control of the storage power plant as an input variable for the control of the voltage angle φ U2 , which is set at the storage power plant. The output quantity hydrogen mass m H The storage power plant also serves the external control as a control variable, around the tension angle φ U2 based on a filling level of a hydrogen storage device or the like adjust.

Dabei verhält sich die Wirkungsweise des dargestellten Anlagenschema wie die in 1 beschriebene Wirkungsweise. Die hier gewählte Darstellung der Wirkungsweise des Speicherkraftwerkes ist übersichtlicher als die in 1 dargestellte Variante, da hier in physische Einheiten (Hardware) und Regelalgorithmen unterschieden wird. Zusätzlich ist hier die Ausgangsgröße mH , sowie die Eingangsgröße φ U2 , welche aus der externen Wirkleistungsregelung folgt, dargestellt. Die Regelungssysteme der drei Speicher sind in weiteren Figuren wie folgt dargestellt: 7 (c1) zeigt beispielhaft eine interne Regelung des ersten Speichers, beispielsweise eines Superkondensators, 8 (c2) zeigt beispielhaft die interne Regelung des zweiten Speichers, beispielsweise einer Batterie und 9 (c3) zeigt beispielhaft die interne Regelung des ersten und des zweiten Energieumwandlers, beispielsweise eines Elektrolyseurs und der Brennstoffzelle.The mode of operation of the system diagram shown behaves like that in 1 described mode of action. The representation of the mode of operation of the storage power plant selected here is clearer than that in 1 shown variant, since here a distinction is made in physical units (hardware) and control algorithms. In addition, here is the output variable m H , as well as the input variable φ U2 , which follows from the external active power control. The control systems of the three memories are shown in the following figures: 7 ( c1 ) shows an example of an internal control of the first memory, for example a supercapacitor, 8th ( c2 ) shows an example of the internal control of the second memory, for example a battery and 9 ( c3 ) shows an example of the internal control of the first and second energy converters, for example an electrolyser and the fuel cell.

Bezugszeichenliste Reference list

aa
externe p-Regelung für Frequenz- und Winkelregelungexternal p control for frequency and angle control
bb
Anlagenschema SpeicherkraftwerkPlant diagram of a storage power plant
cc
Regelung einzelner Komponenten des SpeicherkraftwerksControl of individual components of the storage power plant
c1c1
Regelung Superkondensator (Supercapacitor)Supercapacitor control
c2c2
Regelung BatterieBattery regulation
c3c3
Regelung Brennstoffzelle/ElektrolyseurRegulation fuel cell / electrolyser
fReg f reg
Regelmodus FrequenzregelungControl mode frequency control
ϕU ϕ U
SpannungswinkelTension angle
ϕU1 ϕ U1
Spannungswinkel der Spannung u1 am NetzzentrumTension angle of tension u 1 at the network center
ϕU2 ϕ U2
Spannungswinkel der Spannung u2 am SpeicherkraftwerkTension angle of tension u 2 at the storage power plant
ϕReg ϕ Reg
Regelmodus WinkelregelungControl mode angle control
u1 u 1
Spannung des NetzzentrumsNetwork center voltage
u2 u 2
Spannung am SpeicherkraftwerkVoltage at the storage power plant
uB u B
BatteriespannungBattery voltage
B û B
Batteriespannung MaximalwertBattery voltage maximum value
ŭB ŭ B
Batteriespannung MinimalwertBattery voltage minimum value
uc u c
KondensatorspannungCapacitor voltage
uc,0 u c, 0
Sollwert KondensatorspannungSetpoint capacitor voltage
iKC i KC
Gleichstrom vom Kondensator zum DC/AC-KonverterDirect current from the capacitor to the DC / AC converter
iCB i CB
Gleichstrom von der Batterie zum KondensatorDC current from the battery to the capacitor
iBF i BF
Gleichstrom von der Brennstoffzelle zur BatterieDirect current from the fuel cell to the battery
iEB i EB
Gleichstrom von der Batterie zum ElektrolyseurDC current from the battery to the electrolyser
i0 i 0
KreisstromCirculating current
iC i C
KondensatorstromCapacitor current
iB i B
BatteriestromBattery power
iH i H
Strom der Brennstoffzelle oder des WasserstoffspeichersElectricity from the fuel cell or hydrogen storage
pp
WirkleistungActive power
p0 p 0
SollwirkleistungTarget active power
pprim p prim
PrimärregelsollwertPrimary control setpoint
psec p sec
SekundärregelsollwertSecondary control setpoint
pFp p mp
oderor
p0, FP p 0, FP
FahrplanTimetable
ptrans p trans
transiente Leistungtransient performance
pman p man
Manuelle Einstellung einer LeistungManual setting of a service
Man = pMin,man = p min ,
Minimal erlaubte Leistung des SpeicherkraftwerksMinimum allowed output of the storage power plant
Man = pMax,man = p max ,
Maximal erlaubte Leistung des SpeicherkraftwerksMaximum allowed output of the storage power plant
ΔpΔp
RegelabweichungControl deviation
ΔpH2 Δp H2
Vorgabe einer Änderung einer KraftwerkssollleistungSpecification of a change in a power plant target output
Δωe Δω e
Winkelgeschwindigkeit der NetzfrequenzAngular velocity of the network frequency
Δω1 Δω 1
Winkelgeschwindigkeit der PLL-RegelungAngular velocity of the PLL control
Δω2 Δω 2
synthetische Netzwinkelgeschwindigkeitsynthetic network angular velocity
TM T M
Zeitkonstante MomentanreserveTime constant instantaneous reserve
TB T B
Zeitkonstante BatterieTime constant battery
TcTc
Zeitkonstante KondensatorTime constant capacitor
TH T H
Zeitkonstante WasserstoffspeicherTime constant hydrogen storage
TBF T BF
Zeitkonstante Regelung Brennstoffzelle-BatterieTime constant control of the fuel cell battery
TEB T EB
Zeitkonstante Regelung Batterie-ElektrolyseurTime constant regulation of battery electrolyser
KBF K BF
Verstärkung Regelung Brennstoffzelle-BatterieReinforcement regulation fuel cell battery
KEB K EB
Verstärkung Regelung Batterie-ElektrolyseurReinforcement regulation battery electrolyser
σq σ q
BlindleistungsstatikReactive power statics
σp σ p
WirkleistungsstatikActive power statics
SS
Laplace-OperatorLaplace operator
XX
NetzreaktanzNetwork reactance
Ω0 Ω 0
Nennwinkelgeschwindigkeit für 50 HertzNominal angular velocity for 50 Hertz
q2 q 2
Blindleistung am DC/AC-WandlerReactive power on the DC / AC converter
q2, 0 q 2, 0
Sollblindleistung am DC/AC-WandlerTarget reactive power at the DC / AC converter
mH m H
Wasserstoffmasse mit Grenzwerten mHmax(=m̂H) und mHmin Hydrogen mass with limit values m Hmax (= m̂ H ) and m Hmin
H H
WasserstoffmassenstromMass hydrogen flow
1, 2, 3, 4, 51, 2, 3, 4, 5
ÜbergabepunkteTransfer points

Claims (9)

Verfahren zur externen und internen Regelung eines schwungmasselosen Speicherkraftwerks für eine Bereitstellung von Systemdienstleistungen, welche Momentanreserve, Primärregelung und Sekundärregelung umfassen, Verfahren aufweisend folgende Verfahrensschritte: - externe Regelung, welche eine Wirkleistungsregelung an einem DC/AC-Umrichter umfasst: Auswählen eines Regelungsmodus, wobei ein Regelungsmodus eine winkelbasierte Regelung (φ Reg-Modus) ist und ein zweiter Regelmodus eine frequenzbasierte Regelung (fReg-Modus) ist, wobei die frequenzbasierte Regelung folgende Verfahrensschritte aufweist: - Messen einer momentan abgegeben Wirkleistung (p) am DC/AC-Umrichter und Vorgabe einer Änderung einer Kraftwerkssollleistung (ΔpH2) anhand eines Inhaltes eines Wasserstoffspeichers, - Bilden einer Regelabweichung (Δp) aus der gemessenen momentan abgegeben Wirkleistung (p) mit einer Sollwirkleistung, wobei die Sollwirkleistung eine vorgegebene Sekundärleistungsänderung (Δpsec), eine vorgegebene Fahrplanleistung (pFP) und die Vorgabe der Änderung der Kraftwerkssollleistung (ΔpH2) aufweist und - Errechnen einer synthetischen Netzwinkelgeschwindigkeit (Δω2) aus der Regelabweichung (Δp), wobei die synthetische Winkelgeschwindigkeit (Lω2) zu einer integralen Verstellung des Spannungswinkels (φ U2) am DC/AC-Umrichter führt, wobei die winkelbasierte Regelung im Slack-Modus folgende Verfahrensschritte aufweist: - Festsetzen einer Regelabweichung Δp=0, wobei der Spannungswinkel (φ U2) am DC/AC-Umrichter konstant bleibt und das Speicherkraftwerk als Spannungsquelle mit konstanter Spannung (u2) und konstanter Frequenz von 50 Hz arbeitet, wobei die winkelbasierte Regelung Sicherungsmechanismen aufweist, welche anhand der gemessenen momentan abgegebenen Leistung p mittels einer Steuerungseinheit eingeschaltet werden, wobei die Sicherungsmechanismen folgende Varianten umfassen: - Manuelle Einstellung einer Leistung (pman), - Leistungseinstellung anhand eines vordefinierten Leistungsmaximalwertes (pMax) und/oder eines vordefinierten Leistungsminimalwertes (pMin) und/oder - Leistungseinstellung anhand einer Vorgabe einer Änderung einer Kraftwerkssollleistung (ΔpH2) anhand eines Inhaltes eines Wasserstoffspeichers, - interne Regelung: Bereitstellung der Systemdienstleistungen aus Speichern, welche folgende Verfahrensschritte umfasst: - Ermitteln eines Gleichstroms (iKC), welcher von einem ersten Speicher zum DC/AC-Konverter fließt, aus einer gemessenen Speicherspannung (uC) des ersten Speichers und der Wirkleistung (p), wobei der Gleichstrom (iKC) und ein von einem zweiten Speicher zum ersten Speicher fließende Strom C(iCB) die Speicherspannung (uC) des ersten Speichers integral einstellt - Regeln des Gleichstroms (iCB), welcher vom ersten Speicher zum zweiten Speicher fließt, derart, dass die Speicherspannung (uC) des ersten Speichers einen Sollwert der Speicherspannung (uC, soll) annimmt - Laden des zweiten Speichers mittels eines mit einem ersten Energiewandler erzeugten Gleichstroms (iBF) bei Unterschreiten eines ersten Speicherspannungswertes (ŭB) des zweiten Speichers, wobei ein Entladen eines dritten Speichers erfolgt, oder Entladen des zweiten Speichers mittels eines mit einem zweiten Energiewandler erzeugten Stromes (iEB) bei Überschreiten eines zweiten Speicherspannungswertes (ûB) des zweiten Speichers, wobei ein Laden des dritten Speichers erfolgt.Method for the external and internal control of a flywheel-free storage power plant for the provision of system services, which include instantaneous reserve, primary control and secondary control, method comprising the following method steps: - external control, which comprises active power control on a DC / AC converter: selecting a control mode, a Control mode is an angle-based control (φ Reg mode) and a second control mode is frequency-based control (f Reg mode), the frequency-based control comprising the following procedural steps: - Measuring a currently delivered active power (p) at the DC / AC converter and Specification of a change in a power plant target power (Δp H2 ) on the basis of the content of a hydrogen storage, - formation of a control deviation (Δp) from the measured active power (p) currently measured with a target active power, the target active power being a predetermined change in secondary power (Δp sec ), has a predetermined schedule power (p FP ) and the specification of the change in the power plant target power (Δp H2 ) and - calculating a synthetic network angular velocity (Δω 2 ) from the control deviation (Δp), the synthetic angular velocity (Lω 2 ) for an integral adjustment of the voltage angle (φ U2 ) on the DC / AC converter, whereby the angle-based control in Slack mode has the following process steps: - Setting a control deviation Δp = 0, the voltage angle (φ U2 ) on the DC / AC converter remaining constant and the storage power plant works as a voltage source with constant voltage (u 2 ) and constant frequency of 50 Hz, the angle-based control having safety mechanisms which are switched on by means of a control unit on the basis of the measured power p currently being output, the safety mechanisms comprising the following variants: manual setting of a power (p man ), - power setting on hand of a predefined maximum power value (p max ) and / or a predefined minimum power value (p min ) and / or - power setting based on a specification of a change in a power plant target power (Δp H2 ) based on the content of a hydrogen storage, - internal regulation: provision of system services from storage, which comprises the following method steps: determining a direct current (i KC ) which flows from a first memory to the DC / AC converter, from a measured memory voltage (u C ) of the first memory and the active power (p), the direct current (i KC ) and a current C (i CB ) flowing from a second store to the first store integrally adjusts the store voltage (u C ) of the first store - regulating the direct current (i CB ) flowing from the first store to the second store such that the storage voltage (u C ) of the first storage takes on a target value of the storage voltage (u C, should ) - loading the second iten memory by means of a direct current (i BF ) generated with a first energy converter when the first memory voltage value (ŭ B ) falls below the second memory, whereby a third memory is discharged, or discharging the second memory by means of a current generated with a second energy converter (i EB ) when a second storage voltage value (û B ) of the second storage is exceeded, the third storage being loaded. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Eingreifen der Sicherungsmechanismen eine Arbeitspunktleistung (pAP) gespeichert/gehalten wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that an operating point power (p AP ) is stored / held for intervention by the security mechanisms . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Speicher einen Kondensator aufweist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the first memory has a capacitor. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Speicher eine Batterie aufweist.Procedure according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the second memory has a battery. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Speicher der Wasserstoffspeicher ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the third store is the hydrogen store. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserstoffmasse (mH) an dem Wasserstoffspeicher gemessen wird, wobei ferner die gemessene Wassertoffmasse (mH) als Eingangsgröße für die externe Wirkleistungsregelung im Frequenzregelmodus (fReg) und/oder Winkelregelmodus (φ reg) verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a hydrogen mass (m H ) is measured at the hydrogen store, the measured hydrogen mass (m H ) also being used as an input variable for the external active power control in the frequency control mode (f Reg ) and / or angle control mode (φ reg ) is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiewandler eine Brennstoffzelle aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first energy converter has a fuel cell. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Energiewandler einen Elektrolyseur aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second energy converter has an electrolyzer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kreisstrom (i0) zwischen dem ersten Energiewandler und dem zweiten Energiewandler fließt, um stoßfrei zwischen dem ersten Energiewandler und dem zweiten Energiewandler umschalten zu können.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a circulating current (i 0 ) flows between the first energy converter and the second energy converter in order to be able to switch smoothly between the first energy converter and the second energy converter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115642625A (en) * 2021-07-19 2023-01-24 中国航天科工飞航技术研究院(中国航天海鹰机电技术研究院) Flywheel energy storage system, control method, control device and readable storage medium
CN115642625B (en) * 2021-07-19 2023-12-05 中国航天科工飞航技术研究院(中国航天海鹰机电技术研究院) Flywheel energy storage system, control method, control device and readable storage medium

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