DE102021101836B4

DE102021101836B4 - Netzgekoppelter wechselrichter und verfahren zur verringerung von schwankungen der netzfrequenz

Info

Publication number: DE102021101836B4
Application number: DE102021101836.6A
Authority: DE
Inventors: Songhao YIN
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2041-01-28
Also published as: DE102021101836A1; US11658478B2; CN113497451A; JP6735039B1; US20210296883A1; JP2021151081A

Abstract

Netzgekoppelter Wechselrichter (150), welcher an ein Stromnetz (10) aufweisend einen damit verbundenen Synchrongenerator (30) angeschlossen ist, und welcher im Einklang mit einem Ausgangswirkleistungsbefehl (Pinv) erzeugt durch eine Regelfunktion eines virtuellen Synchrongenerators betrieben werden kann, um dadurch Schwankungen der Netzfrequenz zu verringern, dadurch gekennzeichnet, dass der netzgekoppelte Wechselrichter aufweist:einen Hauptschaltkreis (100), welcher Leistungshalbleiterschalterelemente, welche sich gemäß dem Ausgangswirkleistungsbefehl (Pinv) ein- und ausschalten, um eine Gleichstrom/Wechselstrom-Umwandlung auszuführen, aufweist; undeinen Regelkreis (500), welcher dafür eingerichtet ist, den Ausgangswirkleistungsbefehl (Pinv) zu erzeugen und den Hauptschaltkreis (100) basierend auf dem Ausgangswirkleistungsbefehl (Pinv) zu regeln,wobei der Ausgangswirkleistungsbefehl (Pinv) auf einem Einstellwert (Po) der Ausgangswirkleistung (Pinv) des netzgekoppelten Wechselrichters (150), einem Wert erlangt durch Multiplizieren eines Scheindämpfungskoeffizienten (kvd) zu einer Frequenzabweichung (fg- fo) zwischen einer Netzfrequenz (fg) und einer Referenzfrequenz (fo), und einem Wert erlangt durch Multiplizieren eines Scheinträgheitskoeffizienten (kvi) zu einem Differenzialwert (dfg/dt) der Netzfrequenz (fg) basiert, gekennzeichnet dadurch, dassder Regelkreis (500) dafür ausgelegt ist, den Scheinträgheitskoeffizienten (kvi), nachdem die Netzfrequenz (fg) einen Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, auf einen Wert, welcher niedriger ist als der Scheinträgheitskoeffizient (kvi), bevor die Netzfrequenz (fg) den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht, anzupassen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen netzgekoppelten Wechselrichter, welcher eine Schwankung der Netzfrequenz durch den sogenannten virtuellen Synchrongenerator (VSG) verringert, und ein Verfahren zur Verringerung von Schwankungen der Netzfrequenz.
STAND DER TECHNIK
Wechselrichter, welche den Gleichstromausgang von erneuerbaren Energieerzeugungssystemen, wie zum Beispiel photovoltaischen Energieerzeugungsanlagen oder dergleichen, in Wechselstrom umwandeln und den Wechselstrom in Stromversorgungsnetze einspeisen, werden üblicherweise in Synchronisation mit der Netzfrequenz geregelt durch einen Phasenregelkreis (PLL) betrieben. Es ist wohlbekannt, dass im Unterschied zu einem Synchrongenerator, welcher einen Rotor aufweist, der Wechselrichter eine elektrische Vorrichtung des stationären Typs ist, welche Halbleiterleistungsschaltelemente aufweist. Somit ist der Wechselrichter mit keiner Funktion zum Verringern von Schwankungen der Netzfrequenz durch eine Trägheitskraft des Rotors versehen.
Insbesondere falls die Anzahl erneuerbarer Energieerzeugungssysteme zunimmt und die Anzahl von Synchrongeneratoren relativ dazu abnimmt, kann die Netzfrequenz aufgrund von plötzlichen Änderungen der Last und Ausgangsschwankungen der erneuerbaren Energieerzeugungssysteme variieren.
Folglich wird eine Technik zum Stabilisieren des Systems durch Bereitstellen einer Scheinträgheitskraft im Wechselrichter, um eine Funktion zur Verringerung von Frequenzschwankungen des Synchrongenerators zu verwirklichen, als die virtuelle Synchrongenerator-Steuerung (VSG-Steuerung) bezeichnet. Die Funktion zur Verringerung von Frequenzschwankungen wird manchmal auch als die VSG-Funktion bezeichnet.
1 ist ein Schema, welches eine Gestaltung eines netzgekoppelten Wechselrichters aufweisend die oben beschriebene VSG-Funktion darstellt.
In 1 ist ein Synchrongenerator 30 mit einem Stromnetz 10 verbunden, um eine Last 60 mit Wechselstrom zu versorgen. Darüber hinaus ist eine PLL-Schaltung 20 mit dem Stromnetz 10 verbunden, und eine Netzfrequenz f_g, welche durch die PLL-Schaltung 20 erfasst wird, sowie eine Ableitung df_g/dt derselben werden einem Wechselrichter 50 über eine Signalleitung 21 eingespeist. Der Wechselrichter 50 weist einen Hauptstromkreis, welcher Leistungshalbleiterschaltelemente zum Ausführen einer Gleichstrom/Wechselstrom-Umwandlung aufweist, und einen Regelkreis zum Regeln des Hauptstromkreises auf.
Eine Gleichstromeingangsseite des Wechselrichters 50 ist mit einem erneuerbaren Energieerzeugungssystem, wie zum Beispiel einer photovoltaischen Energieerzeugungsanlage 40 oder dergleichen, verbunden, und eine Wechselstromausgangsseite des Wechselrichters 50 ist mit dem Stromnetz 10 verbunden.
Die Anzahl sowohl der Synchrongeneratoren 30 als auch der Wechselrichter 50 (und der photovoltaischen Energieerzeugungsanlagen 40), welche in 1 dargestellt sind, ist nicht auf eins beschränkt. In einem Fall, in welchem eine Mehrzahl von Synchrongeneratoren und eine Mehrzahl von Wechselrichtern mit dem Stromnetz 10 verbunden sind, entspricht der in 1 dargestellte Synchrongenerator 30 einer Gruppe oder Sammlung der Mehrzahl von Synchrongeneratoren, und der in 1 dargestellte Wechselrichter 50 entspricht einer Gruppe oder Sammlung der Mehrzahl von Wechselrichtern.
Im Einklang mit der oben beschriebenen Gestaltung verringert der Wechselrichter 50 die Schwankung der Netzfrequenz f_g verursacht durch plötzliche Veränderungen der Last 60 oder dergleichen mittels der nachfolgend beschriebenen VSG-Funktion.
Mit anderen Worten wird ein Wirkleistungsausgang (Befehlsausgang) vom Wechselrichter 50 mit der folgenden Formel (1) berechnet, welche in M.P.N van Wesenbeeck et al., „Grid tied converter with virtual kinetic storage“, 2009 IEEE Bucharest Power Tech Conference (Stromtechnologiekonferenz 2009 der IEEE in Bukarest), 28. Juni - 2. Juli, zum Beispiel als Formel 18 genannt ist. $P_{inv} = P_{o} - k_{vd} (f_{g} - f_{o}) - k_{vi} \frac{{df}_{g}}{dt}$
In der Formel (1) bezeichnet P_inv die Ausgangswirkleistung (den Befehl) des Wechselrichters 50, P₀ bezeichnet einen Einstellwert der Ausgangswirkleistung des Wechselrichters 50, k_vd bezeichnet einen Scheindämpfungskoeffizienten, k_vi bezeichnet einen Scheinträgheitskoeffizienten (oder Koeffizienten der Scheinträgheit), f_g bezeichnet eine tatsächliche Netzfrequenz, und f₀ bezeichnet eine Referenzfrequenz (zum Beispiel 50 [Hz] oder 60 [Hz]) des Stromnetzes 10.
Im Einklang mit der Formel (1) wird die Ausgangswirkleistung P_inv des Wechselrichters 50 berechnet durch Subtrahieren eines Anpassungswerts vom Einstellwert P₀ der Ausgangswirkleistung, wobei der Anpassungswert eine Summe einer Scheindämpfungskomponente (eines zweiten Ausdrucks auf der rechten Seite des Gleichheitszeichens in der Formel (1)) im Einklang mit einer Schwankung der Netzfrequenz ist, das bedeutet, einer Frequenzabweichung (f_g - f₀), und einer Scheindämpfungskomponente (eines dritten Ausdrucks auf der rechten Seite des Gleichheitszeichens in der Formel (1)) im Einklang mit einer Ableitung (df_g/dt) der Netzfrequenz f_g ist. Durch Betreiben des Wechselrichters 50 unter Verwendung des Wertes dieser Ausgangswirkleistung P_inv als den Ausgangswirkleistungsbefehl ist es möglich, die Schwankungen der Netzfrequenz f_g zu verringern.
Herkömmlicherweise werden geeignet ausgewählte feste Werte für den Scheindämpfungskoeffizienten k_vd und den Scheinträgheitskoeffizienten k_vi verwendet.
Darüber hinaus beschreibt die offengelegte Japanische Patentanmeldung JP 2019- 3 454 A in den Absätzen 0026 - 0033, 1 und 2, eine VSG-Funktion ähnlich jener in M.P.N van Wesenbeeck et al., „Grid tied converter with virtual kinetic storage“. Insbesondere wird ein Verringerungswert einer Frequenzschwankung, welcher einer Trägheitskraft des Synchrongenerators entspricht, durch eine Erzeugungseinheit einer Generatorträgheitskraft, welche im Regelkreis des Wechselrichters bereitgestellt ist, basierend auf einem Phasenfehler in Bezug auf eine Netzspannung, welcher durch Verzögern einer Reaktion einer PLL-Schaltung bei einer plötzlichen Veränderung der Last erlangt wird, berechnet, und der berechnete Verringerungswert der Frequenzschwankung wird zu einem Wirkleistungszielwert des Wechselrichters addiert, um die sinkende Netzfrequenz zu verbessern.
Im Einklang mit der von M.P.N van Wesenbeeck et al., „Grid tied converter with virtual kinetic storage“ beschriebenen Technik wird eine Steuerung derart vorgenommen, dass die Netzfrequenz f_g zur Referenzfrequenz f₀ konvergiert, nachdem die Frequenzabweichung (f_g - f₀) einen Maximalwert erreicht hat. Da der Scheinträgheitskoeffizient k_vi auf den festen Wert gesetzt ist, besteht jedoch die Schwierigkeit, dass eine Konvergenzgeschwindigkeit der Netzfrequenz f_g langsam ist.
Andererseits beschreibt die JP 2019- 3 454 A kein spezielles Verfahren zum Wiederherstellen der Netzfrequenz f_g, welche beim Eintreten der plötzlichen Laständerungen schwankt, innerhalb eines kurzen Zeitraums.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Folglich besteht eine Aufgabe eines Aspekts der Ausführungsformen darin, einen netzgekoppelten Wechselrichter, welcher Schwankungen der Netzfrequenz verringert, sowie ein Verfahren zum Verringern von Schwankungen der Netzfrequenz, welches die Schwankungen der Netzfrequenz verursacht durch plötzliche Änderungen der Last oder eine Schwankung der Ausgangsleistung des erneuerbaren Energieerzeugungssystems innerhalb eines kurzen Zeitraums verringern kann, bereitzustellen.
Im Einklang mit einem Aspekt der Ausführungsformen weist ein netzgekoppelter Wechselrichter, welcher an ein Stromnetz aufweisend einen damit verbundenen Synchrongenerator angeschlossen ist, und welcher im Einklang mit einem Ausgangswirkleistungsbefehl erzeugt durch eine Regelfunktion eines virtuellen Synchrongenerators betrieben werden kann, um dadurch Schwankungen der Netzfrequenz zu verringern, einen Hauptstromkreis aufweisend Leistungshalbleiterschaltelemente, welche sich gemäß dem Ausgangswirkleistungsbefehl ein- und ausschalten, um eine Gleichstrom/Wechselstrom-Umwandlung auszuführen; und einen Regelkreis, welcher dafür eingerichtet ist, den Ausgangswirkleistungsbefehl zu erzeugen und den Hauptstromkreis basierend auf dem Ausgangswirkleistungsbefehl zu regeln, auf, wobei der Ausgangswirkleistungsbefehl auf einem Einstellwert der Ausgangswirkleistung des netzgekoppelten Wechselrichters, einem Wert erlangt durch Multiplizieren eines Scheindämpfungskoeffizienten zu einer Frequenzabweichung zwischen einer Netzfrequenz und einer Referenzfrequenz, und einem Wert erlangt durch Multiplizieren eines Scheinträgheitskoeffizienten zu einem Differenzialwert der Netzfrequenz dargestellt ist basiert, und wobei der Regelkreis dafür ausgelegt ist, den Scheinträgheitskoeffizienten, nachdem die Netzfrequenz einen Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, auf einen Wert, welcher niedriger ist als der Scheinträgheitskoeffizient, bevor die Netzfrequenz einen Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht, anzupassen.
Ein erneuerbares Energieerzeugungssystem kann als eine Gleichstromversorgung des netzgekoppelten Wechselrichters angeschlossen sein.
Der Regelkreis kann den Scheinträgheitskoeffizienten anpassen, um die Netzfrequenzschwankung verursacht durch plötzliche Änderungen einer Last, welche mit dem Stromnetz verbunden ist, oder eine Schwankung der Ausgangsleistung eines erneuerbaren Energieerzeugungssystems, welches als eine Gleichstromversorgung des netzgekoppelten Wechselrichters angeschlossen ist, zu verringern.
Der Regelkreis kann den Wert des Scheinträgheitskoeffizienten, nachdem die Netzfrequenz den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, basierend auf einer Trägheit des Synchrongenerators, bevor die Netzfrequenz den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, und einem Trägheitskoeffizienten des gesamten Stromnetzes, nachdem die Netzfrequenz den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, einstellen.
Der Regelkreis kann die Trägheit des Synchrongenerators, bevor die Netzfrequenz den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht, basierend auf einer mechanischen Eingangsschwankung des Synchrongenerators, einer Lastschwankung, welche von der Netzfrequenz abhängt, einem Dämpfungskoeffizienten des Synchrongenerators, dem Scheindämpfungskoeffizienten, dem Scheinträgheitskoeffizienten, der Frequenzabweichung zwischen der Netzfrequenz und der Referenzfrequenz, dem Differenzialwert der Netzfrequenz und dem Scheinträgheitskoeffizienten zu einem Zeitpunkt, bevor die Netzfrequenz den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht, berechnen.
Im Einklang mit einem weiteren Aspekt der Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Verringern der Netzfrequenzschwankung in einem netzgekoppelten Wechselrichter, welcher an ein Stromnetz aufweisend einen damit verbundenen Synchrongenerator angeschlossen ist, die Schritte Betreiben des netzgekoppelten Wechselrichters im Einklang mit einem Ausgangswirkleistungsbefehl, welcher durch eine Regelfunktion eines virtuellen Synchrongenerators erzeugt wird und auf einem Einstellwert der Ausgangswirkleistung des netzgekoppelten Wechselrichters, einem Wert erlangt durch Multiplizieren eines Scheindämpfungskoeffizienten zu einer Frequenzabweichung zwischen einer Netzfrequenz und einer Referenzfrequenz, und einem Werts erlangt durch Multiplizieren eines Scheinträgheitskoeffizienten zu einem Differenzialwert der Netzfrequenz basiert; und Anpassen des Scheinträgheitskoeffizienten, nachdem die Netzfrequenz einen Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, auf einen Wert, welcher niedriger ist als der Scheinträgheitskoeffizient, bevor die Netzfrequenz den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht, um den Ausgangswirkleistungsbefehl, nachdem die Netzfrequenz den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, zu erzeugen.
Das Betreiben kann das Betreiben des netzgekoppelten Wechselrichter im Einklang mit dem Ausgangswirkleistungsbefehl dargestellt durch eine Summe aus dem Einstellwert der Ausgangswirkleistung des netzgekoppelten Wechselrichters und dem Wert erlangt durch Multiplizieren des Scheindämpfungskoeffizienten zur Frequenzabweichung zwischen den Netzfrequenz und der Referenzfrequenz, wenn die Frequenzabweichung zwischen der Netzfrequenz und der Referenzfrequenz kleiner ist als ein erster Schwellenwert, beziehungsweise im Einklang mit dem Ausgangswirkleistungsbefehl zu einem Zeitpunkt, nachdem die Netzfrequenz den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, wenn die Frequenzabweichung zwischen der Netzfrequenz und der Referenzfrequenz den ersten Schwellenwert überschreitet, umfassen.
Das Anpassen kann den Scheinträgheitskoeffizienten anpassen, um die Netzfrequenzschwankung verursacht durch plötzliche Änderungen einer Last, welche mit dem Stromnetz verbunden ist, oder eine Schwankung der Ausgangsleistung eines erneuerbaren Energieerzeugungssystems, welches als eine Gleichstromversorgung des netzgekoppelten Wechselrichters angeschlossen ist, zu verringern.
Andere Aufgaben und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgend dargelegten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist ein Schema, welches eine Gestaltung eines netzgekoppelten Wechselrichters aufweisend die VSG-Funktion darstellt.
2 ist ein Diagramm, welches eine Gestaltung eines netzgekoppelten Wechselrichters im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Maximalpunkts der Frequenzschwankung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Schema, welches einen Wiederherstellungszustand einer Netzfrequenz für einen Fall, in welchem ein Scheinträgheitskoeffizient im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angepasst wird, sowie für einen Fall, in welchem der Scheinträgheitskoeffizient wie in einem herkömmlichen Fall vorgegeben ist, darstellt.
5 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Berechnen einer Ausgangswirkleistung im Einklang mit einer Netzfrequenzschwankung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist ein Wellenformdiagramm, welches ein Beispiel der Netzfrequenzschwankung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
2 ist ein Diagramm, welches eine Gestaltung eines netzgekoppelten Wechselrichters 150 im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher mit dem Stromnetz 10 verbunden werden kann, darstellt. Der netzgekoppelte Wechselrichter 150 weist einen Wechselrichterhauptschaltkreis 100 und einen Regelkreis 500 auf. In 2 sind jene Teile, welche gleich sind, wie die entsprechenden Teile in 1, mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet, und eine Beschreibung derselben kann weggelassen werden.
Der Regelkreis 500 erzeugt einen Ausgangswirkleistungsbefehl P_inv und regelt den Wechselrichterhauptschaltkreis 100 basierend auf dem Ausgangswirkleistungsbefehl P_inv. Der Regelkreis 500 weist Subtrahierer 71 und 74, einen Differentiator 72, Multiplikatoren 75 und 76 und einen Addierer 73 auf.
In 2 wird die Netzfrequenz f_g, welche die PLL-Schaltung 20 erfasst hat, dem Subtrahierer 71 zugeführt, welcher eine Abweichung (f_g - f₀) von der Referenzfrequenz f₀ berechnet. Der Multiplikator 75 multipliziert die Abweichung (f_g - f₀) mit dem Scheindämpfungskoeffizienten k_vd, und führt dem Addierer 73 ein Ergebnis dieser Multiplikation zu.
Darüber hinaus wird die Netzfrequenz f_g, welche die PLL-Schaltung 20 erfasst hat, auch dem Multiplikator 76 zugeführt, welcher die Netzfrequenz f_g mit dem Scheinträgheitskoeffizienten k_vi, welcher eine Variable ist, multipliziert, und ein Ergebnis dieser Multiplikation wird dem Differentiator 72 zugeführt, welcher das Ergebnis dieser Multiplikation differenziert. Ein Ergebnis des Differentiators 72 wird dem Addierer 73 zugeführt.
Der Addierer 73 addiert die beiden Eingaben vom Multiplikator 75 beziehungsweise vom Differentiator 72, und eine Ausgabe des Addierers 72 wird dem Subtrahierer 74 zugeführt. Der Subtrahierer 74 subtrahiert die Ausgabe des Addierers 73 von einem Einstellwert P₀ einer Ausgangswirkleistung des netzgekoppelten Wechselrichters 150 und erlangt einen Ausgangswirkleistungsbefehl P_inv. Dieser Ausgangswirkleistungsbefehl P_inv wird einem Stromreferenzwertgenerator 80 zugeführt.
Zusätzlich zum Ausgangswirkleistungsbefehl P_inv wird dem Stromreferenzwertgenerator 80 separat ein Blindleistungsbefehl Q_inv zugeführt. Der Stromreferenzwertgenerator 80 erzeugt basierend auf den zugeführten Eingaben einen d-Achsen- und einen q-Achsen-Strombefehlswert, i_dref beziehungsweise i_qref, und gibt den d-Achsen- und den q-Achsen-Strombefehlswert, i_dref beziehungsweise i_qref, an einen Stromregler 90 aus.
Andererseits sind eine Gleichstromversorgung 101 und ein Gleichstromzwischenkondensator 102, welche einem erneuerbaren Energieerzeugungssystem entsprechen, an einer Gleichstromeingangsseite des Wechselrichterhauptschaltkreises 100 parallelgeschaltet. In diesem Beispiel ist der Wechselrichterhauptstromkreis 100 durch einen dreiphasigen Wechselrichterhauptstromkreis gebildet, welcher eine bekannte Gestaltung mit den Leistungshalbleiterschaltelementen aufweist. Eine Wechselstromausgangsseite des Wechselrichterhauptstromkreises 100 ist mit dem Stromnetz 10 verbunden.
Ausgangsströme i_a, i_b und i_c jeder der Phasen des Wechselrichterhauptstromkreises 100 werden durch einen Stromdetektor 103 erfasst und durch eine Koordinatentransformationsschaltung 91 in den d-Achsenstrom und den q-Achsenstrom, i_d beziehungsweise i_q, umgewandelt. Der d-Achsenstrom und der q-Achsenstrom, i_d beziehungsweise i_q, werden dem Stromregler 90 zugeführt. Darüber hinaus werden Ausgangsspannungen v_a, v_b und v_c jeder der Phasen des Wechselrichterhauptstromkreises 100 durch eine Koordinatentransformationsschaltung 92 in eine d-Achsenspannung und eine q-Achsenspannung, v_d beziehungsweise v_q, umgewandelt. Die d-Achsenspannung und die q-Achsenspannung, v_d beziehungsweise v_q, werden dem Stromregler 90 zugeführt.
Ein Phasenwinkel p, welcher zum Ausführen der Koordinatentransformation verwendet wird, wird jeder der Koordinatentransformationsschaltungen 91 und 92, sowie einer später beschriebenen Koordinationstransformationsschaltung 93 zugeführt.
Basierend auf dem d-Achsenstrombefehlswert und dem q-Achsenstrombefehlswert, i_dref beziehungsweise i_qref, vom Stromreferenzwertgenerator 80, dem d-Achsenstrom und dem q-Achsenstrom, i_d beziehungsweise i_q, von der Koordinatentransformationsschaltung 91 und der d-Achsenspannung und der q-Achsenspannung, v_d beziehungsweise v_q, von der Koordinatentransformationsschaltung 92 erzeugt der Stromregler 90 einen d-Achsen- und einen q-Achsenmodulationsbefehl, m_d beziehungsweise m_q. Der d-Achsen- und der q-Achsenmodulationsbefehl, m_d beziehungsweise m_q, werden durch den Koordinatentransformator 93 und einen Modulationssignalerzeuger 94 in Modulationssignale m_a, m_b und m_c jeder der drei Phasen umgewandelt. Diese Modulationssignale m_a, m_b und m_c werden dem Wechselrichterhauptstromkreis 100 zugeführt. Im Wechselrichterhauptstromkreis 100 werden die Halbleiterschaltelemente durch eine Pulsbreitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung) oder dergleichen unter Verwendung der Modulationssignale m_a, m_b und m_c ein- und ausgeschaltet, und Gleichstrom der Gleichstromversorgung 101 wird in Wechselstrom umgewandelt und dem Stromnetz 10 eingespeist.
Eine Bewegungsgleichung (Oszillations- oder Schwingungsgleichung) für ein Modell des Synchrongenerators 30 kann durch die folgende Formel (2) dargestellt werden. $M \frac{{df}_{m}}{dt} = Δ P_{m} - Δ P_{e}$
In der Formel (2) bezeichnet M eine Trägheit des Synchrongenerators 30 (eines reduzierten Modells für einen Fall, in welchem die Trägheitswerte einer Mehrzahl von Synchrongeneratoren 30, welche mit dem Stromnetz 10 verbunden sind, zu einem Trägheitswert zusammengefasst werden), f_m bezeichnet eine Rotationsfrequenz (des Rotors) des Synchrongenerators 30, ΔP_m bezeichnet eine mechanische Eingangsschwankung des Synchrongenerators 30, und ΔP_e bezeichnet eine elektrische Ausgangsschwankung des Synchrongenerators 30.
Ausgehend von der oben beschriebenen Formel (1) kann eine Schwankung ΔP_inv der Wirkleistungsabgabe vom netzgekoppelten Wechselrichter 150 durch die folgende Formel (3) ausgedrückt werden. $Δ P_{inv} = - k_{vd} (f_{g} - f_{o}) - k_{vi} \frac{{df}_{g}}{dt}$
Wie durch die folgende Formel (4) dargestellt, ist darüber hinaus eine Summe der Wirkleistungsschwankung ΔP_inv und der elektrischen Ausgangsschwankung ΔP_e des Synchrongenerators 30 gleich einer Wirkleistungsschwankung ΔP_L der Last 60. Ferner ist die Wirkleistungsschwankung ΔP_L eine Summe aus einer Lastschwankung ΔP_L0, welche nicht von der Netzfrequenz f_g abhängig ist, und einem Produkt eines Dämpfungskoeffizienten D und der Frequenzabweichung (f_g - f₀) des Synchrongenerators 30. $Δ P_{inv} + Δ P_{e} = Δ P_{L} = Δ P_{L0} + D (f_{g} - f_{0})$
Falls in der oben beschriebenen Formel (2) gilt f_m ≈ f_g, kann eine Erweiterungsbewegungsgleichung des Synchrongenerators 30 basierend auf den Formeln (2) bis (4) durch die folgende Formel (5) dargestellt werden. $(M + k_{vi}) \frac{{df}_{g}}{dt} + (D + k_{vd}) (f_{g} - f_{0}) = Δ P_{m} - Δ P_{L0}$
In der oben beschriebenen Formel (5) bezeichnet (M+k_vi) einen Trägheitskoeffizienten des gesamten Stromnetzes 10 (welcher die durch den netzgekoppelten Wechselrichter 150 ausgegebene Trägheit aufweist), und (D+k_vd) bezeichnet einen Dämpfungskoeffizienten des gesamten Stromnetzes 10.
In einem Fall, in welchem die Netzfrequenz f_g durch die Lastschwankung im Vergleich zur Referenzfrequenz f₀ abnimmt, steigt zum Beispiel der Scheinträgheitskoeffizient k_vi an, um während eines Zeitraums, in welchem sich die Netzfrequenz f_g in einem Bereich, in welchem die Netzfrequenz f_g kleiner ist als der Konvergenzwert f_∞, weiter von einem geschätzten Konvergenzwert f_∞ entfernt, den Trägheitskoeffizienten (M + k_vi) des gesamten Stromnetzes 10 der Formel (5) auf einen hohen Wert zu erhöhen. Andererseits nimmt der Scheinträgheitskoeffizient k_vi ab, um während eines Zeitraums, in welchem die Netzfrequenz f_g in dem Bereich, in welchem die Netzfrequenz f_g kleiner ist als der Konvergenzwert f_∞, dem Konvergenzwert f_∞ näherkommt, den Trägheitskoeffizienten (M + k_vi) des gesamten Stromnetzes 10 der Formel (5) auf einen niedrigen Wert zu verringern. Folglich ist es möglich, eine Wiederherstellungsgeschwindigkeit der Netzfrequenz f_g zu erhöhen. Der Trägheitskoeffizient (M + k_vi) des gesamten Stromnetzes 10, und die Trägheit M des Synchrongenerators 30 weisen positive Werte auf.
Mit anderen Worten wird in dem Fall, in welchem sich die Netzfrequenz f_g in dem Bereich, in welchem die Netzfrequenz f_g kleiner ist als der Konvergenzwert f_∞, verändert, der Scheinträgheitskoeffizient k_vi erhöht, bis die Netzfrequenz f_g einen Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht, und während des Zeitraums, in welchem sich die Netzfrequenz f_g dem Konvergenzwert f_∞ nähert, nachdem sie den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, wird die Scheinträgheitskoeffizient k_vi verringert.
Durch Anpassen des Scheinträgheitskoeffizienten k_vi des netzgekoppelten Wechselrichters 150 auf diese Art und Weise ist es möglich, die Netzfrequenz f_g innerhalb eines kurzen Zeitraums verglichen mit dem herkömmlichen Fall, in welchem der Scheinträgheitskoeffizient k_vi auf einen festen Wert eingestellt ist, wiederherzustellen.
Da der Differenzialwert (df_g/dt) der Netzfrequenz f_g am oben beschriebenen Maximalpunkt der Frequenzschwankung Null beträgt, kann die Formel (5) durch die folgende Formel (6) ausgedrückt werden. In der Formel (6) bezeichnet fmin eine Minimalfrequenz des Maximalpunkts der Frequenzschwankung, und t₂ bezeichnet einen Zeitpunkt, an welchem der Maximalpunkt der Frequenzschwankung eintritt. $Δ P_{L0} = - (D + k_{vd}) (f_{min} - f_{0}) + Δ P_{m} (t_{2})$
3 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Maximalpunkts der Frequenzschwankung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 stellt die Minimalfrequenz fmin, die Zeit t₂, oder dergleichen des Maximalpunkts der Frequenzschwankung, sowie eine Zeit t₁ vor der Zeit t₂, eine entsprechende Frequenz f₁ zum Zeitpunkt t₁ und eine Frequenzänderungsgeschwindigkeit, (df₁/dt), welche eine Ableitung der Frequenz f₁ ist und durch eine Strichpunktlinie angezeigt wird, dar.
Als nächstes kann der Konvergenzwert f_∞ der Netzfrequenz f_g, welcher dazu benötigt wird, die Scheinträgheitskoeffizient k_vi wie oben beschrieben anzupassen, auf die folgende Art und Weise berechnet werden.
Dargestellt durch die folgende Formel (7) besteht zunächst eine Beziehung zwischen einem Änderungswert, ΔF, der Rotationsfrequenz des Synchrongenerators 30 und der oben beschriebenen Lastschwankung ΔP_L0. In der Formel (7) bezeichnet s den Laplace-Operator, und G(s) bezeichnet die Übertragungsfunktion. $Δ F (s) = G (s) Δ P_{L0} (s)$
Aus der Formel (7) und dem Endwertsatz kann der Konvergenzwert f_∞ der Netzfrequenz f_g durch die folgende Formel (8) berechnet werden. $Steady-State Value lim_{t \to \infty} Δ f (t) = lim_{t \to \infty} sG (s) Δ P_{L0} (s)$
4 ist ein Schma, welches einen Wiederherstellungszustand der Netzfrequenz f_g für einen Fall, in welchem der Scheinträgheitskoeffizient k_vi im Einklang mit dieser Ausführungsform angepasst wird, sowie für einen Fall, in welchem der Scheinträgheitskoeffizient k_vi wie in einem herkömmlichen Fall vorgegeben ist, darstellt. Wie aus 4 ersichtlich ist, ist die Zeitspanne, welche erforderlich ist, die Netzfrequenz f_g derart wiederherzustellen, dass sie innerhalb einen in dieser Ausführungsform vorher festgelegten Bereich rund um den Konvergenzwert f_∞ fällt, dargestellt durch eine durchgezogene Linie, kürzer als jene des herkömmlichen Falls, dargestellt durch eine gestrichelte Linie. Diese kürzere Zeitspanne, welche in dieser Ausführungsform dazu erforderlich ist, die Netzfrequenz f_g wiederherzustellen, trägt zu einer rascheren Stabilisierung der Netzfrequenz f_g im Vergleich zum herkömmlichen Fall bei.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Berechnen der Ausgangswirkleistung des netzgekoppelten Wechselrichters 150 im Einklang mit einem Schwankungszustand der Netzfrequenz f_g unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben.
Ein Prozess eines in 5 dargestellten Ablaufdiagramms wird in einem vorher festgelegten Kontrollzeitraum durch den Regelkreis 500 des netzgekoppelten Wechselrichters 150, welcher in 2 dargestellt ist, ausgeführt. Der Regelkreis 500 regelt den Wechselrichterhauptschaltkreis 100 des netzgekoppelten Wechselrichters 150. In diesem Beispiel bezeichnet k eine aktuelle Zeit, und (k-1) bezeichnet einen Zeitpunkt einen Kontrollzeitraum vor der aktuellen Zeit k.
Ferner ist 6 ein Wellenformdiagramm, welches ein Beispiel, in welchem sich die Netzfrequenz f_g verändert, das bedeutet, dass die Netzfrequenzschwankung erfolgt, in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in welchem die Netzfrequenz f_g in dieser Ausführungsform sinkt. Die vorliegende Erfindung ist in einer Modifikation dieser Ausführungsform jedoch zum Beispiel ebenso auf einen Fall anwendbar, in welchem die Netzfrequenz f_g ansteigt.
Zunächst erfolgt in 5 bei Schritt S1 eine Bestimmung, mit welcher ermittelt wird, ob ein Absolutwert der Abweichung zwischen der Netzfrequenz f_g zum aktuellen Zeitpunkt k und der Referenzfrequenz f₀ (zum Beispiel 50 [Hz]) kleiner ist als der erste voreingestellte Schwellenwert c₁, oder nicht. Schritt S1 wird ausgeführt, um festzustellen, ob sich die Netzfrequenz f_g erheblich verringert (oder erhöht) hat, oder nicht.
Falls sich die Netzfrequenz f_g nicht erheblich verringert hat, und das Entscheidungsergebnis von Schritt S1 JA lautet, wird bei Schritt S8 der Wirkleistungsbefehl eines Normalmodus an den netzgekoppelten Wechselrichter 150 ausgegeben. Falls sich die Netzfrequenz f_g hingegen tatsächlich erheblich verringert hat, und das Entscheidungsergebnis von Schritt S1 NEIN lautet, wird der Prozess bei Schritt S2 fortgesetzt.
Der Scheinträgheitskoeffizient k_vi des netzgekoppelten Wechselrichters 150 wird auf einen ersten Scheinträgheitskoeffizienten k_vi1 gesetzt, und der Wirkleistungsbefehl P_inv(k) zum aktuellen Zeitpunkt k wird bei Schritt S2 mit der Formel (1) berechnet und dem netzgekoppelten Wechselrichter 150 zugeführt.
Als nächstes erfolgt bei Schritt S3 eine Bestimmung, ob ein Absolutwert einer Differenz zwischen der Netzfrequenz f_k zum aktuellen Zeitpunkt k und der Netzfrequenz f_k-1 zum Zeitpunkt (k-1) kleiner ist als ein zweiter Schwellenwert c₂, oder nicht. Schritt S3 wird dazu verwendet festzustellen, ob die Netzfrequenz f_g einen in 6 dargestellten Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, oder nicht.
Eine Beziehung der Größen des ersten Schwellenwerts c₁ und des zweiten Schwellenwerts c₂ lautet c₁ >> c₂, wie in 6 dargestellt. Zum Beispiel gilt c₁ = 0,3 und c₂ = 0,001.
Der Prozess kehrt zurück zu Schritt S2, falls die Netzfrequenz f_g den Maximalpunkt der Frequenzschwankung nicht erreicht hat und das Entscheidungsergebnis von Schritt S3 NEIN lautet. Falls die Netzfrequenz f_g hingegen den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat und das Entscheidungsergebnis von Schritt S3 JA lautet, wird bei Schritt S4 der Konvergenzwert f_∞ durch das oben beschriebene Verfahren berechnet.
Als nächstes erfolgt bei Schritt S5 eine Bestimmung, um zu ermitteln, ob sich das Vorzeichen (oder die Polarität) von f_k - f_k-1 geändert hat, oder nicht. Schritt S5 wird dazu verwendet, einen Punkt zu ermitteln, an welchem das Wiederherstellen der Netzfrequenz f_g beginnt.
Falls sich das Vorzeichen von f_k - f_k-1 nicht geändert hat und das Entscheidungsergebnis von Schritt S5 NEIN lautet, wird der Wirkleistungsbefehl P_inv(k) zum aktuellen Zeitpunkt k bei Schritt S9 mit der Formel (1) berechnet und dem netzgekoppelten Wechselrichter 150 zugeführt, ähnlich wie bei Schritt S2.
Falls sich das Vorzeichen von f_k - f_k-1 hingegen geändert hat und das Entscheidungsergebnis von Schritt S5 JA lautet, erfolgt bei Schritt S6 eine Bestimmung, ob sich die Netzfrequenz f_g, innerhalb eines Bereichs, welcher kleiner ist als der Konvergenzwert f_∞, in einer Richtung zum Konvergenzwert f_∞ hin verändert, oder nicht.
Falls sich die Netzfrequenz f_g in der Richtung zum Konvergenzwert f_∞ hin verändert und das Entscheidungsergebnis von Schritt S6 JA lautet, wird bei Schritt S10 der Scheinträgheitskoeffizient k_vi des netzgekoppelten Wechselrichters 150 auf einen zweiten Scheinträgheitskoeffizient k_vi2 eingestellt, welcher niedriger ist als der erste Scheinträgheitskoeffizient k_vi1 (k_vi2 < k_vi1 und 0 < k_vi2), und der Wirkleistungsbefehl P_inv(k) zum aktuellen Zeitpunkt k wird mit der Formel (1) berechnet und dem netzgekoppelten Wechselrichter 150 zugeführt.
Falls sich die Netzfrequenz f_g hingegen nicht in der Richtung zum Konvergenzwert f_∞ hin verändert und das Entscheidungsergebnis von Schritt S6 NEIN lautet, wird der Wirkleistungsbefehl P_inv(k) zum aktuellen Zeitpunkt k bei Schritt S7 mit der Formel (1) berechnet und dem netzgekoppelten Wechselrichter 150 zugeführt, ähnlich wie bei Schritt S2 und S9.
Solange die Netzfrequenz f_g nicht auf die Referenzfrequenz f₀ wiederhergestellt worden ist, wird entweder Schritt S7 oder Schritt S10 von 5 ausgeführt. Wenn die Netzfrequenz f_g zur Referenzfrequenz f₀ wiederhergestellt worden ist, werden darüber hinaus die Prozesse von Schritt S1 und den nachfolgenden Schritten nacheinander wiederholt.
Wie oben beschrieben kann durch das Ausführen der oben beschriebenen Prozesse gemäß dem Schwankungszustand der Netzfrequenz f_g die Wiederherstellungsgeschwindigkeit für den Fall, in welchem sich die Netzfrequenz f_g in der Richtung hin zum Konvergenzwert f_∞ verändert, nachdem sie den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, erhöht werden.
Der Vorgang zum Wiederherstellen der Netzfrequenz f_g zur Referenzfrequenz f₀ erfolgt durch die Trägheitskraft des Synchrongenerators 30. In vielen Fällen aktiviert sich die Anpassungsfunktion unter Verwendung dieser Trägheitskraft jedoch nicht unmittelbar, auch wenn die Netzfrequenz f_g schwankt. Demgemäß ist die VSG-Funktion im Einklang mit dieser Ausführungsform wirksam zur Verringerung der Schwankung der Netzfrequenz f_g während eines Zeitraums, bis die Anpassungsfunktion des Synchrongenerators 30 wirksam wird.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Bestimmen eines numerischen Bereichs für das Zurücksetzen des Scheinträgheitskoeffizienten k_vi beschrieben, wenn der zweite Scheinträgheitskoeffizient k_vi2 (die Scheinträgheitskoeffizienten k_vi = k_vi2, welche zum oder nach dem Zeitpunkt t₂, welcher dem Maximalpunkt der Frequenzschwankung entspricht, verwendet werden) zum Berechnen des Wirkleistungsbefehls P_inv(k) in Schritt S10 von 5 eingestellt wird.
Falls ein gewünschter Trägheitskoeffizient des gesamten Stromnetzes 10 nach dem Zurücksetzen des Scheinträgheitskoeffizienten k_vi einen gewünschten Wert M' (M' = M + k_vi2 und M' > 0) aufweist, muss dieser gewünschte Wert M' kleiner sein, als der Trägheitskoeffizient (M + k_vi1) des gesamten Stromnetzes 10 vor dem Zurücksetzen des Scheinträgheitskoeffizienten k_vi, um die Wiederherstellungsgeschwindigkeit der Netzfrequenz f_g zu verbessern. Aus diesem Grund gilt die folgende Ungleichung (9). $\begin{array}{l} k_{vi2} < k_{vi1} (wenn 0 < k_{vi1},0 < k_{vi2}) \\ - M < k_{vi2} ({wenn k}_{vi2} < 0) \end{array}$
Gemäß der oben beschriebenen Ungleichung (9) kann der Scheinträgheitskoeffizient k_vi jedoch nicht zurückgesetzt werden, falls die Trägheit M des Synchrongenerators 30 unbekannt ist.
Folglich kann der numerische Bereich für das Zurücksetzen des Scheinträgheitskoeffizienten k_vi durch das folgende Verfahren erlangt werden.
Zunächst kann durch Einsetzen der Formel (6) in die Formel (5) die folgende Formel (10) erlangt werden. In der Formel (10) bezeichnet t₁ die Zeit vor dem Maximalpunkt der Frequenzschwankung (time t₂) , und f₁ bezeichnet die Netzfrequenz zu diesem Zeitpunkt t₁, wie in 2 dargestellt, und (df₁/dt) bezeichnet die Geschwindigkeit der Frequenzschwankung. $(M + k_{vi}) \frac{{df}_{i}}{dt} + (D + k_{vd}) (f_{1} - f_{0}) = Δ P_{m} (t_{1}) - Δ P_{L0}$
Die folgende Formel (11) kann durch Umstellen der Formel (10) erlangt werden. In der Formel (11) bezeichnet k_vi des zweiten Ausdrucks auf der rechten Seite des Gleichheitszeichens den Scheinträgheitskoeffizienten (welcher k_vi1 in den Schritten S2, S7 und S9 von 5 entspricht) vor dem Maximalpunkt der Frequenzschwankung.
Die Trägheit M des Synchrongenerators 30 wird mit der Formel (11) erlangt, und der Scheinträgheitskoeffizient k_vi wird innerhalb des numerischen Bereichs des zweiten Scheinträgheitskoeffizienten k_vi2 definiert in der Ungleichung (9) zurückgesetzt. Sogar falls der zweite Scheinträgheitskoeffizient k_vi2 einen negativen Wert annimmt, ist es somit möglich, den zweiten Scheinträgheitskoeffizient k_vi2 derart zurückzusetzen, dass er k_vi2 + M > 0 erfüllt. $M = \frac{Δ P_{m} (t_{1}) - Δ P_{L0} - (D + k_{kv}) (f_{1} - f_{0})}{\frac{{df}_{1}}{dt}} - k_{vi}$
Ferner kann in dem Fall, in welchem die Trägheit M des Synchrongenerators 30 nicht bekannt ist, der Scheinträgheitskoeffizient k_vi zurückgesetzt werden, indem die Trägheit M des Synchrongenerators 30 beim Energieversorger, welcher das Stromnetz betreibt, berechnet wird, und dem netzgekoppelten Wechselrichter 150 zum Beispiel der Wert der oben beschriebenen Formel (9), welche den berechneten Wert der Trägheit M aufweist, zugeführt wird.
Im Einklang mit den oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen ist es möglich, die Netzfrequenz, welche geschwankt hatte, innerhalb eines kurzen Zeitraums wieder herzustellen und zur raschen Stabilisierung der Netzfrequenz beizutragen, indem der Scheinträgheitskoeffizient nach dem Zeitpunkt, an welchem die schwankende Netzfrequenz den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, auf einen vorher festgelegten Wert geändert wird, um den Ausgangswirkleistungsbefehl des netzgekoppelten Wechselrichters zu erzeugen. Folglich ist es möglich, einen netzgekoppelten Wechselrichter, welcher Schwankungen der Netzfrequenz verringert, sowie ein Verfahren zum Verringern von Schwankungen der Netzfrequenz, welches die Schwankungen der Netzfrequenz verursacht durch plötzliche Änderungen der Last oder eine Schwankung der Ausgangsleistung des erneuerbaren Energieerzeugungssystems innerhalb eines kurzen Zeitraums verringern kann.

Claims

Netzgekoppelter Wechselrichter (150), welcher an ein Stromnetz (10) aufweisend einen damit verbundenen Synchrongenerator (30) angeschlossen ist, und welcher im Einklang mit einem Ausgangswirkleistungsbefehl (P_inv) erzeugt durch eine Regelfunktion eines virtuellen Synchrongenerators betrieben werden kann, um dadurch Schwankungen der Netzfrequenz zu verringern, dadurch gekennzeichnet, dass der netzgekoppelte Wechselrichter aufweist: einen Hauptschaltkreis (100), welcher Leistungshalbleiterschalterelemente, welche sich gemäß dem Ausgangswirkleistungsbefehl (P_inv) ein- und ausschalten, um eine Gleichstrom/Wechselstrom-Umwandlung auszuführen, aufweist; und einen Regelkreis (500), welcher dafür eingerichtet ist, den Ausgangswirkleistungsbefehl (P_inv) zu erzeugen und den Hauptschaltkreis (100) basierend auf dem Ausgangswirkleistungsbefehl (P_inv) zu regeln, wobei der Ausgangswirkleistungsbefehl (P_inv) auf einem Einstellwert (P_o) der Ausgangswirkleistung (P_inv) des netzgekoppelten Wechselrichters (150), einem Wert erlangt durch Multiplizieren eines Scheindämpfungskoeffizienten (k_vd) zu einer Frequenzabweichung (f_g - f_o) zwischen einer Netzfrequenz (f_g) und einer Referenzfrequenz (f_o), und einem Wert erlangt durch Multiplizieren eines Scheinträgheitskoeffizienten (k_vi) zu einem Differenzialwert (df_g/dt) der Netzfrequenz (f_g) basiert, gekennzeichnet dadurch, dass der Regelkreis (500) dafür ausgelegt ist, den Scheinträgheitskoeffizienten (k_vi), nachdem die Netzfrequenz (f_g) einen Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, auf einen Wert, welcher niedriger ist als der Scheinträgheitskoeffizient (k_vi), bevor die Netzfrequenz (f_g) den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht, anzupassen.
Netzgekoppelter Wechselrichter (150) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erneuerbares Energieerzeugungssystem als eine Gleichstromversorgung des netzgekoppelten Wechselrichters (150) angeschlossen ist.
Netzgekoppelter Wechselrichter (150) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (500) dafür ausgelegt ist, den Scheinträgheitskoeffizienten (k_vi) derart anzupassen, dass er die Netzfrequenzschwankung verursacht durch plötzliche Änderungen einer Last, welche mit dem Stromnetz (10) verbunden ist, oder eine Schwankung der Ausgangsleistung eines erneuerbaren Energieerzeugungssystems, welches als eine Gleichstromversorgung des netzgekoppelten Wechselrichters (150) angeschlossen ist, verringert.
Netzgekoppelter Wechselrichter (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (500) dafür ausgelegt ist, basierend auf einer Trägheit (M) des Synchrongenerators (30), bevor die Netzfrequenz (f_g) den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht, und einem Trägheitskoeffizienten (M+k_vi) des gesamten Stromnetzes (10), nachdem die Netzfrequenz (f_g) den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, den Wert des Scheinträgheitskoeffizienten (k_vi) einzustellen, nachdem die Netzfrequenz (f_g) den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat.
Netzgekoppelter Wechselrichter (150) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (500) dafür ausgelegt ist, die Trägheit (M) des Synchrongenerators (30) basierend auf einer mechanischen Eingangsänderung (ΔP_m) des Synchrongenerators (30), einer Lastschwankung (ΔP_Lo), welche von der Netzfrequenz (f_g) unabhängig ist, einem Dämpfungskoeffizienten (D) des Synchrongenerators (30), dem Scheindämpfungskoeffizienten (k_vd), dem Scheinträgheitskoeffizient (k_vi), der Frequenzabweichung (f_g - f_o) zwischen der Netzfrequenz (f_g) und der Referenzfrequenz (f_o), dem Differenzialwert (df_g/dt) der Netzfrequenz (f_g) und dem Scheinträgheitskoeffizienten (k_vi) zu einem Zeitpunkt, bevor die Netzfrequenz (f_g) den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, zu berechnen, bevor die Netzfrequenz (f_g) den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht.
Verfahren zum Verringern von Schwankungen der Netzfrequenz in einem netzgekoppelten Wechselrichter (150), welcher an ein Stromnetz (10) angeschlossen ist, welches einen damit verbundenen Synchrongenerator (30) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Betreiben des netzgekoppelten Wechselrichters (150) gemäß einem Ausgangswirkleistungsbefehl (P_inv), welcher durch eine Regelfunktion eines virtuellen Synchrongenerators erzeugt wird und auf einem Einstellwert (P_o) der Ausgangswirkleistung (P_inv) des netzgekoppelten Wechselrichters (150), einem Wert erlangt durch Multiplizieren eines Scheindämpfungskoeffizienten (k_vd) zu einer Frequenzabweichung (f_g - f_o) zwischen einer Netzfrequenz (f_g) und einer Referenzfrequenz (f_o), und einem Wert erlangt durch Multiplizieren eines Scheinträgheitskoeffizienten (k_vi) zu einem Differenzialwert (df_g/dt) der Netzfrequenz (f_g) basiert; gekennzeichnet durch Anpassen des Scheinträgheitskoeffizienten (k_vi), nachdem die Netzfrequenz (f_g) einen Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, auf einen Wert, welcher niedriger ist als der Scheinträgheitskoeffizient (k_vi), bevor die Netzfrequenz (f_g) den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, um den Ausgangswirkleistungsbefehl (P_inv) zu erzeugen, nachdem die Netzfrequenz (f_g) den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat.
Verfahren zum Verringern von Schwankungen der Netzfrequenz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass: der Schritt des Betreibens des netzgekoppelten Wechselrichter (150) ein Betreiben gemäß dem Ausgangswirkleistungsbefehl (P_inv) dargestellt durch eine Summe aus dem Einstellwert (P_o) der Ausgangswirkleistung (P_inv) des netzgekoppelten Wechselrichters (150) und dem Wert erlangt durch Multiplizieren des Scheindämpfungskoeffizienten (k_vd) zur Frequenzabweichung (f_g - f_o) zwischen der Netzfrequenz (f_g) und der Referenzfrequenz (f_o), wenn die Frequenzabweichung (f_g - f_o) zwischen der Netzfrequenz (f_g) und der Referenzfrequenz (f_o) kleiner ist als ein erster Schwellenwert (c₁), und dem Ausgangswirkleistungsbefehl (P_inv) zu einem Zeitpunkt, nachdem die Netzfrequenz (f_g) den Maximalpunkt der Frequenzschwankung erreicht hat, wenn die Frequenzabweichung (f_g - f_o) zwischen der Netzfrequenz (f_g) und der Referenzfrequenz (f_o) den ersten Schwellenwert (c₁) überschreitet, umfasst.
Verfahren zum Verringern von Schwankungen der Netzfrequenz nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anpassens des Scheinträgheitskoeffizienten (k_vi) ein Anpassen zum Verringern der Netzfrequenzschwankung verursacht durch plötzliche Änderungen einer Last, welche mit dem Stromnetz (10) verbunden ist, oder eine Schwankung der Ausgangsleistung eines erneuerbaren Energieerzeugungssystems, welches als eine Gleichstromversorgung des netzgekoppelten Wechselrichters (150) angeschlossen ist, umfasst.