DE102022111117A1 - Reactive power control method for decentralized voltage maintenance of a distribution network as well as inverters and operating methods - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Blindleistungsregelungsverfahren zur dezentralen Spannungshaltung eines Verteilungsnetzes (2), insbesondere eines Niederspannungsnetzes, mit mindestens einem dezentralen Stromerzeuger (PV1-PV4), wobei am Einspeisepunkt (4) des Stromerzeugers (PV1-PV4) eine lokale Netzspannung (U) des Verteilungsnetzes (2) erfasst, eine Wirkleistung (P) in das Verteilungsnetz (2) eingespeist und eine Blindleistung (Q) abhängig von der lokalen Netzspannung (U) eingespeist wird, wobei die lokale Netzspannung (U) als Regelgröße auf einen Spannungsgrenzwert (Umax) der lokalen Netzspannung (U) geregelt und die Blindleistung (Q) als Stellgröße genutzt wird.The invention relates to a reactive power control method for decentralized voltage maintenance of a distribution network (2), in particular a low-voltage network, with at least one decentralized power generator (PV1-PV4), with a local network voltage (U) of the distribution network at the feed point (4) of the power generator (PV1-PV4). (2) is recorded, active power (P) is fed into the distribution network (2) and reactive power (Q) is fed in depending on the local grid voltage (U), the local grid voltage (U) being the controlled variable at a voltage limit value (Umax). Local mains voltage (U) is regulated and the reactive power (Q) is used as a manipulated variable.
Description
Die Erfindung betrifft ein Blindleistungsregelungsverfahren zur dezentralen Spannungshaltung eines Verteilungsnetzes, insbesondere eines Niederspannungsnetzes, mit mindestens einem dezentralen Stromerzeuger, wobei am Einspeisepunkt des Stromerzeugers eine lokale Netzspannung des Verteilungsnetzes erfasst, eine Wirkleistung in das Verteilungsnetz eingespeist und eine Blindleistung abhängig von der lokalen Netzspannung eingespeist wird. Weitere Gegenstände der Erfindung bilden ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, insbesondere eines netzfolgenden Wechselrichters, eines dezentralen Stromerzeugers, insbesondere einer Photovoltaikanlage, ein Computerprogramm, ein Wechselrichter, insbesondere ein netzfolgender Wechselrichter, für einen dezentralen Stromerzeuger, insbesondere eine Photovoltaikanlage, sowie ein Verteilungsnetz, insbesondere ein Niederspannungsnetz, mit mehreren dezentralen Stromerzeugern.The invention relates to a reactive power control method for the decentralized voltage maintenance of a distribution network, in particular a low-voltage network, with at least one decentralized power generator, wherein a local network voltage of the distribution network is detected at the feed point of the electricity generator, an active power is fed into the distribution network and a reactive power is fed in depending on the local network voltage. Further objects of the invention form a method for operating an inverter, in particular a grid-following inverter, a decentralized power generator, in particular a photovoltaic system, a computer program, an inverter, in particular a grid-following inverter, for a decentralized power generator, in particular a photovoltaic system, and a distribution network, in particular a low-voltage network with several decentralized power generators.
Das zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie zwischen Stromversorgern und Verbrauchern dienende Stromnetz ist in unterschiedliche Spannungsebenen aufgeteilt. So ist das Stromnetz in Deutschland beispielsweise in vier Spannungsebenen gegliedert, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden. Während das vermaschte Stromnetz auf der Höchst- und Hochspannungsebene den Transport über weite Distanzen übernimmt, gibt es in der Mittel- und Niederspannung keine vergleichbare Redundanz in der Versorgung. In der Niederspannung wird das Netz von einem zentralen Transformator am Übergang zum übergeordneten Mittelspannungsnetz aus mit einer Nennspannung von 0,4 kV versorgt, wobei auch mehrere parallele Leiterstränge genutzt werden können. Diese Struktur ermöglicht einen übersichtlichen und kostengünstigen Netzaufbau.The power grid, which is used to transmit and distribute electrical energy between electricity suppliers and consumers, is divided into different voltage levels. For example, the power grid in Germany is divided into four voltage levels, which differ in their properties. While the meshed power grid takes care of transport over long distances at the highest and high voltage levels, there is no comparable redundancy in the supply at medium and low voltage levels. In the low-voltage system, the network is supplied with a nominal voltage of 0.4 kV from a central transformer at the transition to the higher-level medium-voltage network, whereby several parallel conductor strands can also be used. This structure enables a clear and cost-effective network structure.
Stromnetzbetreiber müssen bei den Anschlüssen von Haushaltskunden dabei verschiedene Qualitätskriterien einhalten, damit Geräte ordnungsgemäß funktionieren und keinen Schaden nehmen. Die Norm DIN EN 50160 definiert die Vorgaben an die Spannungsqualität in den Verteilungsnetzen. Diese beinhalten Vorgaben zur statischen Spannungsqualität, die zur Sicherstellung einer zuverlässigen Versorgung eingehalten werden müssen.Electricity network operators must adhere to various quality criteria when connecting household customers so that devices function properly and are not damaged. The DIN EN 50160 standard defines the requirements for the voltage quality in the distribution networks. These contain specifications for static voltage quality that must be adhered to to ensure a reliable supply.
Eine solche Vorgabe an die Spannungsqualität ist die statische Spannungshaltung. Bei dieser müssen innerhalb eines Zeitraums von einer Woche 95 % der 10-Minuten-Mittelwerte innerhalb einer Spannungstoleranz von 10 % um die Nennspannung, zum Beispiel 230 V, liegen. Kurzfristige Unterspannungen bis 85 % der Nennspannung sind jedoch zulässig.One such requirement for voltage quality is static voltage maintenance. In this case, 95% of the 10-minute average values must be within a voltage tolerance of 10% around the nominal voltage, for example 230 V, within a period of one week. However, short-term undervoltages of up to 85% of the nominal voltage are permitted.
Die Einhaltung dieses durch die Spannungstoleranz vorgegebenen Spannungsbands erfordert Maßnahmen beim Stromversorger, insbesondere wenn dezentrale Stromerzeuger, wie Photovoltaikanlagen, mit einer großen Gesamtleistung in einem Netzgebiet angeschlossen werden. Die dezentralen Stromerzeuger können sich hinsichtlich ihrer jeweiligen Leistungseinspeisung in das Verteilungsnetz nicht aufeinander abstimmen, da üblicherweise keine Kommunikation, insbesondere kein Datenaustausch, zwischen einzelnen dezentralen Stromerzeugern des Verteilungsnetzes besteht. Eine, insbesondere zentral erfolgende, Planung einer das Spannungsband einhaltenden Blindleistungseinspeisung für sämtliche dezentrale Stromerzeuger ist daher nicht möglich.Compliance with this voltage band specified by the voltage tolerance requires measures from the electricity supplier, especially if decentralized power generators, such as photovoltaic systems, with a large total output are connected in a network area. The decentralized power generators cannot coordinate with one another with regard to their respective power feed into the distribution network, since there is usually no communication, in particular no data exchange, between individual decentralized power generators in the distribution network. Planning, particularly centrally, a reactive power feed-in that adheres to the voltage band for all decentralized power generators is therefore not possible.
Eine Einhaltung des Spannungsbands kann beispielsweise mit der Einspeisung von Blindleistungen durch den dezentralen Stromerzeuger erfolgen. Bei hierzu eingesetzten Verfahren, wie dem aus der Norm VDE AR-4105 bekannten Q(U)-Verfahren, wird die lokale Netzspannung des Verteilungsnetzes am Einspeisepunkt des Stromerzeugers erfasst, an welchem dieser die Leistung in das Verteilungsnetz einspeist. Diese lokale Netzspannung wird von den Leistungseinspeisungen der sich ebenfalls im Verteilungsnetz befindlichen weiteren dezentralen Stromerzeugern beeinflusst, welche sich entlang des vom zentralen Transformator kommenden Strangs befinden. Diese lokale Netzspannung entspricht der Spannung des Verteilungsnetzes am Einspeisepunkt gegenüber dem Bezugspotential. Von dem dezentralen Stromerzeuger wird neben der Wirkleistung zusätzlich eine Blindleistung in das Verteilungsnetz eingespeist, um eine durch die Wirkleistungseinspeisung verursachte Spannungsanhebung zu kompensieren. Die Stärke dieser eingespeisten Blindleistung richtet sich nach einer vorgegebenen Kennlinie, welche die einzuspeisende Blindleistung in Abhängigkeit von der lokalen Netzspannung vorgibt.Compliance with the voltage band can be achieved, for example, by feeding in reactive power from the decentralized power generator. With methods used for this purpose, such as the Q(U) method known from the VDE AR-4105 standard, the local network voltage of the distribution network is recorded at the feed point of the power generator, at which it feeds the power into the distribution network. This local network voltage is influenced by the power inputs from the other decentralized power generators that are also in the distribution network and are located along the string coming from the central transformer. This local network voltage corresponds to the voltage of the distribution network at the feed point compared to the reference potential. In addition to the active power, the decentralized power generator also feeds reactive power into the distribution network in order to compensate for a voltage increase caused by the active power feed-in. The strength of this reactive power fed in depends on a predetermined characteristic curve, which specifies the reactive power to be fed in depending on the local grid voltage.
Zur Einspeisung der Wirkleistung und der Blindleistung nutzt der dezentrale Stromerzeuger seinen Wechselrichter, bei welchem es sich insbesondere um einen netzfolgenden Wechselrichter handelt. Dieser wird zur Spannungshaltung derart betrieben, dass die Einspeisung der Blindleistung, d. h. die Blindleistungseinspeisung in das Verteilungsnetz, dem Blindleistungsregelungsverfahren gemäß erfolgt. Der Wechselrichter und/oder der dezentrale Stromerzeuger weisen entweder speziell auf die Spannungshaltung ausgelegte Steuer- und/oder Regelungsvorrichtungen oder einen variabel einsetzbaren Computer oder Mikrocontroller auf, auf welchen ein zur Spannungshaltung ausgelegtes Computerprogramm aufgespielt ist.To feed in the active power and reactive power, the decentralized power generator uses its inverter, which is in particular a grid-following inverter. To maintain the voltage, this is operated in such a way that the reactive power is fed in, i.e. H. the reactive power is fed into the distribution network in accordance with the reactive power control procedure. The inverter and/or the decentralized power generator either have control and/or regulation devices specifically designed to maintain the voltage or a variable-use computer or microcontroller on which a computer program designed to maintain the voltage is installed.
Ein Nachteil dieser bekannten Verfahren ist jedoch, dass diese bereits mit der Einspeisung einer Blindleistung in das Verteilungsnetz bei lokalen Netzspannungen beginnen, welche noch weit von der Verletzung des Spannungsbands entfernt sind. Aufgrund dieser frühzeitigen Blindleistungseinspeisung treten leistungstechnische Anlagen- und Netzverluste auf, welche auch mit entsprechenden finanziellen Verlusten verbunden sind. Diese werden mit einem verstärkten Zubau von dezentralen Stromerzeugern steigen. Dennoch ist diese frühzeitige Blindleistungseinspeisung bei den bekannten Verfahren erforderlich, da sich am Stranganfang befindliche dezentrale Stromerzeuger ansonsten nicht an der Spannungshaltung beteiligen würden. Dass sich auch am Stranganfang befindliche dezentrale Stromerzeuger an der Spannungshaltung beteiligen, obwohl diese noch keine lokalen Spannungshaltungsprobleme erfassen können, ist erforderlich, da die dezentralen Stromerzeuger am Strangende ansonsten alleine nicht zur Spannungshaltung der von sämtlichen dezentralen Stromerzeugern beeinflussten lokalen Netzspannung an ihren Einspeisepunkten fähig wären.A disadvantage of these known methods, however, is that they start feeding reactive power into the distribution network at local network voltages that are still far from violating the voltage band. Due to this early reactive power feed-in, performance-related system and network losses occur, which are also associated with corresponding financial losses. These will increase with an increased expansion of decentralized power generators. Nevertheless, this early reactive power feed-in is necessary with the known methods, since decentralized power generators located at the start of the string would otherwise not be involved in maintaining the voltage. It is necessary that decentralized power generators located at the beginning of the string also participate in voltage maintenance, even though they cannot yet detect local voltage maintenance problems, since the decentralized power generators at the end of the string would otherwise not be able to maintain the local grid voltage at their feed points, which is influenced by all decentralized power generators.
Tritt ausgehend von einem Arbeitspunkt dieser Verfahren zu dem eine weitere Steigerung der einzuspeisenden Wirkleistung auf, beispielsweise bei einer zur Leistungssteigerung der Photovoltaikanlage beitragenden stärkeren Sonneneinstrahlung, so steigt bei diesem bekannten Verfahren auch die lokale Netzspannung mit an.If, starting from an operating point of this method, a further increase in the active power to be fed in occurs, for example in the event of stronger solar radiation contributing to the increase in the performance of the photovoltaic system, then in this known method the local grid voltage also increases.
Die aus praktischen Gründen notwendige einheitliche Parametrierung einer Q(U)-Regelung der dezentralen Stromerzeuger, insbesondere ihrer Wechselrichter, führt zu einem unlösbaren Dilemma zwischen Effizienz und Wirksamkeit des Q(U)-Verfahrens, da ausschließlich die Spannung beachtet wird.The uniform parameterization of a Q(U) control of the decentralized power generators, especially their inverters, which is necessary for practical reasons, leads to an unsolvable dilemma between the efficiency and effectiveness of the Q(U) process, since only the voltage is taken into account.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, die Spannungshaltung am Einspeisepunkt mittels Blindleistungseinspeisung durch dezentrale Stromerzeuger zu ermöglichen und die durch die Blindleistung verursachten Anlagen- und Netzverluste zu verringern.The object of the present invention is therefore to enable voltage maintenance at the feed point by means of reactive power feed-in by decentralized power generators and to reduce the system and network losses caused by the reactive power.
Diese Aufgabe wird bei einem Blindleistungsregelungsverfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die lokale Netzspannung als Regelgröße auf einen Spannungsgrenzwert der lokalen Netzspannung geregelt und die Blindleistung als Stellgröße genutzt wird.This task is achieved in a reactive power control method of the type mentioned in that the local grid voltage is regulated as a controlled variable to a voltage limit of the local grid voltage and the reactive power is used as a manipulated variable.
Durch die Verwendung des Spannungsgrenzwerts als echte Führungsgröße eines Regelkreises wird die in das Verteilungsnetz eigespeiste Blindleistung nicht anhand einer statischen Kennlinie spannungsabhängig eingestellt, sondern die Blindleistungseispeisung zur Regelung der lokalen Netzspannung auf den Spannungsgrenzwert als Führungsgröße genutzt. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass der vorgegebene Spannungsgrenzwert bei steigenden eingespeisten Wirkleistungen, d. h. steigenden Wirkleistungseinspeisungen, überschritten wird. Mit diesem Blindleistungsregelungsverfahren können die durch Blindleistung verursachten Anlagen- und Netzverluste um 70 - 90 % gegenüber dem bekannten Verfahren reduziert werden, ohne dass die Effektivität hinsichtlich des Integrationspotentials geschmälert wird. Das Integrationspotential ist dabei ein Maß für die maximale Leistung sämtlicher dezentraler Stromerzeuger, die im Verteilungsnetz angeschlossen werden können, ohne die Spannungstoleranz oder die Belastbarkeit von Transformatoren und Leitungen zu verletzen. Durch die Reduzierung der Anlagen- und Netzverluste können zudem signifikante wirtschaftliche Einsparungen bei den Betreibern des Stromnetzes und des Stromerzeugers erzielt werden.By using the voltage limit value as a real reference variable of a control loop, the reactive power fed into the distribution network is not adjusted depending on the voltage using a static characteristic curve, but rather the reactive power feed is used as a reference variable to regulate the local network voltage to the voltage limit value. In this way, it can be avoided that the specified voltage limit value increases as the active power fed in increases, i.e. H. increasing active power feed-in is exceeded. With this reactive power control method, the system and network losses caused by reactive power can be reduced by 70 - 90% compared to the known method, without reducing the effectiveness in terms of integration potential. The integration potential is a measure of the maximum output of all decentralized power generators that can be connected to the distribution network without violating the voltage tolerance or load capacity of transformers and lines. By reducing system and network losses, significant economic savings can also be achieved for the operators of the electricity network and the electricity generator.
Die Spannungshaltung mit diesem Blindleistungsregelungsverfahren kann insbesondere kommunikationslos erfolgen. Das zur Durchführung dieses Blindleistungsregelungsverfahrens genutzte Mittel des dezentralen Stromerzeugers kann dabei in keinem Datenaustausch mit entsprechenden Mitteln anderer dezentraler Stromerzeuger des Verteilungsnetzes und/oder einer zentralen Regelung- oder Steuerungsvorrichtung des Verteilungsnetzes stehen.The voltage maintenance with this reactive power control method can in particular be carried out without communication. The means of the decentralized power generator used to carry out this reactive power control method cannot be in any data exchange with corresponding means of other decentralized power producers in the distribution network and/or a central regulation or control device in the distribution network.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Blindleistung erst bei einem Erreichen des Spannungsgrenzwerts der lokalen Netzspannung eingespeist wird. Dabei ist es möglich, dass keine Blindleistung eingespeist wird, wenn die erfasste lokale Netzspannung kleiner als der Spannungsgrenzwert ist. Auf diese Weise kann die lokale Netzspannung beim Erreichen des Spannungsgrenzwerts auf diesem gehalten werden. Eine Beteiligung von sich am Stranganfang befindlichen dezentralen Stromerzeugern, ohne dass an ihren Einspeisepunkten eine lokale Spannungsbandverletzung vorliegt, an der Spannungshaltung strangabwärtiger dezentraler Stromerzeuger kann auf Zeiten mit einer generellen hohen Leistungseinspeisung in das Verteilungsnetz beschränkt werden. Der Spannungsgrenzwert kann eine obere Grenze eines Spannungstotbands bilden, in welchem eine nicht erforderliche Blindleistungseinspeisung verhindert werden kann. Durch das Spannungstotband können Verluste sowohl im Wechselrichter als auch in den Leitungen des Netzbetreibers reduziert werden.It is further advantageous if the reactive power is only fed in when the voltage limit of the local grid voltage is reached. It is possible that no reactive power is fed in if the detected local grid voltage is lower than the voltage limit. In this way, the local grid voltage can be maintained at the voltage limit value when it is reached. Participation of decentralized power generators located at the start of the string, without there being a local voltage band violation at their feed points, in the voltage maintenance of decentralized power generators downstream can be limited to times with a generally high power feed into the distribution network. The voltage limit value can form an upper limit of a voltage dead band in which unnecessary reactive power injection can be prevented. The voltage dead band can reduce losses both in the inverter and in the network operator's lines.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Spannungsgrenzwert ein von der Wirkleistungseinspeisung abhängiger variabler Grenzwert. Der Spannungsgrenzwert als Führungsgröße kann einen sich mit der eingespeisten Wirkleistung verändernden Wert annehmen. Dabei kann der variable Spannungsgrenzwert abhängig von der Wirkleistungseinspeisung, d. h. der eingespeisten Wirkleistung, am Einspeisepunkt ermittelt werden. Auf diese Weise kann die Größe des Spannungstotbands leistungsabhängig verändert werden. Durch die Ausgestaltung des Spannungsgrenzwerts als wirkleistungsabhängiger variabler Grenzwert kann der Bereich der lokalen Netzspannung, in welchem eine Blindleistung in das Verteilungsnetz eingespeist wird, für verschiedene einzuspeisende Wirkleistungen vorgegeben werden.In a further embodiment of the invention, the voltage limit value is a variable limit value that is dependent on the active power feed. The voltage limit value as a reference variable can take on a value that changes with the active power fed in. The variable voltage limit value can be determined depending on the active power feed-in, ie the active power fed in, at the feed-in point. In this way, the size of the voltage dead band can be changed depending on the power. By designing the voltage limit value as an active power-dependent variable limit value, the range of the local network voltage in which reactive power is fed into the distribution network can be specified for different active powers to be fed in.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der variable Spannungsgrenzwert wirkleistungsabhängig abgesenkt wird. Bei höheren Wirkleistungen kann die Einspeisung einer Blindleistung bereits bei geringeren lokalen Netzspannungen erfolgen, als dies bei geringeren Wirkleistungen der Fall wäre. Auf diese Weise kann die Blindleistungseinspeisung im Bereich kleinerer Wirkleistungen erst bei deutlich höheren lokalen Netzspannungen erfolgen. Das Spannungstotband kann durch den wirkleistungsabhängig abgesenkten variablen Spannungsgrenzwert mit steigender Wirkleistungseinspeisung verkleinert werden. Die Blindleistungseinspeisung und die mit dieser verbundenen Verluste können im Bereich kleinerer Wirkleistungen über einen größeren Bereich der lokalen Netzspannung als bei höheren Wirkleistungen vermieden werden.In this context, it is particularly advantageous if the variable voltage limit value is reduced depending on the active power. With higher active powers, reactive power can be fed in at lower local grid voltages than would be the case with lower active powers. In this way, reactive power feed-in in the area of smaller active powers can only take place at significantly higher local grid voltages. The voltage dead band can be reduced by lowering the variable voltage limit depending on the active power as the active power feed-in increases. The reactive power feed-in and the losses associated with it can be avoided in the area of smaller active powers over a larger range of the local grid voltage than in the case of higher active powers.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn der variable Spannungsgrenzwert mittels einer, insbesondere stetigen und/oder monoton fallenden, Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie abhängig von der Wirkleistungseinspeisung bestimmt wird. Mit einer Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie können die Werte des variablen Spannungsgrenzwerts auf einfache Art und Weise für unterschiedliche Wirkleistungseinspeisungen vorgegeben werden. Mit einer stetigen Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie können sprunghafte Änderungen im Regelungsverfahren vermieden werden. Mit einer monoton fallenden Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie kann ein Anstieg des variablen Spannungsgrenzwerts bei steigender Wirkleistungseinspeisung verhindert werden, da der Spannungsgrenzwert mit zunehmender Wirkleistungseinspeisung kleiner wird oder über einen Wirkleistungsbereich maximal konstant bleibt.It is further advantageous if the variable voltage limit value is determined by means of a, in particular continuous and/or monotonically falling, voltage limit value active power feed-in characteristic curve depending on the active power feed-in. With a voltage limit active power feed-in characteristic curve, the values of the variable voltage limit can be easily specified for different active power feeds. With a constant voltage limit value-active power feed-in characteristic, sudden changes in the control process can be avoided. With a monotonically falling voltage limit value-active power feed-in characteristic curve, an increase in the variable voltage limit value as the active power feed-in increases can be prevented, since the voltage limit value becomes smaller as the active power feed-in increases or remains maximally constant over an active power range.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie einen Leistungs-Schwellenwert aufweist, oberhalb welchem sich die Abhängigkeit zwischen der Wirkleistungseinspeisung und dem Spannungsgrenzwert ändert. Durch die Verwendung eines Leistungs-Schwellenwerts kann die Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie in mindestens zwei unterschiedliche Regime aufgeteilt werden. In diesen Regimen kann sich das wirkleistungsabhängige Änderungsverhalten des Spannungsgrenzwerts voneinander unterscheiden. Der Leistungs-Schwellenwert kann im Bereich von 20 % bis 80 %, insbesondere im Beriech von 50 % bis 70 %, bevorzugt im Bereich von 55 % bis 65 %, insbesondere bevorzugt bei 60 %, der Nennleistung des Stromerzeugers liegen.It is further advantageous if the voltage limit value-active power feed-in characteristic curve has a power threshold value above which the dependency between the active power feed-in and the voltage limit value changes. By using a power threshold, the voltage limit-active power injection characteristic can be divided into at least two different regimes. In these regimes, the active power-dependent change behavior of the voltage limit value can differ from one another. The power threshold can be in the range of 20% to 80%, in particular in the range of 50% to 70%, preferably in the range of 55% to 65%, particularly preferably 60%, of the nominal power of the power generator.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der variable Spannungsgrenzwert bei Wirkleistungseinspeisungen unterhalb des Leistungs-Schwellenwerts einen konstanten Wert annimmt. Auf diese Weise kann ein Spannungstotband konstant bleibender Größe für Wirkleistungseinspeisungen unterhalb des Leistung-Schwellenwerts vorgegeben werden. Der konstanten Wert kann im Bereich von 106 % bis 110 %, insbesondere im Beriech von 107 % bis 109 %, bevorzugt im Bereich von 107,5 % bis 108,5 %, insbesondere bevorzugt bei 108 %, der Nennspannung des Verteilungsnetzes liegen.In this context, it is particularly advantageous if the variable voltage limit value assumes a constant value when active power is fed in below the power threshold value. In this way, a voltage dead band of constant size can be specified for active power feeds below the power threshold value. The constant value can be in the range from 106% to 110%, in particular in the range from 107% to 109%, preferably in the range from 107.5% to 108.5%, particularly preferably 108%, of the nominal voltage of the distribution network.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung fällt der variable Spannungsgrenzwert bei Wirkleistungseinspeisungen oberhalb des Leistungs-Schwellenwerts mit zunehmender Wirkleistungseinspeisung, insbesondere linear, ab. Mit zunehmender Wirkleistungseinspeisung oberhalb des Leistungs-Schwellenwerts kann das Spannungstotband auf diese Weise schrumpfen, so das die Blindleistungseinspeisung bei zunehmend kleineren lokalen Netzspannungen erfolgt.In a further embodiment of the invention, the variable voltage limit value drops, in particular linearly, with active power feed-in above the power threshold value as the active power feed-in increases. As the active power feed-in increases above the power threshold value, the voltage dead band can shrink in this way, so that the reactive power feed-in occurs at increasingly smaller local grid voltages.
Bevorzugt nimmt der variable Spannungsgrenzwert bei einer der Nennleistung des Stromerzeugers entsprechenden Wirkleistungseinspeisung einen Minimalwert an. Bei der Nennleistung des Stromerzeugers kann es sich um in die nominale Wirkleistung handeln, welche der Stromerzeuger maximal erreichen kann. Beim Erreichen der Nennleistung kann die maximal mögliche Wirkleistungseinspeisung durch den Stromerzeuger erfolgen. Der Minimalwert, welchen der variable Spannungsgrenzwert bei der Nennleistung annimmt, kann um einen vorgebbaren Spannungs-Offset unterhalb des konstanten Wertes liegen, welchen der variable Spannungsgrenzwert bei niedrigen Wirkleistungseinspeisungen unterhalb des Leistungs-Schwellenwerts annimmt. Der Minimalwert kann im Bereich von 103 % bis 107 %, insbesondere im Beriech von 104 % bis 106 %, bevorzugt im Bereich von 104,5 % bis 105,5 %, insbesondere bevorzugt bei 105 %, der Nennspannung des Verteilungsnetzes liegen.The variable voltage limit value preferably assumes a minimum value when the active power feed corresponds to the nominal power of the power generator. The nominal power of the power generator can be the nominal active power that the power generator can achieve at its maximum. When the nominal power is reached, the maximum possible active power can be fed in by the power generator. The minimum value that the variable voltage limit value assumes at the rated power can be a predeterminable voltage offset below the constant value that the variable voltage limit value assumes for low active power feeds below the power threshold value. The minimum value can be in the range from 103% to 107%, in particular in the range from 104% to 106%, preferably in the range from 104.5% to 105.5%, particularly preferably 105%, of the nominal voltage of the distribution network.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Maximal-Blindleistung vorgegeben wird, bis zu welcher die einzuspeisende Blindleistung gesteigert werden kann. Bis zu dieser Maximal-Blindleistung kann eine Überschreitung des variablen Spannungsgrenzwerts verhindert werden. Die eingespeiste Blindleistung kann ab der Maximal-Blindleistung in eine Sättigung gelangen. Die Maximal-Blindleistung kann insbesondere einem maximalen Verschiebungsfaktor von 0,90 entsprechen. Nach dem Erreichen der Maximal-Blindleistung kann die Regelung aktiv bleiben, jedoch die Stellgröße und damit die lokale Netzspannung zunächst nicht weiter beeinflussen. Erst nach einem Abfallen der lokalen Netzspannung oder der Reduktion der Wirkleistungseinspeisung, insbesondere durch außerhalb der Regelung liegende Einflüsse, kann die Regelung die lokale Netzspannung wieder beeinflussen.According to a further embodiment of the invention, it is proposed that a maximum Reactive power is specified, up to which the reactive power to be fed in can be increased. Up to this maximum reactive power, the variable voltage limit can be prevented from being exceeded. The reactive power fed in can reach saturation from the maximum reactive power. The maximum reactive power can correspond in particular to a maximum shift factor of 0.90. After the maximum reactive power has been reached, the control can remain active, but can initially no longer influence the manipulated variable and thus the local grid voltage. Only after a drop in the local grid voltage or a reduction in the active power feed-in, in particular due to influences outside the control system, can the control system influence the local grid voltage again.
In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ab dem Erreichen der Maximal-Blindleistung diese bei einem Überschreiten des Spannungsgrenzwerts als Blindleistung eingespeist wird. Ab dem Erreichen der Maximal-Blindleistung kann das Blindleistungsregelungsverfahren keine weitere Steigerung der Blindleistungseinspeisung, insbesondere bei einer Steigerung der lokalen Netzspannung und/oder Wirkleistungseinspeisung, bewirken. Der dezentrale Stromerzeuger kann bei erreichter Maximal-Blindleistung unabhängig von einem weiteren Anstieg der lokalen Netzspannung durchgängig die Maximal-Blindleistung in das Verteilungsnetz einspeisen.In this context, it has proven to be advantageous if, once the maximum reactive power is reached, this is fed in as reactive power when the voltage limit value is exceeded. Once the maximum reactive power has been reached, the reactive power control method cannot cause a further increase in the reactive power feed-in, especially when the local grid voltage and/or active power feed-in increases. When the maximum reactive power is reached, the decentralized power generator can continuously feed the maximum reactive power into the distribution network, regardless of a further increase in the local grid voltage.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass nur induktive Blindleistung eingespeist wird. Auf die Einspeisung einer kapazitiven Blindleistung kann auf diese Weise verzichtet werden. Eine unerwünschte Spannungsanhebung mittels kapazitiver Blindleistung kann auf diese Weise ausgeschlossen werden.A further embodiment of the invention provides that only inductive reactive power is fed in. In this way, there is no need to feed in capacitive reactive power. In this way, an undesirable increase in voltage due to capacitive reactive power can be excluded.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Regelkreis ohne stationäre Sollwertabweichung genutzt. Ein Regelkreis ohne stationäre Sollwertabweichung kann im eingeschwungenen Zustand keine Regelabweichung oder Regeldifferenz zwischen der Regelgröße und der vorgegebenen Führungsgröße aufweisen. Insbesondere kann dies mit einem ein integrierendes Regelungsverhalten aufweisenden Regelkreis erzielt werden. Ein solcher Regelkreis kann mindestens einen reinen Integrator enthalten. Insbesondere kann der Regelkreis als I-, PI- oder PID-Regler ausgestattet sein.In an advantageous embodiment of the invention, a control loop without a stationary setpoint deviation is used. A control loop without a stationary setpoint deviation cannot have a control deviation or control difference between the controlled variable and the specified reference variable in the steady state. In particular, this can be achieved with a control loop that has an integrating control behavior. Such a control loop can contain at least one pure integrator. In particular, the control loop can be equipped as an I, PI or PID controller.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Regelung in diskreten Zeitschritten. Gleichwohl kann die Regelung auch zeitkontinuierlich erfolgen.According to one embodiment of the invention, the control takes place in discrete time steps. Nevertheless, the regulation can also take place continuously.
Die Blindleistungseinspeisung kann insbesondere anhand der Gleichung
Bei der Verwendung eines von der Wirkleistungseinspeisung abhängigen variablen Spannungsgrenzwerts Umax(P) kann die Formel
Wenn hierüber hinaus nur eine induktive Blindleistung eingespeist werden soll, kann die Formel
Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters der eingangs genannten Art wird zur Lösung der vorstehenden Aufgabe vorgeschlagen, dass bei diesem eine Blindleistungseinspeisung in ein Verteilungsnetz zur dezentralen Spannungshaltung in der zuvor beschriebenen Weise geregelt wird, wodurch sich die im Zusammenhang mit dem Blindleistungsregelungsverfahren beschriebenen Vorteile ergeben.In a method for operating an inverter of the type mentioned at the beginning, in order to solve the above problem, it is proposed that a reactive power feed into a distribution network for decentralized voltage maintenance is regulated in the manner described above, which results in the advantages described in connection with the reactive power control method.
Bei dem Computerprogramm der eingangs genannten Art wird zur Lösung der vorstehenden Aufgabe vorgeschlagen, dass dieses Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das zuvor beschriebene Blindleistungsregelungsverfahren auszuführen, wodurch sich die im Zusammenhang mit dem Blindleistungsregelungsverfahren beschriebenen Vorteile ergeben.In order to solve the above task, the computer program of the type mentioned is proposed to include commands which, when the program is executed by a computer, cause it to carry out the reactive power control method described above, which results in the advantages described in connection with the reactive power control method.
Das Computerprogramm kann durch einen den dezentralen Stromerzeuger, insbesondere einen Wechselrichter des dezentralen Stromerzeugers, steuernden Computer ausführbar sein. Der dezentrale Stromerzeuger, insbesondere dessen Wechselrichter, kann Erfassungsmittel zur Erfassung der lokalen Netzspannung aufweisen. Das den dezentralen Stromerzeuger steuernde Computerprogramm kann die erfasste lokale Netzspannung auslesen und/oder das Erfassungsmittel zur Erfassung der lokalen Netzspannung veranlassen.The computer program can be executable by a computer that controls the decentralized power generator, in particular an inverter of the decentralized power generator. The decentralized power generator, in particular its inverter, can have detection means for detection the local mains voltage. The computer program controlling the decentralized power generator can read out the detected local grid voltage and/or cause the detection means to detect the local grid voltage.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wird zudem ein computerlesbares Medium vorgeschlagen, auf dem das zuvor beschriebene Computerprogramm gespeichert ist, wodurch sich die im Zusammenhang mit dem Computerprogramm beschriebenen Vorteile ergeben.To solve the above-mentioned problem, a computer-readable medium is also proposed on which the previously described computer program is stored, which results in the advantages described in connection with the computer program.
Bei einem Wechselrichter der eingangs genannten Art wird zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe vorgeschlagen, dass dieser Mittel, insbesondere eine Regelvorrichtung, zur dezentralen Spannungshaltung in der zuvor beschriebenen Weise aufweist, insbesondere zur Ausführung des zuvor beschriebenen Computerprogramms.In the case of an inverter of the type mentioned at the outset, it is proposed to solve the above-mentioned problem that it has means, in particular a control device, for decentralized voltage maintenance in the manner described above, in particular for executing the computer program described above.
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters beschriebenen Merkmale können einzeln oder in Kombination auch bei dem Wechselrichter zur Anwendung kommen. Es ergeben sich die gleichen Vorteile, welche bereits beschrieben wurden.The features described in connection with the method according to the invention for operating an inverter can also be used individually or in combination in the inverter. The same advantages arise that have already been described.
Eine Regelvorrichtung kann einen Regelkreis schaltungstechnisch fest vorgeben, insbesondere eine Hardwarerealisierung des Regelkreises umfassen, wie einen Regler. Die Regelvorrichtung kann einen Speicher zur Speicherung eines Spannungsgrenzwerts oder der Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie aufweisen. Die Regelvorrichtung kann eine Auslesevorrichtung zum Auslesen des wirkleistungsabhängigen Werts des variablen Spannungsgrenzwerts aus der Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie aufweisen.A control device can specify a control loop in terms of circuitry, in particular include a hardware implementation of the control loop, such as a controller. The control device can have a memory for storing a voltage limit value or the voltage limit value-active power feed characteristic curve. The control device can have a readout device for reading out the active power-dependent value of the variable voltage limit from the voltage limit-active power feed characteristic curve.
Bei dem Mittel zur Spannungshaltung kann es sich alternativ oder zusätzlich zu einer Regelvorrichtung auch um einen Computer oder einen im Wechselrichter verbauten programmierbaren Computerchip handeln, auf welchem das zuvor beschriebene Computerprogramm gespeichert und zur Spannungshaltung ausführbar ist.As an alternative or in addition to a control device, the means for maintaining the voltage can also be a computer or a programmable computer chip installed in the inverter, on which the previously described computer program is stored and can be executed to maintain the voltage.
Der Wechselrichter kann ein Erfassungsmittel zur Erfassung der lokalen Netzspannung aufweisen.The inverter can have a detection means for detecting the local grid voltage.
Bei einem Verteilungsnetz der eingangs genannten Art wird zur Lösung der vorstehenden Aufgabe vorgeschlagen, dass dieses Mittel, insbesondere Regelvorrichtungen, zur dezentralen Spannungshaltung in der zuvor beschriebenen Weise aufweist, insbesondere Wechselrichter der zuvor beschriebenen Art.In the case of a distribution network of the type mentioned at the beginning, in order to solve the above problem, it is proposed that this has means, in particular control devices, for decentralized voltage maintenance in the manner described above, in particular inverters of the type described above.
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Blindleistungsregelungsverfahren zur dezentralen Spannungshaltung und/oder dem erfindungsgemäßen Wechselrichter beschriebenen Merkmale können einzeln oder in Kombination auch bei dem Verteilungsnetz zur Anwendung kommen. Es ergeben sich die gleichen Vorteile, welche bereits beschrieben wurden.The features described in connection with the reactive power control method according to the invention for decentralized voltage maintenance and/or the inverter according to the invention can also be used individually or in combination in the distribution network. The same advantages arise that have already been described.
Jedem der dezentralen Stromerzeuger kann ein Mittel zur dezentralen Spannungshaltung zugeordnet sein. Mit dem Mittel kann jeder der dezentralen Stromerzeuger vor Ort und dezentral zur Spannungshaltung beitragen. Dabei können die Mittel und insbesondere die dezentralen Stromerzeuger nicht miteinander in Datenaustausch stehen. Insbesondere kann das Mittel zur dezentralen Spannungshaltung ein Teil des dezentralen Stromerzeugers sein.Each of the decentralized power generators can be assigned a means for decentralized voltage maintenance. This means that each of the decentralized power generators can contribute to maintaining voltage locally and decentrally. The resources and in particular the decentralized power producers cannot exchange data with each other. In particular, the means for decentralized voltage maintenance can be part of the decentralized power generator.
Eine Regelvorrichtung kann einen Regelkreis schaltungstechnisch fest vorgeben, insbesondere eine Hardwarerealisierung des Regelkreises umfassen, wie einen Regler. Die Regelvorrichtung kann einen Speicher zur Speicherung eines Spannungsgrenzwerts oder der Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie aufweisen. Die Regelvorrichtung kann eine Auslesevorrichtung zum Auslesen des wirkleistungsabhängigen Werts des variablen Spannungsgrenzwerts aus der Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie aufweisen.A control device can specify a control loop in terms of circuitry, in particular include a hardware implementation of the control loop, such as a controller. The control device can have a memory for storing a voltage limit value or the voltage limit value-active power feed characteristic curve. The control device can have a readout device for reading out the active power-dependent value of the variable voltage limit from the voltage limit-active power feed characteristic curve.
Bei dem jeweiligen Mittel zur Spannungshaltung kann es sich alternativ oder zusätzlich zu einer Regelvorrichtung auch um einen Computer oder einen im jeweiligen dezentralen Stromerzeuger verbauten programmierbaren Computerchip handeln, auf welchem das zuvor beschriebene Computerprogramm gespeichert und zur Spannungshaltung ausführbar ist.As an alternative or in addition to a control device, the respective means for voltage maintenance can also be a computer or a programmable computer chip installed in the respective decentralized power generator, on which the previously described computer program is stored and can be executed for voltage maintenance.
Weitere Einzelheiten und Vorteile eines erfindungsgemäßen Blindleistungsregelungsverfahrens, eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Wechselrichters, eines erfindungsgemäßen Computerprogramms, eines erfindungsgemäßen Wechselrichters sowie eines erfindungsgemäßen Verteilungsnetzes sollen nachfolgend anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung exemplarisch erläutert werden. Darin zeigt:
-
1 : den Strang eines Verteilungsnetzes mit mehreren dezentralen Stromerzeugern, -
2 : den Regelkreis des erfindungsgemäßen Blindleistungsregelungsverfahrens, -
3 : eine Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie und -
4 : das Regelungsverhalten der Blindleistungsregelung bei steigender Wirkleistungseinspeisung.
-
1 : the strand of a distribution network with several decentralized power generators, -
2 : the control circuit of the reactive power control method according to the invention, -
3 : a voltage limit value-active power feed-in characteristic curve and -
4 : the control behavior of the reactive power control as the active power feed-in increases.
In
Entlang dieses Strangs 3 weist das Verteilungsnetz 2 mehrere zwischen dem Stranganfang 3.1 und dem Strangende 3.2 angeordnete dezentrale Stromerzeuger PV1 bis PV4 auf, bei welchen es sich insbesondere um Photovoltaikanlagen handelt. Diese dezentralen Stromerzeuger PV1 bis PV4 generieren an verschiedenen Stellen des Verteilungsnetzes 2 Strom und speisen zusammen mit diesem über ihre jeweiligen Einspeisepunkte 4 eine Wirkleistung P in den Strang 3 des Verteilungsnetzes 2 ein.Along this
Diese zusätzliche und in der Regel zeitlich nicht konstante Leistungseinspeisung in das Verteilungsnetz 2 würde ohne eine Korrektur zu erheblichen ortsabhängigen Schwankungen der Spannung des Verteilungsnetzes 2 führen. Die zur Sicherstellung einer stabilen Stromversorgung der ebenfalls im Verteilungsnetz 2 befindlichen Endverbraucher erforderliche Spannungsqualität könnte so nicht eingehalten werden, da die lokale Spannung des Verteilungsnetzes 2 nicht in einem durch vorgegebene Spannungstoleranzen, typischer Weise +/- 10 %, um eine Nennspannung herum vorgegebenen Spannungsband gehalten werden könnte.Without correction, this additional and generally not constant power feed into the
Um die lokalen Spannungen dennoch in den Grenzen des Spannungsbands halten zu können, erfassen die dezentralen Stromerzeuger PV1 bis PV4 an ihren jeweiligen Einspeisepunkten 4 die lokale Netzspannung U des Verteilungsnetzes 2, um auf deren Basis eine dezentrale Spannungshaltung zu erzielen. Dabei stehen die einzelnen dezentralen Stromerzeuger miteinander oder mit einer zentralen Steuerungsvorrichtung des Verteilungsnetzes 2 nicht im Datenaustausch. Zur Erzielung dieser dezentralen Spannungshaltung speisen die dezentralen Stromerzeuger PV1 bis PV4 an ihren Einspeisepunkten 4 nicht nur eine Wirkleistung P, sondern auch eine von der lokalen Netzspannung U anhängige Blindleistung Q in das Verteilungsnetz 2 ein.In order to be able to keep the local voltages within the limits of the voltage band, the decentralized power generators PV1 to PV4 record the local network voltage U of the
Aus der lokalen Netzspannung U und dem Spannungsgrenzwert Umax wird im nächsten Schritt eine Regelabweichung E ermittelt und als Eingangsgröße der Regeleinrichtung 6 genutzt. Anhand der Regelabweichung E bestimmt die Regeleinrichtung 6 die Blindleistung Q, welche von einem Wechselrichter des dezentralen Stromerzeugers PV4 in das Verteilungsnetz 2 eingespeist wird und so als Stellgröße des Regelkreises 1 dient.In the next step, a control deviation E is determined from the local mains voltage U and the voltage limit value U max and used as an input variable of the
Die Regeleinrichtung 6 kann anhand der Regelabweichung E, welche der Differenz aus der lokaler Netzspannung U und dem Spannungsgrenzwert Umax entspricht, feststellen, ob die lokale Netzspannung U kleiner als der Spannungsgrenzwert Umax ist. Sofern die lokale Netzspannung U unterhalb des Spannungsgrenzwert Umax liegt, kann die Regeleinrichtung 6 vorsehen, dass keine Blindleistung Q in das Verteilungsnetz 2 eingespeist wird. Auf diese Weise wird die Blindleistung Q erst beim Erreichen des Spannungsgrenzwerts Umax der lokalen Netzspannung U eingespeist.The
Entlang der Regelstrecke 7 des Regelkreises 1 bewirkt die eingespeiste Blindleistung Q durch das Stellverhalten 8 eine Veränderung der lokalen Netzspannung U. Neben dem Einfluss der von dem dezentralen Stromerzeuger PV4 eingespeisten Blindleistung Q beeinflussen auch die Wirkleistungseinspeisungen und Blindleistungseinspeisungen der übrigen dezentralen Stromerzeuger PV1 bis PV3 sowie weitere Einflüsse die lokalen Netzspannung U am Einspeisepunkt 4 des dezentralen Stromerzeugers PV4. Diese nicht direkt vom dezentralen Stromerzeuger PV4 bewirkten Einflüsse auf die lokale Netzspannung U werden zum Störverhalten 9 der Regelstrecke 7 zusammengefasst, welches sich als Störgröße Z auf die lokale Netzspannung U auswirkt.Along the controlled
Sowohl die Störgröße Z als auch die eingespeiste Blindleistung Q bewirken in Kombination eine Veränderung der lokalen Netzspannung U am Einspeisepunkt 4 des dezentralen Stromerzeugers PV4. Diese veränderte lokale Netzspannung U wird anschließend erfasst und beim nächsten Durchlauf des Regelkreises 1 erneut mit dem Spannungsgrenzwert Umax verglichen. Diese Blindleistungsregelung kann entweder in diskreten Zeitschritten oder als zeitkontinuierliche Regelung erfolgen.Both the disturbance variable Z and the fed-in reactive power Q combine to cause a change in the local grid voltage U at the feed-in
Damit nach einem zeitlichen Einschwingen des Regelkreises 1 keine stationäre Sollwertabweichung mehr vorliegt, d. h., dass die lokale Netzspannung U im eingeregelten Zustand den als Führungsgröße dienenden Spannungsgrenzwert Umax ohne Abweichung einnimmt, kann die Regeleinrichtung 6 ein integrierendes Regelungsverhalten aufweisen. Hierzu enthält die Regeleinrichtung 6 und somit auch der Regelkreis 1 einen reinen Integrator. Sie kann dabei als I-, PI- oder als PID-Regler ausgestaltet sein.So that after the
Wenngleich der Spannungsgrenzwert Umax als ein leistungsunabhängiger Grenzwert vorgegeben werden kann, hat es sich als insbesondere vorteilhaft erwiesen, wenn der Spannungsgrenzwert Umax ein von der eingespeisten Wirkleistung P, d. h. der Wirkleistungseinspeisung P, abhängiger variabler Grenzwert ist und insbesondere wirkleistungsabhängig abgesenkt wird. Um die Größe dieses variablen Spannungsgrenzwerts Umax zu ermitteln, wird eine Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie 5 genutzt, wie sie beispielsweise in
Der Spannungsgrenzwert Umax ist in
Die Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie 5 weist einen Leistungs-Schwellenwert Prel auf, welcher die Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie 5 in zwei Bereiche mit unterschiedlichen Abhängigkeiten des Spannungsgrenzwerts Umax von der Wirkleistungseinspeisung P unterteilt. Bei dem in
Sofern die eingespeiste Wirkleistung P unterhalb des Leistungs-Schwellenwerts Prel liegt, weist der variable Spannungsgrenzwert Umax einen konstanten Wert Umax,1 auf. Dieser konstante Wert Umax,1 liegt beim Beispiel der
Bei Wirkleistungseinspeisungen P oberhalb des Leistungs-Schwellenwerts Prel fällt der variable Spannungsgrenzwert Umax mit zunehmender Wirkleistungseinspeisung P linear ab, bis dieser einen Minimalwert Umax,2 bei jener Wirkleistungseinspeisung P annimmt, welche der Nennleistung (P=1) des dezentralen Stromerzeugers PV4 entspricht. Im Wirkleistungsbereich zwischen dem Leistungs-Schwellenwert Prel und der Nennleistung des dezentralen Stromerzeugers PV4 sinkt der variable Spannungsgrenzwert Umax dabei vom Wert Umax,1 um den Spannungs-Offset Uoffset auf seinen Minimalwert Umax,2 ab.For active power feeds P above the power threshold value P rel , the variable voltage limit value U max falls linearly as the active power feed P increases until it assumes a minimum value U max,2 at the active power feed P which corresponds to the nominal power (P=1) of the decentralized power generator PV4 . In the active power range between the power threshold value P rel and the nominal power of the decentralized power generator PV4, the variable voltage limit value U max drops from the value U max,1 by the voltage offset U offset to its minimum value U max,2 .
In
Zum besseren Verständnis des Regelungsverhaltens ist die den wirkleistungsabhängigen variablen Spannungsgrenzwert Umax angebende Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie 5 gemäß
Zunächst steigen die lokalen Netzspannungen U an den Einspeisepunkten 4 der dezentralen Stromerzeuger PV1 bis PV4 mit steigender Wirkleistungseinspeisung P linear an. Solange die Wirkleistungseinspeisung P den Leistungs-Schwellenwert Perl und die lokalen Netzspannungen U die Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie 5 noch nicht erreicht haben, befinden sich die Kurven in einem vergleichsweise breiten Spannungstotband B, in welchem keine Blindleistung Q in das Verteilungsnetz 2 eingespeist wird.First, the local grid voltages U at the feed points 4 of the decentralized power generators PV1 to PV4 increase linearly as the active power feed P increases. As long as the active power feed P has not yet reached the power threshold value P erl and the local network voltages U have not yet reached the voltage limit value active power feed
Ab dem Leistungs-Schwellenwert Perl verringert sich die Breite dieses Spannungstotbands B mit steigender Wirkleistung P, bis das Spannungstotband B bei der Nennleistung der dezentralen Stromerzeuger PV1 bis PV4 seine geringste Breite erreicht.From the power threshold P erl , the width of this voltage dead band B decreases as the active power P increases until the voltage dead band B reaches its smallest width at the nominal power of the decentralized power generators PV1 to PV4.
Auch nach dem Überschreiten des Leistungs-Schwellenwerts Perl liegen die Kurven der vier Stromerzeuger PV1 bis PV4 zunächst noch unterhalb der Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-Kennlinie 5, so dass zunächst keine Blindleistung eingespeist wird. An dem Punkt S1 erreicht die lokale Netzspannung U am Einspeisepunkt 4 des dezentralen Stromerzeugers PV4 den für diese Wirkleistung P geltenden Spannungsgrenzwert Umax, so dass mit der Blindleistungseinspeisung Q zur Spannungshaltung, d. h. zur Einhaltung des Spannungsbands des Verteilungsnetzes 2, durch den dezentralen Stromerzeuger PV4 begonnen wird. Da die lokalen Netzspannungen U der übrigen dezentralen Stromerzeuger PV1 bis PV3 bei dieser Leistungseinspeisung P den Spannungsgrenzwert Umax noch nicht erreicht haben, speisen die dezentralen Stromerzeuger PV1 bis PV3 noch keine Blindleistung Q in das Verteilungsnetz 2 ein.Even after the power threshold value P erl has been exceeded, the curves of the four power generators PV1 to PV4 are initially still below the voltage limit value active power feed-in
Mit steigender Wirkleistungseinspeisung P speist der geregelte dezentrale Stromerzeuger PV4 zunehmend mehr Blindleistung Q in das Verteilungsnetz 2 ein, was zu einer Reduzierung der lokalen Netzspannungen U sämtlicher dezentraler Stromerzeuger PV1 bis PV4 führt, ohne dass das vorgegebene Spannungsband des Verteilungsnetzes 2 hierdurch verletzt wird.As the active power feed P increases, the regulated decentralized power generator PV4 feeds increasingly more reactive power Q into the
Der Anstieg der Blindleistungseinspeisung Q des dezentralen Stromerzeugers PV4 setzt sich mit steigender Wirkleistungseinspeisung P weiter fort, bis am Punkt S2 eine, insbesondere durch den Hersteller des Wechselrichters, vorgegebene Maximal-Blindleistung durch den dezentralen Stromerzeuger PV4 in das Verteilungsnetz 2 eingespeist wird. Eine über diese Maximal-Blindleistung hinausgehende Blindleistung kann der dezentralen Stromerzeuger PV4 nicht in das Verteilungsnetz 2 einspeisen. Bei weiter zunehmender Wirkleistungseinspeisung P speist der dezentrale Stromerzeuger PV4 auch bei einem Überschreiten des Spannungsgrenzwerts Umax weiterhin lediglich die maximale Blindleistung in das Verteilungsnetz 2 ein.The increase in the reactive power feed Q of the decentralized power generator PV4 continues with increasing active power feed P until at point S2 a maximum reactive power specified, in particular by the manufacturer of the inverter, is fed into the
Da die vom dezentralen Stromerzeuger PV4 eingespeiste Blindleistung Q ab dem Punkt S2 daher nicht weiter ansteigt, nehmen die lokalen Netzspannungen U an den Einspeisepunkten 4 der dezentralen Stromerzeuger PV1 bis PV4 mit steigender Wirkleistungseinspeisung P wieder zu.Since the reactive power Q fed in by the decentralized power generator PV4 does not increase further from point S2, the local grid voltages U at the feed points 4 of the decentralized power generators PV1 to PV4 increase again as the active power feed P increases.
Beim Punkt S3 erreicht schließlich die lokale Netzspannung U am Einspeisepunkt 4 des dezentralen Stromerzeugers PV3 den für diese Wirkleistung P geltenden Spannungsgrenzwert Umax, so dass der dezentrale Stromerzeuger PV3 mit der Einspeisung einer Blindleistung Q zur Spannungshaltung beginnt. Bei steigender Leistungseinspeisung P bewirkt auch diese Spannungshaltung durch den dezentralen Stromerzeuger PV3 eine Abnahme der lokalen Netzspannungen U, bis auch der dezentrale Stromerzeuger PV3 am Punkt S4 seine Maximal-Blindleistung in das Verteilungsnetz 2 einspeist. Bei weiter zunehmender Wirkleistungseinspeisung P speist auch der dezentralen Stromerzeuger PV3 nur seine Maximal-Blindleistung in das Verteilungsnetz 2 ein, so dass die lokalen Netzspannungen U mit steigender Wirkleistungseinspeisung P wieder zunehmen.At point S3, the local grid voltage U at the feed-in
Der Anstieg der lokalen Netzspannung U mit steigender Wirkleistungseinspeisung P setzt sich fort, bis die lokale Netzspannung U am Einspeisepunkt 4 des dezentralen Stromerzeugers PV2 den wirkleistungsabhängigen Spannungsgrenzwert Umax am Punkt S5 erreicht. Ab dem Punkt S5 beginnt der dezentrale Stromerzeuger PV2 mit der Einspeisung einer Blindleistung Q in das Verteilungsnetz 2, bis diese bei weiter gesteigerter Wirkleistungseinspeisung P am Punkt S6 den Wert der Maximal-Blindleistung annimmt, welche der dezentrale Stromerzeuger PV2 maximal in das Verteilungsnetz 2 einspeisen kann. Bei weiter steigender Wirkleistungseinspeisung P speist der dezentrale Stromerzeuger PV2 diese Maximal-Blindleistung weiterhin konstant als Blindleistung Q in das Verteilungsnetz 2 einspeist.The increase in the local grid voltage U with increasing active power feed P continues until the local grid voltage U at
Da die Stromerzeugers PV1 bis PV4 jeweils nur induktive Blindleistungen Q in das Verteilungsnetz 2 einspeisen, sinkt die lokale Netzspannung U während der Phasen, in welchen die Blindleistungseinspeisung Q ansteigt, ab und steigt nicht an, wie es bei einer Einspeisung kapazitiver Blindleistungen Q der Fall wäre.Since the power generators PV1 to PV4 only feed inductive reactive power Q into the
Wie in
Mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Blindleistungsregelungsverfahrens beim Verfahren zum entsprechenden Betrieb eines Wechselrichters sowie eines solchen Wechselrichters ist es möglich, die Spannungshaltung an einem Einspeisepunkt 4 eines dezentralen Stromerzeugers PV1 bis PV4 zu ermöglichen und die durch die Blindleistung Q verursachten Anlagen- und Netzverluste zu verringern.With the help of the reactive power control method described above in the method for the corresponding operation of an inverter and such an inverter, it is possible to enable voltage maintenance at a
Bezugszeichen:Reference symbol:
- 11
- Regelkreiscontrol loop
- 22
- VerteilungsnetzDistribution network
- 33
- Strangstrand
- 3.13.1
- StranganfangStart of strand
- 3.23.2
- StrangendeEnd of strand
- 44
- EinspeisepunktEntry point
- 55
- Spannungsgrenzwert-Wirkleistungseinspeisungs-KennlinieVoltage limit value-active power feed-in characteristic curve
- 66
- RegeleinrichtungControl device
- 77
- RegelstreckeControlled system
- 88th
- StellverhaltenActuating behavior
- 99
- Störverhalten disruptive behavior
- Bb
- SpannungstotbandVoltage dead band
- EE
- RegelabweichungDeviation from the rule
- PP
- WirkleistungActive power
- PrelPrel
- Leistungs-SchwellenwertPerformance threshold
- PV1-PV4PV1-PV4
- StromerzeugerPower generator
- BlindleistungReactive power
- S1-S6S1-S6
- PunktPoint
- UU
- lokalen Netzspannunglocal mains voltage
- UmaxUmax
- SpannungsgrenzwertVoltage limit
- Umax,1Umax,1
- konstanten Wertconstant value
- Umax,2Umax,2
- MinimalwertMinimum value
- UoffsetUoffset
- Spannungs-OffsetVoltage offset
- ZZ
- Störgröße Disturbance variable
- 100100
- zentraler Transformatorcentral transformer
- 200200
- MittelspannungsnetzMedium voltage network
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013105444A1 (en) | 2012-11-13 | 2014-05-15 | Sma Solar Technology Ag | METHOD FOR VOLTAGE STABILIZATION IN AN ELECTRICAL DISTRIBUTION NETWORK AND DEVICE THEREFOR |
DE112020000210T5 (en) | 2019-07-09 | 2021-08-19 | Fuji Electric Co., Ltd. | Network coupling device and server |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8041465B2 (en) * | 2008-10-09 | 2011-10-18 | General Electric Company | Voltage control at windfarms |
US11444461B2 (en) * | 2020-06-19 | 2022-09-13 | General Electric Company | System and method for dynamically estimating inverter-based resource reactive power capability |
-
2022
- 2022-05-05 DE DE102022111117.2A patent/DE102022111117A1/en active Pending
-
2023
- 2023-05-02 WO PCT/DE2023/100315 patent/WO2023213354A1/en unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013105444A1 (en) | 2012-11-13 | 2014-05-15 | Sma Solar Technology Ag | METHOD FOR VOLTAGE STABILIZATION IN AN ELECTRICAL DISTRIBUTION NETWORK AND DEVICE THEREFOR |
DE112020000210T5 (en) | 2019-07-09 | 2021-08-19 | Fuji Electric Co., Ltd. | Network coupling device and server |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Norm DIN EN 50160 2020-11-00. Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen; Deutsche Fassung EN 50160:2010 + Cor.:2010 + A1:2015 + A2:2019 + A3:2019. |
Norm VDE-AR-N 4105 2018-11-00. Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz - Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz. |
Norm VDE-AR-N 4105 Berichtigung 1 2020-10-00. Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz - Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz; Berichtigung 1. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2023213354A1 (en) | 2023-11-09 |
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