DE112022002486T5

DE112022002486T5 - Einstellung der umrichterklemmenspannung in leistungssystem

Info

Publication number: DE112022002486T5
Application number: DE112022002486.0T
Authority: DE
Inventors: Rohit Shrikant Kadam; Michael Thomas Leonard; Jovan Z. Bebic
Original assignee: Mitsubishi Power Americas Inc
Current assignee: Mitsubishi Power Americas Inc
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2022-05-04
Publication date: 2024-02-29
Also published as: US11652349B2; JP2024516873A; US20230299588A1; WO2022235829A2; WO2022235829A3; US20220360085A1

Abstract

Ein Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab kann zwei oder mehr Umrichtergruppen so betreiben, dass ihre Blindleistungsbefehle proportional zu ihrem verfügbaren Blindleistungsbereich sind. Das Regelungssystem kann daher die Blindleistungsbefehle proportional zum verfügbaren Q-Bereich verteilen und so sicherstellen, dass alle Umrichter im Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 mit demselben Q-„Headroom“ arbeiten. Darüber hinaus kann das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab einen Laststufenschalter (LTC) verwenden, um eine Klemmenspannung einzustellen, die mit einer ersten Umrichtergruppe und einer zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist. Die erste Umrichtergruppe kann mit einer ersten Nennleistung assoziiert werden, und die zweite Umrichtergruppe kann mit einer zweiten Nennleistung assoziiert werden, die größer als die erste Nennleistung ist.

Description

PRIORITÄTSANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 17/302,615 , die am 7. Mai 2021 eingereicht wurde und deren Inhalt durch Bezugnahme in vollem Umfang hierin enthalten ist.
GEGENSTAND DER OFFENBARUNG
Dieses Dokument bezieht sich allgemein auf elektrische Energieerzeugungssystemen und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf die Regelung der Leistung in elektrischen Energieerzeugungssystemen.
HINTERGRUND
Konventionell werden Energiespeicherprojekte im Versorgungsmaßstab bzw. industriellen Maßstab mit einer ganzzahligen Anzahl identischer Bauelemente bzw. Bausteine gebaut. Skaleneffekte bei der Herstellung führen dazu, dass die Stückkosten von Bauelementen umgekehrt proportional zu ihrer Größe sind, wodurch Projekte mit wenigen großen Bauelementen kostengünstiger sind als solche mit vielen kleinen Bauelementen. Diese Vorteile können jedoch schnell zunichte gemacht werden, wenn ein Entwurf überdimensioniert werden muss, weil das erste ganzzahlige Rating bzw. Nennleistung eines Bausteins deutlich größer ist als die gewünschte Projekt-Nennleistung. Soll beispielsweise mit dem Vielfachen eines 4er-Blocks eine Nennleistung bzw. ein Rating von 9 erzeugt werden, müssen 3 Blöcke gewählt werden, was zu einer Gesamt-Nennleistung von 12 statt 9 und einem effektiven Kostennachteil von 33,3 % führt.
Die Schlüsselkomponente, die das Rating bzw. die Nennleistung eines Bauelements bestimmt, ist der leistungselektronische Umrichter bzw. Wechselrichter, der verwendet wird, um Energiespeicher (mit Gleichstrom), z. B. Batterien bzw. Akkumulatoren, mit einem elektrischen Energiesystem (mit Wechselstrom) zu verbinden. Aufgrund ihrer funktionalen Komplexität und der damit verbundenen bzw. assoziierten langwierigen Zertifizierungsprozesse sind die Nennleistungen der Umrichter unflexibel. Sobald ein Umrichter ausgewählt wurde, ist die Kosteneffizienz des Projekts daher gleichbedeutend mit der Maximierung der Auslastung der ausgewählten Umrichter.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung beschreibt ein Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab, das zwei oder mehr Umrichtergruppen so betreiben kann, dass ihre Blindleistungsbefehle proportional zu ihrem verfügbaren Blindleistungsbereich sind. Das Regelungssystem kann daher die Blindleistungsbefehle proportional zum verfügbaren Q-Bereich verteilen und so sicherstellen, dass alle Umrichter im Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 mit demselben Q-„Headroom“ arbeiten. Darüber hinaus kann das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab einen Laststufenschalter (LTC) verwenden, um eine Klemmenspannung bzw. Anschlussspannung (engl.: „terminal voltage) einzustellen, die mit einer ersten Umrichtergruppe und einer zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist. Die erste Umrichtergruppe kann mit einer ersten Nennleistung assoziiert werden, und die zweite Umrichtergruppe kann mit einer zweiten Nennleistung assoziiert werden, die größer als die erste Nennleistung ist.
In einigen Aspekten ist diese Offenbarung auf ein Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab gerichtet, das an einem Verbindungspunkt mit einem elektrischen Netz gekoppelt ist, wobei das System umfasst: eine erste Batteriegruppe mit einer ersten Speicherkapazität; eine zweite Batteriegruppe mit einer zweiten Speicherkapazität, die sich von der ersten Speicherkapazität unterscheidet; eine erste Umrichtergruppe in elektrischer Kommunikation mit der ersten Batteriegruppe, wobei die erste Umrichtergruppe eine erste Nennleistung aufweist; und eine zweite Gruppe von Umrichtern in elektrischer Verbindung mit der zweiten Gruppe von Batterien, wobei die zweite Gruppe von Umrichtern eine zweite Nennleistung aufweist, wobei die zweite Nennleistung die gleiche ist wie die erste Nennleistung, wobei die Ausgänge der ersten Gruppe von Umrichtern und der zweiten Gruppe von Umrichtern kombiniert und dem elektrischen Netz an dem Verbindungspunkt zugeführt werden.
In einigen Aspekten ist diese Offenbarung auf ein Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab gerichtet, das eine Klemmenspannung einstellt, die mit einer ersten Gruppe von Umrichtern und einer zweiten Gruppe von Umrichtern assoziiert ist bzw. diesen zugeordnet ist, wobei die erste Gruppe von Umrichtern mit einer ersten Nennleistung assoziiert ist bzw. dieser zugeordnet ist, wobei die zweite Gruppe von Umrichtern mit einer zweiten Nennleistung assoziiert ist bzw. dieser zugeordnet ist, die größer ist als die erste Nennleistung, wobei das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab umfasst: eine Regelungsschaltung zum: Bestimmen, unter Verwendung einer Repräsentation eines ersten verfügbaren Blindleistungswerts, der mit der ersten Umrichtergruppe assoziiert ist bzw. dieser zugeordnet ist, und einer Repräsentation eines zweiten verfügbaren Blindleistungswerts, der mit der zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist bzw. dieser zugeordnet ist, einer Repräsentation einer insgesamt verfügbaren Blindleistung; Erzeugen, unter Verwendung der Repräsentation des ersten verfügbaren Blindleistungswerts und einer Repräsentation eines insgesamt erforderlichen Blindleistungswerts, eines ersten Regelsignals, das einen ersten gewünschten Blindleistungswert proportional zu dem ersten verfügbaren Blindleistungswert repräsentiert; und Erzeugen, unter Verwendung der Repräsentation des zweiten verfügbaren Blindleistungswerts und des insgesamt erforderlichen Blindleistungswerts, eines zweiten Regelsignals, das einen zweiten gewünschten Blindleistungswert proportional zu dem zweiten verfügbaren Blindleistungswert repräsentiert.
In einigen Aspekten ist diese Offenbarung auf ein Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab gerichtet, um einen Laststufenschalter (LTC) zu verwenden, um eine Klemmenspannung einzustellen, die mit einer ersten Umrichtergruppe und einer zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist, wobei die erste Umrichtergruppe mit einer ersten Nennleistung assoziiert ist, wobei die zweite Umrichtergruppe mit einer zweiten Nennleistung assoziiert ist, die größer als die erste Nennleistung ist, wobei das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab umfasst: eine Regelungsschaltung zum: Bestimmen, unter Verwendung einer Repräsentation eines gemessenen Stroms und einer Repräsentation einer gemessenen Spannung an einer Transformatorwindung eines Transformators in dem System der Klemmenspannung, die mit der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist; Bestimmen, unter Verwendung einer Repräsentation eines insgesamt erforderlichen Blindleistungswertes, einer Ziel-Klemmenspannung, die mit der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist; und Erzeugen, unter Verwendung einer Differenz zwischen der Klemmenspannung und der Ziel-Klemmenspannung, einer Anzapfeinstellung bzw. Stufeneinstellung auf dem LTC, so dass sich die mit der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe assoziierte Klemmenspannung entsprechend einstellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen, die nicht unbedingt maßstabsgetreu sind, können gleiche Ziffern ähnliche Bauteile in verschiedenen Ansichten beschreiben. Gleiche Ziffern, die unterschiedliche Buchstabensuffixe aufweisen, können unterschiedliche Ausprägungen ähnlicher Bauteile repräsentieren. Die Zeichnungen veranschaulichen allgemein, beispielhaft, aber nicht einschränkend, verschiedene Ausführungsformen, die im vorliegenden Dokument behandelt werden.

1 ist ein Einlinien-Diagramm eines Beispiels eines Energiespeicher- und Umwandlungssystems im Versorgungsmaßstab, das verschiedene Technologien dieser Offenbarung implementieren kann.
2 ist ein konzeptionelles Diagramm eines Beispiels einer Regelungsschaltung, die verschiedene Technologien dieser Offenbarung implementieren kann.
3 ist ein konzeptionelles Diagramm eines Beispiels einer Regelungsschaltung, die verschiedene Technologien dieser Offenbarung implementieren kann.
4 ist ein Graph eines Beispiels für eine Übertragungsfunktion, die einen insgesamt erforderlichen Blindleistungswert und eine Ziel-Klemmenspannung in Beziehung setzt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die primäre Funktion von Energiespeicherinstallationen im Versorgungsmaßstab ist der Austausch von Wirkleistung mit dem Leistungssystem zur Aufrechterhaltung der Netzfrequenz oder zur Arbitrierung von Energie. Zusätzlich zu dieser primären Funktion sind Energiespeicherinstallationen im Versorgungsmaßstab auch erforderlich, um die elektrischen Bedingungen am Verbindungspunkt (POI) innerhalb eines Betriebsbereichs zu halten. In den meisten Fällen erfordert dies die Aufrechterhaltung der Spannung am POI, was wiederum die Einspeisung von Blindleistung in das System erfordert. Die Blindleistung kann aus speziellen Quellen, wie z. B. geschalteten Kondensatoren, oder aus den Umrichtern bereitgestellt werden, die bereits für die primäre Funktion der Anbindung von Energiespeicherelementen (Gleichspannung ausgebend bzw. DC) an ein Wechselstromsystem bzw. AC-System vorgesehen sind.
Die gegenwärtigen Erfinder haben eine Möglichkeit erkannt, die Komplexität der Installation und damit die Kosten zu minimieren, indem sie sowohl die primäre Funktion von Energiespeicherinstallationen im Versorgungsmaßstab als auch die Notwendigkeit der Aufrechterhaltung der elektrischen Bedingungen am POI bzw. Verbindungspunkt durch die Umrichter für die Energiespeicherelemente berücksichtigen. Die Kosten werden weiter gesenkt, indem das System so gesteuert wird, dass der verfügbare Blindleistungsbereich der Umrichter angesichts ihrer primären Funktion der Stromversorgung berücksichtigt wird, und indem die Umrichter durch die Steuerung ihrer Klemmenspannung mithilfe eines Laststufenschalters (LTC) auf ihrer maximalen effektiven Nennleistung gehalten werden.
Wie nachstehend näher beschrieben, können verschiedene Technologien dieser Offenbarung auch einen Laststufenschalter (LTC) nutzen, um die dynamische Blindleistung der Batterieumrichter so zu steuern, dass die erforderlichen Spannungswerte am POI eingehalten werden. Bei jeder LTC-Operation werden die Ausgänge des Umrichters an Realleistung (P) und Blindleistung (Q) neu eingestellt, um zu versuchen, die Spannung am POI auf einem bestimmten Wert zu halten. Zur Berechnung der Eckpunkte der Leistungsfähigkeit kann die Endstellung bzw. finale Abgriffposition bzw. Anzapfposition des LTCs beibehalten und die Q-Ausgänge der Umrichter geändert werden, bis beide Umrichter die Stromgrenze erreichen. Die Verwendung der LTCs zur Regelung der Klemmenspannungen der Umrichter kann dazu beitragen, dass die Netzspannung den dynamischen Blindleistungsbereich der Anlage nicht beeinflusst. Außerdem kann die Verwendung eines „richtungsabhängigen Sollwerts“ dazu beitragen, dass die Batterieumrichter bei plötzlichen Änderungen des Ausgangs an Blindleistung innerhalb des zulässigen Klemmenspannungsbereichs bleiben können.
1 ist ein Einlinien-Diagramm eines Beispiels für ein Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab, das verschiedene Technologien dieser Offenbarung implementieren kann. Das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 kann eine erste Gruppe von Batterien 102A und eine zweite Gruppe von Batterien 102B umfassen. Die erste Batteriegruppe 102A kann eine erste Speicherkapazität aufweisen, und die zweite Batteriegruppe kann eine zweite Speicherkapazität aufweisen, die sich von der ersten Speicherkapazität unterscheidet, z. B. größer als die erste Speicherkapazität ist.
Das System 100 kann eine erste Umrichtergruppe 104A in elektrischer Verbindung mit der ersten Batteriegruppe 102A und eine zweite Umrichtergruppe 104B in elektrischer Verbindung mit der zweiten Batteriegruppe 102B umfassen. In einigen Beispielen kann die erste Umrichtergruppe 104A eine erste Anzahl von Umrichtern umfassen, und die zweite Umrichtergruppe kann eine zweite Anzahl von Umrichtern umfassen, die sich von der ersten Anzahl unterscheidet. Die Kombinationen aus Batterien und Umrichtern können dazu beitragen, die Frequenz am Verbindungspunkt zu regulieren.
Da die erste Umrichtergruppe 104A mit der ersten Batteriegruppe 102A assoziiert ist, kann die erste Umrichtergruppe 104A mit einer ersten Nennleistung assoziiert werden. Da die zweite Umrichtergruppe 104B mit der zweiten Batteriegruppe 102B assoziiert ist, kann die zweite Umrichtergruppe 104A mit einer zweiten Nennleistung assoziiert werden, die sich von der ersten Nennleistung unterscheidet, z. B. größer als die erste Nennleistung ist.
In einigen Beispielen können die Umrichter in jeder der beiden Gruppen 104A, 104B die gleiche Nennleistung aufweisen. In einem nicht einschränkenden Beispiel können einzelne der Umrichter in den beiden Gruppen 104A, 104B identische Nennleistungen aufweisen. In einem anderen, nicht einschränkenden Beispiel können einzelne Umrichter der beiden Gruppen 104A, 104B unterschiedliche Nennleistungen aufweisen, aber die Gruppen 104A, 104B können dieselbe Nennleistung haben. Ebenso kann in einigen Beispielen jede Gruppe 104A, 104B die gleiche Anzahl von Umrichtern innerhalb jeder Gruppe 104A, 104B aufweisen. Da jedoch die erste Umrichtergruppe 104A mit einer ersten Batteriegruppe 102A assoziiert ist, die eine andere Speicherkapazität für Energie aufweist als die zweite Batteriegruppe 102B, die mit der zweiten Umrichtergruppe 104B assoziiert ist, können die Umrichter/Batterie-Paarungen als inhomogen angesehen werden.
Die zweite Umrichtergruppe 104B kann mehr Leistung ausgeben, weil sie mit der zweiten Batteriegruppe 102B assoziiert ist, die eine höhere Speicherkapazität für Energie aufweisen kann als die erste Batteriegruppe 102A. Allerdings kann die zweite Umrichtergruppe 104B einen geringeren Blindleistungsbereich aufweisen als die erste Umrichtergruppe 104A.
Die erste Umrichtergruppe 104A kann mit einem ersten Spannungs-Bus LV1, z. B. einem Niederspannungs-Bus mit 400-500 Volt (V), und die zweite Umrichtergruppe 104B mit einem zweiten Spannungs-Bus LV2, z. B. einem Niederspannungs-Bus bzw. LV-Bus mit 400-500 V, gekoppelt werden. Die Spannung des ersten Spannungs-Busses LV1 kann durch Gruppen von Aufwärtstransformatoren 106A, z. B. Stecktransformatoren, erhöht werden, die mit einem Mittelspannungs-Bus MV, z. B. 34,5 Kilovolt (kV), gekoppelt sind. In ähnlicher Weise kann die Spannung des zweiten Spannungs-Busses LV2 mit Hilfe von Gruppen von Aufwärtstransformatoren 106B, z. B. Stecktransformatoren, erhöht werden, die mit einem Mittelspannungs-Bus MV gekoppelt sind. Die Impedanz der MV-Kabel, die die Gruppen von Aufwärtstransformatoren 106A mit dem MV-Bus verbinden, wird durch die Impedanz ZCS repräsentiert. Die Gruppe der Aufwärtstransformatoren 106B wird in ähnlicher Weise über eine Verkabelung, die eine assoziierte Impedanz Zcs aufweist, an eb Mittelspannungs-Bus MV gekoppelt.
Die Spannung des Mittelspannungs-Bus MV kann mit einem weiteren Aufwärtstransformator, dem Hauptleistungstransformator (MPT) 108, erhöht werden. Der MPT 108 kann die Spannung auf eine Übertragungsspannung, z. B. 138 kV, an dem Hochspannungs-Bus HV erhöhen. Der MPT 108 kann einen Laststufenschalter (LTC) 109 umfassen, der mit Anzapfungen an einer Hochspannungswindung des MPT 108 gekoppelt ist. Der LTC kann die Anzahl der Wicklungen der Hochspannungswindung einstellen, wodurch sich das Wicklungsverhältnis des MPT 108 ändert und somit die Ausgangsspannung des Transformators angepasst werden kann. In einigen Beispielen kann das Wicklungsverhältnis des MPT 108 in einem Bereich von +/- 10 % in 16 Schritten in jeder Richtung eingestellt werden. Ein oder mehrere Messgeräte 110, wie z. B. Strom- und/oder Spannungsmesser, können mit der Niederspannungsseite des MPT 108 verbunden werden, um die Bedingungen zu überwachen.
Das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 kann mit einem elektrischen Netz 112 gekoppelt werden, das durch eine Thevenin-Äquivalenzspannung V_TH an einem unbegrenzten Bus INF repräsentiert wird. Das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 kann Teil eines ersten elektrischen Netzes sein und das elektrische Netz 112 kann als zweites elektrisches Netz betrachtet werden.
Die Kopplung des elektrischen Netzes 112 mit dem Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 an einem Verbindungspunkt (POI) wird durch eine äquivalente Thevenin-Impedanz Z_TH repräsentiert. Die elektrische Verbindung zwischen dem Hochspannungs-Bus HV des Energiespeicher- und Umwandlungssystems im Versorgungsmaßstab 100 und dem POI wird durch eine Impedanz ZTIE repräsentiert. In 1 werden die Ausgänge der ersten Umrichtergruppe 104A und die Ausgänge der zweiten Umrichtergruppe 104B am MV-Bus zusammengeführt und in das elektrische Netz 112 am POI eingespeist.
Diese Offenbarung beschreibt unter anderem zwei Aspekte des Energiespeicher- und Umwandlungssystems im Versorgungsmaßstab 100: 1) ein inhomogenes Design des Systems 100 und 2) eine adaptive Spannungsmanagementtechnik zur Erhöhung der effektiven Nennleistung der Umrichter.
Durch den inhomogenen Aufbau des Systems 100 werden die Umrichter in mehrere Gruppen mit unterschiedlich bemessener Speicherkapazität für Energie innerhalb jeder Gruppe unterteilt. Wie oben erwähnt, sind die beiden Umrichtergruppen 104A, 104B jeweils mit Batteriegruppen 102A, 102B assoziiert. Angenommen, die erste Batteriegruppe 102A weist die größere Speicherkapazität für Energie auf als die zweite Batteriegruppe 102B. Um die beiden Gruppen mit der gleichen relativen Geschwindigkeit zu laden (oder zu entladen), muss die erste Umrichtergruppe 104A mit einer höheren Wirkleistung arbeiten als die zweite Umrichtergruppe 104B. Durch diese ungleiche Verteilung der Wirkleistung steht der zweiten Umrichtergruppe 104B ein größerer Blindleistungsbereich zur Verfügung als der ersten Umrichtergruppe 104A. Um die Nennleistung ihrer Umrichter voll auszunutzen, erhält die zweite Umrichtergruppe 104B daher einen höheren Blindleistungsbefehl als die erste Umrichtergruppe 104A.
Mit verschiedenen Technologien dieser Offenbarung kann das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 beide Umrichtergruppen 104A, 104B so betreiben, dass ihre Blindleistungsbefehle proportional zu ihrem verfügbaren Blindleistungsbereich sind. Ein nicht einschränkendes Beispiel: Ein Umrichter mit einer Nenn-Scheinleistung (S) von 2.500 kVA, der einen Wirkleistungsbefehl (P) von 2.250 kW erhält, weist einen verfügbaren Blindleistungsbereich (Q) von ~1.090 kVAr auf (die kVA-Nennleistung ist eine orthogonale Summe aus Wirkleistung und Blindleistung). Derselbe Umrichter, der mit einem P-Sollwert von 2.125 kW arbeitet (eine Verringerung von P um -5,5 %), weist einen verfügbaren Blindleistungsbereich von ∼1.317 kVA auf (eine Erhöhung von Q um ~21 %). Das Regelungssystem kann daher die Blindleistungsbefehle im Verhältnis zum verfügbaren Q-Bereich verteilen und so sicherstellen, dass alle Umrichter im Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 mit demselben Q-„Headroom“ arbeiten.
2 ist ein konzeptionelles Diagramm eines Beispiels einer Regelungsschaltung, die verschiedene Technologien dieser Offenbarung implementieren kann. In einigen Beispielen kann die Regelungsschaltung 200 von 2 Teil einer Anlagensteuerung für das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 von 1 sein oder mit dieser in Kommunikation stehen. Die Regelungsschaltung 200 kann inhomogene Umrichtergruppen, wie die Umrichtergruppen 104A, 104B von 1, so betreiben, dass ihre Blindleistungsbefehle proportional zu ihrem verfügbaren Blindleistungsbereich sind. Die Regelungsschaltung 200 kann einen Prozessor umfassen, Teil davon sein oder mit einem Prozessor gekoppelt sein, der Befehle ausführen kann, um die verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Funktionen auszuführen.
Die Regelungsschaltung 200 kann ein Signal StotA empfangen, das einen verfügbaren Scheinleistungswert StotA repräsentiert, der mit der ersten Umrichtergruppe 104A von 1 assoziiert ist, und ein Signal StotB, das einen verfügbaren Scheinleistungswert repräsentiert, der mit der zweiten Umrichtergruppe 104B von 1 assoziiert ist. Die Regelungsschaltung 200 kann ein Signal PcmdA empfangen, das einen erforderlichen Wirkleistungswert repräsentiert, der mit der ersten Umrichtergruppe 104A von 1 assoziiert ist, und ein Signal PcmdB, das einen erforderlichen Wirkleistungsbefehl repräsentiert, der mit der zweiten Umrichtergruppe 104B von 1 assoziiert ist.
Unter Verwendung der Beziehung [Scheinleistung (S)]² = [Realleistung (P)]² + [Blindleistung (Q)]² kann die Regelungsschaltung 200 eine Repräsentation der insgesamt verfügbaren Blindleistung Qtot bestimmen. Insbesondere kann die Regelungsschaltung 200 in Block 202A die mathematische Operation der Quadrierung der insgesamt verfügbaren Scheinleistung StotA durchführen, die mit der ersten Umrichtergruppe 104A von 1 assoziiert ist. In Block 204A kann die Regelungsschaltung 200 die mathematische Operation der Quadrierung des mit der ersten Umrichtergruppe 104A von 1 assoziierten Wirkleistungsbefehls PcmdA durchführen. In Block 206A kann die Regelungsschaltung 200 das Quadrat aus Block 204A von Block 202A subtrahieren. In Block 208A kann die Regelungsschaltung 200 die mathematische Operation der Bestimmung der Quadratwurzel der Summe durchführen und QtotA bestimmen, das eine Repräsentation der verfügbaren Blindleistung ist, die mit der ersten Umrichtergruppe 104A von 1 assoziiert ist.
In ähnlicher Weise kann die Regelungsschaltung in Block 202B die mathematische Operation der Quadrierung der insgesamt verfügbaren Scheinleistung StotB durchführen, die mit der zweiten Umrichtergruppe 104B von 1 assoziiert ist. In Block 204B kann die Regelungsschaltung den mit der zweiten Umrichtergruppe 104B von 1 assoziierten Wirkleistungsbefehl PcmdB quadrieren. In Block 206B kann die Regelungsschaltung 200 das Quadrat aus Block 204B von Block 202B subtrahieren. In Block 208B kann die Regelungsschaltung 200 die mathematische Operation der Bestimmung der Quadratwurzel der Summe durchführen und QtotB bestimmen, das eine Repräsentation der verfügbaren Blindleistung ist, die mit der zweiten Umrichtergruppe 104B von 1 assoziiert ist. In Block 210 kann die Regelungsschaltung 200, beispielsweise durch Summierung von QtotA und QtotB, eine Repräsentation der insgesamt verfügbaren Blindleistung Qtot für die beiden Umrichtergruppen 104A, 104B von 1 bestimmen.
Dann kann die Regelungsschaltung 200 QtotA und QtotB verwenden, um den gesamten erforderlichen Blindleistungswert, der durch das Signal QcmdMVAr repräsentiert wird, in gewünschte Blindleistungswerte aufzuteilen, die durch die Regelsignale QcmdA und QcmdB repräsentiert werden. Beispielsweise kann die Regelungsschaltung 200 in Block 212 die mathematische Operation einer Division des durch das Signal QcmdMVAr dargestellten Wertes, der den gesamten erforderlichen Blindleistungswert repräsentiert, der vom Systembetreiber als am POI erforderlich gefordert wird, durch die insgesamt verfügbare Blindleistung Qtot durchführen. Das heißt, der insgesamt erforderliche Blindleistungswert QcmdMVAr kann einen Betrag der gewünschten Blindleistung am Verbindungspunkt zwischen dem Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 und einem anderen elektrischen Netz 112 repräsentieren.
In Block 214A kann die Regelungsschaltung 200 die mathematische Operation der Multiplikation des Ergebnisses von Block 212 mit QtotA, der Repräsentation der verfügbaren Blindleistung, die mit der ersten Umrichtergruppe 104A von 1 assoziiert ist, durchführen, um ein Regelsignal QcmdA zu erzeugen, das einen gewünschten Blindleistungswert proportional zum verfügbaren Blindleistungswert QtotA repräsentiert.
In ähnlicher Weise kann die Regelungsschaltung 200 in Block 214B die mathematische Operation der Multiplikation des Ergebnisses von Block 212 mit QtotB durchführen, das die Repräsentation der verfügbaren Blindleistung ist, die mit der zweiten Umrichtergruppe 104B von 1 assoziiert ist, um ein Regelsignal QcmdB zu erzeugen, das einen gewünschten Blindleistungswert repräsentiert, der proportional zum verfügbaren Blindleistungswert QtotB ist.
Die Regelungsschaltung 200 kann die beiden Regelsignale QcmdA, QcmdB an die Umrichtergruppen 104A, 104B ausgeben. Mithilfe der beiden Regelsignale QcmdA, QcmdB kann das Energiespeicher- und Umwandlungssystem 100 im Versorgungsmaßstab eine mit der ersten Umrichtergruppe 104A und der zweiten Umrichtergruppe 104B assoziierte Klemmenspannung einstellen. So kann unter Verwendung verschiedener Technologien dieser Offenbarung der insgesamt erforderliche Blindleistungswert, der vom Systembetreiber als am POI erforderlich gefordert wird (repräsentiert durch das Signal QcmdMVAr), den beiden Umrichtergruppen 104A, 104B im Verhältnis zum verfügbaren Blindleistungswert Qtot zugewiesen werden, um jeder Umrichtergruppe den gleichen Blindleistungswert Q „Headroom“ zu geben. Darüber hinaus kann mit diesen Technologien die Auslastung der Umrichter maximiert werden, indem die verfügbaren Scheinleistungswerte StotA, StotB der Umrichtergruppen 104A, 104B voll ausgenutzt werden, um dem POI Blindleistung vorzusehen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Offenbarung nicht auf zwei Umrichtergruppen beschränkt ist, obwohl in 1 zwei Umrichtergruppen dargestellt sind und 2 in Bezug auf die zwei Umrichtergruppen von 1 beschrieben wird. Vielmehr kann der insgesamt erforderliche Blindleistungswert, der vom Systembetreiber am POI gefordert wird, im Verhältnis zum verfügbaren Blindleistungswert mehr als zwei Umrichtergruppen zugewiesen werden.
Durch die Anwendung der oben in Bezug auf 2 beschriebenen inhomogenen Techniken zur Anlagenauslegung kann das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 beispielsweise beide Umrichtergruppen 104A, 104B so betreiben, dass ihre Blindleistungsbefehle Q proportional zu ihrem verfügbaren Blindleistungsbereich sind. So kann die Regelungsschaltung 200 den Umrichtergruppen 104A, 104B Wirkleistungsbefehle zuweisen, um ihre unterschiedlichen assoziierten Energiespeicherfähigkeiten, nämlich die mit den Batteriegruppen 102A, 102B assoziierten, anzupassen. Diese Technologien ermöglichen es, die Batteriegruppen 102A, 102B entsprechend ihrer Energiespeicher-Nennleistung zu laden/entladen und nicht entsprechend der Leistungsfähigkeit der Umrichtergruppen 104A, 104B, wodurch die Batteriegruppen 102A, 102B beispielsweise mit der gleichen Geschwindigkeit entladen werden können. Das Laden und/oder Entladen von Batterien unterschiedlicher Speicherkapazität für Energie mit entsprechenden und proportionalen Raten sieht einen verbesserten Batterieausgleich und eine optimierte Gesamtdauer der Wirkleistung und Blindleistungsregelung vor.
Wie bereits erwähnt, werden in dieser Offenbarung zusätzlich zu den oben beschriebenen Technologien, bei denen der insgesamt erforderliche Blindleistungswert, der vom Systembetreiber am POI gefordert wird, zwei (oder mehr) Gruppen von Umrichtern im Verhältnis zum verfügbaren Blindleistungswert zugewiesen werden kann, adaptive Spannungsmanagementtechniken zur Erhöhung der Umrichter-Nennleistungen beschrieben. Mit den in dieser Offenbarung beschriebenen adaptiven Spannungsmanagementtechniken können die „effektiven“ Umrichter-Nennleistungen durch Einstellen des Wicklungsverhältnis an einem Hauptleistungstransformator, z. B. MPT 108 von 1, erhöht werden, um die Spannung an den Umrichterklemmen bzw. Umrichteranschlüssen zu erhöhen, z. B. an den Klemmen bzw. Anschlüssen der Umrichter in den Umrichtergruppen 104A, 104B von 1.
Eine Erhöhung der Nennleistung kann durch eine Erhöhung der Spannung erreicht werden, was zu einer proportionalen Erhöhung der Scheinleistung des Umrichters führt. Bleibt man bei dem obigen Beispiel, so kann eine Erhöhung der Klemmenspannung eines Umrichters mit einer Nennleistung von 2.500kVA auf 1,03 pro Einheit (kurz: „per unit“ bzw. pu) zu einer effektiven Scheinleistung von 2.575kVA führen. Ein Umrichter, der mit einer Wirkleistung von 2.250kW arbeitet, kann nun also 1.252kVAr erreichen, was eine Steigerung von 14,8% gegenüber dem Q-Bereich bedeutet, den er bei einer Spannung von 1,0 pu aufwies. Mit anderen Worten: Eine Erhöhung der Klemmenspannung eines Umrichters kann zu einer „kostenlosen“ bzw. freien Erhöhung der Blindleistung Q führen.
Konventionell wird ein Wicklungsverhältnis am Hauptleistungstransformator (MPT), wie z. B. der MPT 108 in 1, geregelt, um ein konstantes Spannungsniveau am Mittelspannungs-Bus bzw. MV-Bus zu erhalten. Die Übertragungsspannung, z. B. am Hochspannungs-Bus bzw. HV-Bus, kann sich je nach den vorherrschenden Systembedingungen ändern, und wenn das System 100 einen gewissen Freiheitsgrad zur Regelung des Spannungsprofils aufweist, kann sichergestellt werden, dass die Leistungsfähigkeit der Anlage unabhängig von den Bedingungen des elektrischen Netzes 112 ist. Dies kann wichtig sein, um die Anforderungen des Netzkodex zu erfüllen, der unter anderem einen Betriebsbereich für den Blindleistungsausgang des Systems 100 in Abhängigkeit von der Spannung am POI und für den zulässigen Bereich des Leistungsexports und -imports (Entladen bzw. Laden von Energiespeichern) vorschreibt.
Ein Manko des herkömmlichen Designs ist, dass die Klemmenspannung der Umrichter von den Spannungsabfällen an den Stecktransformatoren abhängen kann, die je nach Betriebsbedingungen variieren können. Durch die Regelung der Klemmenspannung der Umrichter kann explizit sichergestellt werden, dass die Umrichter eine Scheinleistung (kVA) aufweisen, die weder von der Netzspannung noch von den Betriebsbedingungen des Energiespeichers, z. B. des Systems 100, abhängig ist, und dass die maximale kVA-Leistung unter allen Betriebsbedingungen zur Verfügung steht.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Technologien dieser Offenbarung kann ein Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab, wie das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 von 1, einen Laststufenschalter (LTC), wie den LTC 109 von 1, verwenden, um eine mit einer ersten Umrichtergruppe, z. B. der ersten Umrichtergruppe 104A in 1, und einer zweiten Umrichtergruppe, z. B. der zweiten Umrichtergruppe 104B in 1, assoziierte Klemmenspannung einzustellen. Die erste Umrichtergruppe kann mit einer ersten Nennleistung assoziiert werden und die zweite Umrichtergruppe kann mit einer zweiten Nennleistung assoziiert werden, die größer ist als die erste Nennleistung.
3 ist ein konzeptionelles Diagramm eines Beispiels einer Regelungsschaltung, die verschiedene Technologien dieser Offenbarung implementieren kann. In einigen Beispielen kann die Regelungsschaltung 300 von 3 Teil einer Anlagensteuerung für das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab 100 von 1 sein oder mit dieser in Verbindung stehen. Die Regelungsschaltung 300 kann einen LTC, wie den LTC 109 von 1, betreiben, um eine Klemmenspannung einzustellen, die mit einer ersten Umrichtergruppe, z.B. der ersten Umrichtergruppe 104A in 1, und einer zweiten Umrichtergruppe, z.B. der zweiten Umrichtergruppe 104B in 1, assoziiert ist. In einigen Beispielen können die Regelungsschaltung 300 von 3 und die Regelungsschaltung 200 von 2 dieselbe Regelungsschaltung sein oder miteinander in Verbindung stehen. Die Regelungsschaltung 300 kann einen Prozessor umfassen, einen Teil davon bilden oder mit einem Prozessor gekoppelt sein, der Befehle ausführen kann, um die verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Funktionen auszuführen.
Die Regelungsschaltung 300 kann mehrere Signale empfangen, darunter PMV, VMV und QMV. Das Signal PMV kann die gemessene Wirkleistung an der Mittelspannungs-Windung des MPT 108 von 1 repräsentieren, z. B. auf einer Pro-Einheit-Basis. Das Signal QMV kann die gemessene Blindleistung an der Mittelspannungs-Windung des MPT 108 von 1 repräsentieren, z. B. auf einer Pro-Einheit-Basis. Das Signal VMV kann die gemessene Spannungsgröße an einer Transformatorwindung eines Transformators repräsentieren, z. B. an der Windung des MPT 108 in 1, die mit dem MV-Bus gekoppelt ist, z. B. auf einer Pro-Einheit-Basis.
In Block 302 kann die Regelungsschaltung 300 die mathematische Operation der Division von PMV durch VMV durchführen, um eine Repräsentation eines gemessenen Realstroms Id zu bestimmen. In ähnlicher Weise kann die Regelungsschaltung 300 in Block 304 die mathematische Operation einer Division von QMV durch VMV durchführen, um eine Repräsentation eines gemessenen Blindstroms Iq zu bestimmen.
Als nächstes kann die Regelungsschaltung 300 unter Verwendung einer Repräsentation eines gemessenen Stroms und einer Repräsentation einer gemessenen Spannung an einer Transformatorwindung eines Transformators eine Klemmenspannung VINV bestimmen, die mit einer ersten Umrichtergruppe und einer zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist, wie z. B. den Umrichtergruppen 104A, 104B in 1. In einigen Beispielen werden die Repräsentation des gemessenen Stroms und die Repräsentation der gemessenen Spannung an einer Niederspannungsseite des Hauptleistungstransformators MPT 108 von 1 gemessen.
In Block 306 kann die Regelungsschaltung 300 die mathematische Operation der Multiplikation des bestimmten Realstroms Id und des Widerstands des Aufwärtstransformators 106A von 1 durchführen. In Block 308 kann die Regelungsschaltung 300 die mathematische Operation der Multiplikation des bestimmten Blindstroms Iq und der Reaktanz des Aufwärtstransformators 106A von 1 durchführen. In Block 310 kann die Regelungsschaltung 300 die Ergebnisse der beiden Multiplikationen mit dem Signal VMV summieren und das Ergebnis an Block 312 ausgeben.
In Block 314 kann die Regelungsschaltung 300 die mathematische Operation der Multiplikation des bestimmten Realstroms Id und der Reaktanz des Aufwärtstransformators 106A von 1 durchführen. In Block 316 kann die Regelungsschaltung 300 die mathematische Operation der Multiplikation des bestimmten Blindstroms Iq und des Widerstands des Aufwärtstransformators 106A von 1 durchführen. In Block 314 kann die Regelungsschaltung 300 die Ergebnisse der Multiplikationen summieren und das Ergebnis an Block 312 ausgeben. In Block 312 kann die Regelungsschaltung 300 die Klemmenspannung VINV bestimmen, wobei die Klemmenspannung VINV durch Gleichung 1 unten gegeben ist: $VINV = VMV + (R + jX) * IMV$
wobei IMV = conj(Pcmd + jQcmd)/VMV, wobei VMV einen angenommenen Phasenwinkel von Null hat, wobei der Wert Pcmd einen erforderlichen Wirkleistungswert aufweist, und wobei der Wert Qcmd den insgesamt erforderlichen Blindleistungswert repräsentiert (ähnlich wie QcmdMVAr).
Als Nächstes kann die Regelungsschaltung 300 in Block 318 unter Verwendung der Repräsentation des erforderlichen Blindleistungswerts Qcmd eine Ziel-Klemmenspannung Vcenter bestimmen, die der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe, wie der ersten Umrichtergruppe 104A und der zweiten Umrichtergruppe 104B in 1, assoziiert ist. Die Ziel-Klemmenspannung Vcenter ist die gewünschte Spannung an den Anschlüssen der ersten Umrichtergruppe 104A und der zweiten Umrichtergruppe 104B in 1.
In einigen Beispielen kann die Regelungsschaltung 300 in Block 318 eine Übertragungsfunktion implementieren, die beispielsweise in einer Speichervorrichtung 320 gespeichert ist und den insgesamt erforderlichen Blindleistungswert Qcmd und die Ziel-Klemmenspannung Vcenter in Beziehung setzt, um die Ziel-Klemmenspannung Vcenter zu bestimmen. Die Speichervorrichtung 320 kann Teil der Regelungsschaltung 300 sein oder mit ihr in Verbindung stehen. Zumindest ein Teil der Übertragungsfunktion kann eine lineare Beziehung zwischen dem insgesamt erforderlichen Blindleistungswert Qcmd und der Ziel-Klemmenspannung Vcenter umfassen, wie in 4 dargestellt. In einigen Beispielen kann die Regelungsschaltung 300 die Übertragungsfunktion anhand eines in der Speichervorrichtung 320 gespeicherten Datensatzes 322 bestimmen. In einigen Beispielen kann der Datensatz 322 als Nachschlagtabelle gespeichert werden.
Als Nächstes kann die Regelungsschaltung 300 in einigen nicht einschränkenden Beispielen unter Verwendung einer Differenz zwischen der Klemmenspannung VINV und der Ziel-Klemmenspannung Vcenter eine Stufeneinstellung Tap auf dem LTC erzeugen, um die mit der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe assoziierte Klemmenspannung entsprechend einzustellen. Die Werte von Vcenter und VINV können an einen LTC-Controller 340 geliefert werden, um die Abgriffposition auf dem MPT einzustellen. In einigen Beispielen kann der LTC-Controller ein handelsübliches Gerät sein, das in der in den Blöcken 320 bis 330 beschriebenen Weise arbeitet. In Block 324 kann die Regelungsschaltung 300 eine mathematische Operation, z. B. eine Subtraktion, durchführen, um eine Differenz Verr zwischen der Klemmenspannung VINV und der Ziel-Klemmenspannung Vcenter zu bestimmen. In Block 326 kann die Regelungsschaltung 300 eine Schwellenwertoperation durchführen, um zu bestimmen, ob die Stufeneinstellung eingestellt werden soll. Wenn Verr zum Beispiel größer als ein erster Schwellenwert ist, kann die Regelungsschaltung 300 die Stufeneinstellung nach oben einstellen, wenn Verr kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, kann die Regelungsschaltung 300 die Stufeneinstellung nach unten einstellen, und wenn Verr zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert liegt, dann stellt die Regelungsschaltung 300 die Stufeneinstellung nicht ein.
In einigen Beispielen kann die Regelungsschaltung 300 in Block 328 die mathematische Operation der Integration durchführen. Die Integration kann verwendet werden, um die LTC-Aufwärts-/Abwärtszählung zu implementieren.
Der Ausgang des Integrators aus Block 328 kann in Block 330 in einen ganzzahligen Wert umgewandelt werden, um eine diskrete Abgriffposition im LTC zu modellieren, was zu einer Stufeneinstellung Tap auf dem LTC führt, wie z. B. dem LTC 109 in 1.
Auf diese Weise kann die Regelungsschaltung 300 den LTC zur Steuerung der Spannung an den Ausgangsklemmen der Umrichter verwenden, wodurch die Spannung am POI gesteuert werden kann. Mithilfe dieser Technologien kann die Regelungsschaltung 300 die Spannung am MV-Bus in 1 einstellen, um sicherzustellen, dass die gewünschte Real- und Blindleistung am POI verfügbar ist. Diese Technologien sind unabhängig von den Netzschwankungen am POI.
Es sei darauf hingewiesen, dass der LTC, wie z. B. der LTC 109 in 1, durch den Einsatz dieser Technologien bestimmen kann, wie hoch die Spannung am Niederspannungs-Bus bzw. LV-Bus sein sollte, und dass er diese Spannungen indirekt regeln kann, anstatt nur die Spannungshöhe am MV-Bus zu berücksichtigen, an den der LTC gekoppelt ist. Dann kann der LTC ein geregeltes Spannungsprofil, wie die Realleistung P und die Blindleistung Q, am Niederspannungs-Bus steuern. Die adaptiven Spannungsmanagementtechniken dieser Offenbarung ermöglichen es dem LTC, einen Fernbus zu steuern, wie z. B. LV1 und LV2 in 1.
4 ist ein Graph eines Beispiels für eine Übertragungsfunktion, die einen insgesamt erforderlichen Blindleistungswert Qcmd und eine Ziel-Klemmenspannung Vcenter in Beziehung setzt. Die x-Achse des Graphen 400 repräsentiert den insgesamt erforderlichen Blindleistungswert Qcmd pro Einheit, und die y-Achse repräsentiert die Ziel-Klemmenspannung Vcenter pro Einheit. In einigen Beispielen kann die Übertragungsfunktion 402 mindestens einen linearen Bereich 404 umfassen, z. B. zwischen den Punkten 406, 408. Die Übertragungsfunktion 402 ist nicht auf lineare Beziehungen beschränkt und kann eine Beziehung zweiter oder höherer Ordnung zwischen dem insgesamt erforderlichen Blindleistungswert Qcmd und der Ziel-Klemmenspannung Vcenter umfassen. In anderen Beispielen kann die Übertragungsfunktion 402 den erforderlichen Wirkleistungswert Pcmd zusätzlich zu dem insgesamt erforderlichen Blindleistungswert Qcmd verwenden, um die Ziel-Klemmenspannung Vcenter zu erzeugen.
Verschiedene Anmerkungen
Jeder der hier beschriebenen, nicht einschränkenden Aspekte oder Beispiele kann für sich alleine stehen oder in verschiedenen Permutationen oder Kombinationen mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden.
Die obige ausführliche Beschreibung umfasst Verweise auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen zur Veranschaulichung bestimmte Ausführungsformen, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Diese Ausführungsformen werden hier auch als „Beispiele“ bezeichnet. Diese Beispiele können auch andere als die gezeigten oder beschriebenen Elemente umfassen. Die Erfinder sehen jedoch auch Beispiele vor, in denen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente vorgesehen sind. Darüber hinaus ziehen die Erfinder auch Beispiele in Betracht, bei denen eine beliebige Kombination oder Permutation der gezeigten oder beschriebenen Elemente (oder eines oder mehrerer Aspekte davon) verwendet wird, entweder in Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon) oder in Bezug auf andere Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon), die hier gezeigt oder beschrieben werden.
Im Falle widersprüchlicher Verwendungen zwischen diesem Dokument und den durch Verweis einbezogenen Dokumenten ist die Verwendung in diesem Dokument maßgeblich.
In diesem Dokument werden die Ausdrücke „ein“ oder „eine“, wie in Patentdokumenten üblich, verwendet, um eines oder mehr als eines zu umfassen, unabhängig von allen anderen Fällen oder Verwendungen von „mindestens eines“ oder „eines oder mehr“. In diesem Dokument wird der Begriff „oder“ verwendet, um sich auf ein nicht-ausschließendes „oder“ zu beziehen, so dass „A oder B“ „A, aber nicht B“, „B, aber nicht A“ und „A und B“ umfasst, sofern nicht anders angegeben. In diesem Dokument werden die Ausdrücke „einschließlich“ und „in denen“ als einfache Entsprechungen der jeweiligen Begriffe „umfassend“ und „wobei“ verwendet. In den folgenden Ansprüchen sind die Begriffe „einschließlich“, „hat“, „mit“ und „umfassend“ offen, d. h. ein System, eine Vorrichtung, ein Gegenstand, eine Zusammensetzung, eine Formulierung oder ein Verfahren, das Elemente umfasst, die zusätzlich zu den nach einem solchen Begriff in einem Anspruch aufgeführten Elementen enthalten sind, fallen dennoch in den Anwendungsbereich dieses Anspruchs. Darüber hinaus werden in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“ usw. lediglich als Kennzeichnung verwendet und sollen keine numerischen Anforderungen an ihre Gegenstände stellen.
Die hier beschriebenen Verfahrensbeispiele können zumindest teilweise maschinen- oder computerimplementiert sein. Einige Beispiele können ein computerlesbares Medium oder ein maschinenlesbares Medium umfassen, das mit Befehlen kodiert ist, mit denen ein elektronisches Gerät konfiguriert werden kann, um die in den obigen Beispielen beschriebenen Verfahren durchzuführen. Eine Implementierung solcher Verfahren kann Code umfassen, wie z. B. Mikrocode, Assemblersprachcode, Code einer höheren Sprache oder ähnliches. Ein solcher Code kann computerlesbare Anweisungen zur Durchführung verschiedener Verfahren umfassen. Der Code kann Teile von Computerprogrammprodukten bilden. Darüber hinaus kann der Code in einem Beispiel auf einem oder mehreren flüchtigen, nicht transitorischen oder nicht flüchtigen materiellen computerlesbaren Medien greifbar gespeichert werden, beispielsweise während der Ausführung oder zu anderen Zeiten. Beispiele für diese greifbaren computerlesbaren Medien können Festplatten, herausnehmbare Magnetplatten, herausnehmbare optische Platten (z. B. Compact Discs und digitale Videodiscs), Magnetkassetten, Speicherkarten oder Speichersticks, RAMs (Random Access Memories), ROMs (Read Only Memories) und Ähnliches umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Die obige Beschreibung dient der Veranschaulichung und ist nicht restriktiv. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Es können auch andere Ausführungsformen verwendet werden, wie es ein Fachmann nach Durchsicht der obigen Beschreibung feststellen kann. Die Zusammenfassung ist gemäß 37 C.F.R. §1.72(b) vorgesehen, damit der Leser die Art der technischen Offenbarung schnell erfassen kann. Sie wird mit der Maßgabe vorgelegt, dass sie nicht zur Auslegung oder Einschränkung des Umfangs oder der Bedeutung der Ansprüche verwendet wird. In der obigen ausführlichen Beschreibung können auch verschiedene Merkmale zusammengefasst werden, um die Offenbarung zu vereinfachen. Dies ist nicht so zu verstehen, dass ein nicht beanspruchtes offenbartes Merkmal für einen Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der Erfindungsgegenstand auch in weniger als allen Merkmalen einer bestimmten Ausführungsform liegen. Daher werden die folgenden Ansprüche hiermit als Beispiele oder Ausführungsformen in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich genommen eine separate Ausführungsform darstellt, und es ist vorgesehen, dass diese Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen miteinander kombiniert werden können. Der Umfang der Erfindung sollte unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt werden, zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 17/302615 [0001]

Claims

Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab, das an einem Verbindungspunkt mit einem elektrischen Netz verbunden ist, wobei das System umfasst: eine erste Batteriegruppe, die eine erste Speicherkapazität aufweist; eine zweite Batteriegruppe, die eine zweite Speicherkapazität aufweist, die sich von der ersten Speicherkapazität unterscheidet; eine erste Umrichtergruppe in elektrischer Verbindung mit der ersten Batteriegruppe, wobei die erste Umrichtergruppe eine erste Nennleistung aufweist; und eine zweite Umrichtergruppe in elektrischer Verbindung mit der zweiten Batteriegruppe, wobei die zweite Umrichtergruppe eine zweite Nennleistung aufweist, wobei die zweite Nennleistung die gleiche wie die erste Nennleistung ist, wobei die Ausgänge der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe kombiniert und an dem Verbindungspunkt in das elektrische Netz eingespeist werden.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 1, wobei die erste Umrichtergruppe eine erste Anzahl von Umrichtern umfasst, und wobei die zweite Umrichtergruppe eine zweite Anzahl von Umrichtern umfasst, die sich von der ersten Anzahl von Umrichtern unterscheidet.
Das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 1, umfassend: eine Regelungsschaltung zum: Bestimmen, unter Verwendung einer Darstellung eines ersten verfügbaren Blindleistungswertes, der mit der ersten Umrichtergruppe assoziiert ist, und einer Darstellung eines zweiten verfügbaren Blindleistungswertes, der mit der zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist, einer Darstellung einer insgesamt verfügbaren Blindleistung; Erzeugen, unter Verwendung der Repräsentation des ersten verfügbaren Blindleistungswerts und einer Repräsentation eines insgesamt erforderlichen Blindleistungswerts, eines ersten Regelsignals, das einen ersten gewünschten Blindleistungswert proportional zum ersten verfügbaren Blindleistungswert repräsentiert; und Erzeugen, unter Verwendung der Repräsentation des zweiten verfügbaren Blindleistungswertes und des insgesamt erforderlichen Blindleistungswertes, eines zweiten Regelsignals, das einen zweiten gewünschten Blindleistungswert proportional zum zweiten verfügbaren Blindleistungswert repräsentiert.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 3, wobei die Regelungsschaltung zum: Bestimmen, unter Verwendung einer Repräsentation eines ersten verfügbaren Scheinleistungswerts und einer Repräsentation eines ersten erforderlichen Wirkleistungswerts, des ersten verfügbaren Blindleistungswerts, wobei der erste verfügbare Scheinleistungswert und der erste erforderliche Wirkleistungswert mit der ersten Umrichtergruppe assoziiert sind; und Bestimmen, unter Verwendung einer Repräsentation eines zweiten verfügbaren Scheinleistungswerts und einer Repräsentation eines zweiten erforderlichen Wirkleistungswerts, des zweiten verfügbaren Blindleistungswerts, wobei der zweite verfügbare Scheinleistungswert und der zweite erforderliche Wirkleistungswert mit der zweiten Umrichtergruppe assoziiert sind.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 3, wobei der insgesamt erforderliche Blindleistungswert einen Betrag der gewünschten Blindleistung am Verbindungspunkt repräsentiert.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 1, wobei die erste Umrichtergruppe mit einem ersten Spannungs-Bus gekoppelt ist, wobei die zweite Umrichtergruppe mit einem zweiten Spannungs-Bus gekoppelt ist, wobei der erste Spannungs-Bus und der zweite Spannungs-Bus über entsprechende erste Aufwärtstransformatoren mit einem dritten Spannungs-Bus gekoppelt sind, wobei der dritte Spannungs-Bus mit einem vierten Spannungs-Bus über einen zweiten Aufwärtstransformator gekoppelt ist, wobei der vierte Spannungs-Bus des elektrischen Netzes mit dem Verbindungspunkt gekoppelt ist, wobei die Spannungen des ersten Spannungs-Busses und des zweiten Spannungs-Busses geringer sind als eine Spannung des dritten Spannungs-Busses, und wobei die Spannung des dritten Spannungs-Busses geringer ist als eine Spannung des vierten Spannungs-Busses.
Das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 1, umfassend: einen Laststufenschalter zum Einstellen einer mit der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe assoziierten Klemmenspannung in einem elektrischen Netz.
Das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 7, umfassend: eine Regelungsschaltung zum: Bestimmen, unter Verwendung einer Repräsentation eines gemessenen Stroms und einer Repräsentation einer gemessenen Spannung an einer Transformatorwindung eines Transformators im elektrischen Netz, der Klemmenspannung, die mit der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist; Bestimmen, unter Verwendung einer Repräsentation eines insgesamt erforderlichen Blindleistungswertes, einer mit der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe assoziierten Ziel-Klemmenspannung; und Erzeugen, unter Verwendung einer Differenz zwischen der Klemmenspannung und der Ziel-Klemmenspannung, einer Stufeneinstellung an dem Laststufenschalter, so dass sich die der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe zugeordnete Klemmenspannung entsprechend einstellt.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 8, wobei die erste Umrichtergruppe mit einem ersten Spannungs-Bus gekoppelt ist, wobei die zweite Umrichtergruppe mit einem zweiten Spannungs-Bus gekoppelt ist, wobei der erste Spannungs-Bus und der zweite Spannungs-Bus mit einem dritten Spannungs-Bus über entsprechende erste Aufwärtstransformatoren gekoppelt sind, wobei der dritte Spannungs-Bus mit einem vierten Spannungs-Bus über einen zweiten Aufwärtstransformator gekoppelt ist, wobei der vierte Spannungs-Bus des elektrischen Netzes mit einem Verbindungspunkt gekoppelt ist, der mit einem anderen elektrischen Netz gekoppelt ist, wobei die Spannungen des ersten Spannungs-Busses und des zweiten Spannungs-Busses geringer sind als eine Spannung des dritten Spannungs-Busses, wobei die Spannung des dritten Spannungs-Busses geringer ist als eine Spannung des vierten Spannungs-Busses, wobei der Transformator der zweite Aufwärtstransformator ist, und wobei die Repräsentation des gemessenen Stroms und die Repräsentation der gemessenen Spannung an einer Niederspannungsseite des zweiten Aufwärtstransformators gemessen werden.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 8, wobei die Regelungsschaltung zum Bestimmen der Ziel-Klemmenspannung, die mit der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist, unter Verwendung der Repräsentation des erforderlichen Blindleistungsgesamtwertes weiter konfiguriert ist zum: Bestimmen der Ziel-Klemmenspannung unter Verwendung einer Übertragungsfunktion, die den insgesamt erforderlichen Blindleistungswert und die Ziel-Klemmenspannung in Beziehung setzt.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 10, wobei mindestens ein Teil der Übertragungsfunktion eine lineare Beziehung zwischen dem insgesamt erforderlichen Blindleistungswert und der Ziel-Klemmenspannung umfasst.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 10, wobei die Regelungsschaltung, die konfiguriert ist, um die Ziel-Klemmenspannung unter Verwendung der Übertragungsfunktion zu bestimmen, die den insgesamt erforderlichen Blindleistungswert und die Ziel-Klemmenspannung in Beziehung setzt, konfiguriert ist, zum: Bestimmen der Ziel-Klemmenspannung unter Verwendung eines gespeicherten Datensatzes.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 12, wobei der gespeicherte Datensatz eine Nachschlagtabelle ist.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab, das eine mit einer ersten Umrichtergruppe und einer zweiten Umrichtergruppe assoziierte Klemmenspannung einstellt, wobei die erste Umrichtergruppe mit einer ersten Nennleistung assoziiert ist, wobei die zweite Umrichtergruppe mit einer zweiten Nennleistung assoziiert ist, die größer ist als die erste Nennleistung, wobei das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab umfasst: eine Regelungsschaltung zum: Bestimmen, unter Verwendung einer Repräsentation eines ersten verfügbaren Blindleistungswertes, der mit der ersten Umrichtergruppe assoziiert ist, und einer Repräsentation eines zweiten verfügbaren Blindleistungswertes, der mit der zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist, einer Repräsentation einer insgesamt verfügbaren Blindleistung; Erzeugen, unter Verwendung der Repräsentation des ersten verfügbaren Blindleistungswerts und einer Repräsentation eines insgesamt erforderlichen Blindleistungswerts, eines ersten Regelsignals, das einen ersten gewünschten Blindleistungswert proportional zum ersten verfügbaren Blindleistungswert repräsentiert; und Erzeugen, unter Verwendung der Repräsentation des zweiten verfügbaren Blindleistungswertes und des insgesamt erforderlichen Blindleistungswertes, eines zweiten Regelsignals, das einen zweiten gewünschten Blindleistungswert proportional zum zweiten verfügbaren Blindleistungswert repräsentiert.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 14, wobei die erste Umrichtergruppe, die mit der ersten Nennleistung assoziiert ist, mit einer ersten Mehrzahl von Batterien mit der ersten Nennleistung assoziiert ist, und wobei die zweite Umrichtergruppe, die mit der zweiten Nennleistung assoziiert ist, mit einer zweiten Mehrzahl von Batterien mit der zweiten Nennleistung assoziiert ist.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 14, wobei die erste Umrichtergruppe eine erste Anzahl von Umrichtern umfasst, wobei die zweite Umrichtergruppe eine zweite Anzahl von Umrichtern umfasst, die sich von der ersten Anzahl von Umrichtern unterscheidet.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 14, wobei die Regelungsschaltung zum: Bestimmen, unter Verwendung einer Repräsentation eines ersten verfügbaren Scheinleistungswerts und einer Repräsentation eines ersten erforderlichen Wirkleistungswerts, des ersten verfügbaren Blindleistungswerts, wobei der erste verfügbare Scheinleistungswert und der erste erforderliche Wirkleistungswert mit der ersten Umrichtergruppe assoziiert sind; und Bestimmen, unter Verwendung einer Repräsentation eines zweiten verfügbaren Scheinleistungswerts und einer Repräsentation eines zweiten erforderlichen Wirkleistungswerts, des zweiten verfügbaren Blindleistungswerts, wobei der zweite verfügbare Scheinleistungswert und der zweite erforderliche Wirkleistungswert mit der zweiten Umrichtergruppe assoziiert sind.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 14, wobei das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab Teil eines elektrischen Netzes ist und wobei der insgesamt erforderliche Blindleistungswert eine Menge gewünschter Blindleistung an einem Verbindungspunkt zwischen dem elektrischen Netz und einem anderen elektrischen Netz repräsentiert.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 14, wobei die erste Umrichtergruppe mit einem ersten Spannungs-Bus gekoppelt ist, wobei die zweite Umrichtergruppe mit einem zweiten Spannungs-Bus gekoppelt ist, wobei der erste Spannungs-Bus und der zweite Spannungs-Bus mit einem dritten Spannungs-Bus über entsprechende erste Aufwärtstransformatoren gekoppelt sind, wobei der dritte Spannungs-Bus mit einem vierten Spannungs-Bus über einen zweiten Aufwärtstransformator gekoppelt ist, wobei der vierte Spannungs-Bus des elektrischen Netzes mit einem Verbindungspunkt gekoppelt ist, der mit einem anderen elektrischen Netz gekoppelt ist, wobei die Spannungen des ersten Spannungs-Busses und des zweiten Spannungs-Busses geringer sind als eine Spannung des dritten Spannungs-Busses, und wobei die Spannung des dritten Spannungs-Busses geringer ist als eine Spannung des vierten Spannungs-Busses.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab zur Verwendung eines Laststufenschalters (LTC) zum Einstellen einer mit einer ersten Umrichtergruppe und einer zweiten Umrichtergruppe assoziierten Klemmenspannung, wobei die erste Umrichtergruppe mit einer ersten Nennleistung assoziiert ist, wobei die zweite Umrichtergruppe mit einer zweiten Nennleistung assoziiert ist, die größer ist als die erste Nennleistung, wobei das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab Folgendes umfasst: eine Regelungsschaltung zum: Bestimmen, unter Verwendung einer Repräsentation eines gemessenen Stroms und einer Repräsentation einer gemessenen Spannung an einer Transformatorwindung eines Transformators in dem System, der mit der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe assoziierten Klemmenspannung; Bestimmen, unter Verwendung einer Repräsentation eines insgesamt erforderlichen Blindleistungswertes, einer Ziel-Klemmenspannung, die mit der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist; und Erzeugen, unter Verwendung einer Differenz zwischen der Klemmenspannung und der Ziel-Klemmenspannung einer Stufeneinstellung an dem LTC, so dass sich die mit der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe assoziierte Klemmenspannung entsprechend einstellt.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 20, wobei das Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab Teil eines elektrischen Netzes ist, wobei die erste Gruppe von Umrichtern mit einem ersten Spannungs-Bus gekoppelt ist, wobei die zweite Gruppe von Umrichtern mit einem zweiten Spannungs-Bus gekoppelt ist, wobei der erste Spannungs-Bus und der zweite Spannungs-Bus mit einem dritten Spannungs-Bus über korrespondierende erste Aufwärtstransformatoren gekoppelt sind, wobei der dritte Spannungs-Bus mit einem vierten Spannungs-Bus über einen zweiten Aufwärtstransformator gekoppelt ist, wobei der vierte Spannungs-Bus des elektrischen Netzes mit einem Verbindungspunkt gekoppelt ist, der mit einem anderen elektrischen Netz gekoppelt ist, wobei die Spannungen des ersten Spannungs-Busses und des zweiten Spannungs-Busses geringer sind als eine Spannung des dritten Spannungs-Busses, wobei die Spannung des dritten Spannungs-Busses geringer ist als eine Spannung des vierten Spannungs-Busses, wobei der Transformator der zweite Aufwärtstransformator ist, und wobei die Repräsentation des gemessenen Stroms und die Repräsentation der gemessenen Spannung an einer Niederspannungsseite des zweiten Aufwärtstransformators gemessen werden.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 20, wobei die Regelungsschaltung zum Bestimmen der Ziel-Klemmenspannung, die mit der ersten Umrichtergruppe und der zweiten Umrichtergruppe assoziiert ist, unter Verwendung der Repräsentation des insgesamt erforderlichen Blindleistungswerts weiterhin konfiguriert ist, zum: Bestimmen der Ziel-Klemmenspannung unter Verwendung einer Übertragungsfunktion, die den insgesamt erforderlichen Blindleistungswert und die Ziel-Klemmenspannung in Beziehung setzt.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 22, wobei mindestens ein Teil der Übertragungsfunktion eine lineare Beziehung zwischen dem insgesamt erforderlichen Blindleistungswert und der Ziel-Klemmenspannung umfasst.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 22, wobei die Regelungsschaltung, die konfiguriert ist, um die Ziel-Klemmenspannung unter Verwendung der Übertragungsfunktion zu bestimmen, die den insgesamt erforderlichen Blindleistungswert und die Ziel-Klemmenspannung in Beziehung setzt, konfiguriert ist, zum: Bestimmen der Ziel-Klemmenspannung unter Verwendung eines gespeicherten Datensatzes.
Energiespeicher- und Umwandlungssystem im Versorgungsmaßstab nach Anspruch 24, wobei der gespeicherte Datensatz eine Nachschlagtabelle ist.