WO2019007484A1 - Stabilisieren eines energieversorgungsnetzes - Google Patents
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- WO2019007484A1 WO2019007484A1 PCT/EP2017/066635 EP2017066635W WO2019007484A1 WO 2019007484 A1 WO2019007484 A1 WO 2019007484A1 EP 2017066635 W EP2017066635 W EP 2017066635W WO 2019007484 A1 WO2019007484 A1 WO 2019007484A1
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- Y04S20/20—End-user application control systems
- Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
Definitions
- the invention relates to a method for stabilizing a power supply network with a multiphase mains voltage.
- Wind turbines and photovoltaic systems are, however, via power electronic equipment to the
- Power generation plants such as wind power or
- Overvoltage protection requires a voltage limitation to about 115% of the nominal mains voltage. Even higher overvoltages must be limited to a certain period of time, for example about 100 ms. To such a
- Mains frequency can be switched off. Switching off
- Network segments in particular of energy production plants, however causes instability in the power grid and downtime of the power plants.
- the invention is based on the object, an improved method for stabilizing a power supply network, especially in transient disturbances of
- each phase of the mains voltage is connected to an electronically adjustable load resistor and the load resistances are set electronically as a function of the mains voltage.
- the method allows, the mains voltage and / or the mains frequency of a power supply network through
- the method enables transient
- Analog can be transient
- Overvoltages in medium voltage networks can be limited and reduced by temporarily connecting and setting load resistors with correspondingly lower peak powers.
- Mains voltage threshold for the mains voltage is specified and the load resistors to the power grid be switched on when the mains voltage
- Mains voltage threshold exceeds.
- the mains voltage threshold in particular the triggering of an overvoltage protection can be prevented, which consists for example in switching off a power generation plant such as a wind power or photovoltaic system, which is connected to the power grid.
- a power generation plant such as a wind power or photovoltaic system
- Overvoltage protection namely usually triggered when the mains voltage a predetermined threshold for a predetermined period of time, for example, about 100 ms,
- the mains voltage can be lowered below this threshold again, before the overvoltage protection is triggered. This can in particular a shutdown of a
- a further embodiment of the invention provides that for at least one network point of the power supply network, a local voltage threshold is specified at the
- Load resistors are connected to the power grid when the local voltage to the local
- Load shedding or other interference can be caused by a rapid connection of the load resistors are limited.
- a further embodiment of the invention provides that the load resistors are provided with a phase control. This can reduce the effect of load resistance metered advantageous and adapted to the respective requirement.
- phase imbalance decreases.
- the load resistors are advantageously also used to limit and reduce transient phase imbalances of the mains voltage.
- the load resistors are periodically switched on the power supply network so that the subsynchronous resonance is attenuated. This will be the
- Load resistors advantageously also used for damping subsynchronous resonances in the power grid.
- a further embodiment of the invention provides that the load resistors are connected to the power grid before a transformer or electrical load is connected to the power grid, and that the load resistors are turned off as soon as the transformer or electrical loads is switched to the power grid. This can be done by preparatory
- Load resistors are connected to the power grid as a regulated load when a mains frequency of the mains voltage exceeds the mains frequency threshold. This will be the load resistors advantageously also used to stabilize the grid frequency of the power grid.
- a further embodiment of the invention provides that load resistors are used, each having an electrically insulating housing and two electrodes arranged in the housing, wherein the housing is at least partially filled with a liquid during operation of a load resistor and the electrodes different electrical
- Load resistances advantageous. Such load resistances allow by applying an electrode voltage between their electrodes quickly from the power grid
- Electrode voltage can be controlled.
- the load resistors may be designed differently,
- Mains voltage has a mechanical circuit breaker with which the connection is interrupted. This allows the load resistances individually and independently
- a further embodiment of the invention provides that the load resistors are each provided with a power controller.
- a power controller For example, as a power controller
- Thyristor controller or IGBT controller that is
- IGBT insulated gate bipolar transistor
- load resistors are each connected to a star point or to a neutral conductor of the power supply network, or that the load resistors are connected by a delta connection with the phases of the mains voltage.
- a star circuit of the load resistors has the advantage that the base of the load resistors little or no
- Error case for example, a single-phase ground fault.
- a delta connection of the load resistors has the advantage that there is no direct relation to the earth potential and therefore no earthing concept is required.
- a disadvantage of a delta connection is the required high insulation of both connection points of the load resistors for the full phase-earth voltage, so that in the case of vertical load resistors a sufficiently high support insulator
- FIG. 1 shows a circuit diagram of a first embodiment of a network control circuit for stabilizing a
- FIG. 2 shows a circuit diagram of a power controller
- FIG. 3 shows a circuit diagram of a second exemplary embodiment of a network control circuit for stabilizing a power controller
- FIG. 4 shows a circuit diagram of a third embodiment of a network control circuit for stabilizing a
- FIG. 1 shows a circuit diagram of a first
- the power supply network 3 has a three-phase
- the network control circuit 1 has for each phase LI, L2, L3 of the mains voltage U by means of a power controller 9 electronically adjustable load resistor 5, with the respective phase LI, L2, L3 and with a
- Star point 7 is connected. Star point 7 can be isolated from ground, or grounded at an impedance or low impedance.
- Each load resistor 5 has, for example, an electrically insulating housing and two electrodes arranged in the housing, wherein during operation of the load resistor 5 the housing is at least partially filled with a liquid and the electrodes have different electrical potentials and dip into the liquid.
- Such a load resistor is from the patent application with the
- an electrode voltage between the electrodes of each load resistor 5 is controllable by means of the respective power controller 9 with a phase control.
- the load resistors 5 may also be designed differently, for example, in each case as an air-cooled resistor.
- FIG. 2 shows a circuit diagram of an embodiment of a power controller 9.
- the power divider 9 is designed as a thyristor, the thyristor 11 with two antiparallel connected thyristors 13 and a Thyristor concedeech 15 for controlling the
- Thyristors 13 includes. Alternatively, the
- Power divider 9 also each as an IGBT controller, that is, as a power divider with bipolar transistors with insulated gate electrode (IGBT, Engl, insulated-gate bipolar transistor) be executed.
- IGBT insulated gate electrode
- FIG. 3 shows a circuit diagram of a second one
- Embodiment differs from the first embodiment shown in Figure 1 only in that the load resistors 5 are connected instead of a star point 7 each with a neutral conductor N.
- Figure 4 shows a circuit diagram of a third
- FIGS. 1 and 3 shown embodiments only in that the load resistors 5 by a
- Delta connection with the phases LI, L2, L3 of the mains voltage U are connected.
- the load resistors 5 are connected to respective different pairs of the phases LI, L2, L3, that is, a first load resistor 5 is connected to the phases L2 and L3, a second load resistor 5 is connected to the
- Phases LI and L2 connected and the third load resistor 5 is connected to the phases LI and L3.
- Mains control circuits 1 are in particular
- Figure 5 shows a profile of the mains voltage U of a
- Power supply network 3 as a function of a time t, wherein U denotes, for example, an effective value of the AC voltage of the power supply network 3.
- Power supply network 3 has an analogous to Figure 1, Figure 3 or Figure 4 running network control circuit 1. At a first time ti, the mains voltage U rises from an initial value which is slightly above a setpoint Uo of the
- Mains voltage U is suddenly on an overvoltage value, which is above a predetermined mains voltage threshold Ui and would trigger overvoltage protection, if the mains voltage U the mains voltage threshold Ui a
- predetermined time duration for example about 100 ms
- Mains voltage threshold Ui is lowered, so that the overvoltage protection is not triggered.
- the mains voltage threshold Ui is about 115% of the
- Setpoint Uo and the load resistors 5 are about 5 ms after exceeding the mains voltage threshold Ui
- network control circuits 1 provides, in critical power supplies or nodes of the power grid 3 temporary overvoltages caused by unfavorable load flows, which, for example, by load shedding or other
- Power supply network 3 predetermined a local voltage threshold, at the network location, a local voltage is detected, and the load resistors 5 are the
- network control circuits 1 provides, at
- Power supply network 3 the load resistors 5 periodically switch the power supply network 3 so that the subsynchronous resonance is attenuated. This will be described in more detail below with reference to FIG.
- FIG. 6 shows a chronological progression of the network frequency f of the network voltage U in a subnetwork of FIG.
- Zuschaltzeit Symposium T on with increasing network frequency f is switched to the subnet and switched off in Abschaltzeit Symposiumen T 0ff with decreasing line frequency f.
- a connection of the load resistors 5 to a point in the connection time range T on is understood.
- Figure 6 shows only the selection of time ranges T on , T 0ff depending on the course of the network frequency f, but not the effect of switching on and off the
- network control circuits 1 provides that
- Load resistors 5 connect to the power grid 3 before a large transformer or a large electrical load is connected to the power grid 3, and the load resistors 5 turn off again, that is to be disconnected from the power grid 3 as soon as the
- Power supply network 3 is switched on. As a result, shocks can be damped in the power supply network 3, which are caused by the connection of large transformers or electrical consumers.
- network control circuits 1 provides that a mains frequency threshold is specified and the
- Load resistors 5 are connected to the power grid 3 when the grid frequency f of the mains voltage U the
- the load resistors 5 can be used as a function of the
- Mains frequency f are set to regulate the mains frequency f to the mains frequency threshold. Another application of that shown in FIG.
- Mains control circuit 1 provides, when a temporary phase unbalance of the mains voltage U occurs
- Load resistors 5 of the different phases LI, L2, L3 the power supply network 3 asymmetrically turn on and / or to make, so that the phase unbalance decreases. For example, only one or two of them
- Load resistors 5 temporarily switched on, or it will be all three load resistors 5 with different
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren eines Energieversorgungsnetzes (3) mit einer mehrphasigen Netzspannung (U), wobei jede Phase (L1, L2, L3) der Netzspannung (U) mit einem elektronisch stellbaren Lastwiderstand (5) verbunden wird und die Lastwiderstände (5) in Abhängigkeit von der Netzspannung (U) elektronisch gestellt werden.
Description
Beschreibung
Stabilisieren eines Energieversorgungsnetzes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren eines Energieversorgungsnetzes mit einer mehrphasigen Netzspannung.
In elektrischen Energieversorgungsnetzen wird die Frage der Stabilisierung der Netzspannung und Netzfrequenz zunehmend wichtig. Bisher wurde ein großer Teil der Energieerzeugung mittels großer thermischer Kraftwerke erzeugt, die
zuverlässig und gut planbar Energie erzeugen. Im Zusammenhang mit einer immer stärkeren Integration von erneuerbaren
Energiequellen wie Wind und Sonne bei gleichzeitiger
Abschaltung von Kohle- und Kernkraftwerken schwankt die
Einspeisung in das Energienetz stärker als früher und in kürzeren Zeitspannen, was zu Schwankungen der Netzspannung und Netzfrequenz führen kann. Konventionelle Stromerzeuger können Schwankungen der Netzspannung durch die Erregung von Generatoren und Schwankungen der Netzfrequenz durch
rotierende Massen verlangsamen und begrenzen.
Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen sind jedoch über leistungselektronische Betriebsmittel an das
Energieversorgungsnetz angeschlossen und stellen dem
Energieversorgungsnetz somit keine rotierende Masse zur
Verfügung .
Energieerzeugungsanlagen wie Windkraft- oder
Photovoltaikanlagen müssen insbesondere gegen Überspannungen geschützt werden. Aktuelle Anforderungen an den
Überspannungsschutz verlangen eine Spannungsbegrenzung auf etwa 115 % der Sollnetzspannung. Noch höhere Überspannungen müssen auf eine bestimmte Zeitdauer, beispielsweise etwa 100 ms, begrenzt werden. Um einen derartigen
Überspannungsschutz zu erreichen, muss ein betroffenes
Netzsegment bereits nach zwei bis drei Netzperioden der
Netzfrequenz abgeschaltet werden. Das Abschalten von
Netzsegmenten, insbesondere von Energieerzeugungsanlagen,
verursacht jedoch Instabilitäten im Energieversorgungsnetz und Ausfallzeiten der Energieerzeugungsanlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Stabilisieren eines Energieversorgungsnetzes insbesondere bei transienten Störungen des
Energieversorgungsnetzes anzugeben .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Stabilisieren eines Energieversorgungsnetzes mit einer mehrphasigen Netzspannung wird jede Phase der Netzspannung mit einem elektronisch stellbaren Lastwiderstand verbunden und die Lastwiderstände werden in Abhängigkeit von der Netzspannung elektronisch gestellt.
Das Verfahren ermöglicht, die Netzspannung und/oder die Netzfrequenz eines Energieversorgungsnetzes durch
bedarfsweises Zuschalten und Stellen von elektronisch stellbaren Lastwiderständen, das heißt durch dynamisch regelbare Wirkleistungsverbraucher, zu stabilisieren.
Insbesondere ermöglicht das Verfahren, transiente
Überspannungen in Hochspannungsnetzen durch temporäres Zuschalten von Lastwiderständen mit hohen Kurzzeit- Spitzenleistungen von beispielsweise etwa 1000 MW zu
begrenzen und zu reduzieren. Analog können transiente
Überspannungen in Mittelspannungsnetzen durch temporäres Zuschalten und Stellen von Lastwiderständen mit entsprechend geringeren Spitzenleistungen begrenzt und reduziert werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein
Netzspannungsschwellenwert für die Netzspannung vorgegeben wird und die Lastwiderstände dem Energieversorgungsnetz
zugeschaltet werden, wenn die Netzspannung den
Netzspannungsschwellenwert überschreitet. Durch geeignete Wahl des Netzspannungsschwellenwertes kann insbesondere das Auslösen eines Überspannungsschutzes verhindert werden, der beispielsweise im Abschalten einer Energieerzeugungsanlage wie einer Windkraft- oder Photovoltaikanlage besteht, die an das Energieversorgungsnetz angeschlossen ist. Wie oben bereits ausgeführt wurde, wird ein derartiger
Überspannungsschutz nämlich in der Regel dann ausgelöst, wenn die Netzspannung einen vorgegebenen Schwellenwert eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise etwa 100 ms,
überschreitet. Durch das schnelle Zuschalten der
Lastwiderstände beim Überschreiten des Schwellenwertes kann die Netzspannung wieder unter diesen Schwellenwert gesenkt werden, bevor der Überspannungsschutz ausgelöst wird. Dadurch kann insbesondere ein Abschalten einer
Energieerzeugungsanlage verhindert werden, wodurch die
Energieerzeugungsanlage ohne Unterbrechung weiter betrieben werden kann und die Stabilität des gesamten
Energieversorgungsnetzes erhöht wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass für wenigstens eine Netzstelle des Energieversorgungsnetzes ein lokaler Spannungsschwellenwert vorgegeben wird, an der
Netzstelle eine lokale Spannung erfasst wird und die
Lastwiderstände dem Energieversorgungsnetz zugeschaltet werden, wenn die lokale Spannung den lokalen
Spannungsschwellenwert überschreitet. Dadurch können
transiente Überspannungen in kritischen Netzteilen oder Knotenpunkten des Energieversorgungsnetzes, die durch
ungünstige Lastflüsse, welche beispielsweise durch
Lastabwürfe oder andere Störeinwirkungen verursacht werden, durch ein schnelles Zuschalten der Lastwiderstände begrenzt werden .
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Lastwiderstände mit einer Phasenanschnittsteuerung gestellt werden. Dadurch kann die Wirkung der Lastwiderstände
vorteilhaft dosiert und der jeweiligen Anforderung angepasst werden .
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass beim Auftreten einer Phasenunsymmetrie der Netzspannung die
Lastwiderstände dem Energieversorgungsnetz asymmetrisch zugeschaltet oder/und mit unterschiedlichen
Phasenanschnittsteuerungen gestellt werden, so dass die
Phasenunsymmetrie abnimmt. Dadurch werden die Lastwiderstände vorteilhaft auch zur Begrenzung und Reduzierung transienter Phasenunsymmetrien der Netzspannung verwendet.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass beim Auftreten einer subsynchronen Resonanz in dem
Energieversorgungsnetz die Lastwiderstände periodisch derart dem Energieversorgungsnetz zugeschaltet werden, dass die subsynchrone Resonanz gedämpft wird. Dadurch werden die
Lastwiderstände vorteilhaft auch zur Dämpfung subsynchroner Resonanzen in dem Energieversorgungsnetz verwendet.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Lastwiderstände dem Energieversorgungsnetz zugeschaltet werden, bevor ein Transformator oder elektrischer Verbraucher dem Energieversorgungsnetz zugeschaltet wird, und dass die Lastwiderstände abgeschaltet werden, sobald der Transformator oder elektrische Verbraucher dem Energieversorgungsnetz zugeschaltet wird. Dadurch können durch vorbereitendes
Zuschalten und rechtzeitiges Abschalten der Lastwiderstände Stöße in dem Energieversorgungsnetz gedämpft werden, die durch das Zuschalten großer Transformatoren oder elektrischer Verbraucher verursacht werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Netzfrequenzschwellenwert vorgegeben wird und die
Lastwiderstände dem Energieversorgungsnetz als geregelte Last zugeschaltet werden, wenn eine Netzfrequenz der Netzspannung den Netzfrequenzschwellenwert überschreitet. Dadurch werden
die Lastwiderstände vorteilhaft auch zur Stabilisierung der Netzfrequenz des Energieversorgungsnetzes verwendet.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Lastwiderstände verwendet werden, die jeweils ein elektrisch isolierendes Gehäuse und zwei in dem Gehäuse angeordnete Elektroden aufweisen, wobei im Betrieb eines Lastwiderstands das Gehäuse zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit befüllt ist und die Elektroden unterschiedliche elektrische
Potentiale aufweisen und in die Flüssigkeit eintauchen.
Insbesondere ist die Verwendung von aus der Patentanmeldung mit der Anmeldenummer PCT/EP2016/072571 bekannten
Lastwiderständen vorteilhaft. Derartige Lastwiderstände ermöglichen durch Anlegen einer Elektrodenspannung zwischen ihren Elektroden schnell aus dem Energieversorgungsnetz
Energie zu entnehmen, die durch Erwärmung der Flüssigkeit in einem Lastwiderstand in Wärme umgewandelt wird. Die
Energieentnahme kann dabei durch die Stellung der
Elektrodenspannung gesteuert werden. Alternativ können die Lastwiderstände jedoch auch anders ausgeführt sein,
beispielsweise als luftgekühlte Widerstände.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindung jedes Lastwiderstands mit einer Phase der
Netzspannung einen mechanischen Leistungsschalter aufweist, mit der die Verbindung unterbrechbar ist. Dadurch können die Lastwiderstände einzeln und unabhängig voneinander
abgeschaltet, das heißt von dem Energieversorgungsnetz getrennt werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Lastwiderstände jeweils mit einem Leistungssteller gestellt werden. Beispielsweise werden als Leistungssteller
Thyristorsteller oder IGBT-Steller, das heißt
Leistungssteller mit Bipolartransistoren mit isolierter Gate- Elektrode (IGBT, engl, insulated-gate bipolar transistor) , verwendet. Dadurch kann vorteilhaft eine genaue Dosierung der Energieentnahme aus dem Energieversorgungsnetz durch die
Lastwiderstände erreicht werden, die dem jeweiligen
Energieentnahmebedarf angepasst ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die Lastwiderstände jeweils mit einem Sternpunkt oder mit einem Neutralleiter des Energieversorgungsnetzes verbunden sind, oder dass die Lastwiderstände durch eine Dreieckschaltung mit den Phasen der Netzspannung verbunden sind. Eine Sternschaltung der Lastwiderstände hat den Vorteil, dass der Fußpunkt der Lastwiderstände keine oder nur wenig
Isolation gegenüber dem Erdpotential benötigt und sich damit eine niedrige Bauhöhe im Falle eines vertikal aufgestellten Geräts, das die Lastwiderstände aufweist, ergibt. Ein
Nachteil einer Sternschaltung ist die Unsymmetrie und
mögliche Potentialverschiebung in einem unsymmetrischen
Fehlerfall, beispielsweise ein einphasiger Erdfehler.
Die Anbindung jeder Phase an einen Neutralleiter
(Mittelpunktsleiter des Energieversorgungsnetzes) ist
vorteilhaft, um eine unabhängige Ansteuerung der einzelnen Phasen zu ermöglichen und um resultierende
Potentialverschiebungen eines Sternpunkts zu vermeiden. Eine Dreieckschaltung der Lastwiderstände hat den Vorteil, dass kein direkter Bezug zum Erdpotential gegeben ist und somit kein Erdungskonzept erforderlich ist. Ein Nachteil einer Dreieckschaltung ist die erforderliche hohe Isolation beider Anschlusspunkte der Lastwiderstände für die volle Leiter-Erde-Spannung, so dass im Falle vertikal bauender Lastwiderstände ein ausreichend hoher Stützisolator
untergebaut werden muss, was die Gesamtbauhöhe ansteigen lässt . Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
FIG 1 einen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels einer Netzregelungsschaltung zum Stabilisieren eines
Energie ersorgungsnetzes ,
FIG 2 einen Schaltplan eines Leistungsstellers , FIG 3 einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Netzregelungsschaltung zum Stabilisieren eines
Energie ersorgungsnetzes ,
FIG 4 einen Schaltplan eines dritten Ausführungsbeispiels einer Netzregelungsschaltung zum Stabilisieren eines
Energieversorgungsnetzes ,
FIG 5 einen zeitlichen Verlauf einer Netzspannung eines
Energieversorgungsnetzes ,
FIG 6 einen zeitlichen Verlauf einer Netzfrequenz eines
Energieversorgungsnetzes .
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit
denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt einen Schaltplan eines ersten
Ausführungsbeispiels einer Netzregelungsschaltung 1 zum Stabilisieren eines Energieversorgungsnetzes 3.
Das Energieversorgungsnetz 3 weist eine dreiphasige
Netzspannung U auf. Die Netzregelungsschaltung 1 weist für jede Phase LI, L2, L3 der Netzspannung U einen mittels eines Leistungsstellers 9 elektronisch stellbaren Lastwiderstand 5 auf, der mit der jeweiligen Phase LI, L2, L3 und mit einem
Sternpunkt 7 verbunden ist. Der Sternpunkt 7 kann gegen Erde isoliert, oder mit einer Impedanz oder niederohmig geerdet ausgeführt sein.
Jeder Lastwiderstand 5 weist beispielsweise ein elektrisch isolierendes Gehäuse und zwei in dem Gehäuse angeordnete Elektroden auf, wobei im Betrieb des Lastwiderstands 5 das Gehäuse zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit befüllt ist und die Elektroden unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisen und in die Flüssigkeit eintauchen. Ein derartiger Lastwiderstand ist aus der Patentanmeldung mit der
Anmeldenummer PCT/EP2016/072571 bekannt und wird daher hier nicht näher beschrieben. Bei einer derartigen Ausführung der Lastwiderstände 5 ist eine Elektrodenspannung zwischen den Elektroden jedes Lastwiderstands 5 mittels des jeweiligen Leistungsstellers 9 mit einer Phasenanschnittsteuerung steuerbar. Alternativ können die Lastwiderstände 5 auch anders ausgeführt sein, beispielsweise jeweils als ein luftgekühlter Widerstand.
Figur 2 zeigt einen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels eines Leistungsstellers 9. Der Leistungssteiler 9 ist als ein Thyristorsteller ausgeführt, der eine Thyristorschaltung 11 mit zwei antiparallel zueinander geschalteten Thyristoren 13 und eine Thyristorsteuereinheit 15 zur Ansteuerung der
Thyristoren 13 umfasst. Alternativ können die
Leistungssteiler 9 auch jeweils als ein IGBT-Steller, das heißt als ein Leistungssteiler mit Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT, engl, insulated-gate bipolar transistor) ausgeführt sein.
Figur 3 zeigt einen Schaltplan eines zweiten
Ausführungsbeispiels einer Netzregelungsschaltung 1 zum
Stabilisieren eines Energieversorgungsnetzes 3. Dieses
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass die Lastwiderstände 5 statt mit einem Sternpunkt 7 jeweils mit einem Neutralleiter N verbunden sind.
Figur 4 zeigt einen Schaltplan eines dritten
Ausführungsbeispiels einer Netzregelungsschaltung 1 zum
Stabilisieren eines Energieversorgungsnetzes 3. Dieses
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den in den
Figuren 1 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen lediglich dadurch, dass die Lastwiderstände 5 durch eine
Dreieckschaltung mit den Phasen LI, L2, L3 der Netzspannung U verbunden sind. Dabei sind die Lastwiderstände 5 mit jeweils verschiedenen Paaren der Phasen LI, L2, L3 verbunden, das heißt ein erster Lastwiderstand 5 ist mit den Phasen L2 und L3 verbunden, ein zweiter Lastwiderstand 5 ist mit den
Phasen LI und L2 verbunden und der dritte Lastwiderstand 5 ist mit den Phasen LI und L3 verbunden.
Die in den Figuren 1, 3 und 4 gezeigten
Netzregelungsschaltungen 1 werden insbesondere dazu
verwendet, Überspannungen der Netzspannung U durch ein schnelles Zuschalten der Lastwiderstände 5 zu begrenzen, um ein Auslösen eines Überspannungsschutzes zu vermeiden, der beispielsweise im Abschalten einer Energieerzeugungsanlage wie einer Windkraft- oder Photovoltaikanlage besteht, die an das Energieversorgungsnetz 3 angeschlossen ist. Dies wird nachfolgend anhand von Figur 5 näher beschrieben.
Figur 5 zeigt einen Verlauf der Netzspannung U eines
Energieversorgungsnetzes 3 in Abhängigkeit von einer Zeit t, wobei U beispielsweise einen Effektivwert der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes 3 bezeichnet. Das
Energieversorgungsnetz 3 weist eine analog zu Figur 1, Figur 3 oder Figur 4 ausgeführte Netzregelungsschaltung 1 auf. Zu einem ersten Zeitpunkt ti steigt die Netzspannung U von einem Ausgangswert, der etwas oberhalb eines Sollwertes Uo der
Netzspannung U liegt, plötzlich auf einen Überspannungswert an, der über einem vorgegebenen Netzspannungsschwellenwert Ui liegt und einen Überspannungsschutz auslösen würde, wenn die Netzspannung U den Netzspannungsschwellenwert Ui eine
vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise etwa 100 ms,
überschreitet. Daraufhin werden dem Energieversorgungsnetz 3 zu einem zweiten Zeitpunkt t2 vor dem Auslösen des
Überspannungsschutzes die Lastwiderstände 5 der
Netzregelungsschaltung 1 zugeschaltet, wodurch die Netzspannung U wieder auf einen Wert unterhalb des
Netzspannungsschwellenwertes Ui gesenkt wird, so dass der Überspannungsschutz nicht ausgelöst wird. Beispielsweise beträgt der Netzspannungsschwellenwert Ui etwa 115 % des
Sollwertes Uo und die Lastwiderstände 5 werden etwa 5 ms nach dem Überschreiten des Netzspannungsschwellenwertes Ui
zugeschaltet . Eine weitere Anwendung der in den Figuren 1, 3 und 4
gezeigten Netzregelungsschaltungen 1 sieht vor, in kritischen Netzteilen oder Knotenpunkten des Energieversorgungsnetzes 3 temporäre Überspannungen, die durch ungünstige Lastflüsse, welche beispielsweise durch Lastabwürfe oder andere
Störeinwirkungen verursacht werden, durch ein schnelles
Zuschalten der Lastwiderstände 5 zu begrenzen. Dazu wird für wenigstens eine entsprechende Netzstelle des
Energieversorgungsnetzes 3 ein lokaler Spannungsschwellenwert vorgegeben, an der Netzstelle wird eine lokale Spannung erfasst, und die Lastwiderstände 5 werden dem
Energieversorgungsnetz 3 zugeschaltet, wenn die lokale
Spannung den lokalen Spannungsschwellenwert überschreitet.
Eine weitere Anwendung der in den Figuren 1, 3 und 4
gezeigten Netzregelungsschaltungen 1 sieht vor, beim
Auftreten einer subsynchronen Resonanz in dem
Energieversorgungsnetz 3 die Lastwiderstände 5 periodisch derart dem Energieversorgungsnetz 3 zuzuschalten, dass die subsynchrone Resonanz gedämpft wird. Dies wird nachfolgend anhand von Figur 6 näher beschrieben.
Figur 6 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Netzfrequenz f der Netzspannung U in einem Teilnetz des
Energieversorgungsnetzes 3 beim Auftreten einer subsynchronen Resonanz in dem Energieversorgungsnetz 3. Dabei schwankt die Netzfrequenz f des Teilnetzes gegenüber einer
Referenzfrequenz fo eines Referenznetzteils des
Energieversorgungsnetzes 3. Um die subsynchrone Resonanz zu
dämpfen, werden die Lastwiderstände 5 in
Zuschaltzeitbereichen Ton mit zunehmender Netzfrequenz f dem Teilnetz zugeschaltet und in Abschaltzeitbereichen T0ff mit abnehmender Netzfrequenz f abgeschaltet. Unter dem Zuschalten der Lastwiderstände 5 in einem Zuschaltzeitbereich Ton wird dabei ein Zuschalten der Lastwiderstände 5 zu einem in dem Zuschaltzeitbereich Ton liegenden Zeitpunkt verstanden.
Entsprechend wird unter dem Abschalten der Lastwiderstände 5 in einem Abschaltzeitbereich T0ff ein Trennen der
Lastwiderstände 5 von dem Teilnetz zu einem in dem
Abschaltzeitbereich T0ff liegenden Zeitpunkt verstanden.
Figur 6 zeigt lediglich die Auswahl von Zeitbereichen Ton, T0ff in Abhängigkeit vom Verlauf der Netzfrequenz f, nicht jedoch die Wirkung des Zu- und Abschaltens der
Lastwiderstände 5.
Eine weitere Anwendung der in den Figuren 1, 3 und 4
gezeigten Netzregelungsschaltungen 1 sieht vor, die
Lastwiderstände 5 dem Energieversorgungsnetz 3 zuzuschalten, bevor ein großer Transformator oder ein großer elektrischer Verbraucher dem Energieversorgungsnetz 3 zugeschaltet wird, und die Lastwiderstände 5 wieder abzuschalten, das heißt von dem Energieversorgungsnetz 3 zu trennen, sobald der
Transformator oder elektrische Verbraucher dem
Energieversorgungsnetz 3 zugeschaltet wird. Dadurch können Stöße in dem Energieversorgungsnetz 3 gedämpft werden, die durch das Zuschalten großer Transformatoren oder elektrischer Verbraucher verursacht werden.
Eine weitere Anwendung der in den Figuren 1, 3 und 4
gezeigten Netzregelungsschaltungen 1 sieht vor, dass ein Netzfrequenzschwellenwert vorgegeben wird und die
Lastwiderstände 5 dem Energieversorgungsnetz 3 zugeschaltet werden, wenn die Netzfrequenz f der Netzspannung U den
Netzfrequenzschwellenwert überschreitet. Insbesondere können die Lastwiderstände 5 dabei in Abhängigkeit von der
Netzfrequenz f gestellt werden, um die Netzfrequenz f auf den Netzfrequenzschwellenwert zu regeln.
Eine weitere Anwendung der in Figur 3 gezeigten
Netzregelungsschaltung 1 sieht vor, beim Auftreten einer temporären Phasenunsymmetrie der Netzspannung U die
Lastwiderstände 5 der verschiedenen Phasen LI, L2, L3 dem Energieversorgungsnetz 3 asymmetrisch zuzuschalten und/oder zu stellen, so dass die Phasenunsymmetrie abnimmt. Dazu werden beispielsweise nur einer oder zwei der
Lastwiderstände 5 temporär zugeschaltet, oder es werden alle drei Lastwiderstände 5 mit unterschiedlichen
Phasenanschnittsteuerungen, das heißt
Phasenanschnittsteuerungen mit unterschiedlichen
Phasenanschnittwinkeln, temporär zugeschaltet.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte
Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen.
Bezugs zeichenliste
I Netzregelungsschaltung 3 Energieversorgungsnetz 5 Lastwiderstand
7 Sternpunkt
9 Leistungssteiler
II Thyristorschaltung
13 Thyristor
15 Thyristorsteuereinheit f Netzfrequenz
fo Referenzfrequenz
LI, L2, L3 Phase
N Neutralleiter
t Zeit
ti, t2 Zeitpunkt
T0n Zuschaltzeitbereich
T0ff Abschaltzeitbereich
U Netzspannung
U0 Sollwert
Ui Netzspannungsschwellenwert
Claims
1. Verfahren zum Stabilisieren eines
Energieversorgungsnetzes (3) mit einer mehrphasigen
Netzspannung (U) , wobei
- jede Phase (LI, L2, L3) der Netzspannung (U) mit einem elektronisch stellbaren Lastwiderstand (5) verbunden wird
- und die Lastwiderstände (5) in Abhängigkeit von der
Netzspannung (U) elektronisch gestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
ein Netzspannungsschwellenwert (Ui) für die Netzspannung (U) vorgegeben wird und die Lastwiderstände (5) dem
Energieversorgungsnetz (3) zugeschaltet werden, wenn die Netzspannung (U) den Netzspannungsschwellenwert (Ui)
überschreitet .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
für wenigstens eine Netzstelle des
Energieversorgungsnetzes (3) ein lokaler
Spannungsschwellenwert vorgegeben wird, an der Netzstelle eine lokale Spannung erfasst wird und die Lastwiderstände (5) dem Energieversorgungsnetz (3) zugeschaltet werden, wenn die lokale Spannung den lokalen Spannungsschwellenwert
überschreitet .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Lastwiderstände (5) mit einer Phasenanschnittsteuerung gestellt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
beim Auftreten einer Phasenunsymmetrie der Netzspannung (U) die Lastwiderstände (5) dem Energieversorgungsnetz (3) asymmetrisch zugeschaltet oder/und mit unterschiedlichen
Phasenanschnittsteuerungen gestellt werden, so dass die
Phasenunsymmetrie abnimmt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
beim Auftreten einer subsynchronen Resonanz in dem
Energieversorgungsnetz (3) die Lastwiderstände (5) periodisch derart dem Energieversorgungsnetz (3) zugeschaltet werden, dass die subsynchrone Resonanz gedämpft wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Lastwiderstände (5) dem Energieversorgungsnetz (3) zugeschaltet werden, bevor ein Transformator oder
elektrischer Verbraucher dem Energieversorgungsnetz (3) zugeschaltet wird, und dass die Lastwiderstände (5)
abgeschaltet werden, sobald der Transformator oder
elektrische Verbraucher dem Energieversorgungsnetz (3) zugeschaltet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
ein Netzfrequenzschwellenwert vorgegeben wird und die
Lastwiderstände (5) dem Energieversorgungsnetz (3) als geregelte Last zugeschaltet werden, wenn eine
Netzfrequenz (f) der Netzspannung (U) den
Netzfrequenzschwellenwert überschreitet .
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
Lastwiderstände (5) verwendet werden, die jeweils ein
elektrisch isolierendes Gehäuse und zwei in dem Gehäuse angeordnete Elektroden aufweisen, wobei im Betrieb eines Lastwiderstands (5) das Gehäuse zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit befüllt ist und die Elektroden unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisen und in die Flüssigkeit eintauchen .
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Verbindung jedes Lastwiderstands (5) mit einer Phase (LI, L2, L3) der Netzspannung (U) einen mechanischen
Leistungsschalter aufweist, mit der die Verbindung
unterbrechbar ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Lastwiderstände (5) jeweils mit einem
Leistungssteiler (9) gestellt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
als Leistungssteiler (9) Thyristorsteller oder IGBT-Steller verwendet werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Lastwiderstände (5) jeweils mit einem Sternpunkt (7) verbunden sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Lastwiderstände (5) jeweils mit einem Neutralleiter (N) des Energieversorgungsnetzes (3) verbunden sind.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Lastwiderstände (5) durch eine Dreieckschaltung mit den Phasen (LI, L2, L3) der Netzspannung (U) verbunden sind.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2017/066635 WO2019007484A1 (de) | 2017-07-04 | 2017-07-04 | Stabilisieren eines energieversorgungsnetzes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2017/066635 WO2019007484A1 (de) | 2017-07-04 | 2017-07-04 | Stabilisieren eines energieversorgungsnetzes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2019007484A1 true WO2019007484A1 (de) | 2019-01-10 |
Family
ID=59285208
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|---|---|---|---|
| PCT/EP2017/066635 WO2019007484A1 (de) | 2017-07-04 | 2017-07-04 | Stabilisieren eines energieversorgungsnetzes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2019007484A1 (de) |
Citations (3)
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| US4219768A (en) * | 1977-12-27 | 1980-08-26 | Moteurs Leroy-Somer | Method for regulating the voltage of an electric generator and a system for the application of said method |
| FR2786955A1 (fr) * | 1998-12-03 | 2000-06-09 | Applic Electrotechniques Ind | Banc de charge a variation lineaire |
| EP3166197A1 (de) * | 2015-02-02 | 2017-05-10 | Ingeteam Power Technology, S.A. | Steuerungsverfahren für ein system mit einem an ein stromnetz angeschlossenen frequenzumrichter |
-
2017
- 2017-07-04 WO PCT/EP2017/066635 patent/WO2019007484A1/de active Application Filing
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