WO2021063498A1 - System and method for stabilizing an electrical grid - Google Patents

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WO2021063498A1
WO2021063498A1 PCT/EP2019/076720 EP2019076720W WO2021063498A1 WO 2021063498 A1 WO2021063498 A1 WO 2021063498A1 EP 2019076720 W EP2019076720 W EP 2019076720W WO 2021063498 A1 WO2021063498 A1 WO 2021063498A1
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network
control
frequency
limit value
power
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PCT/EP2019/076720
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German (de)
French (fr)
Inventor
Ervin SPAHIC
Richy Antrio JULIUS GUNASEKARAN
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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Publication date
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Priority to PCT/EP2019/076720 priority patent/WO2021063498A1/en
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/14Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by switching loads on to, or off from, network, e.g. progressively balanced loading
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02B70/3225Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20End-user application control systems
    • Y04S20/222Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Definitions

  • the invention relates to a method for control-based stabilization of an electrical network, in which a control characteristic is used to adapt or define a setpoint parameter of the control as a function of a further control parameter, which has a first and / or a second control limit value of the further control parameter having.
  • the control limit values represent a control limitation in the sense that the control characteristic curve has a constant profile below the first control limit value, i.e. for values smaller than the corresponding limit value, or above the second control limit value, i.e. for larger values.
  • Such a method can be used, for example, when, in the event of a frequency deviation in the electrical network, active power is fed into the network or taken from the network in order to stabilize the network frequency.
  • the exchange of the active power with the network can be achieved, for example, by means of a suitable stabilization device with energy stores for temporarily storing the energy.
  • the use of the control characteristic is usually referred to as droop control.
  • a control characteristic 1 represents the dependency of a setpoint parameter, in the example shown, the power P, depending on a further control parameter, here the frequency f.
  • a control parameter here the frequency f.
  • a power feed is initiated up to a maximum power Pmax
  • a power Pmin is drawn from the network.
  • the control characteristic 1 also has a first control limit value fmin and a second control limit value fmax. Below the first and above the second control limit value fmin or fmax, the course of control characteristic 1 is constant in relation to power P.
  • the control characteristic shows between the first control limit value fmin and the dead band and between the dead band and the second control limit fmax 1 shows a linearly falling course.
  • the power consumption or power output to be initiated depends on a frequency deviation from the nominal frequency of the network.
  • EP 3392 994 A1 discloses a control method with a control characteristic which in some cases has a non-linear profile.
  • the non-linear control characteristic in particular the transition between the area of the dead band and the outer area outside the dead band area can be designed in such a way that sudden or even oscillating behavior at the transition can advantageously be minimized or avoided.
  • the object of the invention is to provide a method of the type that allows the most efficient and reliable possible stabilization of the electrical network.
  • the object is achieved in that the first and / or the second control limit value is determined or dynamically adapted in a time-dynamic manner as a function of instantaneous values of a predetermined network variable.
  • the instantaneous values of the network size can suitably be measured or determined in some other way.
  • the rule limit value or the rule limit values are therefore not statically defined, but are instead adapted to the current network status during control. If the control limit values are changed, the entire control characteristic or its course is generally changed or adapted.
  • the instantaneous values can be direct measured variables or variables derived therefrom.
  • failures in the network for example a failure of an energy generating device such as a generator
  • failures in the network can have different effects on the network, for example depending on the number and size of the remaining rotating machines connected to the network. They can also vary greatly over the course of a day. The same failure can therefore lead to different frequency deviations in the network.
  • This fact can be taken into account in the control by means of the dynamic adjustment of the control limit values.
  • the increase in the flexibility of the regulation also has advantageous effects on the suitably used network stabilization device or its energy store.
  • adaptive control results in overall reduced electrical losses when exchanging power with the network. This has positive effects on the efficiency of the power exchange and the permitted design of the network stabilization device.
  • the control characteristic expediently above the first, below the second or between the first and the second control limiting value, preferably has a non-linear profile, at least in sections.
  • a non-linear control characteristic has some advantages in the context of the present invention.
  • the maximum power Pmax or Pmin
  • Pmin the maximum power
  • high power can only be exchanged with the network in the event of very large frequency deviations.
  • only a relatively small amount of power is exchanged with the network.
  • the course of the control characteristic preferably corresponds, at least in sections, to the course of a quadratic function.
  • the quadratic curve advantageously allows a relatively simple implementation of the control algorithm.
  • the setpoint parameter is expediently a power that is suitably exchanged or to be exchanged between a network stabilization device and the electrical network, in particular a reactive and / or active power. This means that the exchange of power with the network can be controlled directly via the setpoint specification. Alternatively, for example, current or voltage are also conceivable as setpoint values.
  • the further control parameter can be a frequency of the electrical network. This is particularly useful when using the frequency stabilization of the network.
  • the predetermined network size is suitably a network frequency of the electrical network.
  • the dependency of the control limit values on the network frequency is indicated to be particularly easy to implement if the further control parameter is also the frequency of the network.
  • the determination of the first and / or second control limit value is dependent occurs from a temporal change in the network frequency.
  • the change over time is first derived from the instantaneous values of the network frequency.
  • the adjustment of the rule limit values is then carried out taking the change into account. In this way, the control can react quickly, especially in the event of rapid changes in the network frequency.
  • the instantaneous values are filtered by means of a low-pass filter, in particular a moving average filter.
  • a low-pass filter in particular a moving average filter.
  • the control characteristic preferably has a dead band range.
  • it can be a frequency dead band, that is, a value range around the nominal frequency, so that no power exchange with the network is initiated for network frequencies in this value range. In this way, small changes in the frequency are advantageously masked out and the load on a stabilizing device that is used is thus relieved.
  • the invention also relates to a network stabilization device for stabilizing the electrical network, which comprises a control device.
  • the network stabilization device is connected to the network during operation and is set up to carry out suitable measures for network stabilization.
  • the object of the invention is to propose such a network stabilization device that enables the most efficient and reliable possible stabilization of the connected electrical network.
  • the control device is set up to carry out the method according to the invention.
  • the control device can expediently comprise a separate controller or a separate control module, by means of which the time-dynamic adaptation of the control limit values is carried out.
  • the network stabilization device comprises a converter, which has an AC voltage side for connecting to the electrical network and a DC voltage side, as well as an energy storage device that can be connected to the DC voltage side of the converter, so that by means of the network - stabilization device reactive and active power can be exchanged with the electrical network.
  • the energy storage device suitably comprises at least one energy store for storing electrical energy, for example in the form of one or more batteries and / or SuperCaps.
  • the available storage energy can be used efficiently.
  • the service life of the energy storage device or the energy storage device can be advantageously extended.
  • the operating losses in the storage and power converter can be advantageously reduced.
  • the energy store can be designed to be smaller for the same output, which enables a cost advantage.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a network stabilization device according to the invention in a schematic representation
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a control characteristic for a method according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic flow diagram of a method according to the invention
  • FIG. 5 shows a further flow chart of a method according to the invention.
  • FIG. 2 shows a network stabilization device 10 which is set up to stabilize an electrical network 11, which in the example shown is a three-phase supply network and is connected to it.
  • the network stabilization device 10 comprises a converter 12, which in the example shown is a self-commutated converter, the converter 12 including converter arms which are connected to one another in a double star circuit. It should be noted here that other converter configurations are also possible, for example a triangular connection of the converter arms.
  • the converter 12 has an AC voltage side 13 for connection to the network 11 and a DC voltage side 14.
  • An energy storage device 15 is connected to the DC voltage side 14 of the converter 12 and comprises energy storage devices in the form of one or more batteries and / or SuperCaps . Electrical energy taken from the network 11 can be stored by means of the energy storage device.
  • Energy stored there can also be fed into the network 11 by means of the energy storage device 15.
  • a reactive power can also be exchanged with the network 11 by means of the converter 12.
  • both active and reactive power can be achieved by means of the network stabilization device 10 be exchanged with the electrical network 11.
  • the exchange of power can, for example, influence a frequency in the network 11 and thus stabilize the network 11 as a whole.
  • a voltage in the network 11 can be influenced and the network 11 as a whole can thus be stabilized.
  • the network stabilization device 10 comprises a control device 16 which, using instantaneous values of network parameters of the network 11 measured by means of a measuring device 17, in particular a network frequency, carries out the corresponding regulation of the converter 12 and the energy storage device 15, suitably there
  • the controllable components used, such as controllable semiconductor switches, are to be controlled accordingly.
  • FIG. 3 shows a control characteristic 20 for a control-based stabilization according to the invention of an electrical network, for example the network 11 of FIG.
  • the control characteristic 20 represents the dependency of a setpoint parameter, in the example shown the power P, as a function of a further control parameter, here the frequency f of the network.
  • a further control parameter here the frequency f of the network.
  • the control characteristic curve 20 also has a first control limit value fmin and a second control limit value fmax.
  • control characteristic 20 a non-linear curve, in the example shown, a square curve.
  • the power consumption or power output to be initiated depends on the frequency deviation from the nominal frequency of the network.
  • the control limit values fmin and fmax are set adaptively and dynamically in time during the control as a function of a network variable, in the illustrated embodiment the measured current values of the network frequency. For example, at a point in time t1, the value of the lower control limit value fmin is reduced so that it is at fmin '. The value of the upper control limit value fmax is changed accordingly to fmax '. The entire course of the control characteristic is adapted accordingly, the course always corresponding to a quadratic function, only with changed function parameters. In a further case, the lower control limit value can be set to one
  • the value fmin ′′ and the upper control limit value can be set to a value fmax ′′, the course of the entire control characteristic curve being adapted accordingly, as indicated in FIG. 3 by means of dotted lines 24 and 25.
  • FIG. 4 an example of the sequence of the method is illustrated on a flow chart 30.
  • a first step 31 predefined rule limit values fmin and fmax are assumed.
  • a measured instantaneous value of the network frequency is provided (at a nominal frequency of 50 Hz, for example).
  • a query is made regarding the frequency deviation from the nominal frequency and the sequence is assigned to one of the three states 33a-33c as a function of the result.
  • the first state 33a is present when the measured frequency is below 49.9 Hz, for example.
  • the second state 33b is present when the instantaneous value of the frequency is between, for example, 49.9 Hz and 50.1 Hz.
  • the third state 33c is present when the current frequency is above 50.1 Hz, for example. In this case the current frequency lies in a frequency dead band of the control.
  • the change in the network frequency over time is calculated in a fourth step 34 using frequency values that have already been provided beforehand.
  • the calculated change in the network frequency over time is filtered in a fifth step 35 by means of a time delay moving average filter.
  • a new lower rule limit value fmin ' is calculated in a sixth step 36.
  • control limit values fmin and fmax are left unchanged according to a seventh step 37.
  • the change in the network frequency over time is calculated in an eighth step 38 using frequency values that have already been provided beforehand.
  • the calculated change in the network frequency over time is filtered in a ninth step 39 by means of a time delay moving average filter.
  • a new upper rule limit value fmax ' is calculated in a tenth step 40.
  • steps 36, 37 or 40 is made available in an eleventh step 41 for further processing of the regulation.
  • a measured frequency value of the network frequency is provided (measured for example at a point of common coupling of a network system).
  • a predetermined nominal frequency of the electrical network is provided in a second block 52.
  • a lower control limit value fmin is provided in a third block 53. The value fmin can result from the determination according to FIG. 4, for example.
  • the deviation of the instantaneous frequency from the nominal frequency determined by means of a difference generator 54 is then checked to see whether it lies within the dead band range. If this is the case, this is forwarded directly via a fifth block 55 to determine the control setpoint. If the measured frequency is outside the dead band, the course of the control characteristic is determined in blocks 56-58 as a function of fmin, the control characteristic corresponding in sections to a course of a quadratic function (see FIG. 3). Finally, in a ninth block 59, the setpoint value of the power to be exchanged with the network is determined from the course of the control characteristic and the instantaneous value of the frequency.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

The invention relates to a method for the control-based stabilization of an electrical grid (11), in which a setpoint value parameter (P) for the control is adapted on the basis of a further control parameter (f) by using a control characteristic curve (20) that has a first and/or a second control limit value (fmin, fmax) of the further control parameter. The method according to the invention is distinguished in that the first and/or the second control limit value is/are stipulated or dynamically adapted in temporally dynamic fashion on the basis of instantaneous values of a predetermined grid variable. The invention also relates to a grid stabilization apparatus (10) that can be used to perform the method according to the invention.

Description

Anlage und Verfahren zum Stabilisieren eines elektrischen Netzes System and method for stabilizing an electrical network
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum regelungsbasierten Stabilisieren eines elektrischen Netzes, bei dem zum Anpassen bzw. Festlegen eines Sollwertparameters der Regelung in Ab- hängigkeit von einem weiteren Regelungsparameter eine Regel- kennlinie verwendet wird, die einen ersten und/oder einen zweiten Regelbegrenzungswert des weiteren Regelungsparameters aufweist. Die Regelbegrenzungswerte stellen eine Begrenzung der Regelung in dem Sinne dar, dass die Regelkennlinie unter- halb des ersten Regelbegrenzungswertes, d.h. für Werte klei- ner als der entsprechende Begrenzungswert, bzw. oberhalb des zweiten Regelbegrenzungswertes, also für größere Werte, einen konstanten Verlauf aufweist. The invention relates to a method for control-based stabilization of an electrical network, in which a control characteristic is used to adapt or define a setpoint parameter of the control as a function of a further control parameter, which has a first and / or a second control limit value of the further control parameter having. The control limit values represent a control limitation in the sense that the control characteristic curve has a constant profile below the first control limit value, i.e. for values smaller than the corresponding limit value, or above the second control limit value, i.e. for larger values.
Ein solches Verfahren kann beispielsweise dann Anwendung fin- den, wenn bei einer Frequenzabweichung in dem elektrischen Netz eine Wirkleistung in das Netz eingespeist oder dem Netz entnommen wird, um die Netzfrequenz zu stabilisieren. Der Austausch der Wirkleistung mit dem Netz kann beispielsweise mittels einer geeigneten Stabilisierungsvorrichtung mit Ener- giespeichern zum Zwischenspeichern der Energie erreicht wer- den. Üblicherweise wird die Verwendung der Regelkennlinie als droop control bezeichnet. Such a method can be used, for example, when, in the event of a frequency deviation in the electrical network, active power is fed into the network or taken from the network in order to stabilize the network frequency. The exchange of the active power with the network can be achieved, for example, by means of a suitable stabilization device with energy stores for temporarily storing the energy. The use of the control characteristic is usually referred to as droop control.
Ein Beispiel einer üblicherweise eingesetzten Regelkennlinie ist in Figur 1 in einer schematischen Darstellung gezeigt. Eine Regelkennlinie 1 stellt die Abhängigkeit eines Sollwert- parameters, im dargestellten Beispiel der Leistung P, in Ab- hängigkeit von einem weiteren Regelungsparameter, hier der Frequenz f. In einem Bereich 2 positiver Leistung wird eine Leistungseinspeisung, bis zu einer maximalen Leistung Pmax, veranlasst, in einem Bereich 3 negativer Leistung wird, bis zu einer Leistung Pmin, eine Leistungsentnahme aus dem Netz veranlasst. Im Diagramm-Ursprung ist der Leistungsaustausch mit dem Netz P=0 und die Frequenz entspricht einer Nennfre- quenz fnom des elektrischen Netzes. Die Regelkennlinie 1 weist üblicherweise in einem gewissen Wertebereich um den Ur- sprung einen Totbandbereich 4 auf, in dem kein Leistungsaus- tausch mit dem Netz veranlasst wird (P=0). Die Regelkennlinie 1 weist ferner einen ersten Regelbegrenzungswert fmin und ei- nen zweiten Regelbegrenzungswert fmax auf. Unterhalb des ers- ten und oberhalb des zweiten Regelbegrenzungswertes fmin bzw. fmax ist der Verlauf der Regelkennlinie 1 konstant in Bezug auf die Leistung P. Zwischen dem ersten Regelbegrenzungswert fmin und dem Totbandbereich sowie zwischen dem Totbandbereich und dem zweiten Regelbegrenzungswert fmax weist die Regel- kennlinie 1 einen linear fallenden Verlauf auf. Die zu veran- lassende Leistungsaufnahme bzw. Leistungsabgabe hängt hierbei also von einer Frequenzabweichung von der Nennfrequenz des Netzes ab. An example of a control characteristic that is usually used is shown in a schematic representation in FIG. A control characteristic 1 represents the dependency of a setpoint parameter, in the example shown, the power P, depending on a further control parameter, here the frequency f. In a region 2 of positive power, a power feed is initiated up to a maximum power Pmax In a range 3 of negative power, up to a power Pmin, a power is drawn from the network. In the origin of the diagram, the power exchange with the network is P = 0 and the frequency corresponds to a nominal frequency. sequence fnom of the electrical network. The control characteristic curve 1 usually has a dead band area 4 in a certain value range around the origin, in which no power exchange with the network is initiated (P = 0). The control characteristic 1 also has a first control limit value fmin and a second control limit value fmax. Below the first and above the second control limit value fmin or fmax, the course of control characteristic 1 is constant in relation to power P. The control characteristic shows between the first control limit value fmin and the dead band and between the dead band and the second control limit fmax 1 shows a linearly falling course. The power consumption or power output to be initiated depends on a frequency deviation from the nominal frequency of the network.
Aus der EP 3392 994 A1 ist darüber hinaus ein Regelungsver- fahren mit einer Regelkennlinie bekannt, die teilweise einen nichtlinearen Verlauf aufweist. Durch die Verwendung der nichtlinearen Regelkennlinie kann insbesondere der Übergang zwischen dem Bereich des Totbandes und dem Außenbereich au- ßerhalb des Totbandbereiches derart gestaltet werden, dass sprunghaftes oder gar oszillierendes Verhalten am Übergang vorteilhaft minimiert oder vermieden werden kann. In addition, EP 3392 994 A1 discloses a control method with a control characteristic which in some cases has a non-linear profile. By using the non-linear control characteristic, in particular the transition between the area of the dead band and the outer area outside the dead band area can be designed in such a way that sudden or even oscillating behavior at the transition can advantageously be minimized or avoided.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein artgemäßes Ver- fahren anzugeben, dass möglichst effiziente und zuverlässige Stabilisierung des elektrischen Netzes erlaubt. The object of the invention is to provide a method of the type that allows the most efficient and reliable possible stabilization of the electrical network.
Die Aufgabe wird bei einem artgemäßen Verfahren erfindungsge- mäß dadurch gelöst, dass der erste und/oder der zweite Regel- begrenzungswert zeitdynamisch in Abhängigkeit von Momentan- werten einer vorbestimmten Netzgröße festgelegt bzw. dyna- misch angepasst wird. Die Momentanwerte der Netzgröße können geeigneterweise gemessen oder auf eine andere Weise ermittelt werden. Der Regelbegrenzungswert bzw. die Regelbegrenzungs- werte sind demnach nicht statisch festgelegt, sondern werden während der Regelung an das aktuelle Netzzustand angepasst. Werden die Regelbegrenzungswerte verändert, so wird damit im Allgemeinen auch die gesamte Regelkennlinie bzw. deren Ver- lauf verändert bzw. angepasst. Die Momentanwerte können di- rekte Messgrößen oder davon abgeleitete Größen sein. In a method according to the invention, the object is achieved in that the first and / or the second control limit value is determined or dynamically adapted in a time-dynamic manner as a function of instantaneous values of a predetermined network variable. The instantaneous values of the network size can suitably be measured or determined in some other way. The rule limit value or the rule limit values are therefore not statically defined, but are instead adapted to the current network status during control. If the control limit values are changed, the entire control characteristic or its course is generally changed or adapted. The instantaneous values can be direct measured variables or variables derived therefrom.
Dank der adaptiven Anpassung der Regelbegrenzungswerte können im Netz auftretende (Fehler-)Vorfälle bei der Regelung be- rücksichtigt werden, um eine möglichst effektive und zuver- lässige Stabilisierung des Netzes zu erreichen. Beispielswei- se können Ausfälle im Netz (beispielsweise ein Ausfall einer Energieerzeugungsvorrichtung, wie eines Generators) unter- schiedliche Auswirkungen auf das Netz haben, zum Beispiel je nach Anzahl und Größe restlicher an das Netz angeschlossener rotierender Maschinen. Sie können zudem im Laufe eines Tages stark variieren. Somit kann derselbe Ausfall zu unterschied- lichen Frequenzabweichungen im Netz führen. Dieser Umstand kann mittels der dynamischen Anpassung der Regelbegrenzungs- werte in der Regelung berücksichtigt werden. Die Erhöhung der Flexibilität der Regelung hat zudem vorteilhafte Auswirkungen auf die geeigneterweise verwendete NetzstabilisierungsVor- richtung bzw. deren Energiespeicher. Mittels der adaptiven Regelung resultiert nach eigenen Untersuchungen in insgesamt verminderten elektrischen Verlusten beim Leistungsaustausch mit dem Netz. Dies hat positive Auswirkungen auf die Effizi- enz des Leistungsaustausches und die erlaubte Auslegung der Netzstabilisierungsvorrichtung. Thanks to the adaptive adjustment of the control limit values, (faults) incidents occurring in the network can be taken into account in the control in order to achieve the most effective and reliable stabilization of the network possible. For example, failures in the network (for example a failure of an energy generating device such as a generator) can have different effects on the network, for example depending on the number and size of the remaining rotating machines connected to the network. They can also vary greatly over the course of a day. The same failure can therefore lead to different frequency deviations in the network. This fact can be taken into account in the control by means of the dynamic adjustment of the control limit values. The increase in the flexibility of the regulation also has advantageous effects on the suitably used network stabilization device or its energy store. According to our own investigations, adaptive control results in overall reduced electrical losses when exchanging power with the network. This has positive effects on the efficiency of the power exchange and the permitted design of the network stabilization device.
Vorzugsweise weist die Regelkennlinie, zweckmäßigerweise oberhalb des ersten, unterhalb des zweiten bzw. zwischen dem ersten und dem zweiten Regelbegrenzungswert, zumindest ab- schnittsweise einen nichtlinearen Verlauf auf. Eine nichtli- neare Regelkennlinie weist im Kontext der vorliegenden Erfin- dung einige Vorteile auf. Es kann im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten linearen Kennlinie vermieden wer- den, dass die maximale Leistung Pmax (bzw. Pmin) erst bei ei- ner Frequenzabweichung gleich dem Regelbegrenzungswert mit dem Netz ausgetauscht wird. Stattdessen kann hohe Leistung erst bei sehr großen Frequenzabweichungen mit dem Netz ausge- tauscht werden. Bei kleinen Frequenzabweichungen wird hinge- gen nur eine verhältnismäßig kleine Leistung (verglichen mit einer linearen Kennlinie) mit dem Netz ausgetauscht. Dies führt insgesamt vorteilhaft zu einem besonders effizienten Einsatz der verfügbaren Energie. The control characteristic, expediently above the first, below the second or between the first and the second control limiting value, preferably has a non-linear profile, at least in sections. A non-linear control characteristic has some advantages in the context of the present invention. In contrast to the linear characteristic curve known from the state of the art, it can be avoided that the maximum power Pmax (or Pmin) is not included until the frequency deviation is equal to the control limit value the network is exchanged. Instead, high power can only be exchanged with the network in the event of very large frequency deviations. In the case of small frequency deviations, on the other hand, only a relatively small amount of power (compared to a linear characteristic curve) is exchanged with the network. Overall, this advantageously leads to a particularly efficient use of the available energy.
Bevorzugt entspricht der Verlauf der Regelkennlinie zumindest abschnittsweise dem Verlauf einer quadratischen Funktion. Der quadratische Verlauf erlaubt vorteilhaft eine relativ einfa- che Implementierung des Regelungsalgorithmus. Eine quadrati- sche Funktion kann im Allgemeinen durch die Formel y = a * x^2 + b * x + c gegeben sein, wobei x,y die Variablen und a,b,c reelle Funktionsparameter sind. The course of the control characteristic preferably corresponds, at least in sections, to the course of a quadratic function. The quadratic curve advantageously allows a relatively simple implementation of the control algorithm. A quadratic function can generally be given by the formula y = a * x ^ 2 + b * x + c, where x, y are the variables and a, b, c are real function parameters.
Zweckmäßigerweise ist der Sollwertparameter eine, geeigneter- weise zwischen einer Netzstabilisierungseinrichtung und dem elektrischen Netz ausgetauschte bzw. auszutauschende, Leis- tung, insbesondere eine Blind- und/oder Wirkleistung. Damit kann der Leistungsaustausch mit dem Netz direkt über die Sollwertvorgabe geregelt werden. Alternativ sind beispiels- weise auch Strom oder Spannung als Sollwerte denkbar. The setpoint parameter is expediently a power that is suitably exchanged or to be exchanged between a network stabilization device and the electrical network, in particular a reactive and / or active power. This means that the exchange of power with the network can be controlled directly via the setpoint specification. Alternatively, for example, current or voltage are also conceivable as setpoint values.
Der weitere Regelungsparameter kann eine Frequenz des elektrischen Netzes sein. Dies ist insbesondere für die An- wendung der Frequenzstabilisierung des Netzes sinnvoll. The further control parameter can be a frequency of the electrical network. This is particularly useful when using the frequency stabilization of the network.
Geeigneterweise ist die vorbestimmte Netzgröße eine Netzfre- quenz des elektrischen Netzes. Die Abhängigkeit der Regelbe- grenzungswerte von der Netzfrequenz ist insbesondere dann als besonders einfach zu implementieren angezeigt, wenn der wei- tere Regelungsparameter ebenfalls die Frequenz des Netzes ist. The predetermined network size is suitably a network frequency of the electrical network. The dependency of the control limit values on the network frequency is indicated to be particularly easy to implement if the further control parameter is also the frequency of the network.
Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die Bestimmung des ersten und/oder zweiten Regelbegrenzungswert in Abhängigkeit von einer zeitlichen Änderung der Netzfrequenz erfolgt. Damit wird aus den Momentanwerten der Netzfrequenz zunächst deren zeitliche Änderung abgeleitet. Die Anpassung der Regelbegren- zungswerte erfolgt dann unter Berücksichtigung der Änderung. Auf diese Weise kann die Regelung insbesondere bei rapiden Änderungen der Netzfrequenz schnell reagieren. It is considered advantageous if the determination of the first and / or second control limit value is dependent occurs from a temporal change in the network frequency. In this way, the change over time is first derived from the instantaneous values of the network frequency. The adjustment of the rule limit values is then carried out taking the change into account. In this way, the control can react quickly, especially in the event of rapid changes in the network frequency.
Es kann von Vorteil sein, wenn die Momentanwerte mittels ei- nes Tiefpassfilters, insbesondere eines Moving-Average- Filters, gefiltert werden. Auf diese Weise können für die Re- gelung unbeachtliche Frequenzabweichungen, die beispielsweise durch betriebliche Schaltereignisse hervorgerufen werden, wie Zuschalten von Leitungen und/oder Lasten, vorteilhaft heraus- gefiltert werden. It can be advantageous if the instantaneous values are filtered by means of a low-pass filter, in particular a moving average filter. In this way, frequency deviations that are insignificant for the control, which are caused, for example, by operational switching events, such as the connection of lines and / or loads, can advantageously be filtered out.
Bevorzugt weist die Regelkennlinie einen Totbandbereich auf. Zum Beispiel kann es ein Frequenztotband sein, also ein Wer- tebereich um die Nennfrequenz, so dass für Netzfrequenzen in diesem Wertebereich kein Leistungsaustausch mit dem Netz ver- anlasst wird. Damit werden vorteilhaft kleine Änderungen der Frequenz ausgeblendet und damit eine eingesetzte Stabilisie- rungsvorrichtung entlastet. The control characteristic preferably has a dead band range. For example, it can be a frequency dead band, that is, a value range around the nominal frequency, so that no power exchange with the network is initiated for network frequencies in this value range. In this way, small changes in the frequency are advantageously masked out and the load on a stabilizing device that is used is thus relieved.
Die Erfindung betrifft ferner eine Netzstabilisierungsein- richtung zum Stabilisieren des elektrischen Netzes, die eine Regelungseinrichtung umfasst. The invention also relates to a network stabilization device for stabilizing the electrical network, which comprises a control device.
Die Netzstabilisierungseinrichtung ist im Betrieb mit dem Netz verbunden und zur Durchführung geeigneter Maßnahmen für die Netzstabilisierung eingerichtet. The network stabilization device is connected to the network during operation and is set up to carry out suitable measures for network stabilization.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Netzstabilisie- rungseinrichtung vorzuschlagen, die eine möglichst effiziente und zuverlässige Stabilisierung des angeschlossenen elektri- sehen Netzes ermöglicht. Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen Netzstabilisierungsein- richtung dadurch gelöst, dass die Regelungseinrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Zweckmäßigerweise kann die Regelungseinrichtung einen separaten Regler bzw. ein separates Regelungsmodul umfassen, mittels dessen die zeitdynamische Anpassung der Regelbegren- zungswerte ausgeführt wird. Die Vorteile der erfindungsgemä- ßen Netzstabilisierungseinrichtung ergeben sich insbesondere aus den zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ver- fahren beschriebenen Vorteilen. The object of the invention is to propose such a network stabilization device that enables the most efficient and reliable possible stabilization of the connected electrical network. In the case of a network stabilization device of this type, the object is achieved in that the control device is set up to carry out the method according to the invention. The control device can expediently comprise a separate controller or a separate control module, by means of which the time-dynamic adaptation of the control limit values is carried out. The advantages of the network stabilization device according to the invention result in particular from the advantages described above in connection with the method according to the invention.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Netz- stabilisierungseinrichtung einen Stromrichter, der eine Wech- selspannungsseite zum Verbinden mit dem elektrischen Netz so- wie eine Gleichspannungsseite aufweist, sowie ferner eine Energiespeichervorrichtung, die mit der Gleichspannungsseite des Stromrichters verbindbar ist, so dass mittels der Netz- stabilisierungseinrichtung Blind- und Wirkleistung mit dem elektrischen Netz ausgetauscht werden kann. Die Energiespei- chervorrichtung umfasst dazu geeigneterweise wenigstens einen Energiespeicher zum Speichern elektrischer Energie, bei- spielsweise in Form einer oder mehreren Batterien und/oder SuperCaps. According to one embodiment of the invention, the network stabilization device comprises a converter, which has an AC voltage side for connecting to the electrical network and a DC voltage side, as well as an energy storage device that can be connected to the DC voltage side of the converter, so that by means of the network - stabilization device reactive and active power can be exchanged with the electrical network. For this purpose, the energy storage device suitably comprises at least one energy store for storing electrical energy, for example in the form of one or more batteries and / or SuperCaps.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Netzstabilisie- rungseinrichtung kann die verfügbare Speicherenergie effi- zient eingesetzt werden. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Energiespeichervorrichtung bzw. der Energiespeicher vor- teilhaft verlängert werden. Zudem können die Betriebsverluste im Speicher und Stromrichter vorteilhaft reduziert werden.By using the network stabilization device according to the invention, the available storage energy can be used efficiently. In this way, the service life of the energy storage device or the energy storage device can be advantageously extended. In addition, the operating losses in the storage and power converter can be advantageously reduced.
Des Weiteren ist eine bessere Auslegung der Energiespeicher- vorrichtung ermöglicht. Insbesondere kann der Energiespeicher für die gleiche Leistung kleiner ausgelegt werden, was einen Kostenvorteil ermöglicht. Furthermore, a better design of the energy storage device is made possible. In particular, the energy store can be designed to be smaller for the same output, which enables a cost advantage.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispie- le der Figuren 2 bis 5 weiter erläutert. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Netzstabilisierungseinrichtung in einer schematischen Dar- stellung; The invention is explained further below with reference to the exemplary embodiments of FIGS. 2 to 5. FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a network stabilization device according to the invention in a schematic representation;
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Regelkennlinie für ein erfindungsgemäßes Verfahren; FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a control characteristic for a method according to the invention;
Figur 4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens; FIG. 4 shows a schematic flow diagram of a method according to the invention;
Figur 5 zeigt ein weiteres Ablaufdiagramm eines erfindungsge- mäßen Verfahrens. FIG. 5 shows a further flow chart of a method according to the invention.
In Figur 2 ist eine Netzstabilisierungseinrichtung 10 darge- stellt, die zum Stabilisieren eines elektrischen Netzes 11 eingerichtet ist, das im dargestellten Beispiel ein dreipha- siges Versorgungsnetz ist, und mit diesem verbunden ist. Die Netzstabilisierungseinrichtung 10 umfasst einen Stromrichter 12, der im dargestellten Beispiel ein selbstgeführter Strom- richter ist, wobei der Stromrichter 12 Stromrichterarme um- fasst, die miteinander in einer Doppelsternschaltung verbun- den sind. Es ist hierbei anzumerken, dass auch andere Strom- richterkonfigurationen möglich sind, zum Beispiel eine Drei- eckschaltung der Stromrichterarme. Der Stromrichter 12 weist eine Wechselspannungsseite 13 zum Verbinden mit dem Netz 11 sowie eine Gleichspannungsseite 14. An die Gleichspannungs- seite 14 des Stromrichters 12 ist eine Energiespeichervor- richtung 15 angebunden, die Energiespeicher in Form einer o- der mehreren Batterien und/oder SuperCaps umfasst. Mittels der Energiespeichervorrichtung kann eine dem Netz 11 entnom- mene elektrische Energie gespeichert werden. Mittels der Energiespeichervorrichtung 15 kann ferner eine dort gespei- cherte Energie in das Netz 11 eingespeist werden. Mittels des Stromrichters 12 kann zudem eine Blindleistung mit dem Netz 11 ausgetauscht werden. Insgesamt kann mittels der Netzstabi- lisierungseinrichtung 10 sowohl Wirk- als auch Blindleistung mit dem elektrischen Netz 11 ausgetauscht werden. Durch den Leistungsaustausch kann zum Beispiel eine Frequenz im Netz 11 beeinflusst und damit das Netz 11 insgesamt stabilisiert wer- den. Des Weiteren beispielweise eine Spannung im Netz 11 be- einflusst und damit das Netz 11 insgesamt stabilisiert wer- den. Die Netzstabilisierungseinrichtung 10 umfasst dazu eine Regelungseinrichtung 16, die unter Verwendung von mittels ei- ner Messvorrichtung 17 gemessener Momentanwerte von Netzpara- metern des Netzes 11, insbesondere einer Netzfrequenz, die entsprechende Regelung des Stromrichters 12 und der Energie- speichervorrichtung 15 durchführt, wobei geeigneterweise dort eingesetzte steuerbare Komponenten, wie steuerbare Halb- leiterschalter, entsprechend anzusteuern sind. FIG. 2 shows a network stabilization device 10 which is set up to stabilize an electrical network 11, which in the example shown is a three-phase supply network and is connected to it. The network stabilization device 10 comprises a converter 12, which in the example shown is a self-commutated converter, the converter 12 including converter arms which are connected to one another in a double star circuit. It should be noted here that other converter configurations are also possible, for example a triangular connection of the converter arms. The converter 12 has an AC voltage side 13 for connection to the network 11 and a DC voltage side 14. An energy storage device 15 is connected to the DC voltage side 14 of the converter 12 and comprises energy storage devices in the form of one or more batteries and / or SuperCaps . Electrical energy taken from the network 11 can be stored by means of the energy storage device. Energy stored there can also be fed into the network 11 by means of the energy storage device 15. A reactive power can also be exchanged with the network 11 by means of the converter 12. Overall, both active and reactive power can be achieved by means of the network stabilization device 10 be exchanged with the electrical network 11. The exchange of power can, for example, influence a frequency in the network 11 and thus stabilize the network 11 as a whole. Furthermore, for example, a voltage in the network 11 can be influenced and the network 11 as a whole can thus be stabilized. For this purpose, the network stabilization device 10 comprises a control device 16 which, using instantaneous values of network parameters of the network 11 measured by means of a measuring device 17, in particular a network frequency, carries out the corresponding regulation of the converter 12 and the energy storage device 15, suitably there The controllable components used, such as controllable semiconductor switches, are to be controlled accordingly.
In Figur 3 ist eine Regelkennlinie 20 für eine erfindungsge- mäße regelungsbasierte Stabilisierung eines elektrischen Net- zes dargestellt, beispielsweise des Netzes 11 der Figur 2.FIG. 3 shows a control characteristic 20 for a control-based stabilization according to the invention of an electrical network, for example the network 11 of FIG.
Die Regelkennlinie 20 stellt die Abhängigkeit eines Sollwert- parameters, im dargestellten Beispiel der Leistung P, in Ab- hängigkeit von einem weiteren Regelungsparameter, hier der Frequenz f des Netzes. Im Bereich 21 positiver Leistung wird eine Leistungseinspeisung, bis zu einer maximalen Leistung Pmax, veranlasst, im Bereich 22 negativer Leistung wird, bis zu einer Leistung Pmin, eine Leistungsentnahme aus dem Netz veranlasst. Im Diagramm-Ursprung ist der Leistungsaustausch mit dem Netz P=0 und die Frequenz entspricht einer Nennfre- quenz fnom des elektrischen Netzes. Die Regelkennlinie 20 weist in einem gewissen Wertebereich um den Ursprung einen Totbandbereich 23 auf, in dem kein Leistungsaustausch mit dem Netz veranlasst wird (P=0). Die Regelkennlinie 20 weist fer- ner einen ersten Regelbegrenzungswert fmin und einen zweiten Regelbegrenzungswert fmax auf. Unterhalb des ersten und ober- halb des zweiten Regelbegrenzungswertes fmin bzw. fmax ist der Verlauf der Regelkennlinie 20 konstant in Bezug auf die Leistung P. Zwischen dem ersten Regelbegrenzungswert fmin und dem Totbandbereich sowie zwischen dem Totbandbereich und dem zweiten Regelbegrenzungswert fmax weist die Regelkennlinie 20 einen nichtlinearen, im dargestellten Beispiel einen quadra- tischen, Verlauf auf. Die zu veranlassende Leistungsaufnahme bzw. Leistungsabgabe hängt hierbei also von der Frequenzab- weichung von der Nennfrequenz des Netzes ab. The control characteristic 20 represents the dependency of a setpoint parameter, in the example shown the power P, as a function of a further control parameter, here the frequency f of the network. In the area 21 of positive power, power is fed in up to a maximum power Pmax, in the area 22 of negative power, up to a power Pmin, power is taken from the network. In the origin of the diagram, the power exchange with the network is P = 0 and the frequency corresponds to a nominal frequency fnom of the electrical network. The control characteristic curve 20 has a dead band region 23 in a certain value range around the origin, in which no power exchange with the network is initiated (P = 0). The control characteristic curve 20 also has a first control limit value fmin and a second control limit value fmax. Below the first and above the second control limit value fmin and fmax, the course of the control characteristic 20 is constant with respect to the power P. The control characteristic 20 a non-linear curve, in the example shown, a square curve. The power consumption or power output to be initiated depends on the frequency deviation from the nominal frequency of the network.
Die Regelbegrenzungswerte fmin und fmax werden während der Regelung adaptiv und zeitdynamisch in Abhängigkeit von einer Netzgröße festgelegt, im dargestellten Ausführungsbeispiel den gemessenen aktuellen Werten der Netzfrequenz. So wird zum Beispiel zu einem Zeitpunkt t1 der Wert des unteren Regelbe- grenzungswertes fmin reduziert, so dass dieser bei fmin' liegt. Entsprechend wird der Wert des oberen Regelbegren- zungswertes fmax auf fmax' verändert. Entsprechend wird der gesamte Verlauf der Regelkennlinie angepasst, wobei der Ver- lauf stets mit einer quadratischen Funktion übereinstimmt, lediglich mit veränderten Funktionsparametern. In einem wei- teren Fall können der untere Regelbegrenzungswert auf einenThe control limit values fmin and fmax are set adaptively and dynamically in time during the control as a function of a network variable, in the illustrated embodiment the measured current values of the network frequency. For example, at a point in time t1, the value of the lower control limit value fmin is reduced so that it is at fmin '. The value of the upper control limit value fmax is changed accordingly to fmax '. The entire course of the control characteristic is adapted accordingly, the course always corresponding to a quadratic function, only with changed function parameters. In a further case, the lower control limit value can be set to one
Wert fmin'' und der obere Regelbegrenzungswert auf einen Wert fmax '' festgelegt werden, wobei der Verlauf der gesamten Re- gelungskennlinie wiederum entsprechend angepasst wird, wie in Figur 3 mittels gepunkteter Linien 24 und 25 angedeutet. The value fmin ″ and the upper control limit value can be set to a value fmax ″, the course of the entire control characteristic curve being adapted accordingly, as indicated in FIG. 3 by means of dotted lines 24 and 25.
In Figur 4 ist ein Beispiel des Ablaufs des Verfahrens an ei- nem Ablaufdiagramm 30 veranschaulicht. In einem ersten Schritt 31 wird von vordefinierten Regelbegrenzungswerten fmin und fmax ausgegangen. In einem zweiten Schritt wird ein gemessener Momentanwert der Netzfrequenz bereitgestellt (bei einer Nennfrequenz von beispielsweise 50 Hz). In einem drit- ten Schritt 33 wird eine Abfrage bezüglich der Frequenzabwei- chung von der Nennfrequenz durchgeführt und der Ablauf in Ab- hängigkeit vom Ergebnis einem der drei Zustände 33a-33c zuge- ordnet. Der erste Zustand 33a liegt vor, wenn die gemessene Frequenz unterhalb von beispielsweise 49,9 Hz liegt. Der zweite Zustand 33b liegt vor, wenn der Momentanwert der Fre- quenz zwischen beispielsweise 49,9 Hz und 50,1 Hz liegt. Der dritte Zustand 33c liegt vor, wenn die aktuelle Frequenz oberhalb von beispielsweise 50,1 Hz liegt. In diesem Fall liegt die aktuelle Frequenz in einen Frequenztotband der Re- gelung. In FIG. 4, an example of the sequence of the method is illustrated on a flow chart 30. In a first step 31, predefined rule limit values fmin and fmax are assumed. In a second step, a measured instantaneous value of the network frequency is provided (at a nominal frequency of 50 Hz, for example). In a third step 33, a query is made regarding the frequency deviation from the nominal frequency and the sequence is assigned to one of the three states 33a-33c as a function of the result. The first state 33a is present when the measured frequency is below 49.9 Hz, for example. The second state 33b is present when the instantaneous value of the frequency is between, for example, 49.9 Hz and 50.1 Hz. The third state 33c is present when the current frequency is above 50.1 Hz, for example. In this case the current frequency lies in a frequency dead band of the control.
Von dem ersten Zustand 33a ausgehend wird in einem vierten Schritt 34 unter Verwendung vorher bereits bereitgestellter Frequenzwerte die zeitliche Änderung der Netzfrequenz berech- net. Die berechnete zeitliche Änderung der Netzfrequenz wird in einem fünften Schritt 35 mittels eines time delay moving average filters gefiltert. Auf der Basis der gefilterten Wer- te (beispielsweise unter Verwendung einer linearen Abhängig- keit der Regelbegrenzungswerte von dem jeweiligen gefilterten Wert) werden in einem sechsten Schritt 36 ein neuer unterer Regelbegrenzungswert fmin' berechnet. Starting from the first state 33a, the change in the network frequency over time is calculated in a fourth step 34 using frequency values that have already been provided beforehand. The calculated change in the network frequency over time is filtered in a fifth step 35 by means of a time delay moving average filter. On the basis of the filtered values (for example using a linear dependency of the rule limit values on the respective filtered value), a new lower rule limit value fmin 'is calculated in a sixth step 36.
Von dem zweiten Zustand 33b ausgehend, werden die Regelbe- grenzungswerte fmin und fmax gemäß einem siebten Schritt 37 unverändert belassen. Starting from the second state 33b, the control limit values fmin and fmax are left unchanged according to a seventh step 37.
Von dem dritten Zustand 33c ausgehend wird in einem achten Schritt 38 unter Verwendung vorher bereits bereitgestellter Frequenzwerte die zeitliche Änderung der Netzfrequenz berech- net. Die berechnete zeitliche Änderung der Netzfrequenz wird in einem neunte Schritt 39 mittels eines time delay moving average filters gefiltert. Auf der Basis der gefilterten Wer- te (beispielsweise unter Verwendung einer linearen Abhängig- keit der Regelbegrenzungswerte von dem jeweiligen gefilterten Wert) werden in einem zehnten Schritt 40 ein neuer oberer Re- gelbegrenzungswert fmax' berechnet. Starting from the third state 33c, the change in the network frequency over time is calculated in an eighth step 38 using frequency values that have already been provided beforehand. The calculated change in the network frequency over time is filtered in a ninth step 39 by means of a time delay moving average filter. On the basis of the filtered values (for example using a linear dependency of the rule limit values on the respective filtered value), a new upper rule limit value fmax 'is calculated in a tenth step 40.
Das jeweilige Ergebnis der Schritte 36, 37 bzw. 40 wird in einem elften Schritt 41 zur weiteren Verarbeitung der Rege- lung zur Verfügung gestellt. The respective result of steps 36, 37 or 40 is made available in an eleventh step 41 for further processing of the regulation.
Basierend auf der zeitlichen Frequenzabweichung (df/dt) kann beispielsweise ermittelt werden, wie schwerwiegend ein aufge- tretener Fehler im Netz ist. Dementsprechend kann der Regel- begrenzungswert angepasst werden. In einem Ablaufdiagramm 50 der Figur 5 ist eine mögliche Rea- lisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten (Regelungs-)Block 51 wird ein gemessener Fre- quenzwert der Netzfrequenz bereitgestellt (gemessen bei- spielsweise an einem point of common coupling eines Netzsys- tems). In einem zweiten Block 52 wird eine vorgegebene Nenn- frequenz des elektrischen Netzes bereitgestellt. In einem dritten Block 53 wird ein unterer Regelbegrenzungswert fmin bereitgestellt. Der Wert fmin kann sich beispielsweise aus der Ermittlung gemäß Figur 4 ergeben. Die mittels eines Dif- ferenzbildners 54 ermittelte Abweichung der Momentanfrequenz von der Nennfrequenz wird daraufhin überprüft, ob sie inner- halb des Totbandbereiches liegt. Falls dies der Fall ist, so wird dies über einen fünften Block 55 direkt zur Bestimmung des Regelungssollwertes weitergeleitet. Liegt die gemessene Frequenz außerhalb des Totbandbereiches, so wird in den Blö- cken 56-58 der Verlauf der Regelungskennlinie in Abhängigkeit von fmin ermittelt, wobei die Regelkennlinie abschnittsweise einem Verlauf einer quadratischen Funktion entspricht (vgl. Figur 3). Aus dem ermittelten Verlauf der Regelkennlinie und dem Momentanwert der Frequenz wird schließlich in einem neun- ten Block 59 der Sollwert der mit dem Netz auszutauschenden Leistung bestimmt. Based on the frequency deviation over time (df / dt), it can be determined, for example, how serious a fault that has occurred in the network is. The rule limit value can be adjusted accordingly. A possible implementation of the method according to the invention is shown in a flow chart 50 in FIG. In a first (regulation) block 51, a measured frequency value of the network frequency is provided (measured for example at a point of common coupling of a network system). In a second block 52, a predetermined nominal frequency of the electrical network is provided. A lower control limit value fmin is provided in a third block 53. The value fmin can result from the determination according to FIG. 4, for example. The deviation of the instantaneous frequency from the nominal frequency determined by means of a difference generator 54 is then checked to see whether it lies within the dead band range. If this is the case, this is forwarded directly via a fifth block 55 to determine the control setpoint. If the measured frequency is outside the dead band, the course of the control characteristic is determined in blocks 56-58 as a function of fmin, the control characteristic corresponding in sections to a course of a quadratic function (see FIG. 3). Finally, in a ninth block 59, the setpoint value of the power to be exchanged with the network is determined from the course of the control characteristic and the instantaneous value of the frequency.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum regelungsbasierten Stabilisieren eines elektrischen Netzes (11), bei dem zum Anpassen eines Soll- wertparameters der Regelung (P) in Abhängigkeit von einem weiteren Regelungsparameter (f) eine Regelkennlinie (20) ver- wendet wird, die einen ersten und/oder einen zweiten Regelbe- grenzungswert (fmin, fmax) des weiteren Regelungsparameters (f) aufweist, d ad u r c h g e k e n n ze i ch n e t , dass der erste und/oder der zweite Regelbegrenzungswert (fmin, fmax) zeitdynamisch in Abhängigkeit von Momentanwerten einer vorbestimmten Netzgröße festgelegt wird. 1. A method for control-based stabilization of an electrical network (11), in which a control characteristic (20) is used to adapt a setpoint parameter of the control (P) as a function of a further control parameter (f), which has a first and / or or a second control limit value (fmin, fmax) of the further control parameter (f), d ad urchgekenn ze i ch net that the first and / or the second control limit value (fmin, fmax) is time-dynamically determined as a function of instantaneous values of a predetermined network variable becomes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Regelkennlinie (20) zumindest abschnittsweise einen nichtlinearen Verlauf auf- weist. 2. The method according to claim 1, wherein the control characteristic (20) has a non-linear profile at least in sections.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Verlauf der Regel- kennlinie (20) zumindest abschnittsweise dem Verlauf einer quadratischen Funktion entspricht. 3. The method according to claim 2, wherein the course of the control characteristic (20) corresponds at least in sections to the course of a quadratic function.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sollwertparameter eine Leistung, insbesondere eine Blind- und/oder Wirkleistung ist. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the setpoint parameter is a power, in particular a reactive and / or active power.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der weitere Regelungsparameter eine Frequenz ist. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the further control parameter is a frequency.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Netzgröße eine Netzfrequenz des elektrischen Netzes (11) ist. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the predetermined network size is a network frequency of the electrical network (11).
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Bestimmung des ersten und/oder zweiten Regelbegrenzungswert (fmin, fmax) in Abhän- gigkeit von einer zeitlichen Änderung der Netzfrequenz er- folgt. 7. The method according to claim 6, wherein the determination of the first and / or second control limit value (fmin, fmax) depends on The possibility of a temporal change in the network frequency takes place.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Momentanwerte mittels eines Tiefpassfilters, insbesondere eines Moving-Average- Filters gefiltert werden. 8. The method according to claim 7, wherein the instantaneous values are filtered by means of a low-pass filter, in particular a moving average filter.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regelkennlinie (20) einen Totbandbereich (23) aufweist. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the control characteristic (20) has a dead band region (23).
10. Netzstabilisierungseinrichtung (10) zum Stabilisieren ei- nes mit der Netzstabilisierungseinrichtung (10) verbundenen elektrischen Netzes (11), die eine Regelungseinrichtung (16) umfasst, die zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist. 10. Network stabilization device (10) for stabilizing an electrical network (11) connected to the network stabilization device (10), comprising a control device (16) which is set up to carry out a method according to one of claims 1 to 9.
11. Netzstabilisierungseinrichtung (10) nach Anspruch 10, wo- bei die Netzstabilisierungseinrichtung (10) einen Stromrich- ter (12) umfasst, der eine Wechselspannungsseite (13) zum Verbinden mit dem elektrischen Netz (11) sowie eine Gleich- spannungsseite (14) umfasst, wobei eine Energiespeichervor- richtung (15) vorgesehen ist, die mit der Gleichspannungssei- te (14) des Stromrichters (12) verbindbar ist, so dass mit- tels der Netzstabilisierungseinrichtung (10) Blind- und Wirkleistung mit dem elektrischen Netz (11) ausgetauscht wer- den kann. 11. Network stabilization device (10) according to claim 10, wherein the network stabilization device (10) comprises a converter (12) which has an AC voltage side (13) for connection to the electrical network (11) and a DC voltage side (14) comprises, an energy storage device (15) being provided which can be connected to the DC voltage side (14) of the converter (12) so that reactive and active power can be connected to the electrical network (11 ) can be exchanged.
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