调节经由多相ac电网的各个相流动的局部功率的制作方法

文档序号:7456444阅读:176来源:国知局
专利名称:调节经由多相ac电网的各个相流动的局部功率的制作方法
技术领域
本发明涉及一种调节电网连接点处的局部功率的方法,该电网连接点位于包括多个相导线的多相AC电网与包括多相逆变器和连接至该AC电网的用电器(consumer)负载的单元之间,该单元将电能馈送到所述AC电网,该局部功率经由各个相导线流动。另外,本发明涉及一种用于调节电网连接点处的局部功率的装置,该电网连接点位于包括多个相导线的多相AC电网与包括多相逆变器和连接至该AC电网的用电器负载的单元之间,该单元将电能馈送到AC电网,该局部功率经由 各个相导线流动。该装置将尤其用于实施本发明的方法。另外,本发明涉及用于调节电网连接点处的局部功率的多相逆变器,该电网连接点位于包括多个相导线的多相AC电网与包括多相逆变器和连接至该AC电网的用电器负载的单元之间,该单元将电能馈送到AC电网,该局部功率经由各个相导线流动。该多相逆变器也将尤其用于实施该新方法。电网连接点可以是连接至公共电网的转接点。作为替换,可以在电网连接点处设置提供AC电网的本地电网形成单元。具体来说,多相AC电网是三相AC电网。然而,一般而言,本发明可以应用于任意的多相AC电网,例如像两相AC电网。如本发明所意欲的调节或匹配在各个相导线上流动的局部功率包括减少不平衡的负载,即减少由于所连接的单相用电器负载而造成的多相AC电网各个相上的不对称负载。然而,本发明不仅考虑了从AC电网取得电功率,而且还考虑在电网连接点处将电功率馈送至AC电网。如果该馈送也经由单相,但是是经由单相用电器负载所连接的那一相之外的另一相来执行,则可能发生以下情况电功率经由一相流出AC电网,然而电功率在电网连接点处经由另一相馈送到AC功率网中。这是不平衡负载的极端情况。
背景技术
已知在从多相AC电网取得用于多个用电器负载的功率中限制不对称负载的方法在于将单相用电器负载分布在多相AC电网的各个相上。然而,该措施仅从统计平均方面来调节经由多相AC电网的各个相导线流动的局部功率。在朝向所连接的AC电网的显示出高阻抗的电网连接点中,在从AC电网取得高功率时,会出现关于电网电压的电压下降。已知由可变比变压器来补偿该效应。然而,在各个相负载不对称的情况下,在朝向AC电网的显示出高阻抗的电网连接点处的各个相之间所产生的压差无法通过可变比变压器来补偿。如上所述,不期望的不对称功率分布也发生在将电能馈送到多相AC电网的单相中。根据DE 10 2006 003 904 Al,已知抵消这些不对称在于将由多个单相逆变器馈送到AC电网的电功率均匀地分布在AC电网的各个相上,并且在馈送到一相的一个逆变器故障时,其它逆变器馈送到其它相中的功率被限制。根据WO 2006/084294A1,已知用于各自馈送到三相AC电网的各个相的逆变器系统。在此,多个单相逆变器在它们的输入端连接至功率总线,多个光伏功率发电机馈送到该功率总线中。由光伏功率发电机馈送到功率总线的功率随着太阳辐射而改变。各逆变器并联组合或连接,以将功率总线上当前可用的功率馈送到AC电网中,并且采用合适的低数量的逆变器以限制功率损耗。为了避免各个相上的负载不平衡,馈送功率的单相逆变器集中
在三组中,即每相一组。受让人销售称为“阳光岛”的双向电池逆变器,该双向电池逆变器可以用作用于岛网络(island networks)的电网形成器,并且通过从未加负载的相取得功率以及将功率输出给加有负载的相来补偿岛网络的各个相上的不对称负载。然而,该功率补偿由此在双向逆变器内具有功率损耗。US 4,177,508公开一种用于平衡提供自三相网络的不对称负载的装置。该装置提供有逆变器,该逆变器用于在其AC侧产生三相输出电流系统,该三相输出电流系统采用与网络相反的相来馈送。相应地,从DC电源将DC电流馈送到逆变器的DC侧,该DC电流对应 于待平衡的最大不对称功率。优选地,DC电源是连接至网络的整流器。因此,仅提供整个已知装置用于平衡不对称负载,从而意味着相当大的成本和功率损耗。如果由逆变器提供的电功率的自消耗具有优势,在上述由于在经由一相在电网连接点处取得功率同时将功率经由另一相馈送到AC电网而造成的极端不平衡负载的情况则是与AC电网中引起的不平衡负载无关的劣势。这些优势通常包括本地产生的电功率的自消耗并未对AC电网造成负担。如果从AC电网取得的电能比馈送到AC电网的电功率更加昂贵,则可以导致附加的经济优势。然而,如果对于本地产生的电能的自消耗的激励高于将电能馈送到电网的支付与从电网取得电能的价格之间的差异,则也可以出现经济优势。这是根据自2009年I月I日生效的德国Erneuerbare-Energien-Gesetz版本(EEG 2009)的情况。如果自消耗具有经济优势,则必须避免经由一相馈送电功率同时经由AC电网的另一相取得电功率的情况。EP 2 114 002 Al公开一种连接在太阳能电池的输出端子与三相功率系统之间的三相功率转换设备。该转换设备包括三相逆变器电路和与三相逆变器电路的AC输出线串联连接的单相逆变器。三相逆变器电路在与系统电压的半周期相对应的时段期间输出反极性电压脉冲。由各个单相逆变器在每个半周期中生成的功率负荷近似为零,并且各个单相逆变器在产生反极性电压脉冲的时段期间进行校正,以从各个相的目标输出电压中减去公共电压。其中并未提及平衡三相功率系统的各个相上的任何负载。仍然需要用于调节电网连接点处的局部功率的方法、装置以及逆变器,该电网连接点位于包括多个相导线的多相AC电网与包括多相逆变器和连接至该AC电网的用电器负载的单元之间,该单元将电能馈送到AC电网,该局部功率经由该各个相导线流动,由此优化本地产生的功率的自消耗,以及由此总体上减少多相AC电网上的电网连接点处的不对称负载。

发明内容
在一方面,本发明提供一种调节电网连接点处的局部功率的方法,所述电网连接点位于包括多个相导线的多相AC电网与包括多相逆变器和连接至所述AC电网的用电器负载的单元之间,所述单元将电能馈送到所述AC电网中,所述局部功率经由所述各个相导线流动,所述方法包括确定经由所述各个相导线流动的所述局部功率之间的差异;以及使用所述逆变器,以通过将不同的局部功率馈送到所述各个相导线来减少所确定的差异。在另一方面,本发明提供一种用于尤其是根据上述方法来调节电网连接点处的局部功率的装置,所述电网连接点位于包括多个相导线的多相AC电网与包括多相逆变器和连接至所述AC电网的用电器负载的单元之间,所述单元将电能馈送到所述AC电网中,所述局部功率经由所述各个相导线流动,所述装置包括测量设备,所述测量设备确定经由所述各个相导线流动的所述局部功率之间的差异;以及控制设备,所述控制设备操作所述逆变器,以通过将不同的局部功率馈送到所述各个相导线中来减少由所述测量设备确定的所述差异。在另一方面,本发明提供一种用于尤其是根据上述方法来调节电网连接点处的局部功率的多相逆变器,所述电网连接点位于包括多个相导线的多相AC电网与包括多相逆变器和连接至所述AC电网的用电器负载的单元之间,所述单元将电能馈送到所述AC电网中,所述局部功率经由所述各个相导线流动,其中所述逆变器包括控制器,所述控制器能够操作所述逆变器,用以有目的地将不同的局部功率馈送到所述各个相导线中。对于本领域技术人员,根据对以下附图以及详细描述的研究,本发明的其它特征和优点将变得明显。旨在将在此的所有这样的附加特征和优点均包含在本发明的如由权利要求限定的范围内。


参照以下附图将能够更好地理解本发明。附图中的组件不必是成比例的,其重点在于清楚地说明本发明的原理。在附图中,同样的附图标记表示整个若干附图的相对应部件。图I示出利用第一实施例的新装置和新逆变器的新方法的实施;以及图2示出利用第二实施例的新装置和根据图I的逆变器的新方法的实施。
具体实施例方式在新方法中,确定在多相AC电网的各个相导线上流动的局部功率之间的差异,并通过采用多相逆变器将不同的局部功率馈送到各个相导线,来减少多相AC电网的各个相导线上流动的局部功率之间的差异。在本发明中,多相逆变器用于调节经由各个相导线流动的电功率。为此,必须以特殊方式来控制多相逆变器,以使得其输出功率可以集中至AC电网的当前消耗最高电功率的该相或相导线。一些现有的逆变器已经具有足以用于该目的的基本能力,而仅需要针对它们的控制器,或者甚至仅需要针对由控制器执行的操作逆变器的软件进行修改。为了通过将由多相逆变器馈送的功率聚集到一个或少数的相或相导线中来优化本地产生的电功率的自消耗,确定在电网连接点处的通过各个相导线的功率流动方向并且将它们彼此比较是足够的。如果所有的功率流动方向均相同,即如果电功率经由所有相从AC电网取得,或经由所有相馈送到AC电网中,则不必进行动作。然而,如果功率流动方向,即功率具有的符号彼此不相同,则必须通过采用逆变器选择性地馈送电功率来杜绝这一 状况。为此,如果在最大馈送功率下,本地产生的电功率超过本地消耗的电功率,相比于最大馈送功率的通常部分,并不需要改变归属于AC电网的各个相的逆变器的关于局部输出级的尺寸。然而,如果多相逆变器是基本上较小尺寸,如果多相逆变器能够将其整个馈送功率,甚至最大馈送功率集中到多相AC电网的单相或单相导线中,则将是有利的。还为了限定并未导致通过AC电网的各个相导线的不同功率流动方向的不对称负载,不仅可以确定流经各个相导线的局部功率以及针对它们的符号或方向进行比较,而且还针对它们的值,通过采用逆变器选择性地将功率馈送至各个相导线来匹配它们。为了确定各个相导线上流动的局部功率,可以分别确定流经其中的电流并且彼此比较。然而,如果关于AC电网在网络连接点处的阻抗相对于网络连接点与逆变器之间的阻抗占支配地位,则可以确定存在于各个相导线处的有效电压之间的差异,并且通过采用逆变器将不同局部功率馈送到各个相导线中,来减少存在于各个相导线处的有效电压之间的差异。在这种情况下,流经各个相导线的功率通过它们对于当前有效电压的影响而彼此进行比较。 应当理解,在该新方法中所使用的逆变器并未根据以下原理来工作该逆变器仅减少馈送到AC电网的其它相中的电功率,当前该逆变器并未将其馈送功率集中至AC电网的其它相中。相反,该逆变器以集中的方式将其馈送的功率聚集到它当前应当馈送的相中,由此该逆变器增大其馈送到该相的功率。为此,关于将功率馈送到AC电网的所有各个相,多相逆变器是或者能够从相同电源进行馈送。具体来说,可以由逆变器将不同的高局部功率从公共链路馈送至AC电网的各个相导线中。即总体可用电能经由该链路流动,并且随后由逆变器分配到AC电网的目前适于馈送电能的一相或多相中。具体来说,可以通过将不同的电流馈送到各个相导线来实现不同的局部功率。在通过多个单相逆变器来实现该逆变器时,按照需要,可以将若干电源连接至归属于各个相的单相逆变器。根据DE 100 61 724Al,普遍已知能量源在各种逆变器之间的这样的切换。根据本发明的装置的特征在于测量设备,其确定在各个相导线上流动的局部功率之间的差异;以及控制设备,其通过采用逆变器将不同的局部功率馈送到各个相导线来减少所述差异。测量设备可以仅单独测量通过各个相导线的功率流动方向、或者流经各个相导线的局部功率或电流、和/或存在于各个相导线处的有效电压。该控制设备至少按以下方式来配置控制设备匹配通过各个相导线的功率流动方向。此外,可以匹配流经这些相导线的局部功率值、电流值,和/或存在于这些相导线处的有效电压。根据本发明的逆变器的特征在于控制器,其配置为将不同局部功率馈送到各个相导线中。如上所述,如果逆变器将不同的局部功率从公共链路馈送到各个相导线中,并且这通过将不同电流馈送到各个相导线来实现,是有利的。具体来说,逆变器可以具有一个或多个逆变电路,每个逆变电路产生多相输出电流,或者可以根据每相一个或若干单相逆变器来构建逆变器。关于馈送到各个相中的功率,逆变器按以下方式来配置采用三相逆变器,可以将其总体最大馈送功率的至少50%,优选其总体最大馈送功率的至少75%,以及更优选其总体最大馈送功率馈送到单相导线中,以能够将多相逆变器的馈送功率完全集中至AC电网的单相而不只是部分负载操作范围中。现在更加详细地参照附图,图I示出在三相AC电网2与具有逆变器5以及多个电气用电器负载6和7的单元3之间的电网连接点1,该单元3用于馈送来自多个光伏发电机4的电能。AC电网2的线路包括零导线8和用于AC电网2的三相的三相导线6、10以及
11。逆变器5馈送到所有三相导线9,10以及11中。用电器负载6和7是单相用电器负载,每一个单相用电器负载仅从AC电网2的一相取得电功率。用电器负载6连接在相导线11和零导线8之间,而用电器负载7连接在相导线10和零导线8之间。可以存在比所示用电器负载6和7更多的用电器负载,这些用电器负载中的一些也可以连接在相导线9和零导线8之间。在电网连接点I处,由测量设备12确定经由各个相导线9至11流动的电功率,尤其是它们的功率流动方向。测量设备12可以是逐相监测从AC电网2取得的电能和馈送到AC电网2中的电能的仪表。测量设备12的测量信号13传输到控制设备14,该控制设备14将控制信号15输出至逆变器5的控制器16。控制器16将逆变器5的馈送功率分布在各个相导线8至11上。在此,当整个馈送功率经由连接有所有光伏发电机4的链路17流 动时,可以将逆变器5的当前馈送功率集中至AC电网2的一相或两相中。如果三个用电器负载6和7均包含逆变器5当前馈送功率的三分之一的功率消耗并且假定逆变器5的馈送功率均匀分布在相导线9至11上,则经由相导线11从AC电网2中取得电功率,并且经由相导线9将电功率馈送到AC电网2中。这是由于以下事实造成的两个用电器负载6连接至相导线11,并且一起消耗由逆变器5提供的电功率的两倍,然而没有用电器6或7连接至相导线9,并且因此由逆变器5馈送其中的功率被馈送到AC电网2中。为了避免既从AC电网2取得电功率又将电功率馈送到AC电网2中以及没有任何必需的情况下仅采用不平衡负载来加载AC电网2的情况,控制设备14按以下方式来操作逆变器5的控制器16 :从相导线9中取得馈送功率,增大逆变器馈送到相导线11中的功率,直到在电网连接点I处通过各个相导线的至少所有功率流动方向是相同的。在目前的情况下,完全没有电功率随后经由网络连接点流动。相反,从本地产生的电能的完全自消耗的意义来说,逆变器5将供应用电器负载6和7。如果本地产生的全部电能不同于本地消耗的电能,则控制设备14按以下方式操作逆变器5的控制器16 :经由所有相导线9至11,电能馈送到AC电网2或者从AC电网2中取得。这确保了本地产生的电能最大程度地本地消耗。同时,减少AC电网2上的任何不对称的负载。在该不平衡负载的减少中,甚至可以进一步的操作在于控制设备14也考虑相对于各个相导线彼此来调节经由各个相导线9至11流动的电功率值。AC电网2不仅可以是公共电网,而且例如也可以由作为电网形成器的双向电池逆变器来提供,该电网形成器即为岛网络。随后,控制设备14通过操作逆变器5的控制器16,来避免造成不期望的功率损耗的以下情况电功率由双向电池逆变器从AC电网2的一相转移到AC电网2的另一相中。这些不期望的功率损耗尤其发生在如果连接至这样的电网形成器的岛网络中存在能量短缺的情况,即在避免了任何不必要的电能消耗的情况下。因此新方法的实施甚至对于电网成型器与岛网络之间的电网连接点也具有相当大的优势。逆变器5也可以由两个或多个单相逆变器构成,这些单相逆变器仅将电功率馈送到相导线9至11中的一个,但是它们自身从同一能源或者至少可以从同一能源被馈送,该同一能源例如为同一光伏发电机,以将总体可用电功率的可变部分馈送到各个相导线9至11中。在图2中,由电阻器18指示AC电网2在电网连接点I处的高阻抗。该阻抗导致在电网连接点I处从相导线9至11取得电功率时,在电网连接点I处的电网电压下降。如在此由单个用电器负载6所示的,在仅从一相导线11取得电功率的情况下,仅存在于该相导线11处的电网电压下降。反之亦然,电网电压在各个相导线处的非对称例如也可能发生在以下情况如果由在此未示出的附加的单相逆变器仅将电能馈送到相导线之一中,则在该相导线处的电网电压相应增大。在每一情况下,由这里设计为伏特计的测量设备12确定电网电压的非对称性。该控制设备14经由控制信号15调节采用伏特计19测量的电压,该控制设备14也考虑减少不对称的负载或馈送功率,并且尤其是避免经由AC电网2的一相取得电功率,而将电功率馈送到AC电网2的另一相中。附图标记列表I电网连接点2AC 电网3用于馈送电能的单元4光伏发电机5逆变器6用电器负载7用电器负载8零导线9相导线10相导线11相导线12测量设备13测量信号
14控制设备15操作信号16控制器17 链路18电阻器19伏特计
权利要求
1.一种调节电网连接点(I)处的局部功率的方法,所述电网连接点(I)位于包括多个相导线(9-11)的多相AC电网(2)与包括多相逆变器(5)和连接至所述AC电网的用电器负载(6,7)的单元(3)之间,所述单元(3)将电能馈送到所述AC电网(2)中,所述局部功率经由各个相导线(9-11)流动,所述方法包括 -确定经由所述各个相导线(9-11)流动的所述局部功率之间的差异;其中所述方法还包括 -使用所述逆变器(5),以通过将不同的局部功率馈送到所述各个相导线(9-11)来减少所确定的差异。
2.根据权利要求I所述的方法,其中,在确定步骤中,确定经由所述各个相导线(9-11)流动的所述局部功率的方向并且将其彼此比较,以确定要在减少步骤中减少的所述局部功率之间的所述差异。
3.根据权利要求I或2所述的方法,其中,在确定步骤中,确定经由所述各个相导线(9-11)流动的所述局部功率并且将其彼此比较,以确定要在减少步骤中减少的所述局部功率之间的所述差异。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法,其中,在确定步骤中,确定经由所述各个相导线(9-11)流动的电流并且将其彼此比较,以确定要在减少步骤中减少的所述局部功率之间的所述差异。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法,其中,在确定步骤中,在关于所述AC电网(2)的阻抗占支配地位的情况下,确定存在于所述各个相导线(9-11)处的所述有效电压之间的差异并且将其彼此比较,以确定要在减少步骤中减少的所述局部功率之间的所述差异。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在减少步骤中,采用所述逆变器(5)将所述不同的局部功率从公共链路(17)馈送到所述各个相导线(9-11)中。
7.根据权利要求7所述的方法,其中,在减少步骤中,通过采用所述逆变器(5)将不同电流从所述公共链路(17)馈送到所述各个相导线(9-11)中,来馈送所述不同的局部功率。
8.一种用于尤其是根据前述权利要求中任一项所述的方法来调节电网连接点(I)处的局部功率的装置,所述电网连接点(I)位于包括多个相导线(9-11)的多相AC电网(2)与包括多相逆变器(5)和连接至所述AC电网的用电器负载(6,7)的单元(3)之间,所述单元(3)将电能馈送到所述AC电网(2)中,所述局部功率经由各个相导线(9-11)流动,所述装置包括 -测量设备(12),所述测量设备(12)确定经由所述各个相导线(9-11)流动的所述局部功率之间的差异; 其中所述装置还包括 -控制设备(14),所述控制设备(14)操作所述逆变器(5),以通过将不同的局部功率馈送到所述各个相导线(9-11)中来减少由所述测量设备(12)确定的所述差异。
9.根据权利要求8所述的装置,其中所述测量设备(12)确定经由所述各个相导线(9-11)流动的所述局部功率的方向,并且其中所述控制设备(14)调节通过所述各个相导线(9-11)的功率流动的所述方向。
10.根据权利要求8或9所述的装置,其中所述测量设备(12)确定经由所述各个相导线(9-11)流动的所述局部功率,并且其中所述控制设备(14)调节经由所述各个相导线(9-11)流动的所述局部功率。
11.根据权利要求8、9或10所述的装置,其中所述测量设备(12)确定经由所述各个相导线(9-11)流动的所述电流,并且其中所述控制设备(14)调节经由所述各个相导线(9-11)流动的所述电流。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的装置,其中所述测量设备(12)确定存在于所述各个相导线(9-11)处的所述有效电压,并且其中所述控制设备(14)调节存在于所述各个相导线(9-11)处的所述有效电压。
13.一种用于尤其是根据权利要求I至7中任一项所述的方法来调节电网连接点(I)处的局部功率的多相逆变器(5),所述电网连接点(I)位于包括多个相导线(9-11)的多相AC电网(2 )与包括多相逆变器(5 )和连接至所述AC电网的用电器负载(6,7 )的单元(3 )之间,所述单元(3)将电能馈送到所述AC电网(2)中,所述局部功率经由各个相导线(9-11)流动, 其中所述逆变器包括控制器(16),所述控制器(16)能够操作所述逆变器,用以有目的地将不同的局部功率馈送到所述各个相导线(9-11)中。
14.根据权利要求13所述的逆变器,其中所述逆变器(5)将所述不同的局部功率从公共链路(17 )馈送到所述各个相导线(9-11)中。
15.根据权利要求14所述的逆变器,其中所述逆变器(5)通过将不同电流从所述公共链路(17 )馈送到所述各个相导线(9-11)中,来馈送所述不同的局部功率。
16.根据权利要求14或15所述的逆变器,其中所述逆变器(5)包括从所述公共链路(17)馈送的多相逆变器电路。
17.根据权利要求14或15所述的逆变器,其中所述逆变器(5)包括从所述公共链路(17)馈送的若干单相逆变器。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的逆变器,其中归属于所述各个相导线的所述逆变器的输出局部级被配置为能够将所述逆变器(5)的总体最大馈送功率的至少50%馈送到单个相导线(9,10或11)中。
19.根据权利要求18所述的逆变器,其中归属于所述各个相导线的所述逆变器的输出局部级被配置为能够将所述逆变器(5)的总体最大馈送功率的至少75%馈送到单个相导线(9,10 或 11)中。
20.根据权利要求19所述的逆变器,其中归属于所述各个相导线的所述逆变器的输出局部级被配置为能够将所述逆变器(5)的总体最大馈送功率的100%馈送到单个相导线(9,10或11)中。
全文摘要
为了调节在电网连接点(1)处流动的局部功率,该电网连接点(1)位于具有多个相导线(9-11)的多相AC电网(2)与具有多相逆变器(5)和连接至所述AC电网的电气用电器负载(6,7)的单元(3)之间,所述单元(3)用于将电能馈送到所述AC电网(2)中;所述局部功率经由各个相导线(9-11)流动;确定经由各个相导线(9-11)流动的局部功率之间的差异,并且通过采用逆变器5将不同的局部功率馈送到各个相导线(9-11)中来减少局部功率之间的差异。
文档编号H02M7/515GK102714414SQ201180006636
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者A·乌姆兰 申请人:艾思玛太阳能技术股份公司
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