用于调节配电网中的电压的方法和装置制造方法
【专利摘要】用于调节配电网（VN）中的电压（U）的方法，所述配电网（VN）通过电网线路（NL）给节点（KN）供应电压，其中识别配电网（VN）的在节点（KN）本地存在的电压高于或低于容许的电网电压范围的该节点（KN）从从机运行（SB）切换到主机运行（MB），并且在主机运行（MB）中通过获取或通过馈入无功功率（Q）来调节本地存在的电压（U）以用于达到容许的电网电压范围并且将这指示给配电网（VN）的处于从机运行（SB）中的其它节点（KN），其方式是，节点（KN）将指示信号模式（ASM）调制到由该节点（KN）获取或馈入的无功功率（Q）上，所述指示信号模式（ASM）具有与由该节点（KN）获取或馈入的无功功率（Q）的幅度成比例的信号参数。
【专利说明】用于调节配电网中的电压的方法和装置
[0001] 配电网、尤其是低压电网越来越多地通过分散的能量生产、例如通过光伏设施来 设计。在此，尤其是在低压配电网的情况下难以遵循容许的电压带或容许的电网电压范围。 除了所涉及的配电网的基础结构的构造以外，还可以通过有针对性地获取无功功率和/或 通过减少馈入的有功功率以及通过使用可调的地方电网变压器来避免出现电网功率中的 过压。之所以对不需要配电网的基础结构的构造的这种措施感兴趣主要是因为其与所涉及 的配电网的构造相比同明显更低的成本相联系并且可更快地实现。
[0002] 通过获取无功功率或通过减少所馈入的有功功率进行的电压调节是在本地连续 地改变分别所涉及的节点的位置处的电压，该改变可以借助于逆变器来进行。不同节点的 逆变器是在空间上分布的执行器，这些执行器为了调节配电网中的电压而使相应的本地调 节彼此协调。为此，需要逆变器之间的附加的通信基础结构，该通信基础结构在其侧与显著 的电路技术成本相联系。
[0003] 因此，本发明的任务是提供用于调节配电网中的电压的方法和装置，其中分布式 的执行器、尤其是逆变器可以在不需要执行器之间的附加的通信基础结构的情况下在本地 调节的电压方面被协调。
[0004] 根据本发明，该任务通过具有权利要求1中所说明的特征的方法来解决。
[0005] 因此，本发明提供了一种用于调节配电网中的电压的方法，该配电网通过电网线 路给节点供应电压，其中识别配电网的在节点本地存在的电压高于或低于容许的电网电压 范围的该节点从从机运行切换到主机运行，并且在主机运行中通过获取或通过馈入无功功 率来调节本地存在的电压以用于达到容许的电网电压范围并且将这指示给配电网的处于 从机运行中的其它节点，其方式是，节点将指示信号模式调制到由该节点获取或馈入的无 功功率上，该指示信号模式具有如下信号参数：所述信号参数与由该节点获取或馈入的无 功功率的幅度成比例。
[0006] 在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，配电网的处于从机运行中的其它 节点在从切换到主机运行的节点接收到指示信号模式以后执行针对在容许的电网电压范 围中调节切换到主机运行的节点的本地存在的电压的支持措施。
[0007] 在根据本发明的方法的另一可能的实施方式中，处于从机运行的节点的支持措施 在于，相应节点以一定规模获取或馈入无功功率，该规模与所调制的指示信号模式的信号 参数成比例，所述指示信号模式由相应节点通过配电网从切换到主机运行的节点接收。
[0008] 在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，处于从机运行中的节点的支持措 施在于，相应节点根据所调制的指示信号模式的信号参数来切换存在于该节点中的变压器 的过压比，所述指示信号模式由相应节点通过配电网从切换到主机运行的节点接收。
[0009] 在根据本发明的方法的另一可能的实施方式中，由处于主机运行中的节点所调制 的指示信号模式的信号参数是信号幅度。
[0010] 在根据本发明的方法的另一可能的实施方式中，由处于主机运行中的节点所调制 的指示信号模式的信号参数是信号频率。
[0011] 在根据本发明的方法的另一可能的实施方式中，由处于主机运行中的节点所调制 的指示信号的信号参数与由处于主机运行中的节点为了调节其本地电压而获取或馈入的 无功功率的幅度成比例。
[0012] 在根据本发明的方法的另一可能的实施方式中，一旦由被切换到主机运行的节点 本地执行的电压调节和/或由配电网的处于从机运行中的其余节点进行的支持措施已经 导致处于主机运行中的节点不再从配电网获取无功功率或向其中馈入无功功率，则处于主 机运行中的节点就被切换回从机运行。
[0013] 在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，所调制的指示信号模式与配电网 的电压同步。
[0014] 在根据本发明的方法的另一可能的实施方式中，配电网的切换到主机运行的节点 在从配电网获取无功功率时将第一指示信号模式调制到所获取的无功功率上。
[0015] 在根据本发明的方法的另一可能的实施方式中，配电网的切换到主机运行的节点 在将无功功率馈入配电网中时将第二指示信号模式调制到所获取的无功功率上。
[0016] 在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，配电网由低压电网构成。
[0017] 在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，该低压电网在至少一个节点处连 接到中压电网上。
[0018] 在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，中压电网的切换到主机运行的节 点在从中压电网获取无功功率时将第三指示信号模式调制到所获取的无功功率上。
[0019] 在根据本发明的方法的另一可能的实施方式中，中压电网的切换到主机运行的节 点在将无功功率馈入中压电网中时将第四指示信号模式调制到所馈入的无功功率上。
[0020] 在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，所调制的指示信号模式是正弦信 号，其幅度与所获取或所馈入的无功功率的幅度成比例，所述无功功率由处于主机运行中 的节点从配电网获取或馈入配电网中。
[0021] 在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，对本地电压的调节由切换到主机 运行的节点借助于积分调节器和/或P调节器进行。
[0022] 另外，本发明提供了一种用于节点的用于调节配电网中的电压的装置，该配电网 通过电网线路给节点供应电压，该装置具有： 控制单元，其在配电网的在节点处本地存在的电压高于或低于配电网的容许的电网电 压范围时将节点从从机运行切换到主机运行； 电压调节单元，其在主机运行中通过获取或通过馈入无功功率调节本地存在的电压直 到达到容许的电网电压范围；以及具有 调制单元，其在主机运行中将指示信号模式调制到所馈入或所获取的无功功率上，所 述指示信号模式具有与所馈入或所获取的无功功率的幅度成比例的信号参数。
[0023] 另外，本发明提供了一种配电网，其通过电网线路给多个空间分布的节点供应电 压，所述节点分别具有用于调节配电网中的电压的装置，其中该装置具有： 控制单元，其在配电网的在节点处本地存在的电压高于或低于配电网的容许的电网电 压范围时将节点从从机运行切换到主机运行； 电压调节单元，其在主机运行中通过获取或通过馈入无功功率调节本地存在的电压直 到达到容许的电网电压范围；以及 调制单元，其在主机运行中将指示信号模式调制到所馈入或所获取的无功功率上，所 述指示信号模式具有与所馈入或所获取的无功功率的幅度成比例的信号参数。
[0024] 在一个可能的实施方式中，该装置具有测量单元，该测量单元一方面能够识别所 调制的信号并且另一方面是针对电压调节设置的。
[0025] 下面，参考附图进一步阐述用于调节配电网中的电压的根据本发明的方法和根据 本发明的装置的可能的实施方式。
[0026] 图1示出了用于描绘具有节点的配电网的图表，在所述节点处可以分别执行根据 本发明的用于调节电压的方法； 图2示出了另一用于阐述根据本发明的用于调节配电网中的电压的方法的作用方式 的图表；图3示出了根据本发明的用于调节配电网中的电压的装置的一个实施例的框图； 图4示出了用于描绘连接在配电网上的节点的不同运行方式的图表，以用于阐述根据 本发明的用于调节配电网中的电压的方法的作用方式； 图5示出了用于描绘配电网的节点处的不同电压变化曲线的图表，以用于阐述根据本 发明的方法的作用方式； 图6示出了另一用于描绘配电网的节点处的无功功率获取的图表，以用于阐述根据本 发明的方法的作用方式。
[0027] 如可从图1中辨认的那样，配电网具有电网线路NL，通过所述电网线路NL可以给 多个节点KN供应电压。在所示实施例中，这涉及低压电网NSN，该低压电网NSN通过可调变 压器TR与中压电网MS连接。电网线路NL是电压供应线路，其将电流或能量传输给不同节 点KN，这些节点分别具有耗电器或负载L。除此之外，节点KN也可以例如借助于光伏设施 PV至少部分地将能量馈入到配电网VN或低压电网NSN中，这如图1中所示。节点KN例如 可以以屋宇接线端子HAS连接到配电网VN的电网线路NL上，这如图1中所示。通过供能 电网或配电网VN将能量从发生器传输到耗电器。通过光伏设施PV，附加地以分散方式将能 量或电流馈入到配电网VN中。由此可以导致馈入屋宇接线端子HAS处的电压提高。通过 获取无功功率Q，可以降低馈入屋宇接线端子或节点KN处的所述电压提高。在此，获取的 无功功率Q优选地根据存在于屋宇接线端子HAS处的过压相应地来本地调整。在根据本发 明的方法中，本地获取存在于节点KN处的电压附加地由配电网VN内的另外的节点KN来支 持。因此，节点KN分别具有调节装置1，如图1中所示。在根据本发明的方法中，识别配电 网VN的在节点KN本地存在的电压高于或低于容许的电网电压范围的节点KN从从机运行 SB切换到主机运行MB，其中切换到主机运行MB的节点KN通过获取或通过馈入无功功率Q 来调节本地存在的电压U以达到容许的电网电压范围。除此之外，切换到主机运行MB的节 点向处于从机运行SB中的另外的节点指示本地调节过程及其规模，其方式是，切换到主机 运行MB的节点将指示信号模式ASM调制到由该节点从配电网VN中获取或由其向配电网VN 中馈入的无功功率Q上，该指示信号模式ASM具有与由节点KN获取或馈入的无功功率Q的 幅度成比例的信号参数。
[0028] 在根据本发明的方法中，配电网VN的节点KN因此可以在两个运行模式或运行方 式之间切换,这如在根据图4的状态图中所示。配电网VN通过电网线路NL将多个节点KN 彼此连接，其中配电网VN的至少一部分节点KN具有电压调节装置1，这在图1所示。
[0029] 图3示出了用于描绘这样的电压调节装置1的一个实施例的框图。电压调节装置 1因此具有控制单元2,该控制单元2在配电网VN的本地存在于节点KN处的电压高于或低 于配电网的容许电网电压范围的情况下将相应节点KN从从机运行SB切换到主机运行MB。 调节装置1因此能够测量存在于节点KN处的电压、例如存在于馈入点或屋宇接线端子HAS 处的电压U并且在配电网VN的容许电网电压范围方面分析该电压U。调节装置1还包括 电压调节单元3,该电压调节单元3在主机运行MB中通过获取或通过馈入无功功率Q来调 节本地存在的电压直到达到容许的电网电压范围。除此之外，调节装置1还具有调制单元 4,该调制单元4在主机运行MB中将指示信号模式调制到所馈入或所获取的无功功率Q上， 所述指示信号模式具有与所馈入或所获取的无功功率Q的幅度成比例的信号参数。在一个 可能的实施方式中，所调制的指示信号模式是正弦信号。可替代地，例如也可以调制矩形信 号。在一个可能的实施方式中，正弦信号或矩形信号具有与无功功率Q的幅度成比例的幅 度，所述无功功率Q由处于主机运行MB中的节点KN从配电网VN中获取或者由处于主机运 行MB中的节点KN馈入到配电网VN中。
[0030] 所生成的指示信号模式由切换到主机运行MB的本地调节节点KN通过电网线路NL 传输给配电网VN的仍处于从机运行模式中的其余节点KN。切换到主机运行MB的节点一直 获取无功功率Q，直到其本地电压达到预先给定的容许电网电压范围内的附加值。在此，本 地电压U的调节可以通过切换到主机运行MB的节点KN例如借助于积分调节器IR或P调 节器进行。切换到主机运行MB中的节点KN给由其获取或馈入的无功功率Q压印上指示信 号模式、例如正弦信号，其中该信号模式具有与所获取或所馈入的无功功率Q成比例的信 号参数。可替代地，该信号参数也可以是所压印的指示信号模式的频率f。如果本地电压U 高于容许电压范围的最大容许电网电压（U>Umax)，则相应节点KN获取无功功率Q。如果 本地电压低于容许的电网电压范围的最小电压（U〈Umin)，则由节点KN将无功功率Q馈入 到配电网VN中。所馈入或所获取的无功功率Q的幅度在由相应节点KN的发生器单元生成 的指示信号模式中通知给配电网VN的其它节点KN。
[0031] 在一个可能的实施方式中，所调制的指示信号模式是通过无功功率调制的正弦信 号：
【权利要求】
1. 用于调节配电网（VN)中的电压（U)的方法，所述配电网（VN)通过电网线路（NL)给 节点（KN)供应电压， 其中识别配电网（VN)的在节点（KN)本地存在的电压高于或低于容许的电网电压范围 的该节点（KN)从从机运行（SB)切换到主机运行（MB)，并且在主机运行（MB)中通过获取或 通过馈入无功功率（Q)来调节本地存在的电压（U)以用于达到容许的电网电压范围并且将 这指示给配电网（VN)的处于从机运行（SB)中的其它节点（KN)，其方式是，节点（KN)将指 示信号模式（ASM)调制到由该节点（KN)获取或馈入的无功功率（Q)上，所述指示信号模式 (ASM)具有与由该节点（KN)获取或馈入的无功功率（Q)的幅度成比例的信号参数。
2. 根据权利要求1所述的方法， 其中配电网（VN)的处于从机运行（SB)中的其它节点（KN)在从切换到主机运行（MB) 的节点（KN)接收到指示信号模式（ASM)以后执行针对在容许的电网电压范围中调节切换 到主机运行（MB)的节点（KN)的本地存在电压的支持措施。
3. 根据权利要求1或2所述的方法， 其中处于从机运行（SB)中的节点（KN)的支持措施在于，相应节点（KN)以一定规模获 取或馈入无功功率（Q)，所述规模与所调制的指示信号模式（ASM)的信号参数成比例，所述 指示信号模式（ASM)由相应节点（KN)通过配电网（VN)从切换到主机运行（MB)的节点接收。
4. 根据前述权利要求1至3之一所述的方法，其中处于从机运行（SB)中的节点（KN) 的支持措施在于，相应节点（KN)根据所调制的指示信号模式（ASM)的信号参数切换存在于 所述节点（KN)中的变压器（TR)的过压比，所述指示信号模式（ASM)由相应节点（KN)通过 配电网（VN)从切换到主机运行（MB)的节点（KN)接收。
5. 根据前述权利要求1至4之一所述的方法，其中由处于主机运行（MB)中的节点（KN) 所调制的指示信号模式（ASM)的信号参数是信号幅度或信号频率，所述信号幅度或信号频 率与由处于主机运行（MB)中的节点为了调节其本地电压而获取或馈入的无功功率（Q)的 幅度成比例。
6. 根据前述权利要求1至5之一所述的方法，其中一旦由切换到主机运行（MB)的节 点（KN)本地执行的电压调节和/或由配电网（VN)的处于从机运行（SB)中的其余节点进行 的支持措施已经导致处于主机运行（MB)中的节点（KN)不再从配电网（VN)获取无功功率 (Q)或向其中馈入无功功率（Q)，则处于主机运行（MB)中的节点（KN)就被切换回从机运行 (SB)。
7. 根据前述权利要求1至6之一所述的方法，其中所调制的指示信号模式（ASM)与配 电网（VN)的电压同步。
8. 根据前述权利要求1至6之一所述的方法，其中配电网（VN)的切换到主机运行（MB) 的节点（KN)在从配电网（VN)获取无功功率（Q)时将第一指示信号模式（ASM1)调制到所 获取的无功功率（Q)上，并且在将无功功率（Q)馈入配电网（VN)中时将第二指示信号模式 (ASM2)调制到所馈入的无功功率（Q)上。
9. 根据前述权利要求1至8之一所述的方法，其中配电网（VN)由低压电网（NSN)形成。
10. 根据权利要求9所述的方法， 其中低压电网（NSN)在至少一个节点处连接到中压电网（MSN)上。
11. 根据权利要求10所述的方法， 其中中压电网（MSN)的切换到主机运行（MB)的节点（KN)在从中压电网（MSN)获取无功 功率（Q)时将第三指示信号模式（ASM3)调制到所获取的无功功率（Q)上，并且在将无功功 率（Q)馈入中压电网（MSN)中时将第四指示信号模式（ASM4)调制到所馈入的无功功率（Q) 上。
12. 根据前述权利要求1至11之一所述的方法， 其中所调制的指示信号模式（ASM)是正弦信号，所述正弦信号的幅度与由处于主机运 行（MB)中的节点所获取或所馈入的无功功率（Q)的幅度成比例。
13. 根据前述权利要求1至12之一所述的方法， 其中对本地电压（U)的调节由切换到主机运行（MB)的节点（KN)借助于I调节器和/ 或P调节器进行。
14. 用于节点（KN)的用于调节配电网（VN)中的电压的装置（1)，所述配电网（VN)通过 电网线路（NL)给节点（KN)供应电压，该装置具有： -控制单元（2 )，其在配电网（VN)的在节点（KN)处本地存在的电压高于或低于配电网 (VN)的容许的电网电压范围时将节点（KN)从从机运行（SB)切换到主机运行（MB); -电压调节单元（3)，其在主机运行（MB)中通过获取或通过馈入无功功率（Q)来调节 本地存在的电压直到达到容许的电网电压范围；以及具有 -调制单元（4)，其在主机运行（MB)中将指示信号模式（ASM)调制到所馈入或所获取 的无功功率（Q)上，所述指示信号模式（ASM)具有与所馈入或所获取的无功功率（Q)的幅度 成比例的信号参数。
15. 配电网（VN)，尤其是低压电网（NSN)，其通过电网线路（NL)给多个空间分布的节点 (KN)供应电压，所述节点（KN)分别具有根据权利要求14所述的用于调节配电网（VN)中的 电压（U)的装置（1)。
【文档编号】H02J3/16GK104380557SQ201380034553
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年6月11日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】M.B.布尔, J.班贝格尔, M.梅茨格, R.佐拉赫尔 申请人:西门子公司