用于带有多个能够接通交流电网的逆变器的发电厂的黑启动的方法
【专利说明】用于带有多个能够接通交流电网的逆变器的发电厂的黑启 动的方法
[0001] 本发_的抟术领域
[0002] 本发明涉及一种用于发电厂的黑启动（Schwarzstart)的方法，该发电厂带有多 个能够接通一个本地交流电网的逆变器。此外，本发明涉及一种带有多个能够接通一个本 地交流电网的逆变器和一个上级的控制单元的发电厂，该控制单元实现用于黑启动的这种 方法。
[0003] 黑启动可以理解为：发电厂不用外部的能量输入而启动。也就是说，不从外部提供 电能（例如用于维持该发电厂的本地交流电网）。原因可能是：该本地交流电网例如通过 一个变压器连接到的一个外部的交流电网发生断裂，或者不允许从这种外部的交流电网中 提取能量，或者根本不存在外部的交流电网，因为该外部的交流电网是一个孤立网络。
[0004] 该交流电网的概念在此主要称作由电接口、连接（即导线）和类似物构成的实体 装置，而不是施加在该装置处或由该装置提供的交流电压。一个本地交流电网在此可以理 解为一个受限定的交流电网。在此情况下，只要一个发电厂的内部交流电网与一个外部交 流电网分离，该交流电网可以指该内部交流电网，但是也可以指一个所谓的孤立网络。在 该孤立网络的情况下，其既可以是一个不连接到外部交流电网的自给自足的孤立网络。然 而，同样该孤立网络也可以是一个空间受限的、与一个上级交流电网可分离的网络部分，只 要该网络部分与该上级（外部）交流电网分离。然而该本地交流电网通常不包括额外的负 载，这些负载不与该本地交流电网的运行相关联，或这些负载在该黑启动的过程中断开或 分呙。
[0005] 可接通该本地交流电网的、该发电厂的逆变器是用这些逆变器可以将电能馈送至 该交流电网的逆变器。原则上，这些逆变器在此情况下也可以是双向逆变器，用这些逆变器 也可以从该交流电网中提取电能，以便将电能例如缓存在一个电池中。
[0006] 由这些逆变器馈入该本地交流电网的电能尤其来自可再生的能量源，如风车或与 之连接的发电机和/或光伏发电机。
[0007] 在此，发电厂的概念不再意味着如下的多个逆变器：连接到能量源并且用这些逆 变器将电能馈入该本地交流电网。在此情况下该发电厂可以是一个严格意义上的发电厂， 例如一个风车园（Windpark)或一个光伏园。但是，发电厂的概念也包括任何具有多个逆变 器的其他能量生产单元，这些能量生产单元与任何本地交流电网连接，例如连接到一个与 上级交流电网分离连接的网络部分。 现有技术
[0008] 在带有多个由一个本地交流电网可接通的逆变器的发电厂的黑启动的情况下的 问题在于，由于变压器损失、布线阻抗等造成的该本地交流电网的必须由该发电厂自己施 加的自身需求超过能够由一个单独的逆变器可靠地提供的电能。然而非常困难的是，将多 个逆变器同时接通该本地交流电网，尤其在该本地交流电网中仍然根本不存在交流电压 时。
[0009] 由DE103 20 087A1中已知一种用于运行风车园的方法和一种带有用于控制该 风车园的中央装置的风车园。为了使该风车园能够黑启动，该风车园包括一个带有无发动 机的风向跟踪器的永磁风能设备。当不能从外部获取能量时，该永磁风能设备然后也能够 开动。借助于该永磁风能设备的电能，首先至少开动一个第一风能设备，该风能设备不是永 磁的并且用一个发动机跟踪该风向。该风能设备再次通过一个自动引导的逆变器建立一个 本地交流电网的额定频率和额定电压，该风车园的风力设备连接在该本地交流电网处。这 些其余的风能设备能够与该交流电压在该本地交流电网中同步并且用该交流电网开始馈 送功率。根据需要，该功率可以是无功功率和/或有效功率。在此情况下，这些其余的风能 设备能够通过该本地交流电网覆盖该初始的能量需求。该已知方法可行性的条件是，该风 车园包括一个带有无发动机的风向跟踪器的特殊的永磁风能设备，并且用于建立该本地交 流电网的非永磁第一风能设备提供充足的电能，以便覆盖该本地交流电网的自身需求。
[0010] 由EP 1 993 184 A1中已知一种用于风车园的黑启动的方法和一种风车园，其中 一个本地交流电网的自身需求起初通过本地能量源覆盖，该能量源的形式为一个大型电 池、一个不间断的供电设备或一个发电机（例如一个柴油发电机或燃料电池）。使用由该本 地能量源通过该本地交流电网提供的能量，以便首先启动至少一个第一风力设备。此后，连 续的其他的风力设备用不断增长的所提供的能量开动。在此，该本地能源必须建立该本地 交流电网并且相应地覆盖该网络的总自身需求，这些单独的风力设备连接在该本地交流电 网处。此外，该本地能源必须提供开动该第一风力设备需要的电功率。相应地，该额外设置 的本地能源必须设定为大尺寸。
[0011] 由US 2012/0261917 A1中已知一种用于风力设备的黑启动的方法，其中一个柴油 发电机将一个预定的交流电压施加在一个风力设备的输出端处，以便模仿一个运行中的本 地网络的额定交流电压。在此，由这些风力设备在提供该额定电压时待产生的有效功率和 无功功率首先被设置成零，以便允许无跳跃的接通。这种接通从一个风力设备到下一个风 力设备逐步进行。在此，该柴油发电机也必须能够满足这些风力设备接通的该本地交流电 网的自身需求。
[0012] 由WO 2011/058170 A1中也已知在带有多个风力设备的风车园的黑启动的情况下 由一个储能器对该自身需求的初始的覆盖和这些风力设备的相继的逐步接通。
[0013] 为了协调多个并联地连接在一个交流电网处的调节电压的逆变器的运行，即由这 些逆变器建立一个预定的电压，而不用这些逆变器之间直接的通讯，由EP 1 286 444 B1已 知所谓的频率和电压静态特征（Frequenz-und Spannungsstatiken)的使用。在此，用该概 念频率静态特征表示一个存储入这些逆变器中的频率-有效功率-特征曲线，使用该特征 曲线以用于依赖于由这些逆变器输出的有效功率来控制由这些逆变器输出的交流电压的 频率：在这些逆变器的调节电压的运行中，该有效功率由存在的阻抗产生。这些逆变器根据 输出的有效功率和存储的频率静态特征来调节其频率。相反，用该概念"电压静态特征"表 示一个存储入这些逆变器中的电压_无功功率-特征曲线，使用该特征曲线以用于根据由 这些逆变器输出的无功功率控制由这些逆变器输出的交流电压的大小或幅值：在这些逆变 器的调节电压的运行中，该无功功率也由存在的阻抗产生。作为对该输出的无功功率的反 应，这些逆变器考虑到该存储的电压静态特征在输出端处调节一个关于该电压位置的基准 值而修正的电压幅值。
[0014] 在调节电流的逆变器的情况下，即在输出一个预定的电流的逆变器的情况下，该 频率静态特征同样表明该输出的有效功率P与该施加在该逆变器的输出端处的交流电压 的频率f?之间的关系。相应的，该电压静态特征是由该逆变器输出的无功功率Q与施加在 其输出端处的交流电压之间的关系。在此，"施加在该输出端处的交流电压"在本申请中一 般指该交流电压的大小。在使用频率和电压静态特征的情况下也能够对并联地连接在一个 交流电网处的多个调节电流的逆变器的运行进行协调。在调节电压和调节电流的逆变器的 混合组中，借助于频率和电压静态特征也有可能对该运行进行协调。
[0015] 根据本专利申请的优先权日期公开的EP 2 632 012 A1致力于应对以下挑战：在 一个分散式的电能供应网络的黑启动的情况下，所有连接的网络成员找到用于建立一个稳 定的电网电压的共同工作点。在此，这些网络成员的运行借助于静态特征曲线进行，这些静 态特征曲线使一个从该电能供应网络调用的电功率与该电网电压相对。每个网络成员借助 于其静态特征曲线测定其当前待馈送的电压。当所有网络成员输出一个相同的待馈送的 电压时，实现多个网络成员之间的在该电能供应网络中彼此匹配的工作点。根据EP 2 632 012 A1最有利的是，首先允许一个单个的网络成员预定该电网电压，并且其余的网络成员 然后为此接通到该电能供应网络。然而，孤立网络的特点在于很少的层级。这些网络成员 在此仅仅能够共同地与这些消耗负载连接。然而，由于这些连接的消耗器，在该黑启动过程 中存在的消耗负载对于该单独的网络成员而言太大而无法产生该电网电压。因此，该黑启 动用至少两个协调的网络成员共同进行。该协调可以异步地进行，其中待协调的网络成员 中的每个借助于其自己当前馈入该电能供应网络的功率通过该静态特征曲线计算馈入该 网络的电压。然而这违背以下的认识：当这些协调的网络成员之一不能足够快地在其静态 特征曲线上跟随其他的网络成员时，不能以异步的方式设定一个共同的电网电压，因为该 网络成员例如具有其不能超过的电流限值。该问题能够根据EP 2 632 012 A1的表述以同 步的方式解决，其方式为通过一个共同的主控（Master)严格预定该电网电压的额定值。以 此方式能够避免由于太小的临时电网电压向这些网络成员要求太大的电流。然而每个单独 的网络成员必须与该主控连接，这在数公里空间上分布的网络成员的情况下恰恰导致巨大 的费用，高的易受干扰性和由此导致不充足的可用性。
[0016] 与此相对，EP 2 632 012 A1的观点是，移动并且略微促动在其静态特征曲线上 停滞的网络成员，使得该网络成员能够再次在其静态特征曲线上移动。这是由以下方式实 现的，即当该网络成员停滞在其静态特征曲线上时，该网络成员被移位到该静态特征曲线 上的一个新点，对于该待输出的功率，该网络成员从该新点中必须输出低于其电流限值的 电流。由此该网络成员能够通过现在再次可变的输出电流提高其待输出到该电能供应网 络的功率，并且在该静态特征曲线上自由移动。EP 2 632 012 A1因此公开一种用于将一 个馈送电压与一个带有电能供应网络的电网电压同步的方法，其中该馈送电压的特性基于 一种静态特征曲线是可测定的，其中该静态特征曲线将该馈送电压的特性与一个馈送功率 进行对比，