能量产生设备和用于使用在能量产生设备上的控制器的制造方法
能量产生设备和用于使用在能量产生设备上的控制器的制造方法
【专利摘要】一种能量产生设备，其具有多个在输入侧连接在各自的电流源上、在输出侧连接在共同的电网转接点上的逆变器。测量装置测量所有逆变器在电网转接点上的共同电流输出的电参量，每个逆变器由一控制装置控制。控制装置以组的形式隶属于组控制装置，所述组控制装置确定隶属于它的控制装置如何控制逆变器，以满足用于每个组的所有逆变器的一共同组电流输出的预设定。这些组控制装置隶属于一主控制装置，所述主控制装置基于在电网转接点测得的共同总电流输出的电参量作用于隶属于它的组控制装置，以满足总电流输出的预设定。
【专利说明】能量产生设备和用于使用在能量产生设备上的控制器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有多个的逆变器的能量产生设备，该逆变器在输入侧连接在各自的电流源上、在输出侧连接在一个共同的电网转接点上。
[0002]特别地，本发明涉及一种这样的能量产生设备，在这种装置上各个逆变器由控制装置控制，其中，至少一组逆变器的控制装置隶属于一个组控制装置，其中，测量装置对所有逆变器在电网转接点上共同的电流输出进行测量，并且组控制装置作用于该组的逆变器的控制装置，从而至少对所有逆变器的总输出进行预先设定。
[0003]连接在单个逆变器上的电流源可以是完全不同的形式。它可以特别的是纯发电机，例如光电发电机或者由风车或者内燃机驱动的电机械，或者是燃料电池。此外电流源可以包括用于电能的储存器，特别是电池和通过回转质量，特别是飞轮驱动的电机，以及由氢气储存器和可逆的燃料电池或者具有额外的水解物质的组合装置。
[0004]连接在逆变器上的电流源也可以具有多个并联或者串联连接的次级发电机或者次级电能储存器，例如在一个具有多个串联连接到多个子串的模块以及多个并联连接的子串的光电发电机上常见的那样。
【背景技术】
[0005]分散的能量产生设备在一个电网转接点上将电能输入进一个公共电网，其操作者通常必须在输入电能时，更确切的说是在电网转接点上保持电网供应商的预设定。这样特别是不足够的是，例如鉴于用于稳定电网电压而输入的寄生功率，在每个能量产生设备的一个或多个逆变器的输出端满足该预设定，因为这不可能与在电网转接点上也满足预设定同等重要。原因是例如单个逆变器的相互影响，特别是使单个逆变器与电网转接点相连以及互相间相连的连接装置的影响。该连接装置可以对于一个能量产生设备的不同逆变器具有非常不同的特性，例如当连接装置将在空间上分布很远的逆变器互相间以及与电网转接点相连时，就像在光电装置上常见的那样。
[0006]当逆变器和/或与之相连的电流源变化较大时，逆变器的互相影响可以特别的更为举足轻重。在这里，一方面一个纯电机形式的电流源，另一方面一个电能储存器形式的电流源(在这种电流源上，所连接的逆变器不仅仅输出电流，还可以接受电流)仅仅是这种改变的一个例子。
[0007]另一个挑战是，许多基于可再生能源运行的电流源，例如PV电机和由风车驱动的电机不能根据需求，而只能根据可再生能源的供给提供电能。因此仅仅由具有这种能源的逆变器组成的能量产生设备仅仅可以在一定范围内满足在电网转接点上输入电能的要求。在这里，虽然可以采用为人熟知的方法进行补救，即同时使用基于可再生能源的电流源和用于电能的储存器，特别是电池。仅仅利用这个想法也不可能实现满足在电网转接点输出电流的要求。
[0008]从现有技术为人熟知的是，当要求一个在电网转接点必须要实现的Q(U)特性曲线时，必须要考虑到逆变器和电网转接点之间的连接装置。在这里，有两种著名的设计方案。第一种基于电网转接点上的测量以及将所有的逆变器连接进一个控制回路。另一种方案基于对电网转接点上的逆变器进行预测。为此在单个逆变器中作出每个连接装置的等效电路图并用于对逆变器的控制曲线进行如下调整，即抵消每个连接装置到电网转接点的影响。
[0009]从DE 10 2009 030725 Al中可以得知一种具有许多风能发电装置的风能发电场，它所产生的电能在一个转接点输入一个电网。公共的电网为转接点预设额定值，而一个测量装置测量转接点上的电学实际值。一个主调节器根据一个第一控制层上的主额定值和主实际值之间的差值得到一个用于第二控制层的预设定。第二控制层上的多个次级主控制装置将该预设定作为次级额定值，并借助次级额定值和一个次级实际值之间的差值为风能发电装置进行预设。在所有的控制层上在预设点和风能发电装置之间都存在一个封闭的控制环，它是否无误差的工作取决于是否给控制模块输入一个准确的实际值。该实际值可以直接测量或者至少部分从其他位置的测量值计算得到，例如一个与次级主控制装置有关的实际值从分配给它的风力发电装置的实际值中得到。为了使这种串联式的控制更加稳定，有利的进行了设计，使次级控制层各自具有一个比上级控制层更小的时间常数。次级主控制装置在对风力发电装置进行预设时为了提供一定数量的寄生功率要考虑到风力发电装置被布置成与转接点具有不同距离，并使预设定相应的适应于风力发电机。在著名的风力发电厂中设计了可以可选的被替换为主控制装置和次级主控制装置的控制模块。
【发明内容】
[0010]本发明的任务是，提供一种具有多个在输入侧各自连接在电流源上、在输出侧连接在一个共同的连接点上的逆变器，其结构从根本上使多个具有不同电流源和不同连接装置的不同逆变器更容易控制其总电流输出，使其在一个共同的转接点上维持预设定。
[0011]本发明的任务通过根据本发明的一个方面的能量产生设备解决。本发明的其他方面涉及该能量产生设备的优选结构形式。本发明的另一方面涉及一种应用在所述能量产生设备上的控制装置。本发明的又一方面涉及该控制装置的一种优选结构形式。
[0012]根据本发明，提出一种能量产生设备，其具有多个在输入侧连接在各自的电流源上、在输出侧连接在一个共同的电网转接点上的逆变器，
[0013]-其中，每个逆变器都包括一个控制装置，
[0014]-其中，第一组逆变器的控制装置与第一组控制装置连接，
[0015]-其中，所述第一组控制装置作用于所述第一组逆变器的控制装置，
[0016]-至少第二组逆变器的控制装置与第二组控制装置连接，
[0017]-其中，所述第二组控制装置作用于第二组逆变器的控制装置，
[0018]-其中，所述第一组控制装置和至少所述第二组控制装置与一个主控制装置连接，
[0019]-其中，用于在电网转接点上测量所有逆变器的共同的总电流输出的电参量的测量装置与所述主控制装置连接，以及
[0020]-其中，所述主控制装置基于在电网转接点上测得的共同的总电流输出的电参量作用于隶属于它的组控制装置，
[0021]本发明提出，每个组控制装置和/或所述主控制装置包括:
[0022]一个或者多个用于确定隶属的控制装置的控制曲线的输出端和/或用于将用于逆变器的控制信号传输给隶属的控制装置的输出端；
[0023]一个或者多个用于测量装置的电参量的测量值的输入端；和/或
[0024]一个用于与电网操作者进行可靠通讯连接的输入端；和/或
[0025]一个用于连接在一个上级控制装置上的输入端。
[0026]根据本发明的另一优选方案，所述控制装置被构造为根据控制曲线和在所述逆变器上测得的电参量控制所述逆变器，其中，所述组控制装置被构造为确定隶属于它们的控制装置的控制曲线。
[0027]根据本发明的另一优选方案，所述组控制装置被构造为将用于所述逆变器的控制信号传递给隶属的控制装置。
[0028]根据本发明的另一优选方案，至少另一组逆变器的控制装置隶属于另一组控制装置，其中，所述另一组控制装置作用于第三组逆变器的控制装置，用于满足用于所述另一组的所有逆变器的共同组电流输出的预设定，和所述另一组控制装置也隶属于所述主控制装置。
[0029]根据本发明的另一优选方案，所述用于共同的总电流输出的预设定通过主控制装置直接由连接在电网转接点上的交流电网的电网操作者获得和/或从在电网转接点上测得的电参量求得。
[0030]根据本发明的另一优选方案，所述能量产生设备包括测量单个组的组电流输出和/或单个逆变器的电流输出的电参量的另外的测量装置，所测得的电参量被主控制装置和/或组控制装置和/或控制装置考虑。
[0031 ] 根据本发明的另一优选方案，所述主控制装置被构造为通过传输用于共同的组电流输出的预设定作用于隶属于它的组控制装置。
[0032]根据本发明的另一优选方案，所述主控制装置被构造为基于一个整体模型作用于隶属于它的组控制装置，所述整体模型描述所有逆变器和连接在逆变器上的电流源在电网转接点上的电流输出以及所有控制装置和所有组控制装置。
[0033]根据本发明的另一优选方案，所述主控制装置被构造为基于单个组的组共同作用模型作用于隶属的组控制装置，所述组共同作用模型描述了相应的组包括其组控制装置在内在电网转接点上的组电流输出方面的共同特性。
[0034]根据本发明的另一优选方案，每个组控制装置被构造为基于一个组模型确定隶属于它们的控制装置如何对逆变器进行控制，所述组模型描述了逆变器和连接在其上的电流源在电网转接点和/或相应的组转接点上的电流输出以及该组的所有控制装置。
[0035]根据本发明的另一优选方案，所述组控制装置被构造为基于单功能模型确定隶属于它们的控制装置如何对逆变器进行控制，所述单功能模型描述了相应的逆变器和连接在逆变器上的电流源包括附属的控制装置在内在电网转接点和/或相应的组转接点上的电流输出方面的特性。
[0036]根据本发明的另一优选方案，相应的模型被构造为可以由使用它的主控制装置或者组控制装置基于测得的电参量进行检验并在需要时进行更新。
[0037]根据本发明的另一优选方案，所述主控制装置被构造为能够以一时钟频率作用于所隶属的组控制装置，该时钟频率至少比下述时钟频率小一个因数2、优选至少小一个因数5、更优选至少小一个因数10，所述组控制装置以该时钟频率确定隶属于它的控制装置如何控制逆变器。
[0038]根据本发明的另一优选方案，所述组控制装置被构造为能够以一时钟频率确定隶属于它的控制装置如何控制逆变器，该时钟频率至少比所隶属的控制装置工作时的时钟频率小一个因数2、优选至少小一个因数5、更优选至少小一个因数10。
[0039]根据本发明的另一优选方案，至少一个组只包括同样的逆变器以及连接在逆变器上的电流源。
[0040]根据本发明的另一优选方案，多个组具有相应组的逆变器以及连接在逆变器上的电流源在电网转接点上的共同电流输出方面的同样的共同特性。
[0041]根据本发明的另一优选方案，所述电流源是发电机、可选的是PV发电机和/或具有与之相连的风车或者内燃机的电机和/或燃料电池，以及用于电能的储存器、可选的是电池和/或具有与之相连的惯性质量的电机和/或可逆的燃料电池或者具有与之相连的氢气储存器的燃料电池/水解物质组合。
[0042]根据本发明的另一优选方案，除了隶属于组控制装置的逆变器之外，将至少一个另外的、直接隶属于主控制装置的逆变器连接在电网转接点上，所述另外的逆变器具有之相连的电流源。
[0043]根据本发明的另一优选方案，所述另外的逆变器的电流源是大电池、大电容器和/或具有与之相连的惯性质量的电机。
[0044]根据本发明的另一优选方案，每个逆变器的控制装置都具有能量管理系统，电能储存器连接在所述逆变器上。
[0045]根据本发明的另一优选方案，用于电能储存器的模型被构造为不仅描述了它们的输出电流特性，也描述了它们在电网转接点上的电流消耗特性。
[0046]根据本发明的另一优选方案，所述主控制装置和所述组控制装置是具有相同硬件的控制器。
[0047]此外，本发明还涉及一种用于使用在上述能量产生设备上的控制器，本发明提出，所述控制器被构造为组控制装置或者主控制装置，所述控制器具有
[0048]一个或者多个用于测量装置的电参量的测量值的输入端和/或
[0049]一个用于与电网操作者进行可靠通讯连接的输入端和/或
[0050]一个用于连接在一个上级控制装置上的输入端和一个用于连接在多个隶属的控制装置上的输出端和/或
[0051]一个或者多个用于确定隶属的控制装置的控制曲线的输出端和/或
[0052]一个或者多个用于将用于逆变器的控制信号传输给隶属的控制装置的输出端。
[0053]根据发明的能量产生设备具有多个在输入侧各自连接在电流源上、在输出侧连接在一个共同的连接点上的逆变器。测量装置测量所有逆变器在电网连接点上共同的总电流输出的数据。每个逆变器由一个控制装置控制。该控制装置隶属于组形式的组控制装置，它决定隶属于它的控制装置如何对逆变器进行控制，以便满足用于每个组的所有逆变器的一个共同组电流输出值的预设定。这指的是，逆变器的隶属于不同的组控制装置的不同组没有交叉，也就是说，例如没有逆变器是同时属于第一组和属于第二组的。组控制装置自身隶属于一个主控制装置，后者以在电网连接点上测量的共同的总电流输出的数据为基础对隶属于它的组控制装置起作用，以便满足总电流输出的预设定。
[0054]多个逆变器的控制装置在这里所公开的能量产生设备中具有级联结构，但是没有嵌套式的调整装置。主控制装置与多个逆变器相比直接隶属于很少的单元，特别是组控制装置。由此在能量产生设备的逆变器数目很大时也可以控制主控制装置的复杂程度。单个逆变器的多个控制装置则隶属于每个组控制装置。在这里，隶属单元的数量与能量产生设备的逆变器的总数相比各自都是很少的，这限制了组控制装置的复杂程度。对于很大的能量产生设备可以使这种级联结构设计扩展另一个级联级，例如多个主控制装置隶属于一个上级控制装置或者通过将一个逆变器分成多个并联接通的具有各自次级电流源和次级控制装置的次级逆变器。能量产生设备的用于多个逆变器的控制的级联装置至少具有两级，它们连接在唯一的一个电网连接点上。
[0055]在电网连接点上由能量产生设备实现用于所有逆变器共同的总电流输出的预设定。这通过测量共同的总电流输出值的数据进行监测，并可以在需要的时候进行记录。但是对所测量的总电流输出值的大小进行检测在这里公开的能量产生设备上并不一定意味着对至少两个逆变器的控制包括一个控制回路。相反的整个控制可以被设计为没有反馈和没有期望/实际比较的前馈控制，即被设计成调节器而不是控制器。至少能量产生设备的单个逆变器的控制装置不是被设计成控制器，而是在大多数情况下作为调节器根据所属的组控制装置的预设定工作。
[0056]这样控制装置就可以根据控制曲线和在逆变器上所测量的电参量控制逆变器。在这里，组控制装置确定隶属于它们的控制装置的控制曲线，从而决定隶属于它们的控制装置如何控制逆变器。组控制装置为此也可以将用于逆变器的控制信号传到隶属的控制装置上。组控制装置自身和主控制装置同样可以作为单纯的调节器工作。实际上至少是主控制装置也可以对用于总电流输出的预设定和共同的总电流输出的相应电参量进行期望/实际比较，该主控制装置本来就要考虑所测量的共同的总电流输出的电参量。
[0057]可以理解的是，这里公开的能量产生设备可能不仅仅只包括两个，还可能包括逆变器的其他组，它们各自隶属于另一组控制装置，其中，另一组控制装置也可以隶属于主控制装置。
[0058]主控制装置可以直接通过连接在电网转接点上的逆变器的电网操作者收到用于电网转接点的总电流输出的预设定，例如通过一个有线或者无线的远程通讯连接。利用交变电流网的电力线通讯也属于这种远程通讯连接。可选地，主控制装置可以从在电网转接点上所测的电参量得到预设定。在这里，指的例如是一个预设Q(U)特性曲线或者是预设了待输出功率P与电网频率f的关系的P (f)特性曲线。
[0059]在这里公开的能量产生设备中也可以设计其他的测量装置，它测量单个组的组电流输出和/或单个逆变器的电流输出的的电参量。这个测量装置可以特别是在组转接点上进行测量，在该点上单个组的单个逆变器的电流输出汇聚在一起。这个额外测量的电参量可以由主控制装置，但是也可以由组控制装置或者单个逆变器的控制装置，在参与到组控制装置中、在参与到控制装置中或者说在控制逆变器时进行考虑。额外测量的电参量例如可以实现，组控制装置利用闭合的控制回路进行它的目标和/或由它预设的电流输出以及组电流输出。此外当能量产生设备的部件中出现错误时可以锁定错误的位置并关闭或者说断开涉及到的区域，而不需要总体调整能量产生设备的运行。
[0060]主控制装置可以基于能量产生设备的整体模型作用于隶属于它的组控制装置。一个这样的整体模型可以描述所有逆变器和连接在其上的电流源在电网转接点和/或组转接点上的电流输出。这种描述包括了位于单个逆变器和电网转接点之间的连接装置的影响。这样的连接装置可以对单个逆变器关于电网转接点的特性产生非常大的影响，特别是当它包括了很长的线路或者例如也包括一个或者多个变压器时。在这里，一个在电网转接点上已有的变压器可以根据定义属于能量产生设备或者交流电网的一部分，而在组转接点上可能还存在的变压器属于组自身或者属于位于电网连接点上的组的连接装置。
[0061]因此，通过整体模型，主控制装置得到了关于整个能量产生设备的所有重要特性的信息。以这种方法可以允许主控制装置非常详细地对组控制装置产生影响，从而例如在它影响单个逆变器方面进行控制。当它仅仅基于单个组的组作用结构对隶属的组控制起作用，能量产生设备的主控制装置也可以保持更小的复杂程度，该组作用结构描述了每个组(包括其组控制装置)在电网转接点上的组电流输出方面的共同特性。这个组共同作用结构将每个组描述为有功能的单元。单个组共同作用结构可以在主控制装置内集成成一个总功能结构，它描述了整个能量产生设备，或者说所有组的功能。
[0062]每个组控制装置可以在它那方面基于一个组模型确定隶属于它们的控制装置如何对逆变器进行控制，其中，组模型描述了逆变器和连接在其上的电流源在电网转接点和/或每个组转接点上的电流输出，以及该组的所有控制装置。在这里，该描述也包括了位于单个逆变器和电网转接点之间，如有必要每个组转接点之间的连接装置的影响。由此每个组控制装置得到了关于该组所有部件的非常详细的信息，并且可以非常详细的对单个逆变器的控制装置产生影响。
[0063]此外，逆变器的传统的控制装置的主要部件，例如借助一个PLL确定电网频率，以及监视电网，包括探测电网错误可以集成进这样的一个结构中。此外可以得到用于逆变器的半导体开关的时钟信号，其中，时钟信号适用于所有的电网状态和运行状态，它可以在上一级的组控制装置中产生。这样可以对单个的逆变器的控制装置进行非常简单的控制。在极端情况下它仅仅由直接转化组控制装置的控制命令的传动齿轮组成，特别是对由传动齿轮控制的位于单个逆变器内的半导体开关的开关操作。此外可以显著简化位于逆变器内部的测量装置或者至少显著减小对其精确性的要求，从而降低单个的逆变器以及整个装置的制造成本。
[0064]反过来，当组控制装置基于单功能模型确定隶属于它的控制装置如何对逆变器进行控制使，它可以保持更简单，其中，单功能模型描述了每个逆变器和连接在其上的电流源包括附属的控制装置在电网转接点和如有必要每个组转接点上的电流输出。在这里，每个逆变器连同其电流源不仅包括它位于电网转接点上的接入装置，还包括附属的控制装置一起被视为功能性单元，组控制装置仅仅能从该单元得知，它如何借助在电网转接点上的输出电流控制它的控制装置做出反应。
[0065]在此，提及的每个模型都可以按照前馈控制的形式得到应用。这意味着，只要模型正确并正确使用，将主控制装置或者组控制装置嵌入到各自所隶属的组控制装置或者控制装置中就可以使电网转接点上的预设定保持准确。但是实际情况中的前提是存在非常精确的模型，并且在这方面所包括的描述具有持久的有效性。只要任何一个实际的参数改变，从而模型不完全准确，则确定并修改偏差。为了达到这个目的很重要的是，每个模型由它所使用的主控制装置或者组控制装置基于所测的电学数值进行检查，并在需要时进行更新。可以理解的是，对单个模型的检查越仔细，并且更新更加精确，则电学数值测量的更加多样化。这包括，不仅仅在电网转接点上，在单个组或者甚至单个逆变器的组转接点上对电学数值进行测量，正如在上文中作为一种可能性提到的那样。
[0066]前文已经阐述的级联这里公开的能量产生设备可以和时钟频率的分级一起使用，借助该时钟频率对各自所隶属的控制装置产生影响，或者说所隶属的控制装置借助它工作。这样主控制装置可以借助一个时钟频率对所隶属的组控制装置产生影响，该时钟频率至少比一个组控制装置用于确定所隶属的控制装置如何控制逆变器的时钟频率小一个因数2，更好的是小一个因数5，最好至少小一个因数10。此外组控制装置可以控制逆变器，它至少比一个所隶属的控制装置用于工作的时钟频率小一个因数2，更好的是至少小一个因数5，最好至少小一个因数10。单个逆变器的控制装置的时钟频率因此是最大的，可能有若干个10kHz。同时由单个逆变器的控制装置所完成的任务的复杂性最小，但是同时其中，可能产生最大的输入端波动，对输出交流电的质量的要求最高，这意味着例如尽可能精确的正弦曲线。待解决的任务通过组控制装置直至主控制装置将更加复杂。同时待考虑的输入值由于平均值相对来看发生更慢的波动。基于此可以将时钟频率朝这个方向减小。
[0067]除了可以作用于各自所属的控制装置中的时钟信号，也可以在从逆变器至主控制装置的方向以及在它上面减少信号的数据传输率，借助它可以接受，或者说由各自上一级的控制装置产生各自所隶属的控制装置的预设定，由此可以简单的维持至主控制装置或者从它至组控制装置的特别长的信号传输线路或者通信线路，而更高的数据传输率仅仅存在于组控制装置和逆变器之间的更短的信号传输路径中。
[0068]总而言之在这里公开的能量产生设备上可以将借助作为调节器的主控制装置的进行较慢的控制与向单个逆变器的控制装置方向逐渐加快调节组合在一起。借助较快的调节可以使整个控制达到更快的速度，调节所产生的错误由上一级的的控制器识别和校正，这虽然缓慢但是很可靠并且成本很低。
[0069]具体地，控制装置可以根据控制曲线和在逆变器上所测得的数据以高时钟频率进行调节，其中，组控制装置通过改变控制曲线确定隶属于它们的控制装置如何对逆变器进行调节。这可以通过平衡的改变或者根据额外的电参量产生控制曲线进行确定。此外可以改变与额外的电参量的关系。如同已经阐述的那样，也可能的是，控制装置根据组控制装置固定的预设定对逆变器进行调节。可能的是，逆变器的控制装置是将组控制装置的控制信号仅仅还转化成用于逆变器开关的控制信号的传动齿轮。反过来，组控制装置可以为单个逆变器的控制装置的输出电流制定仅仅是大致的预设定，其中，在单个控制装置的范围内完全忽略了该预设定是如何实现的。
[0070]这里公开的能量产生设备的单个组可以仅仅由相同类型的逆变器以及连接在其上的电流源组成。这样的同种类型的组可以特别简单的进行控制。但是当例如逆变器的所有电流源是PV发电机组时，该组在阴天时部分失效，在夜间则完全不工作。因此有利的是，也在尽可能稳定、有利、共同的特性上确定单个的组，这通过将例如不同的电流源，特别的其中，不仅仅只有纯发电机，还有电能储存器互相相连。在这里，还可以形成多个这样的具有最优共同特性的组，它们在电网转接点上的共同组输出电流具有与逆变器和连接在其上的电流源的同样的共同特性，因为这简化了主控制装置的任务。
[0071]这里公开的能量产生设备的电流源可以包括纯发电机，在这里特别是具有与之相连的风车轮或者内燃机的PV发电机和/或电机。此外电流源可以包括电能储存器，在这里，特别是电池和/或具有与之相连的惯性质量的电机。
[0072]在这里公开的能量产生设备上除了隶属于组控制装置的逆变器之外，可以有至少另一个直接隶属于主控制装置的逆变器连接在电网转接点上，该逆变器具有连接在其上的电流源。这意味着，组控制装置的中间级不一定被设计用于能量产生设备的每个逆变器。特别对于大的单元尤其如此，例如另一个电流源是一个大电池、一个大电容或者是一个惯性质量储能器的逆变器，它可能被设计在电网转接点附近作为能量缓冲器。通过直接将一个或者多个大的单元连接在主控制装置上能量产生设备特别的可以特别快的对临界的电网事件，例如电网故障做出反应，例如输入一个大的无功功率以稳定电压，暂时将大的有效功率作为负的额定功率，或者非对称的输入进一个多相位的电网，而不将用于组或者单个逆变器的输出电流的可选的必要的预设定传递给组控制装置或者单个逆变器。
[0073]被证明有利的是，能量产生设备的每个逆变器的控制装置具有一个能量管理系统，一个电能储存器连接在该逆变器上，该系统特别地一方面对储能器的储能量和它由此继续储存电能的能力，另一方面对输出电能进行记录。
[0074]关于这点需要指出的是，能量产生设备的整体或者部分模型(包括电能储存器)不仅描述了它们的输出电流特性，也描述了在电网转接点上的电流消耗特性，包括其当前的充电状态。
[0075]在这里公开的能量产生设备中主控制装置和组控制装置可以是硬件相同并且在很大程度上也相同地编程的控制器。一个这样的控制器可以被设计成具有很小的或者甚至完全没有软件匹配成本，它可以可选地作为组控制装置或者主控制装置使用。例如控制器可以具有一个或者多个用于电参量的测量装置的测量值的输入端和/或一个用于与电网操作者进行可靠通讯连接的输入端和/或一个特别快的用于连接多个隶属的控制装置的输出端和/或一个或者多个用于确定所隶属的控制装置的控制曲线的输出端和/或一个或者多个用于将用于一个逆变器的控制信号传递给所隶属的控制装置的输出端。
[0076]本发明的有利的改进由其他描述、【专利附图】
【附图说明】和图示得到。在说明前言中提到的特征的优点和其他特征的组合仅仅作为例子，可以可选的或者组合的起作用，而不需要强制的通过根据发明的结构示例实现上述优点。不改变其他有利方案的内容，原始申请材料和样品的公开内容如下:其余的特征可以从图示——特别是所示的几何结构和多个部件的相对尺寸以及其相对布置和有效连接——得到。本发明的不同结构示例的特征组合或者与特征不同的保护要求同样可能与优选的技术方案有所偏差，并且对此是有根据的。这也涉及到在单独的图示中示出的或者在其描述中提及的特征。这些特征也可以与不同优选技术方案的特征相组合。同样的在优选技术方案中所提及的特征也可以不使用在本发明的其他结构示例上。
[0077]在优选技术方案和说明书中所提及的特征的数量必须被理解为，存在着与所提到的数量刚好相同或者比它更多的数量，而不需要明确的使用“至少”一词。当例如谈及一个部件时，必须被理解为，存在着刚好一个、两个或者更多的部件。与之相反当需要指出一个特征的准确数量时，则在每个特征之前使用“刚好”。这些特征可以通过其他的特征进行补充或者可能是组成相应的成品的单个特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0078]接下来将通过在附图中示出的优选结构示例进一步说明和描述本发明。
[0079]图1是一个根据发明的能量产生设备的示意图。
[0080]图2是根据图1的能量产生设备的一个逆变器的原理的完整示意图。
[0081]图3描述了其中一个能量产生单元的Q(U)曲线。
[0082]图4描述了一个用于使用根据图3中的特性曲线的取决于每个能量产生单元的有效功率的校正电压；以及
[0083]图5描述了一个取决于每个能量产生单兀的有效功率的额外的校正无功功率，它同样的在使用图3中的特性曲线时被考虑进一个控制曲线中。
【具体实施方式】
[0084]图1中示出的能量产生设备I具有多个逆变器2至11，它们通过一个共同的电网转接点12连接在一个交流电网13上。在这里，设计了未示出的其他不同的测量装置14用于测量电网转接点12上的所有逆变器2至11共同的总电流输出的电参量，其中，(当在电网转接点12上存在一个这样的变压器时)可以在变压器的初级和/或次级侧进行测量。特别的电参量可以是流经电网转接点12的电流、电网电压、电流和电压间的相角和/或交流电网13的频率。可选地也可以测量其他的包含相应信息的电参量。由测量装置14测量得到的电参量被提供给能量产生设备的一个主控制装置15。该主控制装置15把这个电参量与用于通过电网转接点12的共同的总电流输出的预设定进行比较。该预设定可以特别的包括用于有效功率P、无功功率Q、相角COS Φ和/或输入功率的不对称性的预设定并且由主控制装置15借助预设的函数关系从电参量中自动推算出。可选地，预设定可以通过一个信息通讯线路16由一个外部位置，特别是一个操作交流电网13的电网操作者17传送给它们。为了实现用于共同的总电流输出的预设定，主控制装置15 —方面作用于组控制装置18至20中(多个逆变器2至4、5至7以及8至10各自隶属于他们)，另一方面直接控制逆变器11的这里未单独示出的控制装置。组控制装置从主控制装置15得到例如一个用于它的逆变器在电网转接点12，或者每个组转接点21、22以及23上的共同的组电流输出预设定。每个组转接点21至23上的组电流输出的电参量将借助测量装置24至26测量得到并且提供给每个组控制装置18至20，该测量装置被布置在一个可选的位于每个组转接点21至23上的变压器的初级和/或次级侧。
[0085]为了使组电流输出等于主控制装置15的预设定，组控制装置18至20作用于这里未单独示出的逆变器2至10的控制装置。在这种方法中主控制装置15可以将每个组27至29从逆变器2至4、5至7以及8至10以及所属的组控制装置18、19以及20和所有位于一个用虚线围出的框内的其他各自包括的部件看做功能性单元。它仅仅需要从该单元中得到共同的特性，例如一个组共同功能模型。相反地也可能的是，主控制装置15虽然仅仅直接作用于组控制单元18至20，从而对位于组转接点21至23上的组输出电流产生影响，但是在这里，直接产生用于单个逆变器2至10的预设定，该预设定此外仅仅由组控制装置18至20实现。在这里，就可以使用能量产生设备I的一个总结构，该结构被提供给主控制装置15并描述了能量产生设备I的所有部件，它影响了电网转接点12上的共同的电流输出。在单个组27至29的范围内存在着相应的改动可能性。组控制装置18至20可以将单个的逆变器2至10包括与之相连的电流源，逆变器和组转接点21或者电网转接点12之间的连接装置包括其控制装置看做功能性单元，或者单独考虑所有提及的部件。
[0086]在图1中同样地示出了每个组27至29的逆变器2至4、5至7和8至10，更确切的说不仅仅是它在每个组27至29中的数量相同，它在组内部和越过组27至29的结构也相同。然而需要强调的是，单个组的逆变器的数量可以有很大的改变，并且虽然可以将相同的逆变器包括在组27至29内，但是每个组的逆变器也可以是不同的。具体的可以在每个组内既设计有具有纯电机形式的电流源的逆变器，也设计了具有电能储存器形式的电流源的逆变器。这样例如不能稳定供应的电能(因为它们由组中个别逆变器的PV发电机形式的电流源产生)可以暂时储存在在组中其他的逆变器的电池或者其他电能储存器中，并在需要时重新使用。因此在理想情况下每个组27至29产生总是能产生电能用于在电网转接点12上在预设范围内输出电流。为了达到这个目标，可以除了使用利用可再生能源的纯电机外也使用例如借助内燃机最终利用化石能源的纯电机。同样的除了用于中期或者长期储存电能的电池之外也使用用于短暂储存电能的电容器或者连接在电机上的惯性质量。也可以使用可逆的燃料电池系统用于长期的暂存电能，它将电能以氢气的形式进行暂存。
[0087]图1中的不隶属于任何组控制装置的逆变器11示例性地代表了一个大的能量产生单元，它可以直接连接在电网转接点12上，从而在那里暂时地对临界的电网事件做出反应和/或对组27至29的共同的总电流输出的波动进行平衡。在这里，可以是例如一个可以暂时从一个大电容或者一个惯性质量储能器中得到很高的有效和/或无功功率，或者连接在一个作为电流源的大电池上的逆变器，或者是一个其电流源具有一个电机的逆变器，该电机具有一个连接在其上的大的柴油机形式的内燃机。
[0088]当根据图1的能量产生设备I工作时，每个用于使用的模型都按照借助测量装置14和24至26测量的电参量进行检验，如有必要还进行更新。只要所使用的模型按照这种方法保持更新，它就使主控制装置15或者组控制装置18至20可以保证在电网输入点12上的共同的电流输出或者根据一个前馈控制结构的电流输出达到各自的预设定。甚至当同时对实际出现的结果进行监测，也可以相对来说保持较慢的监测，而不存在每个输出电流在这期间发生更大变动的风险。在所隶属的功能单元，即组27至29以及逆变器2至10内很有意义的是，借助一个明显更大的时钟频率进行控制以及改变控制。这特别是当逆变器的电流源——如同在PV电机上——实际上不能避免用于使用的电能出现暂时的明显波动时尤为重要。
[0089]图2示例性示出了根据图1的逆变器2，包括隶属于它的对组转接点21上的电流输出产生影响并且在图1中未单独表示的部件。这包括了连接在逆变器2输入侧上的电流源30、将逆变器连接在组转接点21上的连接装置31、逆变器的控制装置32以及用于测量逆变器2在其输出侧上的输出电流的电参量的测量装置33。组控制装置18可以将逆变器2包括这个以及其他对逆变器2的输出电流产生影响的因素看做一个功能单元34，并且除该功能单元34的一个单功能模型之外不做进一步的考虑。相反的组控制装置18可以单独考虑所提及的部件，并且施加给控制装置32控制命令，该控制命令由它直接进行转换。
[0090]连接装置的特性可以基于该连接装置的单个部件进行理论建模，即计算，通过该连接装置单个逆变器2至11连接在电网转接点12和如有必要组转接点21至23上。一个为人熟知的用于保持交流电网中的电压的方法是，所连接的能量产生设备根据在其电网转接点上存在的电网电压U输入无功功率Q。图3示出了一个相应的Q(U)特性曲线，其中，Q表示所输入功率中的无功功率量，U表示在工作单元内的电网电压。当要求电网转接点上的总电流输出跟随该特性曲线，则由于单个能量产生单元的连接装置的特性在电网转接点上不能够在不对能量产生单元进行匹配的前提下而改变该曲线。该特性曲线必须在每个能产生装置中进行修正，从而使每个能量产生单元的连接装置承担计算。该修正至少考虑了一个根据由每个能量产生设备输入的有效功率Pw的修正电压Uk，其中，通常可以使用一个线性关系，如同在图4中所示出的那样，该修正电压Uk实际上考虑了每个能量产生设备和电网转接点之间由于欧姆电阻造成的电压损失。
[0091]此外已被证明有利的是，也对根据图3的特性曲线修正一个根据所输入的有效功率？￥的修正无功功率Qk，为此在图5中示出了一个可能的由不同参考值确定的曲线。其他的修正对于完全考虑单个连接装置也可以是必要的。对该特性曲线的修正从而对每个能量产生单元的连接装置进行补偿导致了每个能量产生单元不再可以借助一个静态的控制曲线进行控制，该曲线是一条固定的曲线。在二维图中进行的不同的必要的修正其实产生了一系列的特性曲线或者一个在三维或者多维空间中延伸的二维或者多维控制面。但是实际情况中当控制曲线的输入值和输出值额外进行修改时，可以保持能量产生单元的控制曲线控制，前提是仅仅对控制曲线的二维曲线的修正还不足够。
[0092]附图标记表
[0093]I能量产生设备
[0094]2逆变器
[0095]3逆变器
[0096]4逆变器
[0097]5逆变器
[0098]6逆变器
[0099]7逆变器
[0100]8逆变器
[0101]9逆变器
[0102]10逆变器
[0103]11逆变器
[0104]12电网转接点
[0105]13交流电网
[0106]14测量装置
[0107]15主控制装置
[0108]16通讯线路
[0109]17电网操作者
[0110]18组控制装置
[0111]19组控制装置
[0112]20组控制装置
[0113]21组转接点
[0114]22组转接点
[0115]23组转接点
[0116]24测量装置
[0117]25测量装置
[0118]26测量装置
[0119]27组
[0120]28组
[0121]29组
[0122]30电流源
[0123]31连接装置
[0124]32控制装置
[0125]33测量装置
[0126]34功能单元。
【权利要求】
1.一种能量产生设备(I)，其具有多个在输入侧连接在各自的电流源(30)上、在输出侧连接在一个共同的电网转接点(12)上的逆变器， -其中，每个逆变器都包括一个控制装置(32)， -其中，第一组(27)逆变器的控制装置(32)与第一组控制装置(18)连接， -其中，所述第一组控制装置(18)作用于所述第一组(27)逆变器的控制装置(32)， -至少第二组(28)逆变器的控制装置(32)与第二组控制装置(19)连接， -其中，所述第二组控制装置(19)作用于第二组(28)逆变器的控制装置(32)， -其中，所述第一组控制装置(18)和至少所述第二组控制装置(19)与一个主控制装置(15)连接， -其中，用于在电网转接点(12)上测量所有逆变器的共同的总电流输出的电参量的测量装置(14)与所述主控制装置(15)连接，以及 -其中，所述主控制装置(15)基于在电网转接点(12)上测得的共同的总电流输出的电参量作用于隶属于它的组控制装置(18至20)， 其特征在于，每个组控制装置(18至20)和/或所述主控制装置(15)包括: 一个或者多个用于确定隶属的控制装置(32)的控制曲线的输出端和/或用于将用于逆变器的控制信号传输给隶属的控制装置(32)的输出端； 一个或者多个用于测量装置(14)的电参量的测量值的输入端；和/或 一个用于与电网操作者(17)进行可靠通讯连接的输入端；和/或 一个用于连接在一个上级控制装置(15)上的输入端。
2.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，所述控制装置(32)被构造为根据控制曲线和在所述逆变器上测得的电参量控制所述逆变器，其中，所述组控制装置(18至20)被构造为确定隶属于它们的控制装置(32)的控制曲线。
3.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，所述组控制装置(18至20)被构造为将用于所述逆变器的控制信号传递给隶属的控制装置(32)。
4.根据上述权利要求中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于， -至少另一组(29)逆变器的控制装置(32)隶属于另一组控制装置(20)， -其中，所述另一组控制装置(20)作用于第三组(29)逆变器的控制装置(32)，用于满足用于所述另一组(29)的所有逆变器的共同组电流输出的预设定，和-所述另一组控制装置(20)也隶属于所述主控制装置(15)。
5.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，所述用于共同的总电流输出的预设定通过主控制装置(15) -直接由连接在电网转接点(12)上的交流电网(13)的电网操作者(17)获得和/或 -从在电网转接点(12)上测得的电参量求得。
6.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，所述能量产生设备(I)包括测量单个组(27至29)的组电流输出和/或单个逆变器的电流输出的电参量的另外的测量装置(24至26、33)，所测得的电参量被主控制装置(15)和/或组控制装置(18至20)和/或控制装置(32)考虑。
7.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，所述主控制装置(15)被构造为通过传输用于共同的组电流输出的预设定作用于隶属于它的组控制装置(18至
20)。
8.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，所述主控制装置(15)被构造为基于一个整体模型作用于隶属于它的组控制装置(18至20)，所述整体模型描述所有逆变器和连接在逆变器上的电流源(30)在电网转接点(12)上的电流输出以及所有控制装置(32)和所有组控制装置(18至20)。
9.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，所述主控制装置(15)被构造为基于单个组(27至29)的组共同作用模型作用于隶属的组控制装置(18至20)，所述组共同作用模型描述了相应的组(27至29)包括其组控制装置(18至20)在内在电网转接点(12)上的组电流输出方面的共同特性。
10.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，每个组控制装置(18至20)被构造为基于一个组模型确定隶属于它们的控制装置(32)如何对逆变器进行控制，所述组模型描述了逆变器和连接在其上的电流源(30)在电网转接点(12)和/或相应的组转接点(21至23)上的电流输出以及该组(27至29)的所有控制装置(32)。
11.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，所述组控制装置(18至20)被构造为基于单功能模型确定隶属于它们的控制装置(32)如何对逆变器进行控制，所述单功能模型描述了相应的逆变器和连接在逆变器上的电流源(30)包括附属的控制装置(32)在内在电网转接点(12)和/或相应的组转接点(21至23)上的电流输出方面的特性。
12.根据权利要求8至11中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，相应的模型被构造为可以由使用它的主控制装置(15)或者组控制装置(18至20)基于测得的电参量进行检验并在需要时进行更新。
13.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(1)，其特征在于，所述主控制装置(15)被构造为能够以一时钟频率作用于所隶属的组控制装置(18至20)，该时钟频率至少比下述时钟频率小一个因数2、优选至少小一个因数5、更优选至少小一个因数10，所述组控制装置(18至20)以该时钟频率确定隶属于它的控制装置如何控制逆变器。
14.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，所述组控制装置(18至20)被构造为能够以一时钟频率确定隶属于它的控制装置(32)如何控制逆变器，该时钟频率至少比所隶属的控制装置工作时的时钟频率小一个因数2、优选至少小一个因数5、更优选至少小一个因数10。
15.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，至少一个组(27至29)只包括同样的逆变器以及连接在逆变器上的电流源(30)。
16.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，多个组(27至29)具有相应组的逆变器以及连接在逆变器上的电流源(30)在电网转接点(12)上的共同电流输出方面的同样的共同特性。
17.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，所述电流源(30)是发电机、可选的是PV发电机和/或具有与之相连的风车或者内燃机的电机和/或燃料电池，以及用于电能的储存器、可选的是电池和/或具有与之相连的惯性质量的电机和/或可逆的燃料电池或者具有与之相连的氢气储存器的燃料电池/水解物质组合。
18.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，除了隶属于组控制装置(18至20)的逆变器之外，将至少一个另外的、直接隶属于主控制装置(15)的逆变器连接在电网转接点(12)上，所述另外的逆变器具有之相连的电流源。
19.根据权利要求17的能量产生设备(I)，其特征在于，所述另外的逆变器的电流源是大电池、大电容器和/或具有与之相连的惯性质量的电机。
20.根据权利要求16或18的能量产生设备(I)，其特征在于，每个逆变器的控制装置都具有能量管理系统，电能储存器连接在所述逆变器上。
21.根据权利要求8的能量产生设备(I)，其特征在于，用于电能储存器的模型被构造为不仅描述了它们的输出电流特性，也描述了它们在电网转接点(12)上的电流消耗特性。
22.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(1)，其特征在于，所述主控制装置(15)和所述组控制装置(18至20)是具有相同硬件的控制器。
23.一种用于使用在根据权利要求1至21中任一项的能量产生设备上的控制器，其特征在于，所述控制器被构造为组控制装置(18至20)或者主控制装置(15)，所述控制器具有 一个或者多个用于测量装置(14)的电参量的测量值的输入端和/或 一个用于与电网操作者(17)进行可靠通讯连接的输入端和/或 一个用于连接在一个上级控制装置(32)上的输入端和一个用于连接在多个隶属的控制装置上的输出端和/或 一个或者多个用于确定隶属的控制装置(32)的控制曲线的输出端和/或 一个或者多个用于将用于逆变器的控制信号传输给隶属的控制装置(32)的输出端。
【文档编号】H02J3/38GK204243779SQ201320576104
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2012年6月28日
【发明者】Y·T·福吉, D·普雷姆, V·萨克舍伍斯基, S·史蒂文斯, C·辰德尔, A·佩措尔德 申请人:艾思玛太阳能技术股份公司
【专利摘要】一种能量产生设备，其具有多个在输入侧连接在各自的电流源上、在输出侧连接在共同的电网转接点上的逆变器。测量装置测量所有逆变器在电网转接点上的共同电流输出的电参量，每个逆变器由一控制装置控制。控制装置以组的形式隶属于组控制装置，所述组控制装置确定隶属于它的控制装置如何控制逆变器，以满足用于每个组的所有逆变器的一共同组电流输出的预设定。这些组控制装置隶属于一主控制装置，所述主控制装置基于在电网转接点测得的共同总电流输出的电参量作用于隶属于它的组控制装置，以满足总电流输出的预设定。
【专利说明】能量产生设备和用于使用在能量产生设备上的控制器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有多个的逆变器的能量产生设备，该逆变器在输入侧连接在各自的电流源上、在输出侧连接在一个共同的电网转接点上。
[0002]特别地，本发明涉及一种这样的能量产生设备，在这种装置上各个逆变器由控制装置控制，其中，至少一组逆变器的控制装置隶属于一个组控制装置，其中，测量装置对所有逆变器在电网转接点上共同的电流输出进行测量，并且组控制装置作用于该组的逆变器的控制装置，从而至少对所有逆变器的总输出进行预先设定。
[0003]连接在单个逆变器上的电流源可以是完全不同的形式。它可以特别的是纯发电机，例如光电发电机或者由风车或者内燃机驱动的电机械，或者是燃料电池。此外电流源可以包括用于电能的储存器，特别是电池和通过回转质量，特别是飞轮驱动的电机，以及由氢气储存器和可逆的燃料电池或者具有额外的水解物质的组合装置。
[0004]连接在逆变器上的电流源也可以具有多个并联或者串联连接的次级发电机或者次级电能储存器，例如在一个具有多个串联连接到多个子串的模块以及多个并联连接的子串的光电发电机上常见的那样。
【背景技术】
[0005]分散的能量产生设备在一个电网转接点上将电能输入进一个公共电网，其操作者通常必须在输入电能时，更确切的说是在电网转接点上保持电网供应商的预设定。这样特别是不足够的是，例如鉴于用于稳定电网电压而输入的寄生功率，在每个能量产生设备的一个或多个逆变器的输出端满足该预设定，因为这不可能与在电网转接点上也满足预设定同等重要。原因是例如单个逆变器的相互影响，特别是使单个逆变器与电网转接点相连以及互相间相连的连接装置的影响。该连接装置可以对于一个能量产生设备的不同逆变器具有非常不同的特性，例如当连接装置将在空间上分布很远的逆变器互相间以及与电网转接点相连时，就像在光电装置上常见的那样。
[0006]当逆变器和/或与之相连的电流源变化较大时，逆变器的互相影响可以特别的更为举足轻重。在这里，一方面一个纯电机形式的电流源，另一方面一个电能储存器形式的电流源(在这种电流源上，所连接的逆变器不仅仅输出电流，还可以接受电流)仅仅是这种改变的一个例子。
[0007]另一个挑战是，许多基于可再生能源运行的电流源，例如PV电机和由风车驱动的电机不能根据需求，而只能根据可再生能源的供给提供电能。因此仅仅由具有这种能源的逆变器组成的能量产生设备仅仅可以在一定范围内满足在电网转接点上输入电能的要求。在这里，虽然可以采用为人熟知的方法进行补救，即同时使用基于可再生能源的电流源和用于电能的储存器，特别是电池。仅仅利用这个想法也不可能实现满足在电网转接点输出电流的要求。
[0008]从现有技术为人熟知的是，当要求一个在电网转接点必须要实现的Q(U)特性曲线时，必须要考虑到逆变器和电网转接点之间的连接装置。在这里，有两种著名的设计方案。第一种基于电网转接点上的测量以及将所有的逆变器连接进一个控制回路。另一种方案基于对电网转接点上的逆变器进行预测。为此在单个逆变器中作出每个连接装置的等效电路图并用于对逆变器的控制曲线进行如下调整，即抵消每个连接装置到电网转接点的影响。
[0009]从DE 10 2009 030725 Al中可以得知一种具有许多风能发电装置的风能发电场，它所产生的电能在一个转接点输入一个电网。公共的电网为转接点预设额定值，而一个测量装置测量转接点上的电学实际值。一个主调节器根据一个第一控制层上的主额定值和主实际值之间的差值得到一个用于第二控制层的预设定。第二控制层上的多个次级主控制装置将该预设定作为次级额定值，并借助次级额定值和一个次级实际值之间的差值为风能发电装置进行预设。在所有的控制层上在预设点和风能发电装置之间都存在一个封闭的控制环，它是否无误差的工作取决于是否给控制模块输入一个准确的实际值。该实际值可以直接测量或者至少部分从其他位置的测量值计算得到，例如一个与次级主控制装置有关的实际值从分配给它的风力发电装置的实际值中得到。为了使这种串联式的控制更加稳定，有利的进行了设计，使次级控制层各自具有一个比上级控制层更小的时间常数。次级主控制装置在对风力发电装置进行预设时为了提供一定数量的寄生功率要考虑到风力发电装置被布置成与转接点具有不同距离，并使预设定相应的适应于风力发电机。在著名的风力发电厂中设计了可以可选的被替换为主控制装置和次级主控制装置的控制模块。
【发明内容】
[0010]本发明的任务是，提供一种具有多个在输入侧各自连接在电流源上、在输出侧连接在一个共同的连接点上的逆变器，其结构从根本上使多个具有不同电流源和不同连接装置的不同逆变器更容易控制其总电流输出，使其在一个共同的转接点上维持预设定。
[0011]本发明的任务通过根据本发明的一个方面的能量产生设备解决。本发明的其他方面涉及该能量产生设备的优选结构形式。本发明的另一方面涉及一种应用在所述能量产生设备上的控制装置。本发明的又一方面涉及该控制装置的一种优选结构形式。
[0012]根据本发明，提出一种能量产生设备，其具有多个在输入侧连接在各自的电流源上、在输出侧连接在一个共同的电网转接点上的逆变器，
[0013]-其中，每个逆变器都包括一个控制装置，
[0014]-其中，第一组逆变器的控制装置与第一组控制装置连接，
[0015]-其中，所述第一组控制装置作用于所述第一组逆变器的控制装置，
[0016]-至少第二组逆变器的控制装置与第二组控制装置连接，
[0017]-其中，所述第二组控制装置作用于第二组逆变器的控制装置，
[0018]-其中，所述第一组控制装置和至少所述第二组控制装置与一个主控制装置连接，
[0019]-其中，用于在电网转接点上测量所有逆变器的共同的总电流输出的电参量的测量装置与所述主控制装置连接，以及
[0020]-其中，所述主控制装置基于在电网转接点上测得的共同的总电流输出的电参量作用于隶属于它的组控制装置，
[0021]本发明提出，每个组控制装置和/或所述主控制装置包括:
[0022]一个或者多个用于确定隶属的控制装置的控制曲线的输出端和/或用于将用于逆变器的控制信号传输给隶属的控制装置的输出端；
[0023]一个或者多个用于测量装置的电参量的测量值的输入端；和/或
[0024]一个用于与电网操作者进行可靠通讯连接的输入端；和/或
[0025]一个用于连接在一个上级控制装置上的输入端。
[0026]根据本发明的另一优选方案，所述控制装置被构造为根据控制曲线和在所述逆变器上测得的电参量控制所述逆变器，其中，所述组控制装置被构造为确定隶属于它们的控制装置的控制曲线。
[0027]根据本发明的另一优选方案，所述组控制装置被构造为将用于所述逆变器的控制信号传递给隶属的控制装置。
[0028]根据本发明的另一优选方案，至少另一组逆变器的控制装置隶属于另一组控制装置，其中，所述另一组控制装置作用于第三组逆变器的控制装置，用于满足用于所述另一组的所有逆变器的共同组电流输出的预设定，和所述另一组控制装置也隶属于所述主控制装置。
[0029]根据本发明的另一优选方案，所述用于共同的总电流输出的预设定通过主控制装置直接由连接在电网转接点上的交流电网的电网操作者获得和/或从在电网转接点上测得的电参量求得。
[0030]根据本发明的另一优选方案，所述能量产生设备包括测量单个组的组电流输出和/或单个逆变器的电流输出的电参量的另外的测量装置，所测得的电参量被主控制装置和/或组控制装置和/或控制装置考虑。
[0031 ] 根据本发明的另一优选方案，所述主控制装置被构造为通过传输用于共同的组电流输出的预设定作用于隶属于它的组控制装置。
[0032]根据本发明的另一优选方案，所述主控制装置被构造为基于一个整体模型作用于隶属于它的组控制装置，所述整体模型描述所有逆变器和连接在逆变器上的电流源在电网转接点上的电流输出以及所有控制装置和所有组控制装置。
[0033]根据本发明的另一优选方案，所述主控制装置被构造为基于单个组的组共同作用模型作用于隶属的组控制装置，所述组共同作用模型描述了相应的组包括其组控制装置在内在电网转接点上的组电流输出方面的共同特性。
[0034]根据本发明的另一优选方案，每个组控制装置被构造为基于一个组模型确定隶属于它们的控制装置如何对逆变器进行控制，所述组模型描述了逆变器和连接在其上的电流源在电网转接点和/或相应的组转接点上的电流输出以及该组的所有控制装置。
[0035]根据本发明的另一优选方案，所述组控制装置被构造为基于单功能模型确定隶属于它们的控制装置如何对逆变器进行控制，所述单功能模型描述了相应的逆变器和连接在逆变器上的电流源包括附属的控制装置在内在电网转接点和/或相应的组转接点上的电流输出方面的特性。
[0036]根据本发明的另一优选方案，相应的模型被构造为可以由使用它的主控制装置或者组控制装置基于测得的电参量进行检验并在需要时进行更新。
[0037]根据本发明的另一优选方案，所述主控制装置被构造为能够以一时钟频率作用于所隶属的组控制装置，该时钟频率至少比下述时钟频率小一个因数2、优选至少小一个因数5、更优选至少小一个因数10，所述组控制装置以该时钟频率确定隶属于它的控制装置如何控制逆变器。
[0038]根据本发明的另一优选方案，所述组控制装置被构造为能够以一时钟频率确定隶属于它的控制装置如何控制逆变器，该时钟频率至少比所隶属的控制装置工作时的时钟频率小一个因数2、优选至少小一个因数5、更优选至少小一个因数10。
[0039]根据本发明的另一优选方案，至少一个组只包括同样的逆变器以及连接在逆变器上的电流源。
[0040]根据本发明的另一优选方案，多个组具有相应组的逆变器以及连接在逆变器上的电流源在电网转接点上的共同电流输出方面的同样的共同特性。
[0041]根据本发明的另一优选方案，所述电流源是发电机、可选的是PV发电机和/或具有与之相连的风车或者内燃机的电机和/或燃料电池，以及用于电能的储存器、可选的是电池和/或具有与之相连的惯性质量的电机和/或可逆的燃料电池或者具有与之相连的氢气储存器的燃料电池/水解物质组合。
[0042]根据本发明的另一优选方案，除了隶属于组控制装置的逆变器之外，将至少一个另外的、直接隶属于主控制装置的逆变器连接在电网转接点上，所述另外的逆变器具有之相连的电流源。
[0043]根据本发明的另一优选方案，所述另外的逆变器的电流源是大电池、大电容器和/或具有与之相连的惯性质量的电机。
[0044]根据本发明的另一优选方案，每个逆变器的控制装置都具有能量管理系统，电能储存器连接在所述逆变器上。
[0045]根据本发明的另一优选方案，用于电能储存器的模型被构造为不仅描述了它们的输出电流特性，也描述了它们在电网转接点上的电流消耗特性。
[0046]根据本发明的另一优选方案，所述主控制装置和所述组控制装置是具有相同硬件的控制器。
[0047]此外，本发明还涉及一种用于使用在上述能量产生设备上的控制器，本发明提出，所述控制器被构造为组控制装置或者主控制装置，所述控制器具有
[0048]一个或者多个用于测量装置的电参量的测量值的输入端和/或
[0049]一个用于与电网操作者进行可靠通讯连接的输入端和/或
[0050]一个用于连接在一个上级控制装置上的输入端和一个用于连接在多个隶属的控制装置上的输出端和/或
[0051]一个或者多个用于确定隶属的控制装置的控制曲线的输出端和/或
[0052]一个或者多个用于将用于逆变器的控制信号传输给隶属的控制装置的输出端。
[0053]根据发明的能量产生设备具有多个在输入侧各自连接在电流源上、在输出侧连接在一个共同的连接点上的逆变器。测量装置测量所有逆变器在电网连接点上共同的总电流输出的数据。每个逆变器由一个控制装置控制。该控制装置隶属于组形式的组控制装置，它决定隶属于它的控制装置如何对逆变器进行控制，以便满足用于每个组的所有逆变器的一个共同组电流输出值的预设定。这指的是，逆变器的隶属于不同的组控制装置的不同组没有交叉，也就是说，例如没有逆变器是同时属于第一组和属于第二组的。组控制装置自身隶属于一个主控制装置，后者以在电网连接点上测量的共同的总电流输出的数据为基础对隶属于它的组控制装置起作用，以便满足总电流输出的预设定。
[0054]多个逆变器的控制装置在这里所公开的能量产生设备中具有级联结构，但是没有嵌套式的调整装置。主控制装置与多个逆变器相比直接隶属于很少的单元，特别是组控制装置。由此在能量产生设备的逆变器数目很大时也可以控制主控制装置的复杂程度。单个逆变器的多个控制装置则隶属于每个组控制装置。在这里，隶属单元的数量与能量产生设备的逆变器的总数相比各自都是很少的，这限制了组控制装置的复杂程度。对于很大的能量产生设备可以使这种级联结构设计扩展另一个级联级，例如多个主控制装置隶属于一个上级控制装置或者通过将一个逆变器分成多个并联接通的具有各自次级电流源和次级控制装置的次级逆变器。能量产生设备的用于多个逆变器的控制的级联装置至少具有两级，它们连接在唯一的一个电网连接点上。
[0055]在电网连接点上由能量产生设备实现用于所有逆变器共同的总电流输出的预设定。这通过测量共同的总电流输出值的数据进行监测，并可以在需要的时候进行记录。但是对所测量的总电流输出值的大小进行检测在这里公开的能量产生设备上并不一定意味着对至少两个逆变器的控制包括一个控制回路。相反的整个控制可以被设计为没有反馈和没有期望/实际比较的前馈控制，即被设计成调节器而不是控制器。至少能量产生设备的单个逆变器的控制装置不是被设计成控制器，而是在大多数情况下作为调节器根据所属的组控制装置的预设定工作。
[0056]这样控制装置就可以根据控制曲线和在逆变器上所测量的电参量控制逆变器。在这里，组控制装置确定隶属于它们的控制装置的控制曲线，从而决定隶属于它们的控制装置如何控制逆变器。组控制装置为此也可以将用于逆变器的控制信号传到隶属的控制装置上。组控制装置自身和主控制装置同样可以作为单纯的调节器工作。实际上至少是主控制装置也可以对用于总电流输出的预设定和共同的总电流输出的相应电参量进行期望/实际比较，该主控制装置本来就要考虑所测量的共同的总电流输出的电参量。
[0057]可以理解的是，这里公开的能量产生设备可能不仅仅只包括两个，还可能包括逆变器的其他组，它们各自隶属于另一组控制装置，其中，另一组控制装置也可以隶属于主控制装置。
[0058]主控制装置可以直接通过连接在电网转接点上的逆变器的电网操作者收到用于电网转接点的总电流输出的预设定，例如通过一个有线或者无线的远程通讯连接。利用交变电流网的电力线通讯也属于这种远程通讯连接。可选地，主控制装置可以从在电网转接点上所测的电参量得到预设定。在这里，指的例如是一个预设Q(U)特性曲线或者是预设了待输出功率P与电网频率f的关系的P (f)特性曲线。
[0059]在这里公开的能量产生设备中也可以设计其他的测量装置，它测量单个组的组电流输出和/或单个逆变器的电流输出的的电参量。这个测量装置可以特别是在组转接点上进行测量，在该点上单个组的单个逆变器的电流输出汇聚在一起。这个额外测量的电参量可以由主控制装置，但是也可以由组控制装置或者单个逆变器的控制装置，在参与到组控制装置中、在参与到控制装置中或者说在控制逆变器时进行考虑。额外测量的电参量例如可以实现，组控制装置利用闭合的控制回路进行它的目标和/或由它预设的电流输出以及组电流输出。此外当能量产生设备的部件中出现错误时可以锁定错误的位置并关闭或者说断开涉及到的区域，而不需要总体调整能量产生设备的运行。
[0060]主控制装置可以基于能量产生设备的整体模型作用于隶属于它的组控制装置。一个这样的整体模型可以描述所有逆变器和连接在其上的电流源在电网转接点和/或组转接点上的电流输出。这种描述包括了位于单个逆变器和电网转接点之间的连接装置的影响。这样的连接装置可以对单个逆变器关于电网转接点的特性产生非常大的影响，特别是当它包括了很长的线路或者例如也包括一个或者多个变压器时。在这里，一个在电网转接点上已有的变压器可以根据定义属于能量产生设备或者交流电网的一部分，而在组转接点上可能还存在的变压器属于组自身或者属于位于电网连接点上的组的连接装置。
[0061]因此，通过整体模型，主控制装置得到了关于整个能量产生设备的所有重要特性的信息。以这种方法可以允许主控制装置非常详细地对组控制装置产生影响，从而例如在它影响单个逆变器方面进行控制。当它仅仅基于单个组的组作用结构对隶属的组控制起作用，能量产生设备的主控制装置也可以保持更小的复杂程度，该组作用结构描述了每个组(包括其组控制装置)在电网转接点上的组电流输出方面的共同特性。这个组共同作用结构将每个组描述为有功能的单元。单个组共同作用结构可以在主控制装置内集成成一个总功能结构，它描述了整个能量产生设备，或者说所有组的功能。
[0062]每个组控制装置可以在它那方面基于一个组模型确定隶属于它们的控制装置如何对逆变器进行控制，其中，组模型描述了逆变器和连接在其上的电流源在电网转接点和/或每个组转接点上的电流输出，以及该组的所有控制装置。在这里，该描述也包括了位于单个逆变器和电网转接点之间，如有必要每个组转接点之间的连接装置的影响。由此每个组控制装置得到了关于该组所有部件的非常详细的信息，并且可以非常详细的对单个逆变器的控制装置产生影响。
[0063]此外，逆变器的传统的控制装置的主要部件，例如借助一个PLL确定电网频率，以及监视电网，包括探测电网错误可以集成进这样的一个结构中。此外可以得到用于逆变器的半导体开关的时钟信号，其中，时钟信号适用于所有的电网状态和运行状态，它可以在上一级的组控制装置中产生。这样可以对单个的逆变器的控制装置进行非常简单的控制。在极端情况下它仅仅由直接转化组控制装置的控制命令的传动齿轮组成，特别是对由传动齿轮控制的位于单个逆变器内的半导体开关的开关操作。此外可以显著简化位于逆变器内部的测量装置或者至少显著减小对其精确性的要求，从而降低单个的逆变器以及整个装置的制造成本。
[0064]反过来，当组控制装置基于单功能模型确定隶属于它的控制装置如何对逆变器进行控制使，它可以保持更简单，其中，单功能模型描述了每个逆变器和连接在其上的电流源包括附属的控制装置在电网转接点和如有必要每个组转接点上的电流输出。在这里，每个逆变器连同其电流源不仅包括它位于电网转接点上的接入装置，还包括附属的控制装置一起被视为功能性单元，组控制装置仅仅能从该单元得知，它如何借助在电网转接点上的输出电流控制它的控制装置做出反应。
[0065]在此，提及的每个模型都可以按照前馈控制的形式得到应用。这意味着，只要模型正确并正确使用，将主控制装置或者组控制装置嵌入到各自所隶属的组控制装置或者控制装置中就可以使电网转接点上的预设定保持准确。但是实际情况中的前提是存在非常精确的模型，并且在这方面所包括的描述具有持久的有效性。只要任何一个实际的参数改变，从而模型不完全准确，则确定并修改偏差。为了达到这个目的很重要的是，每个模型由它所使用的主控制装置或者组控制装置基于所测的电学数值进行检查，并在需要时进行更新。可以理解的是，对单个模型的检查越仔细，并且更新更加精确，则电学数值测量的更加多样化。这包括，不仅仅在电网转接点上，在单个组或者甚至单个逆变器的组转接点上对电学数值进行测量，正如在上文中作为一种可能性提到的那样。
[0066]前文已经阐述的级联这里公开的能量产生设备可以和时钟频率的分级一起使用，借助该时钟频率对各自所隶属的控制装置产生影响，或者说所隶属的控制装置借助它工作。这样主控制装置可以借助一个时钟频率对所隶属的组控制装置产生影响，该时钟频率至少比一个组控制装置用于确定所隶属的控制装置如何控制逆变器的时钟频率小一个因数2，更好的是小一个因数5，最好至少小一个因数10。此外组控制装置可以控制逆变器，它至少比一个所隶属的控制装置用于工作的时钟频率小一个因数2，更好的是至少小一个因数5，最好至少小一个因数10。单个逆变器的控制装置的时钟频率因此是最大的，可能有若干个10kHz。同时由单个逆变器的控制装置所完成的任务的复杂性最小，但是同时其中，可能产生最大的输入端波动，对输出交流电的质量的要求最高，这意味着例如尽可能精确的正弦曲线。待解决的任务通过组控制装置直至主控制装置将更加复杂。同时待考虑的输入值由于平均值相对来看发生更慢的波动。基于此可以将时钟频率朝这个方向减小。
[0067]除了可以作用于各自所属的控制装置中的时钟信号，也可以在从逆变器至主控制装置的方向以及在它上面减少信号的数据传输率，借助它可以接受，或者说由各自上一级的控制装置产生各自所隶属的控制装置的预设定，由此可以简单的维持至主控制装置或者从它至组控制装置的特别长的信号传输线路或者通信线路，而更高的数据传输率仅仅存在于组控制装置和逆变器之间的更短的信号传输路径中。
[0068]总而言之在这里公开的能量产生设备上可以将借助作为调节器的主控制装置的进行较慢的控制与向单个逆变器的控制装置方向逐渐加快调节组合在一起。借助较快的调节可以使整个控制达到更快的速度，调节所产生的错误由上一级的的控制器识别和校正，这虽然缓慢但是很可靠并且成本很低。
[0069]具体地，控制装置可以根据控制曲线和在逆变器上所测得的数据以高时钟频率进行调节，其中，组控制装置通过改变控制曲线确定隶属于它们的控制装置如何对逆变器进行调节。这可以通过平衡的改变或者根据额外的电参量产生控制曲线进行确定。此外可以改变与额外的电参量的关系。如同已经阐述的那样，也可能的是，控制装置根据组控制装置固定的预设定对逆变器进行调节。可能的是，逆变器的控制装置是将组控制装置的控制信号仅仅还转化成用于逆变器开关的控制信号的传动齿轮。反过来，组控制装置可以为单个逆变器的控制装置的输出电流制定仅仅是大致的预设定，其中，在单个控制装置的范围内完全忽略了该预设定是如何实现的。
[0070]这里公开的能量产生设备的单个组可以仅仅由相同类型的逆变器以及连接在其上的电流源组成。这样的同种类型的组可以特别简单的进行控制。但是当例如逆变器的所有电流源是PV发电机组时，该组在阴天时部分失效，在夜间则完全不工作。因此有利的是，也在尽可能稳定、有利、共同的特性上确定单个的组，这通过将例如不同的电流源，特别的其中，不仅仅只有纯发电机，还有电能储存器互相相连。在这里，还可以形成多个这样的具有最优共同特性的组，它们在电网转接点上的共同组输出电流具有与逆变器和连接在其上的电流源的同样的共同特性，因为这简化了主控制装置的任务。
[0071]这里公开的能量产生设备的电流源可以包括纯发电机，在这里特别是具有与之相连的风车轮或者内燃机的PV发电机和/或电机。此外电流源可以包括电能储存器，在这里，特别是电池和/或具有与之相连的惯性质量的电机。
[0072]在这里公开的能量产生设备上除了隶属于组控制装置的逆变器之外，可以有至少另一个直接隶属于主控制装置的逆变器连接在电网转接点上，该逆变器具有连接在其上的电流源。这意味着，组控制装置的中间级不一定被设计用于能量产生设备的每个逆变器。特别对于大的单元尤其如此，例如另一个电流源是一个大电池、一个大电容或者是一个惯性质量储能器的逆变器，它可能被设计在电网转接点附近作为能量缓冲器。通过直接将一个或者多个大的单元连接在主控制装置上能量产生设备特别的可以特别快的对临界的电网事件，例如电网故障做出反应，例如输入一个大的无功功率以稳定电压，暂时将大的有效功率作为负的额定功率，或者非对称的输入进一个多相位的电网，而不将用于组或者单个逆变器的输出电流的可选的必要的预设定传递给组控制装置或者单个逆变器。
[0073]被证明有利的是，能量产生设备的每个逆变器的控制装置具有一个能量管理系统，一个电能储存器连接在该逆变器上，该系统特别地一方面对储能器的储能量和它由此继续储存电能的能力，另一方面对输出电能进行记录。
[0074]关于这点需要指出的是，能量产生设备的整体或者部分模型(包括电能储存器)不仅描述了它们的输出电流特性，也描述了在电网转接点上的电流消耗特性，包括其当前的充电状态。
[0075]在这里公开的能量产生设备中主控制装置和组控制装置可以是硬件相同并且在很大程度上也相同地编程的控制器。一个这样的控制器可以被设计成具有很小的或者甚至完全没有软件匹配成本，它可以可选地作为组控制装置或者主控制装置使用。例如控制器可以具有一个或者多个用于电参量的测量装置的测量值的输入端和/或一个用于与电网操作者进行可靠通讯连接的输入端和/或一个特别快的用于连接多个隶属的控制装置的输出端和/或一个或者多个用于确定所隶属的控制装置的控制曲线的输出端和/或一个或者多个用于将用于一个逆变器的控制信号传递给所隶属的控制装置的输出端。
[0076]本发明的有利的改进由其他描述、【专利附图】
【附图说明】和图示得到。在说明前言中提到的特征的优点和其他特征的组合仅仅作为例子，可以可选的或者组合的起作用，而不需要强制的通过根据发明的结构示例实现上述优点。不改变其他有利方案的内容，原始申请材料和样品的公开内容如下:其余的特征可以从图示——特别是所示的几何结构和多个部件的相对尺寸以及其相对布置和有效连接——得到。本发明的不同结构示例的特征组合或者与特征不同的保护要求同样可能与优选的技术方案有所偏差，并且对此是有根据的。这也涉及到在单独的图示中示出的或者在其描述中提及的特征。这些特征也可以与不同优选技术方案的特征相组合。同样的在优选技术方案中所提及的特征也可以不使用在本发明的其他结构示例上。
[0077]在优选技术方案和说明书中所提及的特征的数量必须被理解为，存在着与所提到的数量刚好相同或者比它更多的数量，而不需要明确的使用“至少”一词。当例如谈及一个部件时，必须被理解为，存在着刚好一个、两个或者更多的部件。与之相反当需要指出一个特征的准确数量时，则在每个特征之前使用“刚好”。这些特征可以通过其他的特征进行补充或者可能是组成相应的成品的单个特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0078]接下来将通过在附图中示出的优选结构示例进一步说明和描述本发明。
[0079]图1是一个根据发明的能量产生设备的示意图。
[0080]图2是根据图1的能量产生设备的一个逆变器的原理的完整示意图。
[0081]图3描述了其中一个能量产生单元的Q(U)曲线。
[0082]图4描述了一个用于使用根据图3中的特性曲线的取决于每个能量产生单元的有效功率的校正电压；以及
[0083]图5描述了一个取决于每个能量产生单兀的有效功率的额外的校正无功功率，它同样的在使用图3中的特性曲线时被考虑进一个控制曲线中。
【具体实施方式】
[0084]图1中示出的能量产生设备I具有多个逆变器2至11，它们通过一个共同的电网转接点12连接在一个交流电网13上。在这里，设计了未示出的其他不同的测量装置14用于测量电网转接点12上的所有逆变器2至11共同的总电流输出的电参量，其中，(当在电网转接点12上存在一个这样的变压器时)可以在变压器的初级和/或次级侧进行测量。特别的电参量可以是流经电网转接点12的电流、电网电压、电流和电压间的相角和/或交流电网13的频率。可选地也可以测量其他的包含相应信息的电参量。由测量装置14测量得到的电参量被提供给能量产生设备的一个主控制装置15。该主控制装置15把这个电参量与用于通过电网转接点12的共同的总电流输出的预设定进行比较。该预设定可以特别的包括用于有效功率P、无功功率Q、相角COS Φ和/或输入功率的不对称性的预设定并且由主控制装置15借助预设的函数关系从电参量中自动推算出。可选地，预设定可以通过一个信息通讯线路16由一个外部位置，特别是一个操作交流电网13的电网操作者17传送给它们。为了实现用于共同的总电流输出的预设定，主控制装置15 —方面作用于组控制装置18至20中(多个逆变器2至4、5至7以及8至10各自隶属于他们)，另一方面直接控制逆变器11的这里未单独示出的控制装置。组控制装置从主控制装置15得到例如一个用于它的逆变器在电网转接点12，或者每个组转接点21、22以及23上的共同的组电流输出预设定。每个组转接点21至23上的组电流输出的电参量将借助测量装置24至26测量得到并且提供给每个组控制装置18至20，该测量装置被布置在一个可选的位于每个组转接点21至23上的变压器的初级和/或次级侧。
[0085]为了使组电流输出等于主控制装置15的预设定，组控制装置18至20作用于这里未单独示出的逆变器2至10的控制装置。在这种方法中主控制装置15可以将每个组27至29从逆变器2至4、5至7以及8至10以及所属的组控制装置18、19以及20和所有位于一个用虚线围出的框内的其他各自包括的部件看做功能性单元。它仅仅需要从该单元中得到共同的特性，例如一个组共同功能模型。相反地也可能的是，主控制装置15虽然仅仅直接作用于组控制单元18至20，从而对位于组转接点21至23上的组输出电流产生影响，但是在这里，直接产生用于单个逆变器2至10的预设定，该预设定此外仅仅由组控制装置18至20实现。在这里，就可以使用能量产生设备I的一个总结构，该结构被提供给主控制装置15并描述了能量产生设备I的所有部件，它影响了电网转接点12上的共同的电流输出。在单个组27至29的范围内存在着相应的改动可能性。组控制装置18至20可以将单个的逆变器2至10包括与之相连的电流源，逆变器和组转接点21或者电网转接点12之间的连接装置包括其控制装置看做功能性单元，或者单独考虑所有提及的部件。
[0086]在图1中同样地示出了每个组27至29的逆变器2至4、5至7和8至10，更确切的说不仅仅是它在每个组27至29中的数量相同，它在组内部和越过组27至29的结构也相同。然而需要强调的是，单个组的逆变器的数量可以有很大的改变，并且虽然可以将相同的逆变器包括在组27至29内，但是每个组的逆变器也可以是不同的。具体的可以在每个组内既设计有具有纯电机形式的电流源的逆变器，也设计了具有电能储存器形式的电流源的逆变器。这样例如不能稳定供应的电能(因为它们由组中个别逆变器的PV发电机形式的电流源产生)可以暂时储存在在组中其他的逆变器的电池或者其他电能储存器中，并在需要时重新使用。因此在理想情况下每个组27至29产生总是能产生电能用于在电网转接点12上在预设范围内输出电流。为了达到这个目标，可以除了使用利用可再生能源的纯电机外也使用例如借助内燃机最终利用化石能源的纯电机。同样的除了用于中期或者长期储存电能的电池之外也使用用于短暂储存电能的电容器或者连接在电机上的惯性质量。也可以使用可逆的燃料电池系统用于长期的暂存电能，它将电能以氢气的形式进行暂存。
[0087]图1中的不隶属于任何组控制装置的逆变器11示例性地代表了一个大的能量产生单元，它可以直接连接在电网转接点12上，从而在那里暂时地对临界的电网事件做出反应和/或对组27至29的共同的总电流输出的波动进行平衡。在这里，可以是例如一个可以暂时从一个大电容或者一个惯性质量储能器中得到很高的有效和/或无功功率，或者连接在一个作为电流源的大电池上的逆变器，或者是一个其电流源具有一个电机的逆变器，该电机具有一个连接在其上的大的柴油机形式的内燃机。
[0088]当根据图1的能量产生设备I工作时，每个用于使用的模型都按照借助测量装置14和24至26测量的电参量进行检验，如有必要还进行更新。只要所使用的模型按照这种方法保持更新，它就使主控制装置15或者组控制装置18至20可以保证在电网输入点12上的共同的电流输出或者根据一个前馈控制结构的电流输出达到各自的预设定。甚至当同时对实际出现的结果进行监测，也可以相对来说保持较慢的监测，而不存在每个输出电流在这期间发生更大变动的风险。在所隶属的功能单元，即组27至29以及逆变器2至10内很有意义的是，借助一个明显更大的时钟频率进行控制以及改变控制。这特别是当逆变器的电流源——如同在PV电机上——实际上不能避免用于使用的电能出现暂时的明显波动时尤为重要。
[0089]图2示例性示出了根据图1的逆变器2，包括隶属于它的对组转接点21上的电流输出产生影响并且在图1中未单独表示的部件。这包括了连接在逆变器2输入侧上的电流源30、将逆变器连接在组转接点21上的连接装置31、逆变器的控制装置32以及用于测量逆变器2在其输出侧上的输出电流的电参量的测量装置33。组控制装置18可以将逆变器2包括这个以及其他对逆变器2的输出电流产生影响的因素看做一个功能单元34，并且除该功能单元34的一个单功能模型之外不做进一步的考虑。相反的组控制装置18可以单独考虑所提及的部件，并且施加给控制装置32控制命令，该控制命令由它直接进行转换。
[0090]连接装置的特性可以基于该连接装置的单个部件进行理论建模，即计算，通过该连接装置单个逆变器2至11连接在电网转接点12和如有必要组转接点21至23上。一个为人熟知的用于保持交流电网中的电压的方法是，所连接的能量产生设备根据在其电网转接点上存在的电网电压U输入无功功率Q。图3示出了一个相应的Q(U)特性曲线，其中，Q表示所输入功率中的无功功率量，U表示在工作单元内的电网电压。当要求电网转接点上的总电流输出跟随该特性曲线，则由于单个能量产生单元的连接装置的特性在电网转接点上不能够在不对能量产生单元进行匹配的前提下而改变该曲线。该特性曲线必须在每个能产生装置中进行修正，从而使每个能量产生单元的连接装置承担计算。该修正至少考虑了一个根据由每个能量产生设备输入的有效功率Pw的修正电压Uk，其中，通常可以使用一个线性关系，如同在图4中所示出的那样，该修正电压Uk实际上考虑了每个能量产生设备和电网转接点之间由于欧姆电阻造成的电压损失。
[0091]此外已被证明有利的是，也对根据图3的特性曲线修正一个根据所输入的有效功率？￥的修正无功功率Qk，为此在图5中示出了一个可能的由不同参考值确定的曲线。其他的修正对于完全考虑单个连接装置也可以是必要的。对该特性曲线的修正从而对每个能量产生单元的连接装置进行补偿导致了每个能量产生单元不再可以借助一个静态的控制曲线进行控制，该曲线是一条固定的曲线。在二维图中进行的不同的必要的修正其实产生了一系列的特性曲线或者一个在三维或者多维空间中延伸的二维或者多维控制面。但是实际情况中当控制曲线的输入值和输出值额外进行修改时，可以保持能量产生单元的控制曲线控制，前提是仅仅对控制曲线的二维曲线的修正还不足够。
[0092]附图标记表
[0093]I能量产生设备
[0094]2逆变器
[0095]3逆变器
[0096]4逆变器
[0097]5逆变器
[0098]6逆变器
[0099]7逆变器
[0100]8逆变器
[0101]9逆变器
[0102]10逆变器
[0103]11逆变器
[0104]12电网转接点
[0105]13交流电网
[0106]14测量装置
[0107]15主控制装置
[0108]16通讯线路
[0109]17电网操作者
[0110]18组控制装置
[0111]19组控制装置
[0112]20组控制装置
[0113]21组转接点
[0114]22组转接点
[0115]23组转接点
[0116]24测量装置
[0117]25测量装置
[0118]26测量装置
[0119]27组
[0120]28组
[0121]29组
[0122]30电流源
[0123]31连接装置
[0124]32控制装置
[0125]33测量装置
[0126]34功能单元。
【权利要求】
1.一种能量产生设备(I)，其具有多个在输入侧连接在各自的电流源(30)上、在输出侧连接在一个共同的电网转接点(12)上的逆变器， -其中，每个逆变器都包括一个控制装置(32)， -其中，第一组(27)逆变器的控制装置(32)与第一组控制装置(18)连接， -其中，所述第一组控制装置(18)作用于所述第一组(27)逆变器的控制装置(32)， -至少第二组(28)逆变器的控制装置(32)与第二组控制装置(19)连接， -其中，所述第二组控制装置(19)作用于第二组(28)逆变器的控制装置(32)， -其中，所述第一组控制装置(18)和至少所述第二组控制装置(19)与一个主控制装置(15)连接， -其中，用于在电网转接点(12)上测量所有逆变器的共同的总电流输出的电参量的测量装置(14)与所述主控制装置(15)连接，以及 -其中，所述主控制装置(15)基于在电网转接点(12)上测得的共同的总电流输出的电参量作用于隶属于它的组控制装置(18至20)， 其特征在于，每个组控制装置(18至20)和/或所述主控制装置(15)包括: 一个或者多个用于确定隶属的控制装置(32)的控制曲线的输出端和/或用于将用于逆变器的控制信号传输给隶属的控制装置(32)的输出端； 一个或者多个用于测量装置(14)的电参量的测量值的输入端；和/或 一个用于与电网操作者(17)进行可靠通讯连接的输入端；和/或 一个用于连接在一个上级控制装置(15)上的输入端。
2.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，所述控制装置(32)被构造为根据控制曲线和在所述逆变器上测得的电参量控制所述逆变器，其中，所述组控制装置(18至20)被构造为确定隶属于它们的控制装置(32)的控制曲线。
3.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，所述组控制装置(18至20)被构造为将用于所述逆变器的控制信号传递给隶属的控制装置(32)。
4.根据上述权利要求中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于， -至少另一组(29)逆变器的控制装置(32)隶属于另一组控制装置(20)， -其中，所述另一组控制装置(20)作用于第三组(29)逆变器的控制装置(32)，用于满足用于所述另一组(29)的所有逆变器的共同组电流输出的预设定，和-所述另一组控制装置(20)也隶属于所述主控制装置(15)。
5.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，所述用于共同的总电流输出的预设定通过主控制装置(15) -直接由连接在电网转接点(12)上的交流电网(13)的电网操作者(17)获得和/或 -从在电网转接点(12)上测得的电参量求得。
6.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，所述能量产生设备(I)包括测量单个组(27至29)的组电流输出和/或单个逆变器的电流输出的电参量的另外的测量装置(24至26、33)，所测得的电参量被主控制装置(15)和/或组控制装置(18至20)和/或控制装置(32)考虑。
7.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，所述主控制装置(15)被构造为通过传输用于共同的组电流输出的预设定作用于隶属于它的组控制装置(18至
20)。
8.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，所述主控制装置(15)被构造为基于一个整体模型作用于隶属于它的组控制装置(18至20)，所述整体模型描述所有逆变器和连接在逆变器上的电流源(30)在电网转接点(12)上的电流输出以及所有控制装置(32)和所有组控制装置(18至20)。
9.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，所述主控制装置(15)被构造为基于单个组(27至29)的组共同作用模型作用于隶属的组控制装置(18至20)，所述组共同作用模型描述了相应的组(27至29)包括其组控制装置(18至20)在内在电网转接点(12)上的组电流输出方面的共同特性。
10.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，每个组控制装置(18至20)被构造为基于一个组模型确定隶属于它们的控制装置(32)如何对逆变器进行控制，所述组模型描述了逆变器和连接在其上的电流源(30)在电网转接点(12)和/或相应的组转接点(21至23)上的电流输出以及该组(27至29)的所有控制装置(32)。
11.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，所述组控制装置(18至20)被构造为基于单功能模型确定隶属于它们的控制装置(32)如何对逆变器进行控制，所述单功能模型描述了相应的逆变器和连接在逆变器上的电流源(30)包括附属的控制装置(32)在内在电网转接点(12)和/或相应的组转接点(21至23)上的电流输出方面的特性。
12.根据权利要求8至11中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，相应的模型被构造为可以由使用它的主控制装置(15)或者组控制装置(18至20)基于测得的电参量进行检验并在需要时进行更新。
13.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(1)，其特征在于，所述主控制装置(15)被构造为能够以一时钟频率作用于所隶属的组控制装置(18至20)，该时钟频率至少比下述时钟频率小一个因数2、优选至少小一个因数5、更优选至少小一个因数10，所述组控制装置(18至20)以该时钟频率确定隶属于它的控制装置如何控制逆变器。
14.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，所述组控制装置(18至20)被构造为能够以一时钟频率确定隶属于它的控制装置(32)如何控制逆变器，该时钟频率至少比所隶属的控制装置工作时的时钟频率小一个因数2、优选至少小一个因数5、更优选至少小一个因数10。
15.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，至少一个组(27至29)只包括同样的逆变器以及连接在逆变器上的电流源(30)。
16.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，多个组(27至29)具有相应组的逆变器以及连接在逆变器上的电流源(30)在电网转接点(12)上的共同电流输出方面的同样的共同特性。
17.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(I)，其特征在于，所述电流源(30)是发电机、可选的是PV发电机和/或具有与之相连的风车或者内燃机的电机和/或燃料电池，以及用于电能的储存器、可选的是电池和/或具有与之相连的惯性质量的电机和/或可逆的燃料电池或者具有与之相连的氢气储存器的燃料电池/水解物质组合。
18.根据权利要求1的能量产生设备(I)，其特征在于，除了隶属于组控制装置(18至20)的逆变器之外，将至少一个另外的、直接隶属于主控制装置(15)的逆变器连接在电网转接点(12)上，所述另外的逆变器具有之相连的电流源。
19.根据权利要求17的能量产生设备(I)，其特征在于，所述另外的逆变器的电流源是大电池、大电容器和/或具有与之相连的惯性质量的电机。
20.根据权利要求16或18的能量产生设备(I)，其特征在于，每个逆变器的控制装置都具有能量管理系统，电能储存器连接在所述逆变器上。
21.根据权利要求8的能量产生设备(I)，其特征在于，用于电能储存器的模型被构造为不仅描述了它们的输出电流特性，也描述了它们在电网转接点(12)上的电流消耗特性。
22.根据权利要求1-3中任一项的能量产生设备(1)，其特征在于，所述主控制装置(15)和所述组控制装置(18至20)是具有相同硬件的控制器。
23.一种用于使用在根据权利要求1至21中任一项的能量产生设备上的控制器，其特征在于，所述控制器被构造为组控制装置(18至20)或者主控制装置(15)，所述控制器具有 一个或者多个用于测量装置(14)的电参量的测量值的输入端和/或 一个用于与电网操作者(17)进行可靠通讯连接的输入端和/或 一个用于连接在一个上级控制装置(32)上的输入端和一个用于连接在多个隶属的控制装置上的输出端和/或 一个或者多个用于确定隶属的控制装置(32)的控制曲线的输出端和/或 一个或者多个用于将用于逆变器的控制信号传输给隶属的控制装置(32)的输出端。
【文档编号】H02J3/38GK204243779SQ201320576104
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2012年6月28日
【发明者】Y·T·福吉, D·普雷姆, V·萨克舍伍斯基, S·史蒂文斯, C·辰德尔, A·佩措尔德 申请人:艾思玛太阳能技术股份公司
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