电网图构建和运行引导的制作方法
【专利摘要】为了求取交流电网(4)的电网区段(1)的拓扑，所述电网区段包括电网连接点(3)、至少一个从所述电网连接点(3)出发的具有多个能量消耗单元(12，13)和/或能量生成单元(14/15；16/18；17/19；20/21)的支路(5-9)和在所述至少一个支路(5-9)中的至少一个测量点，测量所述多个能量消耗单元(12，13)和/或能量生成单元(14/15；16/18；17/19；20/21)中的至少一个的连接功率的变化并且测量所述电网区段(1)的至少一个测量点处的电网电压的变化。然后，确定所述至少一个测量点处的电网电压的变化与所述多个能量消耗单元(12，13)和/或能量生成单元(14/15；16/18；17/19；20/21)中的至少一些单个的能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的变化的依赖性。
【专利说明】电网图构建和运行引导
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于求取交流电网的电网区段的拓扑的方法，所述电网区段包括电网连接点、至少一个从所述电网连接点出发的具有多个能量消耗单元和/或能量生成单元的分支和在至少一个分支中的多个测量点，其中，所述方法具有独立权利要求1的前序部分的特征。此外，本发明涉及具有独立权利要求9的前序部分的特征的用于多个设置在交流电网的电网区段中并且在其连接功率方面能够控制的能量消耗单元和/或能量生成单元的运行方法。
[0002]在此，交流电网的电网区段理解为交流电网的一个区域，该区域通过其电网连接点与交流电网的另一区域连接。在电网连接点处尤其可以设置变压器，所述变压器将中等电压向下变换成施加在电网区段中作为电网额定电压的低电压。
[0003]如果在此提及能量消耗单元和/或能量生成单元，则借此也涵盖能量存储单元，所述能量存储单元有时如能量消耗单元一样接收能量以便对能量存储器充电并且在其他时间在存储器放电时如能量生成单元一样输出能量。此外，具有多个能量消耗单元和/或能量生成单元的、通过共同的连接与所观察的电网区段的相应支路相连的电网子区段也属于能量消耗单元和/或能量生成单元的概念。以下属于此:尤其建筑物中和建筑物处的、通过共同的住宅连接与电网区段的支路相连接的所有能量消耗单元和/或能量生成单元或者能量生成设备的、通过设备连接与电网区段的支路相连接的多个能量生成单元。
【背景技术】
[0004]在任何位置与交流电网连接的小型和中型的能量生成单元的增加的扩展使交流电网的运行引导越来越复杂。在对交流电网中的电功率的日益增加的全局需求的情况下可以简单增大中心发电站的功率，而通常不必考虑交流电网的拓扑的特殊特征，尤其不必考虑不同电网层的连接、电网层到各个支路的划分以及能量消耗单元和/或能量生成单元相互之间的电相对位置，而这就以下而言不适用于非中心的能量生成单元或者由多个能量生成单元组成的设备:由于电功率的生成和消耗之间的局部不平衡快速出现交流电网中的功率分布的问题。因此，通过非中心的能量生成单元可能已经出现对电功率的局部过量供应，即使交流电网中的需求整体超过电功率的供应。所述非中心的能量生成单元的能量馈入的进一步增大则导致至少局部离开交流电网的允许的工作范围，例如导致电压边界值的超过和/或导致运行模块、尤其电线路的过载。在这种情况下，关断交流电网的以下区域中的能量消耗单元以便通过这种方式减小电功率的整体上存在的不足供应同样没有用处:在该区域中存在电功率的过量供应。交流电网的借助全局中央控制信号的运行引导尤其不适合于解决局部问题和全局问题之间的所述矛盾，所连接的所有能够控制的能量生成单元和能量消耗单元同样地响应所述全局中央控制信号。
[0005]由DE 10 2010 006 142 A1已知一种用于在考虑用于控制或者调节生成器电网(Erzeugernetz)的运行参数的馈入因数、生成器电网测量参量和预测信息的情况下控制或者调节由生成器电网的能量馈入的能量门户(Energi印ortal)。所述能量门户包括用于接收配能电网运行商的可预给定的馈入因数的馈入因数接收装置、用于接收生成器电网的测量参量的生成器测量参量接收装置、用于接收预测信息的预测信息接收装置、用于分析处理测量参量、馈入因数和预测信息的分析处理装置和用于根据经分析处理的测量参量、馈入因数和预测信息借助作为调节参量的馈入因数来控制或者调节生成器电网的运行参数的运行参数调节装置。通过这种方式应当实现:保持由配能电网运行商预给定的馈入因数。但事实上，仅仅在准确了解整个交流电网的拓扑时才能够达到所述结果。
[0006]由DE 10 2007 055 517 A1已知一种用于运行能量供给网络的方法。所述能量供给网络包括至少一个或多个能量生成单元和/或一个或多个能量消耗单元，其中，给它们分别分配一个或多个具有预给定优先级的供给等级。根据所述供给等级在能量馈入方面实现能量生成单元的计算机支持的控制和/或在能量消耗方面实现能量消耗单元的计算机支持的控制。在已知方法的范畴内，应实现能量供给网络的拓扑的计算机支持的检测，以便能够实现能量供给网络的相应单元的根据需要的控制。能量供给区域的拓扑数据应代表供给线路网络的结构以及有关能量供给区域中的单元的静态设备值。在此，应通过相应的配电计算机和区域计算机之间的数据交换自动识别线网的结构。区域计算机应周期性地调取设备值，以便能够为该能量供给区域维护拓扑数据。具体地，如果配电计算机与供给线路连接，则所述配电计算机应自主检测哪些单元已经与有关供给线路连接。在此，所述配电计算机检测物理线路数据，例如阻抗。随后，将通过配电计算机所获得的信息传送到有关能量供给区域的区域计算机上。该区域计算机使用所述数据来建立该能量供给区域的拓扑。但这些措施不足以以对于电网区段中的优化运行引导足够的准确度来确定电网区段的拓扑。
[0007]由DE 10 2008 057 563 A1已知用于电网符合的运行具有多个非中心的能量生成单元和/或能量消耗单元的低电压电网的方法和设备。为了交换信息，这些单元通过通信媒介与对于所有单元而言共同的上一级装置连接，所述装置由能量交易商运行。每一个单元具有一个能量管理器，其借助优化程序和确定的资费概况(Tarifprofil)来计算对于其能量消耗单元和生成器而言在经济上有利的使用计划。通过以下方式实现电网符合的运行:在遵守分配给电网参数的公差范围方面监视在所述单元的电网连接点处得到的电网参数，并且当至少一个电网连接点处的电网参数离开分配给所述电网参数的公差范围时，上一级装置至少向关键的单元传送经修改的资费概况，以便由此使电网参数至少再次接近公差范围。如果要借助所述已知的方法来优化电网区段的运行引导，则所有消耗或者生成重要有关量的能量的单元必须与由能量交易商运行的单元连接。此外，所述单元的通过向其传送资费概况的间接控制是迟缓的。
[0008]由EP 2 012 132 A1已知一种用电与状态测量仪，其具有用于用电器的分析装置。在其用电的指纹方面识别各个用电器。如果在不同插座上检测到用电，则也识别相应的用电器与哪个插座连接。
【发明内容】
[0009]本发明所基于的任务是，说明一种用于求取交流电网的电网区段的拓扑的方法，所述方法提供关于电网区段的最初未知拓扑的足够的信息，以便借助在其连接功率方面能够控制的能量消耗单元和/或能量生成单元优化在电网区段中交流电网的运行引导。
[0010]本发明的任务通过具有独立权利要求1的特征的用于求取逆变器的电网区段的拓扑的方法来解决。从属权利要求2至14针对所述方法的优选实施方式。权利要求15涉及一种用于多个能量消耗单元和/或能量生成单元的运行方法，其中，依照根据本发明的方法求取拓扑；而从属权利要求16至21针对所述运行方法的优选实施方式。
[0011]从基本已知的以下方法出发——其中在至少一个测量点处、例如直接在至少一个能量消耗单元和/或能量生成单元处测量多个能量消耗单元和/或能量生成单元中的至少一个能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率并且测量电网电压的变化，在根据本发明的用于求取交流电网的电网区段的拓扑的方法中确定至少一个测量点处的电网电压的变化与电网区段中的多个能量消耗单元和/或能量生成单元中的至少一些单个的能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的变化的依赖性。
[0012]连接功率的变化涉及相应的能量消耗单元和/或能量生成单元的有功功率的和/或无功功率的变化。根据在相应的能量消耗单元和/或能量生成单元与至少一个测量点之间的电网区段内存在何种电相对位置，所述变化对在至少一个测量点处测量的电网电压起不同作用。在此，电相对位置尤其通过到同一相或者另一相的分配、通过到电网区段内的同一支路或者另一支路的分配和/或通过支路内的相对顺序、例如与电网连接点-例如本地电网变压器——的相对间距来限定。因此，相反可以从所确定的依赖性推断出单个的能量消耗单元和/或能量生成单元与至少一个测量点和电网区段的电网连接点的电相对位置。具体地，可以由所确定的依赖性求取，测量点与能量消耗单元和/或能量生成单元是否与同一相连接和/或连接在电网区段的同一支路中。此外，如果测量点与能量消耗单元和/或能量生成单元连接在同一支路中，则可以求取从电网连接点看的连接顺序、即与电网连接点的相对间距。
[0013]可供电相对位置的求取使用的信息随着测量点的数量和分布的增大而增多，在所述测量点处测量电网电压。在能量消耗单元或者能量生成单元与测量点的电相对位置的确定和/或随后显示中，可以使用例如借助地理信息系统获得的已知的电相对位置或者空间相对位置作为参考点。
[0014]因此，根据本发明的方法的结果可以是电网图，在所述电网图上标记各个能量消耗单元和/或能量生成单元相对于这些测量点的位置。然而，对于在电网区段中交流电网的随后优化的运行引导而言，所述电网图不是强制性的前提。通过以下方式已经在其重要的影响方面充分确定感兴趣的拓扑、即各个能量消耗单元和/或能量生成单元与测量点的电相对位置:以标准化的形式已知测量点处的电网电压的变化与各个能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的变化的依赖性。所述依赖性说明:如何(即例如以何种阻抗)能够通过能量消耗单元或者能量生成单元的连接功率的变化对不同测量点处的电网电压产生影响。但这正是对于优化在电网区段中交流电网的运行引导所需要的决定性的认识。因此，具体地，根据本发明的方法的结果也可以是矩阵，其以标准化的形式再现电网电压与各个能量消耗单元和能量生成单元的连接功率的依赖性。例如为了构建所述矩阵，可以根据电网电压的变化与连接功率的变化的相关分析求取一些单个能量消耗单元或者能量生成单元的电相对位置。
[0015]在根据本发明的方法中，可以在所有能量消耗单元或者能量生成单元处直接测量连接功率的变化。所述数据通常能够由能量消耗单元和/或能量生成单元中的至少一些提供。但基本上，也可以从至少一个测量点处的电网电压的所得到的(resultierend)变化推导出各个能量消耗单元或者能量生成单元的连接功率的变化。如果电网电压的变化与所测量的来自所述能量消耗单元和/或能量生成单元的电附近的连接功率的变化的依赖性可供使用，则可从电网电压的所得到的变化求取未(直接)测量的连接功率的变化的不仅相对值而且绝对值。然而，如果要由电网电压的变化推导连接功率的变化，则存在将电网电压的变化分配给各个能量消耗单元和/或能量生成单元或者分配给其连接功率的变化的增大的困难。然而，所述分配可以根据能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的特有时间变化曲线来实现。特别地，在所测量的电网电压的变化与其连接功率的对于确定的能量消耗单元和/或能量生成单元特有变化之间的相关方面的所述分析能够实现电网区段中的所述能量消耗单元和/或能量生成单元的辨识。
[0016]因此，可以根据由其连接功率的变化引起的、电网电压的变化识别并且然后在其电的位置方面分类最初未知的能量生成单元，所述最初未知的能量生成单元的连接功率的变化相对于已知能量生成单元的直接测量的连接功率的基本相同的变化系统性地时间偏移。这尤其当能量生成单元涉及以下能量生成单元时是可能的:所述能量生成单元的连接功率由天气影响——如太阳照射或者风速确定，并且所述天气影响具有局部变化，所述局部变化的空间分布基本不变地越过电网区段移动。例如当云越过电网区段的空间区域行进时，该云在不同时间点引起具有光伏发电机(PV-Generator)的能量生成单元的连接功率的特有变化。相似的适用于具有强烈的空气压力差的风暴或者天气锋(Wetterfront)，它们在不同时间点到达不同的风能量设备并且在那引起所述风能量设备的连接功率的特有变化。当在能量生成单元中的一个处具体检测到了所述变化——例如连接功率的短暂衰落(Einbrechen)或者增大时，可以使用所述变化，以便根据其对至少一个测量点处的电网电压的影响的相同模式借助相关分析来识别同类的能量生成单元。如果同时已知风向和风速，则除最初未知的能量生成单元的电相对位置以外也能够确定其空间位置。
[0017]具体地，为了进行相关分析，可以求取连接功率的时间变化曲线与至少一个测量点处的电网电压的时间变化曲线的相关、在连接功率的由天气决定的变化的情形中尤其能量生成单元中的一个的有功功率的时间变化曲线与至少一个测量点处的电网电压的时间变化曲线的相关。然后，可以求取在一个或多个测量点处测量的电网电压的一个或多个时间变化曲线的自相关以寻找电网电压的不源于所述能量生成单元的连接功率的已知变化的同类变化。作为结果，得到在电网区段中是否存在同类能量生成单元的信息，其方式是，出现由所述同类能量生成单元通过其连接功率在时间上偏移的变化引起的、电网电压在时间上偏移的变化并且可识别为相关事件。特别地，如果所述至少一个测量点是能量生成单元的一部分，则能量生成单元可以通过这种方式求取对于其运行重要的关于围绕其的电网区段的拓扑的信息并且据此例如根据电网特性、例如电网频率和/或电网电压匹配其对电网支持的贡献、尤其有功功率馈入和/或无功功率提供的依赖性。
[0018]对于存在分别可以是能量生成单元的一部分的多个测量点的情形而言，也可以在连接功率的时间变化曲线与电网电压的时间变化曲线之间进行互相关；由此又得到关于能量生成设备相互之间的电相对位置的信息，其方式是，互相关的振幅不仅取决于能量生成单元到电网区段的相和支路的相应分配，而且取决于一个支路中的能量生成单元的连接的顺序，因此取决于能量生成单元与电网连接点的间距。
[0019]到目前为止，仅仅考虑了能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的随机变化或者由不可受影响的事件引起的变化。但是，如果以特有变化曲线迫使分别感兴趣的单个能量消耗单元或者能量生成单元的连接功率的变化并且因此所述单个能量消耗单元或者能量生成单元的连接功率的变化在已知的时间点并且以已知的变化曲线出现，则存在至少一个测量点处的电网电压的所出现的变化的简化分配。相应的能量消耗单元和/或能量生成单元的有针对性的接通以及其连接功率的有针对性的变化属于上述，其也可借助确定的频率模式编码，以便可以将能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的有针对性的变化无误地分配给至少一个测量点处的电网电压的确定的变化。
[0020]在连接功率的变化中，优选彼此分开考虑相应的能量消耗单元和/或能量生成单元的有功功率的和/或无功功率的变化。这当相应的电网区段的拓扑的求取是在电网区段中交流电网的运行引导的基础，所述运行引导应不仅通过有功功率的有针对性的馈入或者有针对性的消耗而且通过无功功率的有针对性的生成来影响电网电压时尤其适用。如果根据本发明的方法的结果是以标准化形式再现电网电压与各个能量消耗单元和能量生成单元的连接功率的依赖性的矩阵，则涉及具有复数项的矩阵或者用于电网电压与连接功率的有功功率和无功功率的依赖性的两个分开的矩阵。此外，尤其在测量点和各个能量消耗单元和能量生成单元到电网区段的各个相的分配已知时，可以构建对于每一个相分开的矩阵。
[0021]因为根据本发明的方法确定电网电压的变化与各个能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的变化的依赖性、即电网的敏感度，所以相反地也可以在优化的运行引导方面修改各个能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的变化作为对电网电压的变化的反应。具体地，例如可以如此优化根据所测量的电网状态参量确定能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的特征曲线，使得相比于那些在具有更小的敏感度的位置处与电网连接的能量消耗单元和/或能量生成单元，在具有更大的敏感度的位置处与电网连接的能量消耗单元和/或能量生成单元借助更陡的特征曲线对电压支持作出更大的贡献；其一个可能的例子就是，通过电网连接点附近的能量生成单元有针对性地生成无功功率。相反，可能有意义的是，借助更平缓的特征曲线促使具有更大的敏感度的位置处的能量消耗单元和/或能量生成单元在电网电压变化时发生其连接功率的更小的变化，例如以便避免支路端部(即远离电网连接点)处的能量生成单元的馈入的不必要的波动，所述波动直接对整个支路中的电网电压产生影响。
[0022]在根据本发明的用于多个能量消耗单元和/或能量生成单元的运行方法中根据以上所描述的根据本发明的方法求取拓扑，所述多个能量消耗单元和/或能量生成单元设置在交流电网的一个电网区段中并且为了实现至少一个预给定的优化目标能够在其连接功率方面控制所述多个能量消耗单元和/或能量生成单元，其中，在控制能量消耗单元和/或能量生成单元时考虑电网区段的拓扑。因为在所述情形中能够控制多个能量消耗单元和/或能量生成单元，所以优选有针对性地彼此分开地改变它们的连接功率，以便引起连接功率的重要变化并且引起电网电压的所得到的变化。此外，在电网区段中可以存在其他的主动的运行模块——例如可调节的变压器、远程可切换的分离位置或者特殊的无功功率源，在运行方法的范畴内为了实现至少一个预给定的优化目标能够控制它们。
[0023]在根据本发明的运行方法中，各个测量点处的电网电压与各个能量消耗单元和能量生成单元的连接功率的变化的所确定的依赖性允许简单的估计:相应的连接功率的变化如何对不同测量点处的电网电压产生影响。然后，例如可以有针对性地选择能够控制的能量消耗单元和/或能量生成单元以及可能存在的主动的运行模块，借助它们可以将电网电压关于测量点的存在的分布最有效地改变成电网电压关于连接点的所期望的分布。特别地,也可以或者从一开始避免或者通过适合的对策来补偿各个能量消耗单元或者能量生成单元的连接功率的变化的不期望的影响。
[0024]在根据本发明的运行方法中，通过控制能量消耗单元和/或能量生成单元以及可能存在的主动的运行模块实现的至少一个优化目标例如可以从以下选择:
[0025]-使电网区段的所有运行参数远离稳定性边界。这方面尤其涉及电网电压保持在预给定的值域中并且涉及有功功率在电网区段的所有部分中的可用性。
[0026]-在交流电网中的确定的点处、尤其在电网连接点处的限定的负载流，电网区段通过所述电网连接点与另一交流电网连接。尤其以下也属于这方面:在电能通过另一相从电网区段馈入到另一交流电网中期间防止通过交流电网的多个相中的一个通过用于电网区段的电网连接点获得电能。
[0027]-电网区段中可供使用的电网能力的最大利用。在此尤其涉及，虽然不使交流电网在电网区段的区域中的线路过载，但仍使其最大满载，以便在电网能力短缺的情况下确保，能够最大利用尤其波动的可再生能源的功率。
[0028]-最大保护能够控制的能量消耗单元和/或能量生成单元。能量生成单元的营利性显著取决于:在没有附加投入的情况下可以使能量生成单元运行多久。在此，最大寿命的实现以能量消耗单元和/或能量生成单元的保护性的处理为前提。在完全特别的情况中，这尤其在其累加器的可利用的装载能力方面适用于能量存储单元，其中，所述可利用的装载能力取决于装载/卸载循环的次数。
[0029]-普遍最大化经济上的优点。所述优点可能取决于相应要考虑的当前的资费条件。
[0030]-最大利用来自再生能量生成单元的能量。在此，再生能量生成单元指其发电机使用再生能量——例如太阳能或者风能的所有能量生成单元。尽可能仅仅消耗来自再生能量生成单元的能量与尽可能少地利用其他的、尤其传统地由化石原料生成的能量是有相同意义的。
[0031]所描述的优化目标中可以相继力求多个，其中，为了实现每一个另外的优化目标分别尽可能仅仅采取不冲突已实现的优化目标的保持的措施。
[0032]替代地，也可以同时力求多个优化目标。在此，不仅可以相同地对所述多个优化目标加权而且可以不同地对所述多个优化目标加权。因此，对于每一个优化目标的部分实现，可以确定自身的评估标准，其中，使所实现的评估的总和最大化，以便根据其权重尽可能在很大程度上实现多个优化目标的全部。
[0033]在根据本发明的运行方法中，至少一个优化目标和/或多个优化目标的顺序或者权重尤其可以由交流电网的运行商预给定。在所述预给定不存在时，可以考虑一般的优化目标、例如电网稳定性或者来自再生能量生成单元的能量的最大利用。
[0034]根据本发明求取的、各个测量点处的电网电压与各个能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的依赖性虽然允许多次识别:如何借助确定的单元局部最优地进行干预。然而，可能有意义的是，在用于实现至少一个优化目标的控制时在其效率方面排名、即分类能够控制的能量消耗单元和/或能量生成单元以及可能存在的主动的运行模块并且基本以其排名的顺序来控制所述能够控制的能量消耗单元和/或能量生成单元以实现相应的优化目标。至少有意义的是，在运行引导时考虑排名。这例如意味着，借助没有问题的具有无功功率能力的能量生成单元提供用于稳定电网电压的无功功率，而例如不借助不太适合于此的能量生成单元，仅仅因为这些能量生成单元更靠近电网电压会增大的测量点。此外，可以利用电网区段中的至少一些能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的认识，以便将所有其他的、自身未知的能量消耗单元或者能量生成单元汇总成分别等效的能量消耗单元或者能量生成单元的组，以便在其共同的消耗概况或者生成概况的时间变化曲线方面分析处理所述组中的每一个组的所有能量消耗单元或者能量生成单元。因此，能够实现运行方法的进一步改善。
[0035]本发明的有利的扩展方案从权利要求、说明书和附图得出。在说明书中提到的特征和多个特征的组合的优点仅仅是示例性的，并且可以替代地或累积地起作用，而不必一定通过根据本发明的实施方式实现这些优点。在不因此改变所附的权利要求的主题的情况下，关于原始申请材料和专利的公开内容有以下:其他特征可以从附图、尤其是所示的几何结构和多个部件相互间的相对尺寸及其相对布置和有效连接得出。本发明的不同实施方式的特征和不同权利要求的特征的组合同样可能与所选的对权利要求的引用关系有所偏差，并且由此出发。这也涉及在单独的附图中所示的或在其描述中提到的这些特征。这些特征也可以与不同权利要求的特征组合。在权利要求中列出的特征同样也可以不用于本发明的其他实施方式。
[0036]在权利要求和说明书中所提到的特征关于其数量应理解为，恰好存在该数量或存在大于该数量的数量，而不需要明确使用副词“至少”。因此，当例如谈及一个元件时，应理解为恰好存在一个元件、两个元件或者更多的元件。这些特征可以通过其他特征补充，或者可以是用于组成相应的成品的单个特征。
[0037]包含在权利要求中的参考标记不是对通过专利权利要求保护的主题的限制。其仅仅用于使得权利要求更易于理解。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]以下根据附图阐述和描述本发明。附图示出:
[0039]图1示意性地示出一个电网区段，该电网区段在电网连接点处通过变压器与交流电网的剩余部分连接；
[0040]图2示出在根据图1的电网区段的不同测量点处测量的电网电压的变化与所述电网区段中的不同的能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的有功功率的变化的依赖性的矩阵；
[0041]图3示出电网电压的变化与各个能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的无功功率的依赖性的相应于图2的矩阵；
[0042]图4示出根据本发明的用于电网区段中的多个能量消耗单元和/或能量生成单元的运行方法的一种实施方式的流程图，其中，在考虑电网区段的拓扑的情况下通过能量消耗单元和/或能量生成单元的有针对性的控制按顺序实现不同的优化目标。
【具体实施方式】
[0043]图1示意性示出电网区段1，所述电网区段通过电网连接点3处的变压器2与所覆盖的交流电网4的剩余部分连接并且具有示例性的、以下进一步描述的电拓扑。电网区段1划分成不同的支路5至9，它们从母线10出发并且可以在在此未示出的部分支路中继续分支。在此，支路5和6在其端部处相互连接并且构成环。支路7敞开地结束，而在支路8和9之间存在可切换的分离位置11。只要在电网区段1中不出现无功功率，则在母线10处施加电网区段1的通过变压器2预给定的固定的电网额定电压。支路5至9包括(i)在其连接功率方面能够控制的负载12和不能够控制的负载13作为单纯的能量消耗单元以及(ii)具有所连接的光伏发电机15的逆变器14以及具有所连接的内燃机18或者风轮19的发电机16和17作为单纯的能量生成单元以及(iii)具有所连接的能量存储器21的逆变器20作为能量消耗单元和能量生成单元，它们不仅能够接收电能而且能够输出电能。在此，不同的能量消耗单元和/或能量生成单元的数量和布置以及其在支路5至9上的分布是任意的并且最初未知。此外，不仅负载12和13而且能量生成单元可以代表具有通过一个共同的连接与相应支路连接的多个能量消耗单元和能量生成单元的电网子区段，即例如代表具有住宅连接的建筑物或者代表具有多个能量生成单元和一个共同的设备连接的能量生成设备。在所述电网区段中，在电网连接点3处测量经过电网连接点3的能量流和电网区段的电网电压。此外，至少在逆变器14和20处、但通常也在发电机16和17处测量电网电压，因为必须使它们与交流电网协调地运行并且必须监视它们的状态，例如以孤岛电网(Inselnetz)识别的形式。同时，在逆变器14和20以及发电机16和17处检测连接功率、即从所述单元馈入到交流电网中的有功功率并且必要时也检测所生成的无功功率。连接功率也供能够控制的负载12使用。向控制器22传送电网电压的和连接功率的全部测量值，所述控制器相反地在其连接功率方面控制能够控制的负载12并且至少控制逆变器14和20，通常也控制发电机16和17。所述控制有助于在电网区段1中交流电网的运行引导。在此，可以借助所述运行引导力求不同的优化目标。首先交流电网在电网区段1的所有区域中的稳定化属于所述优化目标。所述稳定化至少意味着，电网电压在任何位置保持在预给定的边界中。
[0044]在具有所连接的光伏发电机15的逆变器14(其中，参考标记设置有撇号)中，电网电压的和连接功率的测量值虽然基本可供使用并且连接功率基本也能够被改变。但这都不适用于控制器22，因为这些单元例如来自另一制造商或者由另一运行商运行。
[0045]为了能够在电网区段1的所有区域中的运行引导时通过有针对性地控制负载12和逆变器14和20来实现所述优化目标，必须已知电网区段的拓扑。通常不是这种情形或者至少不具有足够的准确性。为了解决所述问题，由控制器22检测电网区段1的可供控制器使用的所有测量点处的电网电压的变化与其可得到的连接功率的同时发生的变化的依赖性，更确切的说，根据连接功率的有功功率和无功功率进行分离。所述依赖性可以以在图2和3中再现的、用于各个测量点i处的电网电压u与各个能量消耗单元和/或能量生成单元j处的连接功率的有功功率P的依赖性的矩阵δ Ui/ δ Pj的形式并且以用于电网电压u与无功功率q的依赖性的δ Ui/qj的形式示出。只要标准化所述矩阵的项，则其不仅描述不同测量点处的电网电压与不同的连接功率的依赖性，而且描述各个单元与测量点相互之间的电相对位置。
[0046]因此，矩阵δ Ui/ δ Pj中不等于零的项意味着相应的能量消耗单元和/或能量生成单元与相应测量点的欧姆耦合。所述欧姆耦合通常仅仅在同一支路内产生并且在支路的一个相内特别显著。与此相反，在矩阵sui/^_中也存在至不同支路中的能量消耗单元和/或能量生成单元和测量点的不等于零的(小的)项。
[0047]在两个矩阵、但尤其在δ Ui/ δ Pj的行中的增大的项表明在相应支路的位于母线10和测量点i之间的这部分中的相应的能量消耗单元和/或能量生成单元j与电网连接点3或者母线10之间的增大的间距。这是由于，连接功率的变化基本上引起仅仅在相应支路5至9的位于相应的能量消耗单元和/或能量生成单元与母线10之间的这部分上的变化了的电压降，在所述母线上施加固定的电网额定电压。这在考虑连接功率的变化的情况下适用，而不取决于相应的支路整体上是从母线吸收功率还是将功率馈入到所述母线中。出于同样的原因，一行内的大致同样大的项表明，各个能量消耗单元和/或能量生成单元j比测量点i进一步电远离母线10或者连接在另一支路中。在此，中的相对大的项说明测量点i与母线10的已经大的间距。
[0048]通过两个矩阵的各个行和列中的项的比较，各个测量点i和能量消耗单元和/或能量生成单元j不仅可以分配给各个支路5至9，而且也可以沿着支路5至9分类。这究竟如何能够实现尤其取决于测量点i的密度。如果测量每一个能量消耗单元和/或能量生成单元j处的电网电压，则给出测量点i的有利地高的密度。
[0049]同时，从矩阵SUi/SpJP SUi/qj可以直接看出，确定的能量消耗单元和/或能量生成单元i的连接功率的有功功率部分或者无功功率部分的确定的变化对测量点j处的电压有何影响。根据图1的控制器22利用所述认识来有针对性地如此控制所述能够控制的单元，使得在电网区段1的区域中运行引导交流电网时实现相应的优化目标。
[0050]但是，不仅能够分析处理直接测量的连接功率而且能够分析处理例如可以根据各个能量消耗单元和/或能量生成单元的特有时间变化曲线分配的连接功率。只要所测量的连接功率的比较值可供使用，就可以由不同测量点处的电网电压的可供使用的测量值不仅推断出相应的能量消耗单元和/或能量生成单元的电相对位置而且推断出其连接功率的绝对变化。
[0051]尤其可以基于连接功率的变化的或者电网电压的所得到的变化的特有时间变化曲线实现各个测量点处的电网电压的变化到各个能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的变化的分配。对此存在以下可能性:根据一个或多个测量点处的电网电压的所得到的变化与所测量的、连接功率的由天气决定的时间变化或者与由此引起的电网电压的变化的相关来识别所测量的、具有所连接的光伏发电机15的逆变器14的连接功率的由天气决定的时间变化，所述时间变化也以可比形式的时间上的1出现在未受监视的具有光伏发电机15’的逆变器14’中。在此，也可以在能量生成单元的空间上的相对位置方面分析处理所述时间上的偏移。然而，当由控制器22以限定的时间变化曲线如此预给定各个能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的有原因的变化，使得所述变化区别于连接功率的随机变化并且也相互区别时，测量点处的电网电压的变化的分配是特别简单的。
[0052]分离位置11的切换调节对各个测量点处的电网电压的影响也可以作为列记录到所述矩阵中的一个中，即使通过分离位置11的切换调节没有改变连接功率。
[0053]图4描述用于多个设置在电网区段中的能量消耗单元和能量生成单元的运行方法的一个示例，借助所述运行方法实现不同的优化目标。在步骤23中，预给定所述优化目标并且图示性地标为目标A至目标N。在步骤24中，实现优化目标的优先级划分、即优先顺序的构造。在随后的步骤25中，如下分析处理在步骤26中检测的测量值:借助当前的测量值以何种程度无论如何实现第一优化目标、即具有最高优先级的优化目标。如果在步骤27中确定已经实现优化目标，则在步骤28中实现至下一个优化目标的过渡，并且在重新的步骤25中如下实现测量值的分析处理:以何种程度也已实现所述下一个优化目标。然而，如果在步骤27中确定还没有实现相应的优化目标，则在步骤29中检查，对于所述优化目标的实现而言是否必须破坏某个先前的优化目标、即具有更高优先级的优化目标。如果是这种情形，则可以丢弃相应的优化目标并且在步骤28中直接过渡到下一个优化目标。然而，首先在步骤30中可以检查是否能够实现优化目标的修改，然后在经修改的优化目标方面重新实施步骤25之前，在步骤31中进行所述修改。相反，如果在步骤29中确定，相应的优化目标的满足不破坏具有更高优先级的优化目标，则在步骤32中在其连接功率方面——更确切地说不仅在其有功功率部分而且在无功功率部分方面——实现所述电网区段中的为此可供使用的能量消耗单元和能量生成单元的控制，以便实现当前的优化目标。在此，考虑电网区段的根据所述方法在步骤33中检测的尤其以根据图2和3的矩阵形式的拓扑。然后在25中检查，借助步骤32中的控制是否实现相应的优化目标。优选地，至少只要需要能量消耗单元和/或能量生成单元的持续控制来实现先前的这些优化目标并且暂时的控制不够，就在其连接功率方面进行步骤32中的用于实现相应的优化目标的、为了实现到目前为止的所有的即更高优先级划分的优化目标已实施的控制，作为能量消耗单元和能量生成单元的控制的修改。
[0054]参考标记列表
[0055]1 电网区段
[0056]2 变压器
[0057]3 电网连接点
[0058]4 交流电网
[0059]5 支路
[0060]6 支路
[0061]7 支路
[0062]8 支路
[0063]9 支路
[0064]10 母线
[0065]11 分离位置
[0066]12 能够控制的负载
[0067]13 负载
[0068]14 逆变器
[0069]15 光伏发电机
[0070]16 发电机
[0071]17 发电机
[0072]18 内燃机
[0073]19 风轮
[0074]20 逆变器
[0075]21 能量存储器
[0076]22 控制器
[0077]23-33运行方法的步骤
【权利要求】
1.一种用于求取交流电网(4)的电网区段(I)的拓扑的方法，所述电网区段包括电网连接点(3)、至少一个从所述电网连接点(3)出发的具有多个能量消耗单元和/或能量生成单元的支路(5-9)和在所述至少一个支路(5-9)中的至少一个测量点，所述方法具有以下步骤: 测量所述多个能量消耗单元和/或能量生成单元中的至少一个的连接功率； 测量所述至少一个测量点处的电网电压， 其特征在于以下另一步骤: 确定所述至少一个测量点处的电网电压的变化与所述多个能量消耗单元和/或能量生成单元中的至少一些单个的能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的变化的依赖性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定所述依赖性时考虑的连接功率的变化包括所述多个能量消耗单元和/或能量生成单元中的至少一些单个的能量消耗单元和/或能量生成单元的有功功率的和/或无功功率的变化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所确定的依赖性求取所述一些单个的能量消耗单元和/或能量生成单元与所述至少一个测量点和所述电网连接点的电相对位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述电网电压的变化与所述连接功率的变化的相关分析求取所述一些单个的能量消耗单元和/或能量生成单元的电相对位置。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，为了求取所述电相对位置而求取所述至少一个测量点和所述能量消耗单元和/或能量生成单元中的所述单个的能量消耗单元和/或能量生成单元是否与所述交流电网(4)的同一相连接和/或连接在同一支路中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，针对所述至少一个测量点和所述单个的能量消耗单元和/或能量生成单元中的那些连接在所述同一支路中的能量消耗单元和/或能量生成单元求取从所述电网连接点看沿着所述支路的连接的顺序。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述一些单个的能量消耗单元或者能量生成单元中的所有能量消耗单元或者能量生成单元处直接测量所述连接功率的变化。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，由所述电网电压的变化推导一些单个的能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的变化，其中，根据其连接功率的特有时间变化曲线将所述电网电压的变化分配给所述单个的能量消耗单元和/或能量生成单元。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据由于其连接功率的由天气决定的变化引起的、电网电压的变化来识别最初未知的能量生成单元，所述其连接功率的由天气决定的变化相对于由于至少一个已知的能量生成单元的直接测量的连接功率的由天气决定的变化弓丨起的、电网电压的变化在时间上偏移。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在确定所述电网电压的确定的变化与至少一个已知的能量生成单元的直接测量的连接功率的变化的依赖性之后，在以下变化的出现方面检查所测量的电网电压:所述变化与所述确定的变化同类但不取决于所述至少一个已知的能量生成单元的直接测量的连接功率的变化，并且由同类变化的出现推断出同类能量生成单元中的所述至少一个已知的能量生成单元的存在。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述电网电压的确定的变化方面实施所述电网电压的相关分析，以便识别所述电网电压的与所述电网电压的确定的变化同类的变化。
12.根据权利要求9或引用权利要求9的权利要求10和11中任一项所述的方法，其特征在于，根据其连接功率相对于具有光伏发电机(15)或者风能设备(19)的已知的能量生成单元在时间上偏移的变化在空间上分类所识别的具有光伏发电机(15’)或者风能设备(19)的能量生成单元。
13.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，迫使所述能量消耗单元和能量生成单元中的单个的能量消耗单元和/或能量生成单元的连接功率的变化。
14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所测量的、所述连接功率的变化是相应的能量消耗单元和/或能量生成单元的有功功率的和/或无功功率的独有的变化。
15.一种用于多个能量消耗单元和/或能量生成单元的运行方法，所述多个能量消耗单元和/或能量生成单元设置在交流电网(4)的一个电网区段(I)中并且为了实现至少一个预给定的优化目标能够在其连接功率方面控制所述多个能量消耗单元和/或能量生成单元，其中，在控制所述能量消耗单元和/或能量生成单元时考虑所述电网区段(I)的拓扑，其特征在于，按照根据以上权利要求中任一项所述的方法求取所述拓扑。
16.根据权利要求15所述的运行方法，其特征在于，从以下选择所述至少一个优化目标: 使所述电网区段的所有运行参数远离稳定性边界； 在电网连接点(3)处的限定的负载流，所述电网区段(I)通过所述电网连接点与另一交流电网连接； 最大利用在所述电网区段(I)中可供使用的电网能力； 最大保护所述能够控制的能量消耗单元和/或能量生成单元； 最大化经济上的优点； 最大利用来自再生能量生成单元的能量。
17.根据权利要求16所述的运行方法，其特征在于，相继力求多个优化目标，其中，为了实现另一优化目标分别仅仅采取不冲突已经实现的优化目标的保持的措施。
18.根据权利要求16或17所述的运行方法，其特征在于，同时力求多个优化目标。
19.根据权利要求17所述的运行方法，其特征在于，不同地加权所述同时力求的优化目标。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的运行方法，其特征在于，由所述交流电网的电网控制中心预给定所述至少一个优化目标和/或多个优化目标的顺序或者权重。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的运行方法，其特征在于，在用于实现所述至少一个优化目标的控制时在其效率方面排名所述能够控制的能量消耗单元和/或能量生成单元并且以其排名的顺序控制所述能够控制的能量消耗单元和/或能量生成单元以实现所述优化目标。
【文档编号】H02J13/00GK104396111SQ201380033016
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2012年6月22日
【发明者】D·普雷姆, Y·T·福吉, G·贝滕沃特, C·阿勒特, T·比洛, S·史蒂文森 申请人:艾思玛太阳能技术股份公司