用于运行逆变器的方法和逆变器与流程

为了将电能从直流源馈入公共能源供给网，例如在光伏设备中，使用逆变器。在公共能源供给网中，逆变器还满足网形成或网支持的功能。

背景技术：

1、为了将电能从直流源馈入公共能源供给网，例如在光伏设备中，主要使用网引导的逆变器。这些逆变器以电流调节方式运行。电压调节的逆变器在独立供电网路(inselnetzen)中用作网形成的逆变器，但在公共能源供给网中，电压调节的逆变器也越来越多地满足网形成或网支持的功能。

2、在网故障所导致电压骤降的情况下，逆变器必须继续馈入到网中(frt-faultride through，故障穿越)，以便支持电压。通过电压调节，在故障情况下，受限提升电流直至设置在逆变器中的电流限制激活。随后，在frt模式下借助虚拟阻抗进行电压调节，以便不违反最大电流界限。

3、一旦电压再次超出可预给定的阈值，切换回网形成模式。为此，预给定固定的优化值，其在电阻抗发生变化时必须被重新设定。

4、特别是在弱网或远程短路的情况下可能出现，过早地超出阈值的其他优化值的情况，从而过早地脱离frt模式，并且反复地进入(gelangt)电流限制在其中激活的区域中。另一方面，在弱网或远程短路的情况下也可能出现，在网故障消失后也未达到阈值的其他优化值，则这导致永久地停留在frt模式下。

5、由a.gkountaras、s.dieckerhoff和t.sezi撰写的专业论文“evaluation ofcurrent limiting methods for grid forming inverters in medium voltagemicrogrids”，2015ieee energy conversion congress and exposition(ecce)，montreal，qc，2015，pp.1223-1230，描述网形成逆变器中的电流限制的不同形式，并且在此，其中，虚拟阻抗的使用作为一种形式。

6、在本技术中，缩写dc(英文：direct current)代表直流电流或直流电压，而ac(英文：alternating current)代表交流电流或交流电压。

技术实现思路

1、任务

2、该申请所基于的任务是进一步改善逆变器的运行，尤其是在网故障时。

3、解决方案

4、该任务通过一种具有独立权利要求1的特征的方法和通过一种具有独立权利要求12的特征的逆变器来解决。从属权利要求中提出有利的实施方式。

5、描述一种用于运行逆变器的方法，该逆变器具有ac连接端、dc连接端和布置在该ac连接端与该dc连接端之间的逆变器桥。该方法至少具有步骤s1)、s2)、s3)、s4)：

6、s1)在第一运行模式下运行该逆变器，在该第一运行模式下，通过该逆变器在该ac连接端处以电功率供给ac网，并且通过该逆变器的调节来调节该ac网的电压。

7、s2)如果识别到在该ac连接端处的电流提升高于可预给定的电流界限值：切换到第二运行模式，并且在该第二运行模式下运行该逆变器，其中，在该第二运行模式下，这样匹配该调节，使得该调节借助虚拟阻抗限制在该ac连接端处的电流。

8、s3)在该第二运行模式下：

9、s3.1)如果识别到在该ac连接端处的电压提升高于可预给定的阈值：切换到所述第一运行模式，并且在该第一运行模式下运行该逆变器。

10、步骤3.1)是步骤3)的组成部分。

11、s4)在该第一运行模式下：

12、s4.1)如果在超出可预给定的第一持续时间的时间段期间识别到在该ac连接端处的电流提升高于可预给定的电流界限值：借助经匹配的调节切换到该第二运行模式下，并且在该第二运行模式下运行该逆变器，

13、并且提高该阈值。步骤4.1)是步骤4)的组成部分。

14、该方法特别是涉及电压调节的逆变器，该电压调节的逆变器一方面能够网形成地用于独立供电网路，另一方面能够网支持和/或网形成地用于连接到ac连接端的ac网(inselnetz)、尤其是公共供给网。在第二运行模式下，在电压调节的运行中使得能够实现网调节、特别是frt(fault ride through，故障穿越)。这借助虚拟阻抗发生。在frt中使得能够实现稳健的调节表现，尤其是在刚性的或弱的ac网的远程故障的情况下。

15、如果逆变器在一次第二运行模式下的运行后再次切换回第一运行模式下，则在重新识别网故障中通过识别在ac连接端处的电流提升高于可预给定的电流界限值，一方面再次切换回第二运行模式下，另一方面，提高电压的阈值。这允许在这种状况下提高升级水平，并且使逆变器相对于运行模式的重新发生变化更加稳健。

16、在该方法的一种实施方式中，在步骤s4.1)之后再次实施步骤s3)。如果逆变器然后重新从第二运行模式切换到第一运行模式，并且然后重新识别在该ac连接端处的电流超出电流界限值，则重新提高电压的阈值。因此能够进一步匹配调节的稳健性。

17、在网故障所导致的，在ac连接端处在网馈入时例如在逆变器输出端处或在网连接点处的电压骤降的情况下，逆变器的调节导致电流提高，因为该调节尝试保持电压。电流提高则通过逆变器限制，例如通过硬件电流限制。通过识别电流提高高于可预给定的电流界限值，由此推断网故障的存在，并激活逆变器的第二运行模式、尤其是frt模式。在尤其可以是frt模式的第二运行模式下，逆变器继续尝试保持网电压不变，其中，借助虚拟阻抗避免电流采用位于界限范围内的值，在该界限范围处例如硬件电流限制将作用。一旦电压已超出可预给定的电压阈值，则系统从第二运行模式切换回第一运行模式下、特别是网形成模式。如果因为网故障继续存在，电流随后在多于特定的、可预给定的第一持续时间——例如100ms与300ms之间、优选200ms——内再次采用高于电流界限值的值，则提高电压的阈值，并且再次切换回第二运行模式、特别是frt模式下。等待第一持续时间有利的是，以便能够截断调节的稳定时间。阈值的提高在此相当于升级水平的提高。

18、在一种实施方式中，所述阈值可以采用可预给定的数量的可预给定的离散值，并且在该方法的开始时采用初始值，以及在步骤s4.1)中提高到所述离散值中的下一更高的离散值。所述初始值是阈值在该方法的开始时，例如在逆变器的启动时和/或在步骤s1的运行时，采用的值。

19、因此，根据逆变器怎样频繁地已在第二运行模式下运行，升级水平逐步提高。术语“升级水平”例如可考虑为在此向上计数的计数器。

20、在一种实施方式中，所述阈值的初始值位于逆变器的额定电压的80％与100％之间，优选位于约85％。

21、在一种实施方式中，至少两个相邻的离散值之间的距离为逆变器的额定电压的3％与7％之间，优选为约5％。

22、在该方法的一种实施方式中，各两个相邻的离散值之间的距离不同。

23、在该方法的一种实施方式中，当各两个相邻的离散值变大时，所述值之间的距离变大。

24、在该方法的一种实施方式中，当各两个相邻的离散值变大时，所述值之间的距离变小。

25、例如，所述阈值的值的提高可以以升级水平每次提高额定电压的5％的跨步进行。这些值之间的距离，即值之间的步长，也可以改变，即从特定的升级水平开始更小或更大。例如，在一种实施方式中，可以通过呈查找表形式的值表进行将步长配属给升级水平。

26、在一种实施方式中，该方法包括步骤s4.2)，在该步骤中，如果逆变器在超出可预给定的第二持续时间的时间段内在第一运行模式下运行，则将所述阈值降到所述初始值。步骤4.2)是步骤4)的可选组成部分。

27、例如，升级水平(eskalationslevel)可以理解为向上计数或向下计数的计数器。根据升级水平，得出相对于初始值相比提高或降低的阈值。升级水平的提高一直地并且可选地在多个迭代步骤中进行直至阈值高于在故障情况下的、通过虚拟阻抗上的电压降而降低的电压，并且系统因此稳定保持在第二运行模式下。当网故障实际消失时，电压然后才上升并且再次高于借助升级系统所提高的电压阈值。在由此导致的向第一运行模式的切换的情况下，该系统在该运行模式下保持稳定，而电流不再次提升直至硬件电流界限值。如果这种状态在可预给定的第二持续时间、例如200ms内存在，则再次将升级水平重置，其方式是，将阈值重置到其初始值。

28、在一种实施方式中，该方法具有步骤s3.2)，在该步骤中，如果逆变器在超出可预给定的第三持续时间的时间段内在第二运行模式下运行，则降低所述阈值。步骤3.2)是步骤3)的可选组成部分。

29、如果系统处于第二运行模式下，并且电压发生正向改变，则即在本实施方式中可以在可预给定的第三持续时间后降低升级水平，以便有利于脱离第二运行模式。所述第三持续时间应选择得足够短，以便必要时在电压的提升期间也能逐步地在多个步骤中降低阈值。也可考虑，电压提升高于触发阈值的降低，并且阈值然后一直降低直至其低于电压并且脱离第二运行模式。在故障地降低阈值的情况想，则将随后再次通过方法步骤s3)和s4)提高这些阈值。

30、除了阈值的提高，也可以例如降低阈值，例如升级水平每次提高或降低额定电压的5％的跨步。在降低阈值时，值之间的距离、即值之间的步长也可以变化，即，从特定的升级水平开始更小或更大。在一种实施方式中，也可以通过呈查找表形式的值表进行针对该降低将步长配属给升级水平。

31、在该方法的一种实施方式中，逆变器至少在相应于可预给定的第四持续时间的时间段内在第二运行模式下运行。这允许在再次切换回第一运行模式下之前使逆变器的调节可以安全地稳定下来。这特别是对于frt模式有利，因为通过frt调节的第四持续时间能够在切换回网形成模式之前给出足够的时间。

32、该方法借助升级系统来适配阈值，从而进一步改善逆变器的运行，尤其是在网故障的情况下。根据特定的标准，提高或降低升级水平。然后根据升级水平适配地匹配阈值。

33、一种具有ac连接端、dc连接端和布置在该ac连接端和该dc连接端之间的逆变器桥的逆变器，其中，该逆变器可以在第一运行模式下运行，在该第一运行模式下，通过该逆变器在该ac连接端处以电功率供给ac网，并且通过该逆变器的调节来调节该ac网的电压，其中，该逆变器的调节单元设置用于实施所述调节。该调节单元设置用于在第一运行模式下识别在该ac连接端处的电流提升高于可预给定的电流界限值，并且作为对此的响应，切换到第二运行模式，并且在该第二运行模式下，所述调节借助虚拟阻抗限制在该ac连接端处的电流。该调节单元进一步设置用于：在第二运行模式下，识别在该ac连接端处的电压提升高于预给定的阈值，并且作为对此的响应，切换到第一运行模式。如果该逆变器反复地在第一运行模式下，则该调节单元可以识别到在该ac连接端处的电流在超出可预给定的第一持续时间的时间段期间提升高于可预给定的电流界限值，并且作为对此的响应，切换到第二运行模式，并且提高该阈值。

34、在dc连接端处可以连接有dc单元，例如光伏设备。逆变器桥可以双向地实施，并且具有用于转换电功率的开关单元，这些开关单元由逆变器的调节单元操控。因此，逆变器也可以作为整流器发挥作用，并且作为dc单元从例如ac网以电功率供给电池(batterie)。

35、在逆变器的一种实施方式中，在该逆变器的存储器单元中存储能够采用所述阈值的、可预给定的数量的可预给定的离散值，其中，在提高时分别将所述阈值提高到所述离散值中的下一更高的离散值。

36、在逆变器的一种实施方式中，所述调节设置为用于降低所述阈值，如果该逆变器在超出可预给定的第三持续时间的时间段内在第二运行模式下运行。