[发明专利]操作能量产生系统的方法和能量产生系统的逆变器

说明书

在用于操作具有光伏发电机和逆变器的能量产生系统的方法中，在逆变器与交流电压网之间传输电功率，其中所传输的电功率包括有功功率(P)和无功功率(Q)，并且在第一操作模式中，光伏发电机借助于逆变器在最大有功功率点(MPP)操作。根据本发明的方法的特征在于，在第二操作模式中，根据电网频率瞬时值(f)和电网频率变化率(df/dt)来调节有功功率(P)，并且在第二操作模式中，根据电网电压瞬时值(U)和电网电压变化率(dU/dt)来调节无功功率(Q)。根据本发明的用于具有光伏发电机的能量产生系统的逆变器被配置用于执行该方法。

发明的技术领域

本发明涉及用于操作交流电压网上的能量产生系统(Energieerzeugungsanlage)的方法和用于能量产生系统的逆变器。

现有技术

在能量转换的过程中，越来越多的基于变换器的能量产生系统，特别是具有逆变器的光伏系统，被连接到交流电压网，并且取代了具有同步发电机和相应飞轮质量的传统发电厂，该传统发电厂以常规方式确保交流电压网的足够的惯性从而确保交流电压网的稳定性。结果，在基于变换器的能量产生系统的区域渗透率(Durchdringung)较高的情况下，使用常规的调节方法难以控制交流电压网的稳定性，使得重大干扰，特别是那些在关键点出现电网断开的重大干扰，会导致大面积的电网故障。为了即使在交流电压网被基于变换器的能量产生系统完全渗透而又无需依赖常规最小发电量的情况下确保电网稳定性，调节方法和系统技术性解决方案是必要的，这些调节方法和系统技术性解决方案可以确保交流电压网在技术上基本上独立于常规发电厂，因此可以实现用于给交流电压网中的负载供电的高比例的可再生能源。在这种情况下，在短时间范围内，即在干扰事件(例如，传输电网的高负载线路突然发生故障)之后的零秒到大约三十秒的时间范围内，瞬时稳定性是特别重要的。

电力交流电压网的稳定性，特别是频率稳定性，取决于交流电压网中的产生与消耗之间的平衡。在产生功率与消耗功率之间存在不平衡的情况下，结果是电网频率会发生变化，特别是根据电网惯性、产生功率与消耗功率之间的功率差的大小以及功率差的变化速度会发生变化。

从频率稳定性的角度来看，最严重的干扰之一是所谓的系统分离(SystemSplit)，其中两个电网区段之间的传输线路例如由于过载而断开。尽管正在大规模地建设许多小型的可再生能源产生系统，但是出于各种原因，并不能总是在靠近用电器的地方建造大功率的能量产生系统(例如，大型PV发电厂、风力发电厂或水力发电厂)。在阳光和风力较少的情况下，仍然经常需要从电网区段外部获取匮乏的功率。因此，如果在两个电网区段断开(例如，由于发电机和消耗器在空间上彼此相距得远，并且由于断开而被分开)之前在它们之间就已经进行了高功率交换，那么这些电网区段之间的关键线路的断开是特别严重的。在这种情况下，在干扰出现之后，经由传输线路获取功率的电网区段的可用生成功率不足，因此在该电网区段中的电网频率开始下降，而在经由传输线路输出功率的电网区段中存在过剩的产生功率，因此在该电网区段中的电网频率增加。

因此，电网区段中的功率不平衡和产生功率的快速变化可能会更加频繁。特别地，在具有高比例的基于变换器的能量产生系统的电网区段中，不能单独通过已知的和可能规范地规定的方法来控制交流电压网中的产量过剩，该产量过剩在系统分离的情况下会突然出现并且伴随着强烈的频率波动和陡峭的频率梯度，特别地不仅要通过由外部(特别是由电网运营商根据情景集中指定的)功率降低和/或借助于频率静态特性(Frequenzstatik)的分散式频率相关的功率降低来控制，能量产生系统还借助于频率静态特性根据P(f)特征曲线在过频时降低其功率，或者如从EP2759033A1已知的，从交流电压网获得功率。虽然立即切断能量产生系统在原则上有助于保护交流电压网免于崩溃，然而也带来了其他缺点，例如能量产生系统的运营商的收益损失以及在排除电网故障之后重新启动能量产生系统时产生的后续问题。

发明任务

本发明的任务基于展示一种用于操作能量产生系统的方法，该方法特别是在电网干扰的情况下可以最佳地有助于稳定交流电压网，并且提供一种用于能量产生系统的逆变器，该逆变器被配置用于执行根据本发明的方法。