專利名稱：調節經由多相ac電網的各個相流動的局部功率的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種調節電網連接點處的局部功率的方法，該電網連接點位于包括多個相導線的多相AC電網與包括多相逆變器和連接至該AC電網的用電器(consumer)負載的單元之間，該單元將電能饋送到所述AC電網，該局部功率經由各個相導線流動。另外，本發明涉及一種用于調節電網連接點處的局部功率的裝置，該電網連接點位于包括多個相導線的多相AC電網與包括多相逆變器和連接至該AC電網的用電器負載的單元之間，該單元將電能饋送到AC電網，該局部功率經由 各個相導線流動。該裝置將尤其用于實施本發明的方法。另外，本發明涉及用于調節電網連接點處的局部功率的多相逆變器，該電網連接點位于包括多個相導線的多相AC電網與包括多相逆變器和連接至該AC電網的用電器負載的單元之間，該單元將電能饋送到AC電網，該局部功率經由各個相導線流動。該多相逆變器也將尤其用于實施該新方法。電網連接點可以是連接至公共電網的轉接點。作為替換，可以在電網連接點處設置提供AC電網的本地電網形成單元。具體來說，多相AC電網是三相AC電網。然而，一般而言，本發明可以應用于任意的多相AC電網，例如像兩相AC電網。如本發明所意欲的調節或匹配在各個相導線上流動的局部功率包括減少不平衡的負載，即減少由于所連接的單相用電器負載而造成的多相AC電網各個相上的不對稱負載。然而，本發明不僅考慮了從AC電網取得電功率，而且還考慮在電網連接點處將電功率饋送至AC電網。如果該饋送也經由單相，但是是經由單相用電器負載所連接的那一相之外的另一相來執行，則可能發生以下情況電功率經由一相流出AC電網，然而電功率在電網連接點處經由另一相饋送到AC功率網中。這是不平衡負載的極端情況。
背景技術：
已知在從多相AC電網取得用于多個用電器負載的功率中限制不對稱負載的方法在于將單相用電器負載分布在多相AC電網的各個相上。然而，該措施僅從統計平均方面來調節經由多相AC電網的各個相導線流動的局部功率。在朝向所連接的AC電網的顯示出高阻抗的電網連接點中，在從AC電網取得高功率時，會出現關于電網電壓的電壓下降。已知由可變比變壓器來補償該效應。然而，在各個相負載不對稱的情況下，在朝向AC電網的顯示出高阻抗的電網連接點處的各個相之間所產生的壓差無法通過可變比變壓器來補償。如上所述，不期望的不對稱功率分布也發生在將電能饋送到多相AC電網的單相中。根據DE 10 2006 003 904 Al，已知抵消這些不對稱在于將由多個單相逆變器饋送到AC電網的電功率均勻地分布在AC電網的各個相上，并且在饋送到一相的一個逆變器故障時，其它逆變器饋送到其它相中的功率被限制。根據WO 2006/084294A1,已知用于各自饋送到三相AC電網的各個相的逆變器系統。在此，多個單相逆變器在它們的輸入端連接至功率總線，多個光伏功率發電機饋送到該功率總線中。由光伏功率發電機饋送到功率總線的功率隨著太陽輻射而改變。各逆變器并聯組合或連接，以將功率總線上當前可用的功率饋送到AC電網中，并且采用合適的低數量的逆變器以限制功率損耗。為了避免各個相上的負載不平衡，饋送功率的單相逆變器集中
在三組中，即每相一組。受讓人銷售稱為“陽光島”的雙向電池逆變器，該雙向電池逆變器可以用作用于島網絡(island networks)的電網形成器,并且通過從未加負載的相取得功率以及將功率輸出給加有負載的相來補償島網絡的各個相上的不對稱負載。然而，該功率補償由此在雙向逆變器內具有功率損耗。US 4，177，508公開一種用于平衡提供自三相網絡的不對稱負載的裝置。該裝置提供有逆變器，該逆變器用于在其AC側產生三相輸出電流系統，該三相輸出電流系統采用與網絡相反的相來饋送。相應地，從DC電源將DC電流饋送到逆變器的DC側，該DC電流對應 于待平衡的最大不對稱功率。優選地，DC電源是連接至網絡的整流器。因此，僅提供整個已知裝置用于平衡不對稱負載，從而意味著相當大的成本和功率損耗。如果由逆變器提供的電功率的自消耗具有優勢，在上述由于在經由一相在電網連接點處取得功率同時將功率經由另一相饋送到AC電網而造成的極端不平衡負載的情況則是與AC電網中引起的不平衡負載無關的劣勢。這些優勢通常包括本地產生的電功率的自消耗并未對AC電網造成負擔。如果從AC電網取得的電能比饋送到AC電網的電功率更加昂貴，則可以導致附加的經濟優勢。然而，如果對于本地產生的電能的自消耗的激勵高于將電能饋送到電網的支付與從電網取得電能的價格之間的差異，則也可以出現經濟優勢。這是根據自2009年I月I日生效的德國Erneuerbare-Energien-Gesetz版本(EEG 2009)的情況。如果自消耗具有經濟優勢，則必須避免經由一相饋送電功率同時經由AC電網的另一相取得電功率的情況。EP 2 114 002 Al公開一種連接在太陽能電池的輸出端子與三相功率系統之間的三相功率轉換設備。該轉換設備包括三相逆變器電路和與三相逆變器電路的AC輸出線串聯連接的單相逆變器。三相逆變器電路在與系統電壓的半周期相對應的時段期間輸出反極性電壓脈沖。由各個單相逆變器在每個半周期中生成的功率負荷近似為零，并且各個單相逆變器在產生反極性電壓脈沖的時段期間進行校正，以從各個相的目標輸出電壓中減去公共電壓。其中并未提及平衡三相功率系統的各個相上的任何負載。仍然需要用于調節電網連接點處的局部功率的方法、裝置以及逆變器，該電網連接點位于包括多個相導線的多相AC電網與包括多相逆變器和連接至該AC電網的用電器負載的單元之間，該單元將電能饋送到AC電網，該局部功率經由該各個相導線流動，由此優化本地產生的功率的自消耗，以及由此總體上減少多相AC電網上的電網連接點處的不對稱負載。
發明內容
在一方面，本發明提供一種調節電網連接點處的局部功率的方法，所述電網連接點位于包括多個相導線的多相AC電網與包括多相逆變器和連接至所述AC電網的用電器負載的單元之間，所述單元將電能饋送到所述AC電網中，所述局部功率經由所述各個相導線流動，所述方法包括確定經由所述各個相導線流動的所述局部功率之間的差異；以及使用所述逆變器，以通過將不同的局部功率饋送到所述各個相導線來減少所確定的差異。在另一方面，本發明提供一種用于尤其是根據上述方法來調節電網連接點處的局部功率的裝置，所述電網連接點位于包括多個相導線的多相AC電網與包括多相逆變器和連接至所述AC電網的用電器負載的單元之間，所述單元將電能饋送到所述AC電網中，所述局部功率經由所述各個相導線流動，所述裝置包括測量設備，所述測量設備確定經由所述各個相導線流動的所述局部功率之間的差異；以及控制設備，所述控制設備操作所述逆變器，以通過將不同的局部功率饋送到所述各個相導線中來減少由所述測量設備確定的所述差異。在另一方面，本發明提供一種用于尤其是根據上述方法來調節電網連接點處的局部功率的多相逆變器，所述電網連接點位于包括多個相導線的多相AC電網與包括多相逆變器和連接至所述AC電網的用電器負載的單元之間，所述單元將電能饋送到所述AC電網中，所述局部功率經由所述各個相導線流動，其中所述逆變器包括控制器，所述控制器能夠操作所述逆變器，用以有目的地將不同的局部功率饋送到所述各個相導線中。對于本領域技術人員，根據對以下附圖以及詳細描述的研究，本發明的其它特征和優點將變得明顯。旨在將在此的所有這樣的附加特征和優點均包含在本發明的如由權利要求限定的范圍內。
參照以下附圖將能夠更好地理解本發明。附圖中的組件不必是成比例的，其重點在于清楚地說明本發明的原理。在附圖中，同樣的附圖標記表示整個若干附圖的相對應部件。圖I示出利用第一實施例的新裝置和新逆變器的新方法的實施；以及圖2示出利用第二實施例的新裝置和根據圖I的逆變器的新方法的實施。
具體實施例方式在新方法中，確定在多相AC電網的各個相導線上流動的局部功率之間的差異，并通過采用多相逆變器將不同的局部功率饋送到各個相導線，來減少多相AC電網的各個相導線上流動的局部功率之間的差異。在本發明中，多相逆變器用于調節經由各個相導線流動的電功率。為此，必須以特殊方式來控制多相逆變器，以使得其輸出功率可以集中至AC電網的當前消耗最高電功率的該相或相導線。一些現有的逆變器已經具有足以用于該目的的基本能力，而僅需要針對它們的控制器，或者甚至僅需要針對由控制器執行的操作逆變器的軟件進行修改。為了通過將由多相逆變器饋送的功率聚集到一個或少數的相或相導線中來優化本地產生的電功率的自消耗，確定在電網連接點處的通過各個相導線的功率流動方向并且將它們彼此比較是足夠的。如果所有的功率流動方向均相同，即如果電功率經由所有相從AC電網取得，或經由所有相饋送到AC電網中，則不必進行動作。然而，如果功率流動方向，即功率具有的符號彼此不相同，則必須通過采用逆變器選擇性地饋送電功率來杜絕這一 狀況。為此，如果在最大饋送功率下，本地產生的電功率超過本地消耗的電功率，相比于最大饋送功率的通常部分，并不需要改變歸屬于AC電網的各個相的逆變器的關于局部輸出級的尺寸。然而，如果多相逆變器是基本上較小尺寸，如果多相逆變器能夠將其整個饋送功率，甚至最大饋送功率集中到多相AC電網的單相或單相導線中，則將是有利的。還為了限定并未導致通過AC電網的各個相導線的不同功率流動方向的不對稱負載，不僅可以確定流經各個相導線的局部功率以及針對它們的符號或方向進行比較，而且還針對它們的值，通過采用逆變器選擇性地將功率饋送至各個相導線來匹配它們。為了確定各個相導線上流動的局部功率，可以分別確定流經其中的電流并且彼此比較。然而，如果關于AC電網在網絡連接點處的阻抗相對于網絡連接點與逆變器之間的阻抗占支配地位，則可以確定存在于各個相導線處的有效電壓之間的差異，并且通過采用逆變器將不同局部功率饋送到各個相導線中，來減少存在于各個相導線處的有效電壓之間的差異。在這種情況下，流經各個相導線的功率通過它們對于當前有效電壓的影響而彼此進行比較。 應當理解，在該新方法中所使用的逆變器并未根據以下原理來工作該逆變器僅減少饋送到AC電網的其它相中的電功率，當前該逆變器并未將其饋送功率集中至AC電網的其它相中。相反，該逆變器以集中的方式將其饋送的功率聚集到它當前應當饋送的相中，由此該逆變器增大其饋送到該相的功率。為此，關于將功率饋送到AC電網的所有各個相，多相逆變器是或者能夠從相同電源進行饋送。具體來說，可以由逆變器將不同的高局部功率從公共鏈路饋送至AC電網的各個相導線中。即總體可用電能經由該鏈路流動，并且隨后由逆變器分配到AC電網的目前適于饋送電能的一相或多相中。具體來說，可以通過將不同的電流饋送到各個相導線來實現不同的局部功率。在通過多個單相逆變器來實現該逆變器時，按照需要，可以將若干電源連接至歸屬于各個相的單相逆變器。根據DE 100 61 724Al，普遍已知能量源在各種逆變器之間的這樣的切換。根據本發明的裝置的特征在于測量設備，其確定在各個相導線上流動的局部功率之間的差異；以及控制設備，其通過采用逆變器將不同的局部功率饋送到各個相導線來減少所述差異。測量設備可以僅單獨測量通過各個相導線的功率流動方向、或者流經各個相導線的局部功率或電流、和/或存在于各個相導線處的有效電壓。該控制設備至少按以下方式來配置控制設備匹配通過各個相導線的功率流動方向。此外，可以匹配流經這些相導線的局部功率值、電流值，和/或存在于這些相導線處的有效電壓。根據本發明的逆變器的特征在于控制器，其配置為將不同局部功率饋送到各個相導線中。如上所述，如果逆變器將不同的局部功率從公共鏈路饋送到各個相導線中，并且這通過將不同電流饋送到各個相導線來實現，是有利的。具體來說，逆變器可以具有一個或多個逆變電路，每個逆變電路產生多相輸出電流，或者可以根據每相一個或若干單相逆變器來構建逆變器。關于饋送到各個相中的功率，逆變器按以下方式來配置采用三相逆變器，可以將其總體最大饋送功率的至少50%，優選其總體最大饋送功率的至少75%，以及更優選其總體最大饋送功率饋送到單相導線中，以能夠將多相逆變器的饋送功率完全集中至AC電網的單相而不只是部分負載操作范圍中。現在更加詳細地參照附圖，圖I示出在三相AC電網2與具有逆變器5以及多個電氣用電器負載6和7的單元3之間的電網連接點1，該單元3用于饋送來自多個光伏發電機4的電能。AC電網2的線路包括零導線8和用于AC電網2的三相的三相導線6、10以及
11。逆變器5饋送到所有三相導線9，10以及11中。用電器負載6和7是單相用電器負載，每一個單相用電器負載僅從AC電網2的一相取得電功率。用電器負載6連接在相導線11和零導線8之間，而用電器負載7連接在相導線10和零導線8之間。可以存在比所示用電器負載6和7更多的用電器負載，這些用電器負載中的一些也可以連接在相導線9和零導線8之間。在電網連接點I處，由測量設備12確定經由各個相導線9至11流動的電功率，尤其是它們的功率流動方向。測量設備12可以是逐相監測從AC電網2取得的電能和饋送到AC電網2中的電能的儀表。測量設備12的測量信號13傳輸到控制設備14，該控制設備14將控制信號15輸出至逆變器5的控制器16。控制器16將逆變器5的饋送功率分布在各個相導線8至11上。在此，當整個饋送功率經由連接有所有光伏發電機4的鏈路17流 動時，可以將逆變器5的當前饋送功率集中至AC電網2的一相或兩相中。如果三個用電器負載6和7均包含逆變器5當前饋送功率的三分之一的功率消耗并且假定逆變器5的饋送功率均勻分布在相導線9至11上，則經由相導線11從AC電網2中取得電功率，并且經由相導線9將電功率饋送到AC電網2中。這是由于以下事實造成的兩個用電器負載6連接至相導線11，并且一起消耗由逆變器5提供的電功率的兩倍，然而沒有用電器6或7連接至相導線9，并且因此由逆變器5饋送其中的功率被饋送到AC電網2中。為了避免既從AC電網2取得電功率又將電功率饋送到AC電網2中以及沒有任何必需的情況下僅采用不平衡負載來加載AC電網2的情況，控制設備14按以下方式來操作逆變器5的控制器16 :從相導線9中取得饋送功率，增大逆變器饋送到相導線11中的功率，直到在電網連接點I處通過各個相導線的至少所有功率流動方向是相同的。在目前的情況下，完全沒有電功率隨后經由網絡連接點流動。相反，從本地產生的電能的完全自消耗的意義來說，逆變器5將供應用電器負載6和7。如果本地產生的全部電能不同于本地消耗的電能，則控制設備14按以下方式操作逆變器5的控制器16 :經由所有相導線9至11，電能饋送到AC電網2或者從AC電網2中取得。這確保了本地產生的電能最大程度地本地消耗。同時，減少AC電網2上的任何不對稱的負載。在該不平衡負載的減少中，甚至可以進一步的操作在于控制設備14也考慮相對于各個相導線彼此來調節經由各個相導線9至11流動的電功率值。AC電網2不僅可以是公共電網，而且例如也可以由作為電網形成器的雙向電池逆變器來提供，該電網形成器即為島網絡。隨后，控制設備14通過操作逆變器5的控制器16，來避免造成不期望的功率損耗的以下情況電功率由雙向電池逆變器從AC電網2的一相轉移到AC電網2的另一相中。這些不期望的功率損耗尤其發生在如果連接至這樣的電網形成器的島網絡中存在能量短缺的情況，即在避免了任何不必要的電能消耗的情況下。因此新方法的實施甚至對于電網成型器與島網絡之間的電網連接點也具有相當大的優勢。逆變器5也可以由兩個或多個單相逆變器構成，這些單相逆變器僅將電功率饋送到相導線9至11中的一個，但是它們自身從同一能源或者至少可以從同一能源被饋送，該同一能源例如為同一光伏發電機，以將總體可用電功率的可變部分饋送到各個相導線9至11中。在圖2中，由電阻器18指示AC電網2在電網連接點I處的高阻抗。該阻抗導致在電網連接點I處從相導線9至11取得電功率時，在電網連接點I處的電網電壓下降。如在此由單個用電器負載6所示的，在僅從一相導線11取得電功率的情況下，僅存在于該相導線11處的電網電壓下降。反之亦然，電網電壓在各個相導線處的非對稱例如也可能發生在以下情況如果由在此未示出的附加的單相逆變器僅將電能饋送到相導線之一中，則在該相導線處的電網電壓相應增大。在每一情況下，由這里設計為伏特計的測量設備12確定電網電壓的非對稱性。該控制設備14經由控制信號15調節采用伏特計19測量的電壓，該控制設備14也考慮減少不對稱的負載或饋送功率，并且尤其是避免經由AC電網2的一相取得電功率，而將電功率饋送到AC電網2的另一相中。附圖標記列表I電網連接點2AC 電網3用于饋送電能的單元4光伏發電機5逆變器6用電器負載7用電器負載8零導線9相導線10相導線11相導線12測量設備13測量信號
14控制設備15操作信號16控制器17 鏈路18電阻器19伏特計
權利要求
1.一種調節電網連接點(I)處的局部功率的方法，所述電網連接點(I)位于包括多個相導線(9-11)的多相AC電網(2)與包括多相逆變器(5)和連接至所述AC電網的用電器負載(6，7)的單元(3)之間，所述單元(3)將電能饋送到所述AC電網(2)中，所述局部功率經由各個相導線(9-11)流動，所述方法包括 -確定經由所述各個相導線(9-11)流動的所述局部功率之間的差異；其中所述方法還包括 -使用所述逆變器(5)，以通過將不同的局部功率饋送到所述各個相導線(9-11)來減少所確定的差異。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，在確定步驟中，確定經由所述各個相導線(9-11)流動的所述局部功率的方向并且將其彼此比較，以確定要在減少步驟中減少的所述局部功率之間的所述差異。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其中，在確定步驟中，確定經由所述各個相導線(9-11)流動的所述局部功率并且將其彼此比較，以確定要在減少步驟中減少的所述局部功率之間的所述差異。
4.根據權利要求1、2或3所述的方法，其中，在確定步驟中，確定經由所述各個相導線(9-11)流動的電流并且將其彼此比較，以確定要在減少步驟中減少的所述局部功率之間的所述差異。
5.根據權利要求1、2或3所述的方法，其中，在確定步驟中，在關于所述AC電網(2)的阻抗占支配地位的情況下，確定存在于所述各個相導線(9-11)處的所述有效電壓之間的差異并且將其彼此比較，以確定要在減少步驟中減少的所述局部功率之間的所述差異。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在減少步驟中，采用所述逆變器(5)將所述不同的局部功率從公共鏈路(17)饋送到所述各個相導線(9-11)中。
7.根據權利要求7所述的方法，其中，在減少步驟中，通過采用所述逆變器(5)將不同電流從所述公共鏈路(17)饋送到所述各個相導線(9-11)中，來饋送所述不同的局部功率。
8.一種用于尤其是根據前述權利要求中任一項所述的方法來調節電網連接點(I)處的局部功率的裝置，所述電網連接點(I)位于包括多個相導線(9-11)的多相AC電網(2)與包括多相逆變器(5)和連接至所述AC電網的用電器負載(6，7)的單元(3)之間，所述單元(3)將電能饋送到所述AC電網(2)中，所述局部功率經由各個相導線(9-11)流動，所述裝置包括 -測量設備(12)，所述測量設備(12)確定經由所述各個相導線(9-11)流動的所述局部功率之間的差異； 其中所述裝置還包括 -控制設備(14)，所述控制設備(14)操作所述逆變器(5)，以通過將不同的局部功率饋送到所述各個相導線(9-11)中來減少由所述測量設備(12)確定的所述差異。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中所述測量設備(12)確定經由所述各個相導線(9-11)流動的所述局部功率的方向，并且其中所述控制設備(14)調節通過所述各個相導線(9-11)的功率流動的所述方向。
10.根據權利要求8或9所述的裝置，其中所述測量設備(12)確定經由所述各個相導線(9-11)流動的所述局部功率，并且其中所述控制設備(14)調節經由所述各個相導線(9-11)流動的所述局部功率。
11.根據權利要求8、9或10所述的裝置，其中所述測量設備(12)確定經由所述各個相導線(9-11)流動的所述電流，并且其中所述控制設備(14)調節經由所述各個相導線(9-11)流動的所述電流。
12.根據權利要求8至11中任一項所述的裝置，其中所述測量設備(12)確定存在于所述各個相導線(9-11)處的所述有效電壓，并且其中所述控制設備(14)調節存在于所述各個相導線(9-11)處的所述有效電壓。
13.一種用于尤其是根據權利要求I至7中任一項所述的方法來調節電網連接點(I)處的局部功率的多相逆變器(5)，所述電網連接點(I)位于包括多個相導線(9-11)的多相AC電網(2 )與包括多相逆變器(5 )和連接至所述AC電網的用電器負載(6，7 )的單元(3 )之間，所述單元(3)將電能饋送到所述AC電網(2)中，所述局部功率經由各個相導線(9-11)流動， 其中所述逆變器包括控制器(16)，所述控制器(16)能夠操作所述逆變器，用以有目的地將不同的局部功率饋送到所述各個相導線(9-11)中。
14.根據權利要求13所述的逆變器，其中所述逆變器(5)將所述不同的局部功率從公共鏈路(17 )饋送到所述各個相導線(9-11)中。
15.根據權利要求14所述的逆變器，其中所述逆變器(5)通過將不同電流從所述公共鏈路(17 )饋送到所述各個相導線(9-11)中，來饋送所述不同的局部功率。
16.根據權利要求14或15所述的逆變器，其中所述逆變器(5)包括從所述公共鏈路(17)饋送的多相逆變器電路。
17.根據權利要求14或15所述的逆變器，其中所述逆變器(5)包括從所述公共鏈路(17)饋送的若干單相逆變器。
18.根據權利要求14至17中任一項所述的逆變器，其中歸屬于所述各個相導線的所述逆變器的輸出局部級被配置為能夠將所述逆變器(5)的總體最大饋送功率的至少50%饋送到單個相導線(9，10或11)中。
19.根據權利要求18所述的逆變器，其中歸屬于所述各個相導線的所述逆變器的輸出局部級被配置為能夠將所述逆變器(5)的總體最大饋送功率的至少75%饋送到單個相導線(9，10 或 11)中。
20.根據權利要求19所述的逆變器，其中歸屬于所述各個相導線的所述逆變器的輸出局部級被配置為能夠將所述逆變器(5)的總體最大饋送功率的100%饋送到單個相導線(9，10或11)中。
全文摘要
為了調節在電網連接點(1)處流動的局部功率，該電網連接點(1)位于具有多個相導線(9-11)的多相AC電網(2)與具有多相逆變器(5)和連接至所述AC電網的電氣用電器負載(6，7)的單元(3)之間，所述單元(3)用于將電能饋送到所述AC電網(2)中；所述局部功率經由各個相導線(9-11)流動；確定經由各個相導線(9-11)流動的局部功率之間的差異，并且通過采用逆變器5將不同的局部功率饋送到各個相導線(9-11)中來減少局部功率之間的差異。
文檔編號H02M7/515GK102714414SQ201180006636
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月20日 優先權日2010年1月20日
發明者A·烏姆蘭 申請人:艾思瑪太陽能技術股份公司