用于運轉具有逆變器的發電設備的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于運轉具有逆變器的發電設備的方法、一種用于控制具有逆變器的發電設備的計算機程序產品和一種發電設備。
【背景技術】
[0002]能夠把直流電壓轉換為交流電壓或把直流電流轉換為交流電流的電路稱為逆變器。取決于能通量，只要把交流電壓轉換為直流電壓或把交流電流轉換為直流電流，這樣的逆變器也可以作為整流器來運作。由于再生能源發電的擴展，因此由于風能設備、光能設備還有水力發電站的投入運轉，在電力網內增加投入了發電設備，這些發電設備通過逆變器而將產生的電供給到電網內。對于分散式發電的熱電站也是這樣。就此，逆變器通常從直流電壓電路一也稱為直流電壓中間電路一產生用于向電網供給的相應的相的供電電壓。可以通過作為整流器來運作的逆變器，來向所謂的直流電壓中間電路側供電，例如與產生電流的發電機連接的逆變器，就像在風能設備中那樣。通過使用晶體管一優選為IGBTs—能夠借由脈寬調制(PWM)利用特殊的開關頻率來精確地控制逆變器。通過IGBTs的轉換過程卻會產生不期望的諧波，能夠在輸入的電流或者電壓中測量到這些諧波。通常，諧波在一個特定的頻率上會出現，這個頻率相當于在開關頻率的一倍或多倍數的基礎上加上或減去基本頻率的一倍或多倍數，基本頻率通常為50Hz。這個圍繞開關頻率而產生的諧波也被稱為邊帶諧波。這些不期望的電流或電壓所具有的邊帶諧波的最大振幅在開關頻率或其多倍數減去或加上基本頻率的一倍數這個區間范圍內。諧波為電網和用戶帶來負荷。出于這個原因，必須避免諧波或者明確地減少諧波。一種將其過濾的可能性是使用特別適合于開關頻率的濾波器，為了滿足電網連接的特殊指標，可以把這些濾波器設置在發電設備與輸入點之間。一種為了這樣的發電設備的運作而設的指標例如為“technische RichtlinieErzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz, Ausgabe Juni 2008des Bundesverbandsder Energie-und Wasserwirtschaft e.V.(BDEW) ” ( “中等電壓電網的發電設備的技術準貝I]，德國聯邦能源與水工業協會(BDEW)發布于2008年6月”)，這個準則中規定了根據頻率而允許的諧波比率的參數。通過這個準則而精確地規定了依據電源供應接線點的可用的短路功率而定的相應的諧波含量。總的來說，可以通過選擇高的開關頻率將諧波的含量限制在小的頻率區間內，因為低于開關頻率的區間不會產生諧波。此外，借由頻率升高會增大無論怎樣都會存在的(例如機器或扼流器的)阻抗的衰減。因此，為更高頻率而設的濾波器可能趨于失效。例如，逆變器的開關頻率可以在高于1kHz的頻率區間內，從而實現了，一方面，不會產生低于1kHz的諧波，而另一方面，存在的阻抗會促使足夠強的衰減作用。無論如何，逆變器內更高的開關頻率會產生更高的開關損耗功率，從而導致了對逆變器更強度的加熱。因此導致了在更高的開關頻率情況下的功率輸出會受到限制。美國的專利申請US 2011/0260547中致力于解決向電網內輸入諧波的問題。為了避免諧波的輸入，這個美國的專利申請中建議，通過設置多個在自身相位上相互精準協調的逆變器而利用破壞性的干擾來排除所產生的諧波，并且供給幾乎沒有諧波存在的電流。為此卻必須運行多個精準在其相位的逆變器。這只能利用多個逆變器以及復雜的上層控制設備來實現，并且因此需要很高成本。
【發明內容】
[0003]基于現有技術，本發明的目的在于，提出一種用于運轉具有逆變器的發電設備的方法，利用這種方法以簡單的方式限制了諧波的含量，從而遵守了標準，例如電網運營商的標準，并且實現了最佳的功率輸出。此外，本發明的目的還在于，提供一種用于控制具有逆變器的發電設備的計算機程序產品、一種用于控制具有逆變器的發電設備的裝置以及發電設備。
[0004]根據本發明的第一種教導，這樣達到了上述目的，S卩，逆變器能夠在至少兩個不同的開關頻率下工作，其中，根據至少一個操縱變量來選擇在一個第一開關頻率下的逆變器的工作時間與在至少一個其它開關頻率下的逆變器的工作時間的比率，使用產生的諧波的含量作為操縱變量。
[0005]為了限制具有更低頻率的諧波含量，以一個其他的開關頻率一例如一個更高的開關頻率一來運行逆變器。在更低的開關頻率下的諧波的含量由此而減少。通過對逆變器以各種開關頻率工作的工作時間之間的比率的選擇，實現了能夠以最大程度減少諧波的輸入。這可以通過根據所產生的諧波的含量來調整在一個第一開關頻率的逆變器的工作時間與在至少一個其它的開關頻率的逆變器的工作時間的比率來實現。
[0006]優選地，依照一種其它的設計方案，通過使用一種模型來確定操縱變量。一種模型包含了例如至少一個算法和/或至少一個特性曲線，從而可以例如通過算法來計算或確定操縱變量的值或者在至少一個特征曲線上讀出操縱變量的值。特性曲線可以理解為例如對應任意變量的操縱變量的值或對應任意變量的用于推導操縱變量的數值。可以在模型中使用多個特性曲線或多維的綜合特性曲線。
[0007]根據下面一種設計方案，直接通過測量或間接通過逆變器的工作參數來實現諧波含量的確定。通過電流或電壓測量及其分析，例如通過一種Fast-Fourier-Transformat1n(快速傅里葉變換)可以在產生的電流中將諧波的含量作為諧波電平而直接計算出來，并且將其用于對工作狀態的控制。一種更簡單的選擇是通過逆變器的工作參數來間接確定諧波的含量，因為無需為此使用任何測量技術。
[0008]根據本方法的另一種設計方案，為了確定諧波含量而將逆變器的調制深度作為工作參數來使用，并且計算出或者通過預先定義的特性曲線來確定出含量與時長的相關性。調制深度一即輸出電壓與中間電路電壓的比率一顯示出了對通過逆變器在輸出電流或輸出電壓里所產生諧波的明顯影響。充分利用這個相關性，以便于通過對工作時間的選擇，有目的性地減少特定頻率的諧波，并且允許在其它的頻率區間的諧波，從而能夠例如最佳地滿足供電規定。因為供電條款還特別包含了對所產生的電流中的諧波含量的規定，要簡單地通過電網阻抗來計算出諧波電流電平。為此分別可以持續地、階段性地或一次性地重新確定電網阻抗。
[0009]依照根據本發明的方法的設計方案，工作時間的比率可以取0-100%之間的數值，優選為30% -70%。這表示了，逆變器既能夠僅在第一開關頻率下也能夠僅在第二開關頻率下持久地工作。此外，逆變器通常可以在這兩個開關頻率下工作，其工作時間的比率在O %到100 %之間，優選為30 %到70 %之間。當然能夠設想的是，可以選擇多個開關頻率，例如三個開關頻率，其中，在一個第一頻率的逆變器的工作時間與在其余兩個開關頻率的逆變器的工作時間的比率可以相應地取0-100%之間的值。為了例如能夠滿足對于諧波輸入的技術標準，同樣地可以分別再次特別設定剩下兩個開關頻率的工作時間。
[0010]根據另一種設計方案，在不同開關頻率的逆變器的工作時間的比率是恒定的，或者在不連續的時間間隔內階段性地或連續地來確定這個比率。階段性地確定在這里意味著，在一個預設的時間間隔內一例如一秒內一確定或維持工作時間的比率，而在持續的確定工作時間比率的情況下沒有預設的時間間隔，而是僅僅取決于調節的處理速度來持續地重新確定工作時間比率。對在不同開關頻率下的工作時間的比率的恒定設定是特別簡單的。階段性地或持續地對工作時間的比率進行確定或對其變化需要調節或測量的支出，盡管如此，這些支出卻實現了根據改變的條款而對逆變器進行的調整。
[0011]根據本方法的另一種設計方案，可以通過使用模型來確定操縱變量，這額外地取決于以下參變量中的一種或一組:
[0012]-電流，
[0013]-電壓，
[0014]-逆變器的損耗功率，
[0015]-冷卻水的溫度，
[0016]-1GBT 溫度，
[0017]-逆變器的噪聲發射，
[0018]-濾波電流，
[0019]-逆變器的規定額定值，
[0020]-電網參數，
[0021]-發電機的轉速或轉差率。
[0022]這個模型于是優選地包含了至少一個算法和/或至少一個特性曲線，為了確定操縱變量這些算法和/或特性曲線都顧及到了已提及的參變量中的一個或一組。按照所提及的參變量，可以很明確地通過根據本發明的方法而非常特