用于控制具有多个电气装置的电气设备的方法、控制单元以及具有这种控制单元的电气设备

摘要

描述了一种用于控制电气设备(1)的方法，该电气设备具有能够以产生能量、储存能量和/或消耗能量的方式运行的电气装置(2)，这些电气装置与供电网(5)连接。方法包括第一阶段和第二阶段，第一阶段旨在达到在电网连接点(4)处分配给设备(1)的功率流PAnl的设备目标PAnl,soll，第二阶段旨在达到多个装置(2)中的每个装置(2)的功率流PGer,i的单独的装置目标PGer,Soll,i。基于在电网连接点(4)处对设备(1)的功率流PAnl的检测以及对检测到的设备(1)的功率流PAnl与设备目标PAnl,soll的比较，如果检测到的设备(1)的功率流PAnl在设备目标PAnl,soll的容差范围内，则设备(1)在第二阶段中运行，否则在第一阶段中运行。还描述了控制单元(3)和这种设备(1)。

说明书

发明技术领域

本发明涉及一种用于控制具有多个电气装置的电气设备的方法、一种被配置用于执行该方法的控制单元以及一种具有这种控制单元的电气设备。电气设备包括多个电气装置，并且包含至少一个能够以产生能量的方式运行的装置、一个能够以消耗能量的方式运行的装置和/或至少一个能够以释放能量和吸收能量的方式运行的装置。后者尤其可以是具有电池的能量储存系统。

现有技术

对于大型能源用户(例如商业企业)而言，电力费率通常具有最大的有功功率消耗，而且经常也具有最小的有功功率消耗。这被用于更好地规划能源产生。超过最大有功功率和低于最小有功功率会增加能源用户的能源成本，经由电网连接点(NAP)从交流电压电网获得有功功率。

能源用户通常运行电气设备，该电气设备包括与能量储存系统和耗电器相结合的再生能源产生设备(EEA)。由此能够尽量在要获得的最小有功功率和最大有功功率的预定的容差内来为耗电器供电。具体而言，在此，在设备内产生的、当前不能被耗电器使用的多余功率被馈送到能量储存系统并且在那里暂存。相比之下，当能源用户的消耗器消耗的总功率有可能超过要获得的最大有功功率时，就从能量储存系统中提取功率。由此限制了经由电网连接点从交流电压电网获得的功率，并且当从电网获得的功率低于要获得的最大有功功率时支持对消耗器的供电。

调节这种具有多个电气装置的电气设备是复杂的，该电气设备至少包括能够以产生能量的方式运行的装置、能够以储存能量的方式运行的装置和/或能够以消耗能量的方式运行的装置。随着设备内不同电气装置的数量增加，复杂性也随之增加。这是因为调节一方面需要考虑各个装置的功率流的个体装置目标，并且另一方面需要同时考虑整个设备在NAP处的功率流的设备目标。如果虽然实现了设备目标，但是在此一个装置或各个装置相对于设备中的其他装置严重低于其个体装置目标，则这是不合目的的。更确切地，希望尽可能较好地达到设备目标以及对于设备的所有装置而言设备的各个装置的个体装置目标。

文献DE 10 2015 101738 A1公开了一种用于运行能量产生设备的方法，该能量产生设备经由电网连接点与公共交流电压电网连接，以进行电功率交换的双向交换。能量产生设备包括能量产生单元、能量储存器和耗电器。通过操控能量产生单元、能量储存器和/或耗电器，将能量产生设备在电网连接点处的电交换功率调节到额定值，该额定值根据第一目标变量和第二目标变量来确定。在此，交换功率的第一目标变量被预先规定为恒定值，而交换功率的第二目标变量根据在电网连接点处检测到的至少一个变量来预先规定。

文献DE 10 2016 110716 A1公开了一种用于自适应地控制分配给系统的储存单元的放电功率的方法。控制的目的是将平均间隔内经由系统的电网连接点从供电网获得的电能限制到目标值。为了这个目的，在平均间隔期间，根据在平均间隔的当前时间已经获得的电能、当前时间和分配给平均间隔的目标值来控制储存单元的放电功率。

发明任务

本发明的任务是提供一种用于控制具有多个电气装置的电气设备的方法，所述电气装置包括能够以产生能量的方式运行的装置、能够以储存能量的方式运行的电气装置和/或能够以消耗能量的方式运行的装置，借助该方法能够尽可能较好地满足设备目标以及设备内的各个装置的个体装置目标。本发明的任务还在于提供一种被设计用于执行该方法的控制单元和一种具有多个能够以不同方式运行的电气装置以及这种控制装置的电气设备。

解决方式

本发明的任务通过具有独立专利权利要求1的特征的用于控制电气设备的方法来实现。从属专利权利要求2至10针对该方法的优选实施方式。专利权利要求12涉及被配置用于执行该方法的控制单元。并列的专利权利要求13针对具有多个电气装置和控制单元的电气设备。从属专利权利要求14的特征是根据本发明的设备的有利的实施方式。

发明描述

根据本发明的方法涉及借助于控制单元来控制具有多个电气装置的电气设备。在此，多个装置以及该设备经由公共电网连接点(NAP)与公共供电网(EVN)连接。该设备包括能够以产生能量的方式运行的至少一个装置、能够以储存能量的方式运行的至少一个装置和/或能够以消耗能量的方式运行的装置。该方法具有第一阶段，该第一阶段旨在使在电网连接点处分配给设备的功率流P

-在电网连接点处检测设备的功率流P

-将检测到的设备的功率流P

-如果检测到的设备的功率流P

-如果检测到的设备的功率流P

根据本申请，术语“对设备进行控制”也应特别地理解为“对设备进行调节”。能够以储存能量的方式运行的电气装置应理解为能够以释放能量和吸收能量的方式运行的装置。数量为n的多个装置可以包括两个装置或更多数量的装置，即n≥2。每个装置的功率流P

根据公式1，设备的功率流P

设备目标P

更确切地说，各个装置i可以在设备的容差范围内彼此独立地操控或调节其相应的单独的装置目标P

另一方面，如果设备在NAP处的功率流P

特别地，可以根据装置i的标称功率P

为了校正设备功率而修改的额定值

在公式(2)中，第一个被加数P

第二被加数包含第一校正项，利用该第一校正项将设备误差(P

第二被加数还包括第二校正项，该第二校正项用于将设备的所有装置i(其中，k＝1至n)的功率流P

因此，通过第二被加数来控制各个装置i与其相应的单独的装置目标的偏差，而控制单元控制设备的装置的目的在于一起来调节或调整设备的设备目标P

在该方法的一个实施方式中，设备的每个装置i的装置特定的规定值可以具有相对于相应装置的标称功率P

在一个可替代的实施方式中，可以以这样的方式选择装置特定的规定值，即对于设备的至少一个装置而言，与相应的标称功率P

在该方法的一个实施方式中，可以通过分配给装置i的不同的加权因子X

因此，在这种情况下遵循：装置i的加权因子X

在该方法的一个实施方式中，各个装置i的单独的装置目标P

针对装置的功率流，可以由一个装置本身提供和/或随时间改变单独的装置目标P

有时，装置本身不提供各个装置i的装置目标P

在该方法的另一个实施方式中，设备目标P

对于EVN中交流电压的特性做出响应可替代地或附加地，设备的设备目标P

在用于控制电气设备的方法的另一个实施方式中，方法步骤可以重复进行，特别地可以以规则的时间间隔重复进行。通过这种方式实现对设备的连续控制或调节，这样可以在延长的时间内考虑改变的装置目标P

根据本发明的控制单元被设计和配置用于控制，特别是调节根据本发明的电气设备。在此，该设备包括多个电气装置。该设备包括能够以产生能量的方式运行的至少一个装置和/或能够以储存能量的方式运行的至少一个装置(也就是说以释放能量和吸收能量的方式运行的装置)和/或能够以消耗能量的方式运行的至少一个装置。控制单元的特征在于，其被设计和配置用于执行根据本发明的方法。控制单元可以作为设备的独立形成的控制单元而存在。可替代地，控制单元也可以作为集成到设备的装置中的控制单元而存在。出于通信和数据交换的目的，控制单元可以与设备的能够以产生能量、消耗能量或者产生能量和消耗能量的方式运行的装置连接。可选地，控制单元还可以与一个或更多个测量装置连接，以便检测电网连接点处的交流电压或功率流的特性，特别是频率、电压、有功功率和/或无功功率。控制单元可以被配置用于在考虑控制单元已知的特性曲线的情况下，根据检测到的特性来得出关于设备的功率流P

一种消耗能量和/或产生能量的电气设备，包括多个电气装置。多个装置包括能够以产生能量的方式运行的至少一个装置、能够以储存能量的方式运行的至少一个装置(也就是说能够以释放能量和吸收能量的方式运行的装置)和/或能够以消耗能量的方式运行的至少一个装置。该设备的特征在于，其包括根据本发明的控制单元。在此，电气装置中的至少一个电气装置可以具有逆变器。逆变器可以包括光伏(PV)逆变器，PV发电机连接到PV逆变器的DC输入端。可替代地，逆变器也可以包括电池逆变器，其DC输入端与电池连接。电池逆变器可以以双向方式运行，以便对电池进行充电和放电。如果设备具有以消耗能量的方式运行的消耗单元作为电气装置，则消耗单元可以包括连接单元和连接到连接单元的消耗器。该设备的控制单元与连接单元连接，并且(在必要时与连接单元的控制器结合的情况下)被配置用于控制朝向消耗器的功率流。此外，电气设备可以具有另外的电气装置，特别是以消耗能量的方式运行的电气装置，这些电气装置不能通过控制单元来控制。对于根据本发明的控制单元以及根据本发明的设备，得出已经结合该方法所提到的优点。

附图简述

下面借助附图来阐述本发明。在附图中：

图1示出了根据本发明的电气设备的实施方式；并且

图2示出了用于控制根据本发明的电气设备的根据本发明方法的流程图。

附图描述

图1以一个实施方式示出了根据本发明的电气设备1。示例性地，设备1包括三个电气装置2，这些电气装置经由公共电网连接点(NAP)4与供电网(EVN)5连接。该设备的第一装置2被设置成光伏单元并且具有光伏逆变器10，PV发电机11连接到该光伏逆变器10的DC输入端12。PV逆变器10包括由控制器14控制的DC/AC转换器13。控制器14与测量装置15连接，利用该测量装置15来检测流经AC接口16的电功率P

设备1还包括用于控制电气装置2的上级控制单元3。控制单元3与能量管理系统7连接。能量管理系统7确定设备1的各个装置2的单独的装置目标P

控制单元3被设计和配置用于执行根据本发明的方法。为此目的，控制单元3知道经由NAP 4传输的设备1的功率流P

在图1中，电气设备1被示例性地示为三相设备，其中三个相导体中的每个相导体分别与三相EVN 5的对应的相导体连接。这在图1中由NAP4两侧的三条斜线表示。然而，在本发明的范围内，可替代地，该设备可以具有不同数量的相导体，并且例如实施为单相设备或两相设备。在这种情况下，一个相导体或两个相导体中的每个相导体与EVN 5的对应的相导体连接。该设备可以具有另外的产生能量、消耗能量以及产生能量和消耗能量的装置2，其在图1中由连接单元30下方的点表示。在此，也可以是不能经由或不经由控制单元3控制的装置。

图2以流程图的形式示出了方法的一个实施方式，其在下文以图1的电气设备为例来示例性地进行阐述。

该方法以步骤S1开始。在接下来的第二步骤S2中，例如通过能量管理系统7为设备1的每个装置i确定单独的装置目标P

在接下来的步骤S4中，控制单元3根据在NAP 4处检测到的交流电压的特性并且在考虑特性曲线的情况下得出设备1的设备目标P

在步骤S5中，将在步骤S3中在NAP 4处得出的设备1的功率流P

该方法最后跳回到步骤S3，在该步骤中，测量装置6再次检测设备1的流经NAP 4的功率流P

如果经由NAP 4传输的设备1的功率流P

如果装置2的调节器被布置在相应的装置2中，则控制单元3向设备1的装置2发信号通知该方法在第一阶段中运行。在将装置2的调节器布置在控制单元3中的情况下，不需要这种信号通知。随后，将经修改的额定值

参考标记列表

1 设备

2 装置

3 控制单元

4 电网连接点

5 供电网

6 测量装置

7 能源管理系统

10 光伏(PV)逆变器

11 PV发电机

12 DC输入端

13 DC/AC转换器

14 控制器

15 测量装置

16 AC接口

20 电池逆变器

21 电池

22 DC接口

23 DC/AC转换器

24 控制器

25 测量装置

26 AC接口

30 连接单元

31 消耗器

32 AC接口

33 功率限制器

34 控制器

35 测量装置。