用于運(yùn)轉(zhuǎn)具有逆變器的發(fā)電設(shè)備的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)轉(zhuǎn)具有逆變器的發(fā)電設(shè)備的方法、一種用于控制具有逆變器的發(fā)電設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和一種發(fā)電設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]能夠把直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓或把直流電流轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為直流電壓或把交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流，這樣的逆變器也可以作為整流器來(lái)運(yùn)作。由于再生能源發(fā)電的擴(kuò)展，因此由于風(fēng)能設(shè)備、光能設(shè)備還有水力發(fā)電站的投入運(yùn)轉(zhuǎn)，在電力網(wǎng)內(nèi)增加投入了發(fā)電設(shè)備，這些發(fā)電設(shè)備通過(guò)逆變器而將產(chǎn)生的電供給到電網(wǎng)內(nèi)。對(duì)于分散式發(fā)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(chǎn)生用于向電網(wǎng)供給的相應(yīng)的相的供電電壓?？梢酝ㄟ^(guò)作為整流器來(lái)運(yùn)作的逆變器，來(lái)向所謂的直流電壓中間電路側(cè)供電，例如與產(chǎn)生電流的發(fā)電機(jī)連接的逆變器，就像在風(fēng)能設(shè)備中那樣。通過(guò)使用晶體管一優(yōu)選為IGBTs—能夠借由脈寬調(diào)制(PWM)利用特殊的開關(guān)頻率來(lái)精確地控制逆變器。通過(guò)IGBTs的轉(zhuǎn)換過(guò)程卻會(huì)產(chǎn)生不期望的諧波，能夠在輸入的電流或者電壓中測(cè)量到這些諧波。通常，諧波在一個(gè)特定的頻率上會(huì)出現(xiàn)，這個(gè)頻率相當(dāng)于在開關(guān)頻率的一倍或多倍數(shù)的基礎(chǔ)上加上或減去基本頻率的一倍或多倍數(shù)，基本頻率通常為50Hz。這個(gè)圍繞開關(guān)頻率而產(chǎn)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(guān)頻率或其多倍數(shù)減去或加上基本頻率的一倍數(shù)這個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)。諧波為電網(wǎng)和用戶帶來(lái)負(fù)荷。出于這個(gè)原因，必須避免諧波或者明確地減少諧波。一種將其過(guò)濾的可能性是使用特別適合于開關(guān)頻率的濾波器，為了滿足電網(wǎng)連接的特殊指標(biāo)，可以把這些濾波器設(shè)置在發(fā)電設(shè)備與輸入點(diǎn)之間。一種為了這樣的發(fā)電設(shè)備的運(yùn)作而設(shè)的指標(biāo)例如為“technische RichtlinieErzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz, Ausgabe Juni 2008des Bundesverbandsder Energie-und Wasserwirtschaft e.V.(BDEW) ” ( “中等電壓電網(wǎng)的發(fā)電設(shè)備的技術(shù)準(zhǔn)貝I]，德國(guó)聯(lián)邦能源與水工業(yè)協(xié)會(huì)(BDEW)發(fā)布于2008年6月”)，這個(gè)準(zhǔn)則中規(guī)定了根據(jù)頻率而允許的諧波比率的參數(shù)。通過(guò)這個(gè)準(zhǔn)則而精確地規(guī)定了依據(jù)電源供應(yīng)接線點(diǎn)的可用的短路功率而定的相應(yīng)的諧波含量?？偟膩?lái)說(shuō)，可以通過(guò)選擇高的開關(guān)頻率將諧波的含量限制在小的頻率區(qū)間內(nèi)，因?yàn)榈陀陂_關(guān)頻率的區(qū)間不會(huì)產(chǎn)生諧波。此外，借由頻率升高會(huì)增大無(wú)論怎樣都會(huì)存在的(例如機(jī)器或扼流器的)阻抗的衰減。因此，為更高頻率而設(shè)的濾波器可能趨于失效。例如，逆變器的開關(guān)頻率可以在高于1kHz的頻率區(qū)間內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了，一方面，不會(huì)產(chǎn)生低于1kHz的諧波，而另一方面，存在的阻抗會(huì)促使足夠強(qiáng)的衰減作用。無(wú)論如何，逆變器內(nèi)更高的開關(guān)頻率會(huì)產(chǎn)生更高的開關(guān)損耗功率，從而導(dǎo)致了對(duì)逆變器更強(qiáng)度的加熱。因此導(dǎo)致了在更高的開關(guān)頻率情況下的功率輸出會(huì)受到限制。美國(guó)的專利申請(qǐng)US 2011/0260547中致力于解決向電網(wǎng)內(nèi)輸入諧波的問(wèn)題。為了避免諧波的輸入，這個(gè)美國(guó)的專利申請(qǐng)中建議，通過(guò)設(shè)置多個(gè)在自身相位上相互精準(zhǔn)協(xié)調(diào)的逆變器而利用破壞性的干擾來(lái)排除所產(chǎn)生的諧波，并且供給幾乎沒(méi)有諧波存在的電流。為此卻必須運(yùn)行多個(gè)精準(zhǔn)在其相位的逆變器。這只能利用多個(gè)逆變器以及復(fù)雜的上層控制設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且因此需要很高成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于，提出一種用于運(yùn)轉(zhuǎn)具有逆變器的發(fā)電設(shè)備的方法，利用這種方法以簡(jiǎn)單的方式限制了諧波的含量，從而遵守了標(biāo)準(zhǔn)，例如電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的標(biāo)準(zhǔn)，并且實(shí)現(xiàn)了最佳的功率輸出。此外，本發(fā)明的目的還在于，提供一種用于控制具有逆變器的發(fā)電設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品、一種用于控制具有逆變器的發(fā)電設(shè)備的裝置以及發(fā)電設(shè)備。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一種教導(dǎo)，這樣達(dá)到了上述目的，S卩，逆變器能夠在至少兩個(gè)不同的開關(guān)頻率下工作，其中，根據(jù)至少一個(gè)操縱變量來(lái)選擇在一個(gè)第一開關(guān)頻率下的逆變器的工作時(shí)間與在至少一個(gè)其它開關(guān)頻率下的逆變器的工作時(shí)間的比率，使用產(chǎn)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(gè)其他的開關(guān)頻率一例如一個(gè)更高的開關(guān)頻率一來(lái)運(yùn)行逆變器。在更低的開關(guān)頻率下的諧波的含量由此而減少。通過(guò)對(duì)逆變器以各種開關(guān)頻率工作的工作時(shí)間之間的比率的選擇，實(shí)現(xiàn)了能夠以最大程度減少諧波的輸入。這可以通過(guò)根據(jù)所產(chǎn)生的諧波的含量來(lái)調(diào)整在一個(gè)第一開關(guān)頻率的逆變器的工作時(shí)間與在至少一個(gè)其它的開關(guān)頻率的逆變器的工作時(shí)間的比率來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0006]優(yōu)選地，依照一種其它的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)使用一種模型來(lái)確定操縱變量。一種模型包含了例如至少一個(gè)算法和/或至少一個(gè)特性曲線，從而可以例如通過(guò)算法來(lái)計(jì)算或確定操縱變量的值或者在至少一個(gè)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(duì)應(yīng)任意變量的操縱變量的值或?qū)?yīng)任意變量的用于推導(dǎo)操縱變量的數(shù)值。可以在模型中使用多個(gè)特性曲線或多維的綜合特性曲線。
[0007]根據(jù)下面一種設(shè)計(jì)方案，直接通過(guò)測(cè)量或間接通過(guò)逆變器的工作參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)諧波含量的確定。通過(guò)電流或電壓測(cè)量及其分析，例如通過(guò)一種Fast-Fourier-Transformat1n(快速傅里葉變換)可以在產(chǎn)生的電流中將諧波的含量作為諧波電平而直接計(jì)算出來(lái)，并且將其用于對(duì)工作狀態(tài)的控制。一種更簡(jiǎn)單的選擇是通過(guò)逆變器的工作參數(shù)來(lái)間接確定諧波的含量，因?yàn)闊o(wú)需為此使用任何測(cè)量技術(shù)。
[0008]根據(jù)本方法的另一種設(shè)計(jì)方案，為了確定諧波含量而將逆變器的調(diào)制深度作為工作參數(shù)來(lái)使用，并且計(jì)算出或者通過(guò)預(yù)先定義的特性曲線來(lái)確定出含量與時(shí)長(zhǎng)的相關(guān)性。調(diào)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(duì)通過(guò)逆變器在輸出電流或輸出電壓里所產(chǎn)生諧波的明顯影響。充分利用這個(gè)相關(guān)性，以便于通過(guò)對(duì)工作時(shí)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(qū)間的諧波，從而能夠例如最佳地滿足供電規(guī)定。因?yàn)楣╇姉l款還特別包含了對(duì)所產(chǎn)生的電流中的諧波含量的規(guī)定，要簡(jiǎn)單地通過(guò)電網(wǎng)阻抗來(lái)計(jì)算出諧波電流電平。為此分別可以持續(xù)地、階段性地或一次性地重新確定電網(wǎng)阻抗。
[0009]依照根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)計(jì)方案，工作時(shí)間的比率可以取0-100%之間的數(shù)值，優(yōu)選為30% -70%。這表示了，逆變器既能夠僅在第一開關(guān)頻率下也能夠僅在第二開關(guān)頻率下持久地工作。此外，逆變器通常可以在這兩個(gè)開關(guān)頻率下工作，其工作時(shí)間的比率在O %到100 %之間，優(yōu)選為30 %到70 %之間。當(dāng)然能夠設(shè)想的是，可以選擇多個(gè)開關(guān)頻率，例如三個(gè)開關(guān)頻率，其中，在一個(gè)第一頻率的逆變器的工作時(shí)間與在其余兩個(gè)開關(guān)頻率的逆變器的工作時(shí)間的比率可以相應(yīng)地取0-100%之間的值。為了例如能夠滿足對(duì)于諧波輸入的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同樣地可以分別再次特別設(shè)定剩下兩個(gè)開關(guān)頻率的工作時(shí)間。
[0010]根據(jù)另一種設(shè)計(jì)方案，在不同開關(guān)頻率的逆變器的工作時(shí)間的比率是恒定的，或者在不連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)階段性地或連續(xù)地來(lái)確定這個(gè)比率。階段性地確定在這里意味著，在一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔內(nèi)一例如一秒內(nèi)一確定或維持工作時(shí)間的比率，而在持續(xù)的確定工作時(shí)間比率的情況下沒(méi)有預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔，而是僅僅取決于調(diào)節(jié)的處理速度來(lái)持續(xù)地重新確定工作時(shí)間比率。對(duì)在不同開關(guān)頻率下的工作時(shí)間的比率的恒定設(shè)定是特別簡(jiǎn)單的。階段性地或持續(xù)地對(duì)工作時(shí)間的比率進(jìn)行確定或?qū)ζ渥兓枰{(diào)節(jié)或測(cè)量的支出，盡管如此，這些支出卻實(shí)現(xiàn)了根據(jù)改變的條款而對(duì)逆變器進(jìn)行的調(diào)整。
[0011]根據(jù)本方法的另一種設(shè)計(jì)方案，可以通過(guò)使用模型來(lái)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(fā)射，
[0018]-濾波電流，
[0019]-逆變器的規(guī)定額定值，
[0020]-電網(wǎng)參數(shù)，
[0021]-發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率。
[0022]這個(gè)模型于是優(yōu)選地包含了至少一個(gè)算法和/或至少一個(gè)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(gè)或一組。按照所提及的參變量，可以很明確地通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法而非常特