优化电气设施中电能源的能量供应的方法及实施其的设备技术

本发明专利技术涉及一种用于优化电气设施(1)中来自可变电能源(42)的能量供应的方法，该电气设施(1)以自耗模式运行，并连接到配电网(2)。本发明专利技术还涉及一种用于控制电气设施(1)中的电能逆变器(4)的控制设备(5)，以及一种包括用于控制电能逆变器(4)的控制设备(5)的电气设施(1)。

Methods and equipment for optimizing the energy supply of electric energy in electrical facilities

【技术实现步骤摘要】
优化电气设施中电能源的能量供应的方法及实施其的设备
本专利技术涉及一种优化连接到配电网并且以自耗模式(self-consumptionmode)运行的电气设施中来自可变电能源(例如光伏源)的能量供应的方法。本专利技术还涉及一种实施这种方法的设备，用于控制安装在电气设施中并连接到可变能源的电能逆变器。本专利技术还涉及包括这种设备的电气设施。
技术介绍
从可变能源(例如通常被称为可再生能源的能源，诸如太阳能或风能)生产电能是从化石能源生产能量的替代。它可以形成当地能源生产商的收入来源和电力经销商的能量支援。然而，当连接到配电网时，可变电能源不得干扰所述配电网。在图7所示的现有技术中，在没有可再生能源产生能量的情况下，对于消耗200kWatt有功功率和60kVar无功功率或者功率因子等于0.96的电气负载，电网以相同的功率因子提供相同的有功功率、无功功率。当可变能源提供120kWatt有功功率和0kVar时，电网提供由可变能源产生的能量和由负载消耗的能量之间的差或者80kWatt有功功率和60kVar无功功率，功率因子变成等于0.8。因此，配电网看见的功率因子降低。通常，电能经销商对其电气设施的功率因子小于预定阈值(例如小于0.93)的用户处以罚金(penalty)。专利申请US2017/214337A1描述了连接在AC能源和配电网之间的逆变器的操作，逆变器被控制用于根据配电网的运营商提出的需求来提供有功功率和无功功率。这种操作模式不允许替代能源产生的电能的自消耗，并且使电气设施的管理依赖于电能经销商。专利申请WO2012/125278B2描述了一种根据由配电网提供的电压(所述电压的幅度作为参考)来调节由光伏设施产生的有功功率和无功功率以便不中断配电网的运行的设备。已知关于控制光伏设施生产的专利US9806665B2。光伏设施将其有功功率和无功功率的生产控制在合同规定的范围内。通过这样的方式执行调节：利用比例积分控制器增加或减少有功功率以调节无功功率，反之亦然。专利申请EP3029797A1描述了一种优化来自可再生能源的能量的转换和生产的设备。该设备包括电池并且可以在自耗模式下操作。本专利技术的目的是通过优化网络、电池、负载和可再生能源之间的能量流动来最大化本地能量供应。专利申请WO2007/060328A1描述了一种用于分散式能量生产设施的控制设备，其通过产生或吸收有功功率或无功功率而在生产设施的连接点处执行电压调节。
技术实现思路
本专利技术的主题是一种用于优化来自安装在电气设施中的可变电能源的能量供应的方法，所述电气设施在连接点处连接到配电网，所述电气设施包括：-至少一个逆变器，其首先连接到可变电能源，其次连接到连接点，所述逆变器被布置用于转换由电能源传递的能量，并在连接点处提供可控的第一有功功率和可控的第一无功功率，以及-电气负载，其连接到连接点，并且消耗第二有功功率和第二无功功率，配电网以网络功率因子向电气设施提供第三有功功率和第三无功功率，该方法包括根据第二有功功率和第二无功功率确定必须由逆变器提供的第一有功功率和第一无功功率的步骤，使得网络功率因子大于或等于预定目标功率因子。优选地，还确定第一有功功率和第一无功功率，以最小化第三有功功率或最大化第一有功功率。根据第一特定实施例，逆变器以大于或等于预定义的最小逆变器功率因子提供第一有功功率和第一无功功率。优选地，当逆变器功率因子等于最小逆变器功率因子时，逆变器提供最大第一无功功率。根据第二特定实施例，当电气设施能够以自耗模式提供电能时，电能网络向所述电气设施提供最小第三有功功率。有利的是：-由逆变器提供的第一有功功率等于由负载消耗的第二有功功率和由配电网提供的最小第三有功功率之间的差，-逆变器功率因子大于或等于最小功率因子，以及-第三无功功率被最小化或第一无功功率被最大化。根据特定实施例，由负载消耗的第二有功功率和第二无功功率按包括以下步骤的序列进行评估：-控制逆变器以提供零第一有功功率和零第一无功功率的步骤，-测量第三有功功率和第三无功功率的步骤，以及-确定第二有功功率和第二无功功率的步骤，其中第二有功功率等于第三有功功率，第二无功功率等于第三无功功率。本专利技术还涉及一种用于控制在连接点处连接到电网的电气设施中的电能逆变器的控制设备，所述电气设施包括：-至少一个电能逆变器，其首先连接到连接点，并且其次连接到至少一个电能源，以用于转换由所述能源提供的能量，所述逆变器以逆变器功率因子提供第一有功功率和第一无功功率，-至少一个电气负载，其连接到连接点，消耗第二有功功率和第二无功功率，该控制设备包括：-第一测量电路，用于测量连接点处的第三有功功率和第三无功功率或者第三视在功率和网络功率因子，-第二测量电路，用于测量第一有功功率和第一无功功率或者第一视在功率和逆变器功率因子，以及-控制电路，其被连接到：-第一测量电路，以用于接收对第三有功功率、第三无功功率、第三视在功率和网络功率因子的测量，-第二测量电路，以用于接收对由逆变器提供的第一有功功率、第一无功功率、第一视在功率和逆变器功率因子的测量，以及-电能逆变器，以用于控制必须由所述逆变器提供的第一有功功率和第一无功功率，所述控制电路被布置用于执行前述方法，并将与必须由所述逆变器提供的第一有功功率和第一无功功率相对应的有功功率和无功功率提供指令发送到逆变器。本专利技术还涉及一种在连接点处连接到电网的电气设施，所述电气设施包括：-至少一个可变电能源，-至少一个电能逆变器，其首先连接到连接点，其次连接到可变电能源，以用于将由所述能源提供的能量转换成连接点处可用的电能，以及-至少一个电气负载，其连接到连接点，以及-如前所述用于控制电能逆变器的控制设备。优选地，可变电能源由至少一个光伏板组成。附图说明附图示出了本专利技术：图1以框图形式表示用于根据本专利技术实施例的设备和方法的电气设施，该电气设施包括可变能源、电气负载、配电网、电能逆变器和用于控制该逆变器的控制设备；图2是包括可变能源的电气设施的示意图，该示意图用于举例说明允许所产生能量的自消耗的电气设施中的有功功率和无功功率以及功率因子的值，并且将电气设施的功率因子的值保持在由电能经销商施加的功率因子之上；图3以框图形式表示根据本专利技术实施例的、用于在用于优化可变能源的能量供应的设备中实施的方法的输入和输出数据；图4A至图4E通过菲涅尔(Fresnel)图说明了在以根据本专利技术实施例的方法运行的电气负载、能量逆变器和配电网处的视在功率、有功功率和无功功率的代表向量以及功率因子；图5A和图5B表示根据本专利技术的用于优化来自可变能源的能量供应的方法的流程图；图6表示用于确定由电气负载消耗的有功功率和无功功率的流程图，以及图7表示现有技术的设施。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于优化电气设施(1)中来自可变电能源(42)的能量供应的方法，所述电气设施(1)在连接点(21)处连接到配电网(2)，所述电气设施(1)包括：/n-至少一个逆变器(4)，其首先连接到可变电能源(42)，其次连接到连接点(21)，所述逆变器(4)被布置用于转换由电能源(42)传递的能量，并在连接点(21)处提供可控的第一有功功率(Pinv)和可控的第一无功功率(Qinv)，以及/n-电气负载(3)，其连接到连接点(21)，并且消耗第二有功功率(Pload)和第二无功功率(Qload)，/n所述配电网(2)以网络功率因子(PFnet)向电气设施(1)提供第三有功功率(Pnet)和第三无功功率(Qnet)，/n所述方法的特征在于其包括根据第二有功功率(Pload)和第二无功功率(Qload)确定必须由逆变器(4)提供的第一有功功率(Pinv)和第一无功功率(Qinv)的步骤，以便网络功率因子(PFnet)大于或等于预定的目标功率因子(PFtarg)。/n

【技术特征摘要】
20181219 FR 18734151.一种用于优化电气设施(1)中来自可变电能源(42)的能量供应的方法，所述电气设施(1)在连接点(21)处连接到配电网(2)，所述电气设施(1)包括：
-至少一个逆变器(4)，其首先连接到可变电能源(42)，其次连接到连接点(21)，所述逆变器(4)被布置用于转换由电能源(42)传递的能量，并在连接点(21)处提供可控的第一有功功率(Pinv)和可控的第一无功功率(Qinv)，以及
-电气负载(3)，其连接到连接点(21)，并且消耗第二有功功率(Pload)和第二无功功率(Qload)，
所述配电网(2)以网络功率因子(PFnet)向电气设施(1)提供第三有功功率(Pnet)和第三无功功率(Qnet)，
所述方法的特征在于其包括根据第二有功功率(Pload)和第二无功功率(Qload)确定必须由逆变器(4)提供的第一有功功率(Pinv)和第一无功功率(Qinv)的步骤，以便网络功率因子(PFnet)大于或等于预定的目标功率因子(PFtarg)。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还确定第一有功功率(Pinv)和第一无功功率(Qinv)，以最小化第三有功功率(Pnet)或最大化第一有功功率(Pinv)。


3.根据权利要求1或2中的一项所述的方法，其特征在于，所述逆变器(4)以大于或等于预定义的最小逆变器功率因子(PFinv_min)的逆变器功率因子(PFinv)提供第一有功功率(Pinv)和第一无功功率(Qinv)。


4.根据前一权利要求的方法，其特征在于，当所述逆变器功率因子(PFinv)等于所述最小逆变器功率因子(PFinv_min)时，所述逆变器(4)提供最大第一无功功率(Qinv)。


5.根据权利要求3或4中的一项所述的方法，其特征在于，当所述电气设施(1)能够以自耗模式提供电能时，所述配电网(2)向所述电气设施(1)提供最小第三有功功率(Pnet_min)。


6.根据前一权利要求的方法，其特征在于：
-由所述逆变器(4)提供的第一有功功率(Pinv)等于由所述负载(3)消耗的第二有功功率(Pload)和由所述配电网(2)提供的最小第三有功功率(Pnet_min)之间的差，
-所述逆变器功率因子(PFinv)大于或等于所述最小功率因子(PFinv_min)，并且
-第三无功功率(Qnet)被最小化或第一无功功率(Qinv)被最大化。


7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在包括以下步骤的序列期间评估由所述负载(3)消耗的第二有功功率(Pload)和第二无功功率(Qload)：
-控制所述逆变器(4)以提供零第一有功功率(Pinv)和零第一无功功率(Qinv)的步骤(131)，
-测量第三有功功率(Pn...

【专利技术属性】
技术研发人员：V伊格纳托娃，A拉波特，
申请(专利权)人：施耐德电器工业公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR