CN113273048A - 用于借助能量产生设备为交流电压网络提供调节功率的方法 - Google Patents

Abstract

描述一种能量产生设备(2)以及一种用于借助能量产生设备(2)为交流电压网络(1)提供调节功率的方法，其中，所述能量产生设备(2)包括光伏发电机(4)和能量存储器(5)，其中，所述能量产生设备(2)与所述交流电压网络(1)交换电的总功率(P_Netz)，其中，根据当前的PV最大功率(P_MPP)、零与所述PV最大功率(P_MPP)之间的可预给定的PV基本功率(P_PV_0)以及所提供的或所请求的调节功率来设置所交换的总功率(P_Netz)，其中，所述方法包括以下步骤：‑如果没有请求调节功率：馈入基本总功率(P_Netz_0)，所述基本总功率包括所述PV基本功率(P_PV_0)；‑如果请求负调节功率：相对于所述PV基本功率(P_PV_0)降低所述PV功率(P_PV)；‑如果请求正调节功率：如果所请求的正调节功率大于PV最大功率(P_MPP)与PV基本功率(P_PV_0)之间的差值，则从所述能量存储器(5)中提取电池功率(P_Batt)。

Description

用于借助能量产生设备为交流电压网络提供调节功率的方法

技术领域

本发明涉及一种用于借助具有光伏发电机和能量存储器的能量产生设备为交流电压网络提供调节功率的方法。

背景技术

在构建为跨区域联合网络的交流电压网络中，由于馈入的电功率与提取的电功率之间的不平衡，可能出现网络频率与交流电压网络的额定频率的偏差。因此，可以抵抗不平衡以及因此抵抗频率偏差，其方式为：可以将电功率馈入到交流电压网络中和/或从交流电压网络中提取电功率的设备适当地匹配由其所馈入的或所提取的功率。特别地，在高于额定频率的频率的情况下可以降低所馈入的功率或提高所提取的功率，而在低于额定频率的频率的情况下提高所馈入的功率或降低所提取的功率。

对电网中的功率不平衡或对由此导致的频率偏差的直接或间接的反应中的能量产生设备的功率的相应变化通常称为调节功率。调节功率由专用网络资源以调节储备的形式保持，并且在必要情况下在时间上有限的持续时间内被调用。在调节功率调用时所提供的能量称为调节能量或调节工作。在交流电压网络、例如欧洲联合网络中，这种调节功率的提供通常是以不同作用方式的阶段组织的，这些阶段在时间上相继构建且相互交替。

第一调节阶段(所谓的瞬时调节或瞬时储备)用于限制频率变化率。瞬时储备在目前的电网中更可能作为网络属性而不是主动调节来实现，并且是由设备直接且立即响应于频率变化地改变其功率引起的。尤其是发电机或电动机的旋转的飞轮质量(Schwungmassen)由于其惯性而产生直接抵抗功率不平衡的瞬时储备功率并且限制频率变化率。

在第二调节阶段(所谓的初级调节)中——该第二调节阶段用于频率保持并在频率偏差持续的情况下开始生效——使用基于特性曲线根据网络频率与额定频率的偏差有针对性地设置其功率的设备。在第三阶段(所谓的次级调节)中，交流电压网络中的可能持续的或可预见的功率不平衡是通过规划来抵抗的，其方式为：设备由上级的控制装置指示以适当地改变其电功率。次级调节提供用于使网络频率恢复为额定值的功率和能量，并替换第二阶段。

从现有技术中已知在交流电压网络与能量存储器之间交换电功率的设备。这种设备可以设置用于提供第二调节阶段的调节功率，即在初级调节的范畴内对功率不平衡做出反应并且相应地匹配交流电压网络与能量存储器之间的功率交换，以便抵抗功率不平衡。因此，调节功率发电厂具有以下任务：在必要时，在固定约定的时间期间提供固定约定的数量的调节功率。

此外，已知光伏设备，这些光伏设备通常如此运行，使得从光伏设备的光伏发电机中提取最大可能的功率并且将其馈入到交流电压网络中。由于PV功率的易变性和差的可预测性，该PV功率例如在辐射变化的情况下可能强烈波动并且尤其是在夜间根本不可用，因此光伏设备迄今为止仅能够在有限的程度上对通过提供调节功率来稳定交流电压网络做出贡献。

发明内容

本发明基于以下任务，即指出一种用于借助具有光伏发电机和存储器的能量产生设备为交流电压网络提供调节功率的方法，借助该方法可以以成本有利且高效的方式提供用于稳定交流电压网络的调节功率。

该任务通过一种具有独立专利权利要求1的特征的方法以及借助一种根据权利要求19的能量产生设备来解决。优选的实施方式在从属专利权利要求中定义。

在一种用于借助能量产生设备为交流电压网络提供调节功率的方法中，能量产生设备包括光伏发电机和能量存储器。能量产生设备与交流电压网络交换电的总功率。所交换的总功率根据当前的PV最大功率、零与PV最大功率之间的可预给定的PV基本功率以及所提供的或所请求的调节功率来进行设置的。该方法包括以下步骤：

-当没有请求调节功率时：馈入基本总功率，该基本总功率包括PV基本功率；

-当请求负调节功率时：相对于PV基本功率降低PV功率；

-当请求正调节功率时：如果所请求的正调节功率大于PV最大功率与PV基本功率之间的差值，则从电池中提取电池功率。

通过根据本发明的方法，可以最佳地使用能量产生设备来提供调节功率。在此，通过降低PV功率来实现负调节功率，其中，该降低可以包括反馈到光伏发电机中。由此，负调节功率可供使用，该负调节功率在任何时候都可以至少是光伏发电机的额定功率(以与交流电压网络的相应性能卓越的连接为先决条件)。同时可以最佳地由能量存储器实现正调节功率。由于能量储存器不必对负调节功率做出贡献，因此其存储容量的很大一部分可以保留用于提供正调节功率。

如果能量存储器可以充电，则基本总功率可以包含用于对能量存储器进行充电的电池功率。由此，基本总功率相对于PV基本功率降低，因为如果能量存储器没有充满电，则PV功率的一部分用于对能量存储器进行充电。如果请求负调节功率并且可以对能量存储器充电，则在相对于PV基本功率降低PV功率之前，可以首先提高用于对能量存储器充电的电池功率。由此，由光伏发电机产生的环保能量最佳地用于对能量存储器充电。

在该方法的一种实施方式中，PV基本功率可以对应于PV最大功率。因此，光伏发电机可以最佳地运行并且以环保的方式产生最大可能的能量，只要不降低PV功率以降低能量产生设备的总功率以提供负调节功率。

在该方法的一种替代实施方式中，PV基本功率可以小于PV最大功率，其中，当请求正调节功率时，相对于PV基本功率提高PV功率。如果所请求的正调节功率大于PV基本功率与PV最大功率之间的差值，则从能量存储器中就此而言补充地提取电池功率，从而总功率包括所请求的正调节功率。

在一种有利的实施方式中，PV基本功率在PV最大功率的40％与60％之间。因此，PV最大功率的60％与40％之间可供用作附加的正调节功率。

在根据本发明的方法中，所请求的调节功率可以作为瞬时频率与交流电压网络的额定频率的偏差和/或瞬时频率的变化率的函数借助特性曲线来进行确定。在此，特性曲线可以如此构型，使得当瞬时频率小于额定频率和/或变化率为负时请求正调节功率，并且当瞬时频率大于额定频率和/或变化率为正时请求负调节功率。由此，能量产生设备可以自主地对交流电压网络中的功率不平衡做出反应，该功率不平衡尤其可以表现为网络频率与额定频率的偏差。

在一种替代的实施方式中，所请求的调节功率可以由上级控制装置预给定给能量产生设备。由此，能量产生设备可以在存在具体需要的情况下例如由网络运营商如此控制，使得功率不平衡由上级控制装置有针对性地补偿。

根据本发明的方法还可以包括：在预给定的未来的时间段内以调节功率范围提供调节功率，其中，该调节功率范围具有最大正调节功率和最大负调节功率，该最大正调节功率和最大负调节功率作为在预给定的时间段内与基本总功率的偏差可以通过能量产生设备设置。在此，最大正调节功率和最大负调节功率优选地具有相同的量值，从而在预给定的未来的时间段内提供对称的调节功率。

在此上下文中，术语“提供”可以如此理解，即保证：所提供的调节功率可以在未来的时间段中进行设置，并且当在未来的时间段中实际请求所提供的调节功率时也将对其进行设置。

在该方法的一种实施方式中，可以在提供调节功率的未来的时间段之前求取用于未来的时间段的最佳调节功率范围。为此，尤其可以考虑当前的PV最大功率、针对PV最大功率在预给定的未来的时间段内的预测、PV额定功率与能量存储器的额定功率的比率和/或能量存储器的当前充电状态。例如，当前的和预测的PV最大功率越高，就可以提供越多的调节功率；另一方面，如果仅PV额定功率可供用于提供负调节功率，例如在能量存储器充满电的情况下的夜间，则所提供的调节功率可以受到PV额定功率的限制。

在该方法的一种实施方式中，基本总功率对应于PV最大功率或与PV最大功率成比例，从而PV最大功率的可能变化导致基本总功率的相应变化。在这种情况下，所请求的调节功率可以作为与PV最大功率的偏差来提供，该偏差将在没有请求调节功率的情况下馈入。

在该方法的一种替代实施方式中，基本总功率具有恒定的值。如果没有请求调节功率并且PV最大功率大于基本总功率，则基本总功率仅包括PV功率。当前的PV功率与恒定的基本总功率之间的可能的差值然后可以通过与能量存储器交换电功率来补偿。由此，能够更好地规划能量产生设备的行为，因为在任何时候进行与交流电压网络的定义的功率交换，该功率交换尤其与PV最大功率的可能的、短期的、例如由天气决定的变化无关。

在该方法的一种实施方式中，光伏发电机和能量存储器可以彼此之间和/或分别双向地与交流电压网络交换电功率。具体而言，能量产生设备可以为此经由恰好一个共同的网络连接点与交流电压网络交换电的总功率。替代地，光伏发电机和能量存储器可以经由不同的、空间上分离的网络连接点与交流电压网络交换其相应的电功率。

可以理解，光伏发电机可以包括多个子发电机，这些子发电机可以经由相应的多个逆变器与交流电压网络连接。同样地，能量存储器可以包括多个电池，这些电池经由多个变流器与交流电压网络连接。在此，光伏发电机和能量存储器可以在相同或不同的局部网络(Ortsnetzen)中或者相同或不同的网络平面上与交流电压网络连接。

在该方法的一种有利的实施方式中，控制单元接收光伏发电机和能量存储器的当前运行数据并且预给定针对光伏发电机和能量存储器的运行而分别待交换的功率的期望值。在此，控制单元可以是能量产生设备的一部分——尤其是当该能量产生设备经由单个共同的网络连接点与交流电压网络连接时，或者控制单元可以在上级布置并且经由通信线路与光伏发电机和能量存储器连接。如此布置的控制单元可以具有到另一上级控制装置的统一接口，该上级控制装置例如在总体上对交流电压网络的运行负责并且就此而言代表网络运营商。

能量产生设备可以具有至少两个能量存储器，其中，光伏发电机和第一能量存储器为交流电压网络的初级调节提供调节功率，而第二能量存储器为交流电压网络的瞬时调节提供调节功率。特别地，第二能量存储器可以经由电压施加的

逆变器与交流电压网络交换瞬时调节功率。借助这种方法，能量产生设备能够对交流电压网络的瞬时调节和初级调节均做出最佳贡献。

一种用于为交流电压网络提供调节功率的能量产生设备包括光伏发电机、能量存储器和控制单元。在根据本发明的能量产生设备中，控制单元设置用于以根据以上描述的方法来运行能量产生设备。

在能量产生设备的一种实施方式中，光伏发电机和能量存储器经由共同的网络连接点与交流电压网络连接。在此，网络连接点可以包括具有网络侧绕组和用于连接光伏发电机与能量存储器的至少两个绕组的变压器。此外，能量产生设备可以具有多个光伏发电机和/或多个能量存储器，这些光伏发电机和/或能量存储器经由共同的双向逆变器与网络连接点连接。优选地，在此，逆变器经由个体化的直流转换器与光伏发电机或能量存储器连接。通过使用共同的逆变器，所需设备的数量和布线开销均降低，其中，逆变器必须设计为以下总功率：该总功率低于能量产生设备中的各个逆变器的额定功率之和，该能量产生设备具有个体化地分配给光伏发电机和能量存储器的逆变器。

有利地，这种能量产生设备包括控制单元，该控制单元布置在能量产生设备内并且可以直接与光伏发电机和能量存储器或与其相应的控制装置通信。

在能量产生设备的一种替代实施方式中，控制单元经由借助网络的间接连接与光伏发电机和能量存储器或与其控制装置通信连接，其中，光伏发电机和能量存储器经由不同的、空间上分离的网络连接点与交流电压网络连接。

能量产生设备可以包括不同结构类型的多个能量存储器。优选地，能量存储器中的至少一个可以包括锂离子蓄电池，该锂离子蓄电池的特征在于高的能量密度。特别优选地，至少一个另外的能量存储器可以包括超级电容器，该超级电容器与锂离子蓄电池相比具有较低的能量密度，然而具有较高的功率密度。如此构建的能量产生设备既可以借助与光伏发电机结合的锂离子提供初级调节功率，也可以借助超级电容器对瞬时调节做出贡献。

在本发明的另一实施方式中，可以确定预给定的未来的时间段内的调节功率范围，其中，调节功率由具有光伏发电机和能量存储器的能量产生设备提供，并且调节功率范围具有基本总功率、最大正调节功率和最大负调节功率。该实施方式可以包括以下步骤：

-根据能量存储器的充电状态、光伏发电机的当前PV最大功率确定基本总功率；

-根据能量存储器的充电状态确定最大正调节功率；

-根据PV最大功率和能够反馈到光伏发电机中的最大PV额定功率确定最大负调节功率。

在此，基本总功率和最大正调节功率可以如此确定，使得排除对预给定的未来的时间段内的最大正调节功率的请求导致能量存储器的完全放电，其中，将基本总功率确定为比当前PV最大功率低一差值，其中，存储器的充电状态与完全充电状态偏离得越多，该差值就越大。

本发明可以通过以下特征来进一步表征：

为了在任何时候都提供可靠地可用的、定义的、最大的正调节功率，有利的是永久地在完全充电状态下运行能量产生设备的能量存储器。为了能量产生设备即使在存储器充满电的情况下以及在夜间也达到最大的负调节功率，可以反馈到光伏发电机中，其中，可能的反馈功率应至少对应于电池功率。可用的PV功率用于尽可能地对存储器充电并且将充电状态保持得尽可能地高。本发明允许在几乎总是充满电的存储器和最大正调节功率以及最大负调节功率的完全可用性的情况下充分利用能量存储器容量。通过将光伏发电机包含在根据本发明的方法中，可以提供对称的调节功率，该对称的调节功率至少是借助相应的能量存储器单独地能够实现的功率的两倍。

附图说明

在下文中，基于在附图中所示出的实施例进一步阐述和描述本发明。

图1示出根据本发明的具有PV发电机、能量存储器和控制单元的能量产生设备；

图2示出PV发电机、能量存储器、能量产生设备的电功率和能量存储器的充电状态的第一时间曲线；

图3示出PV发电机、能量存储器、能量产生设备的电功率和能量存储器的充电状态的第二时间曲线；

图4示出PV发电机、能量存储器、能量产生设备的电功率和能量存储器的充电状态的第二时间曲线。

具体实施方式

图1示出具有光伏发电机4和能量存储器5的能量产生设备2。

光伏发电机4可以根据当前的太阳辐射产生PV最大电功率P_MPP。逆变器4a从光伏发电机4提取当前的PV功率P_PV，其尤其可以通过设置光伏发电机4上的电压而在零与PV最大功率P_MPP之间变化。PV功率P_PV也可以采纳负值，其方式是：将电功率反馈到光伏发电机4中。传统的光伏模块能够容易地吸收其PV额定功率P_Peak的数量级上的功率。逆变器4a将如此作为直流电与光伏发电机4交换的PV功率P_PV转换为交流电并且将PV功率P_PV经由网络连接点1a与交流电压网络1交换。

能量存储器5与变流器5a连接，该变流器将电的电池功率P_Batt与能量存储器5交换，转换为交流电，并且作为电池功率P_Batt经由网络连接点1b与交流电压网络1交换。能量存储器5通常具有特定的存储容量和当前充电状态SOC(“state of charge，充电状态”)，其中，充电状态SOC通常以百分比形式说明：相对于存储容量，当前有多少能量存储在能量存储器中。因此，SOC为零意味着能量存储器5放电，并且SOC为100％表示能量存储器5是完全充电的。

能量产生设备2与交流电压网络1交换电的总功率P_Netz。总功率P_Netz由PV功率P_PV和电池功率P_Batt组成并且可以采纳正值或负值。

网络连接点1a和1b可以由共同的网络连接点取代，即能量产生设备2也可以经由单个的、共同的网络连接点与交流电压网络1交换总功率。用于多个双向逆变器4a和/或变流器5a的共同的网络连接部可以包括变压器，该变压器包括网络侧的一个绕组和用于连接能量产生设备2的装置的多个绕组。由此可以将参与与网络交换电功率的多个参与者直接连接到变压器。变压器必须设计为额定功率，该额定功率仅包括光伏发电机4的额定功率和用于(短期地)从能量存储器5调用正调节功率的过载能力。

控制单元9与光伏发电机4和能量存储器5或逆变器4a和变流器5a通信连接。一方面，控制单元9经由该连接接收光伏发电机4和能量存储器5的运行数据。另一方面，控制单元9发送用于PV功率P_PV和电池功率P_Batt的期望值到光伏发电机4和能量存储器5或逆变器4a和变流器5a(或其相应的控制设备)。

由光伏发电机4和逆变器4a形成的光伏设备可以包括多个子单元，这些子单元在此未进一步示出。特别地，可以涉及具有多个逆变器4a和相应数量的光伏发电机4的光伏设备，这些逆变器和光伏发动机由共同的设备控制装置进行控制。同样地，由能量存储器5和变流器5a形成的存储设备可以包括多个子单元，这些子单元在此未进一步示出。特别地，可以涉及具有多个变流器5a和相应数量的能量存储器5的存储设备，这些变流器和能量存储器由共同的设备控制装置进行控制。能量产生设备2尤其可以包括多个不同类型的能量存储器5，这些能量存储器经由多个变流器5a在共同的网络连接点1b处与交流电压网络1连接。可能的存储器类型尤其包括电化学存储器，即铅、锂离子或液流电池(Flowbatterien)和所谓的超级电容器(SuperCaps)以及适用于提供调节功率的其他能量存储器(例如抽水蓄能存储器(Pumpspeicher))。

替代地或附加地，能量产生设备2可以包括不同类型的多个PV发电机4和/或能量存储器5。在此，多个PV发电机4和/或能量存储器5可以经由各自个体化的直流转换器与共同的逆变器连接并且可以经由该逆变器与交流电压网络1双向交换电功率。

在能量产生设备2中，控制单元9与光伏设备和存储设备的相应的设备控制装置进行通信，并且与之交换相应的运行数据P_MPP、SOC以及期望值P_PV、P_Batt。在此，能量产生设备1内的不同类型的能量存储器5以不同的预给定运行，例如其方式为：具有锂离子电池(该锂离子电池具有高的能量密度)的第一能量存储器5与具有超级电容器(该超级电容器具有相对较低的能量密度，然而具有明显更大的功率密度)的第二能量存储器5以不同的方式运行。

原则上，控制单元9也可以实现为光伏设备或存储设备的一部分，其中，相应的运行数据在光伏设备与存储设备之间直接交换。特别地，控制单元9可以与逆变器4a的控制装置同时运行(zusammenfallen)并且可以从存储设备直接接收运行数据。这可能是有利的，因为逆变器4a由结构型式决定地已经包括频率、电流和功率的快速测量，并且因此与经由布置在别处的控制单元9的“绕行”相比能够实现更快的反应。

在该方法的一个特殊实施方式中，可以将光伏发电机的当前运行数据(尤其是PV最大功率以及当前的且可能规划的PV功率)和能量存储器的当前运行数据(尤其是充电状态以及当前的且可能规划的电池功率)在光伏发电机与能量存储器之间直接交换。然后，光伏发电机和能量存储器的相应控制装置设置用于，一方面自主地行动，另一方面分别考虑提供调节功率的另外参与者的行为。

附加地，控制单元9可以获得关于交流电压网络1的当前运行状态的信息。特别地，控制单元可以检测或接收交流电压网络1的网络频率f_netz，可能也来自逆变器4a。此外，网络频率f_netz尤其是用于交流电压网络1中的功率平衡的指标，并且可以由控制单元9所使用，以便求取对由能量产生设备2应提供的调节功率的需求，尤其是通过以下方式：响应于网络频率f_netz与交流电压网络1的额定频率的偏差来改变在能量产生设备2与交流电压网络1之间交换的总功率P_Netz。

替代地或附加地，控制单元9可以与上级控制装置连接并且由该控制装置指示将交换的总功率P_Netz以预给定的程度改变并且提供如此指示的调节功率。此外可以设置，控制单元9通知上级控制装置在预给定的未来的时间段内可以由能量产生设备2提供多少调节功率。

网络连接点1a和1b可以在空间上彼此远离地布置，尤其是在相同的或不同的局部网络中或在相同的或不同的网络平面上。控制单元9与能量产生单元2的装置之间以及控制单元9与上级控制装置之间的通信可以分别经由直接的电缆连接或间接地经由网络进行。

图2在上面的部分中示出光伏发电机4的电功率P(PV最大功率P_MPP和PV功率P_PV)、能量存储器5的电功率P(电池功率P_Batt)和能量产生设备2的电功率P(总功率P_Netz)的示例性的时间曲线，以及在下面的部分中示出能量存储器5的充电状态SOC的相对应的时间曲线。轴上的单元应示例性地理解，并且相应于能量产生设备2的具体实施方式进行缩放。例如，时间t可以以分钟为单位进行说明，并且功率P可以以千瓦或兆瓦为单位进行说明。

在时间点t0处，光伏发电机4如此运行，使得PV功率P_PV基本上对应于PV最大功率P_MPP，即光伏发电机4产生最大可能功率P_MPP，该最大可能功率减去可能的损失而作为PV功率P_PV经由逆变器4a馈入。电池功率P_Batt在时间点t0处等于零，从而能量产生设备2的总功率P_Netz对应于PV功率P_PV(减去可能的损失)。

PV最大功率P_MPP的变化——例如由于光伏发电机4上的辐射的变化——可以作为总功率P_Netz的变化传递到交流电压网络1中。替代地，能量产生单元2的总功率P_Netz可以恒定地保持在基本总功率P_Netz_0处，其方式为：PV功率P_PV跟随PV最大功率P_MPP的变化，并且PV功率P_PV与恒定的基本总功率P_Netz_0之间的差值通过与能量存储器5适当地交换电池功率P_Batt来平衡。

在根据图1的示例中，PV最大功率P_MPP以及因此PV功率P_PV在时间段t0至t1中的变化通过反向的电池功率P_Batt如此补偿，使得总功率P_Netz恒定地保持在基本总功率P_Netz_0处。由此，能量存储器5的充电状态SOC仅略微变化。在预给定的时间段内恒定的、有保证的总功率P_Netz对于通过网络运营商对交流电压网络1的运行进行控制的可规划性是尤其有利的。

在时间段t1至t2中，从能量产生设备2请求正调节功率，并且通过提高总功率P_Netz来提供该正调节功率。该请求例如由于网络频率的降低(其表明交流电压网络1中的功率不足)或由于上级控制装置的明确请求而产生。由于PV功率P_PV已经对应于PV最大功率P_MPP并且就此而言不能增加，因此通过提高电池功率P_Batt来引起将总功率P_Netz提高正调节功率。能量存储器5的充电状态SOC相应地下降。在时间段t1至t2中，PV最大功率P_MPP的变化也可以通过电池功率P_Batt的反向变化来补偿，以便馈入恒定的总功率P_Netz。在根据图1的示例中，时间段t1至t2中的总功率P_Netz对应于基本总功率P_Netz_0和所请求的正调节功率之和。

在时间点t2处，能量存储器5的充电状态SOC接近于零，即在时间点t2之后不能提供正调节功率。此外，在时间段t1至t2中所请求的正调节功率不应更高，否则能量存储器5在时间点t2之前已经将是空的并且调节功率将提前停止。换句话说，在时间段t1至t2中从能量产生设备2要求在该时间段内最大可能的正调节功率。

在时间段t2至t3中，从能量产生设备2请求负调节功率，并且通过降低总功率P_Netz来提供该负调节功率。该请求例如由于网络频率的提高(其表明交流电压网络1中的功率过剩)或由于上级控制装置的明确请求而产生。PV功率P_PV还对应于PV最大功率P_MPP，并且通过降低电池功率P_Batt来引起将总功率P_Netz降低负调节功率。总功率P_Netz是通过相对于PV功率P_PV将电池功率P_Batt馈入到能量存储器5中而降低的。能量存储器5的充电状态SOC相应地增加。在时间段t2至t3中，PV最大功率P_MPP的变化也可以通过电池功率P_Batt的反向变化来补偿，以便馈入恒定的总功率P_Netz。在根据图1的示例中，时间段t2至t3中的总功率P_Netz对应于基本总功率P_Netz_0和所请求的负调节功率之和。

在时间点t3处，能量存储器5的充电状态SOC返回到时间点t0或t1处的起始值。原则上，可以在时间点t3之后提供负调节功率，尤其是直到能量存储器5的充电状态SOC达到值100％并且能量存储器5不再能够吸收功率为止。

根据图1的行为可以进行优化，以在未来的时间段中提供对称的调节功率并且在相应请求的情况下相应地提供对称的调节功率。这意味着，例如在时间点t1之前决定在时间段t1到t2内提供确定大小

的调节功率。由于无法预测在时间段t1至t2中将该调节功率请求为正调节功率还是负调节功率，因此能量存储器5的充电状态SOC在时间点t1必须位于大约50％处，以便能够在整个时间段t1到t2内提供最大对称的调节功率，即具有相同量值的正或负。在充电状态SOC大于50％的情况下，与正调节功率相比，较少的能量可供用于负调节功率，反之亦然，从而如果充电状态SOC在时间点t1偏离50％，则最大可提供的调节功率降低。

图3在上面的部分中示出电功率P_MPP、P_PV、P_Batt和P_Netz的另一示例性的时间曲线，以及在下面的部分中示出充电状态SOC的相对应的时间曲线。

在时间点t0处，PV功率P_PV基本上对应于PV最大功率P_MPP并且经由逆变器4a馈入。能量产生设备2的总功率P_Netz对应于PV功率P_PV，因为电池功率P_Batt在时间点t0处等于零。PV最大功率P_MPP的变化可以通过电池功率P_Batt的反向变化来补偿，以便将总功率P_PV在时间段t0至t1中保持在恒定的基本总功率P_Netz_0处。能量存储器5的充电状态SOC相应地略微变化。替代地(在此未示出)，PV最大功率P_MPP的变化可以作为总功率P_Netz的变化传递到交流电压网络1中。

在时间段t1至t2中，从能量产生设备2请求负调节功率，并且通过降低总功率P_Netz来提供该负调节功率。为此，首先在时间段t1至t1a中将功率P_Batt馈入到能量存储器5中，直到该能量存储器充满电并且具有100％的充电状态SOC。在时间段t1a至t2中，能量存储器5然后不再能够吸收电池功率P_Batt。总功率P_Netz现在降低所请求的负调节功率，其方式为：相对于PV最大功率P_MPP降低PV功率P_PV。由于总基本功率P_Netz_0和负调节功率之和在时间段t1a至t2中为负，因此PV功率P_PV也变为负，其方式为：将电功率反馈到光伏发电机4中。PV最大功率P_MPP的可能变化在时间段t1a到t2中不具有任何影响。能量存储器5的充电状态SOC保持在100％处。

在时间段t2至t3中，从能量产生设备2请求正调节功率，并且通过提高总功率P_Netz来提供该正调节功率。将PV功率P_PV设置为PV最大功率P_MPP。在时间点t1将总功率P_Netz相对于基本总功率P_Netz_0提高正调节功率是通过提高电池功率P_Batt实现的，即从能量存储器5提取功率。能量存储器5的充电状态SOC相应地下降。PV最大功率P_MPP的变化以及因此PV功率P_PV的变化可以通过电池功率P_Batt的相应的反向变化来补偿，以便保持总功率P_Netz恒定。

在时间点t3，能量存储器5的充电状态位于大约50％处，即可以在时间点t3之后提供进一步的正调节功率。替代地，在时间段t2至t3中，可以提供两倍于实际提供的正调节功率。

因此，在根据图3的实施方式中，能量存储器5的几乎全部存储容量可供用于提供正调节功率，因为在有疑问的情况下，负调节功率的提供完全通过PV功率P_PV的变化来实现。因此，在时间点t1，能量存储器5的充电状态SOC可以有利地位于几乎100％处，以便保证在时间段t1至t2内对称调节功率的最大正部分，其中，如有必要，能量存储器5的储备容量可以保持用于补偿PV最大功率P_MPP的波动。对称调节功率的最大负部分仅受光伏发电机4的PV额定功率P_Peak的限制。在任何时候、尤其也在夜间都能够以PV额定功率P_Peak的大小反馈到光伏发电机4中。

与根据图1的实施方式相比(在根据图1的实施方式中，能量存储器5必须能够将所需的调节功率不仅独自地实现成正的，而且独自地实现成负的)，在根据图3的实施方式中可以借助相同的能量储存器5提供更大的对称调节功率，如果PV额定功率P_Peak至少对应于能够在未来的时间段内最大地提供的正调节功率——该正调节功率又是由能量存储器5的存储容量与未来的时间段的持续时间的商得出的——则该更大的对称调节功率可以高达两倍之大。

图4在上面的部分中示出电功率P_MPP、P_PV、P_Batt和P_Netz的另一示例性的时间曲线，以及在下面的部分中示出充电状态SOC的相对应的时间曲线。

在时间点t0处，PV功率P_PV基本上对应于PV最大功率P_MPP并且经由逆变器4a馈入。能量存储器5的充电状态SOC低于100％，从而能量存储器5以电池功率P_Batt充电。能量产生设备2的总功率P_Netz对应于PV功率P_PV减去电池功率P_Batt。PV最大功率P_MPP的变化可以通过电池功率P_Batt的反向变化来补偿，以便将总功率P_PV在时间段t0至t0a中保持在恒定的基本总功率P_Netz_0处。

在时间点t0a处，能量存储器5充满电并且不再能够吸收电池功率P_Batt。然而，总功率P_Netz保持恒定，其方式为：将PV功率P_PV相对于PV最大功率P_MPP降低到PV基本功率P_PV_0，该基本功率对应于能量产生设备2的总基本功率P_Netz_0。PV最大功率P_MPP的可能变化在时间段t0a至t1中不具有任何影响。能量存储器5的充电状态SOC保持在100％处。

在时间段t1至t2中，从能量产生设备2请求正调节功率，并且通过提高总功率P_Netz来提供正调节功率。将PV功率P_PV设置为PV最大功率P_MPP。如果如此地相对于总基本功率P_Netz_0提高的PV功率P_PV不足以提供所请求的正调节功率，则将电池功率P_Batt如此提高，使得从能量存储器5提取待设置的总功率P_Netz(包括正调节功率)与PV最大功率P_MPP之间的差值。能量存储器5的充电状态SOC相应地下降。PV最大功率P_MPP的变化以及因此PV功率P_PV的变化可以通过电池功率P_Batt的相应的反向变化来补偿，以便保持总功率P_Netz恒定。

在时间点t2处，能量存储器5的充电状态SOC下降了大约25％；这明显比在图2中的t1到t2或图3中的t2到t3的相同长的时间段中小，尽管通过能量产生设备2提供相同的正调节功率。通过由光伏发电机4提供部分的所请求的正调节功率，使能量存储器5减轻负担并且能量产生设备2可以在更长的时间段上提供正调节功率，或者可以通过能量产生设备2在预给定的未来的时间段上实现总体上更高的正调节功率而无需改变能量存储器5。

在时间段t2至t3中，从能量产生设备2请求负调节功率，并且通过降低总功率P_Netz来提供该负调节功率。为此，首先在时间段t2至t2a中将电池功率P_Batt馈入到能量存储器5中。如果总功率P_Netz的由此可实现的降低不足以提供所请求的负调节功率——例如因为最大地能够馈入到能量存储器5中的功率是受限的，则将PV功率P_PV相对于PV最大功率P_MPP降低。通过将电池功率P_Batt馈入到能量存储器5中提高能量存储器5的充电状态SOC。

在时间点t2a处，充电状态SOC为100％，即能量存储器5充满电并且不再能够吸收电池功率P_Batt。总功率P_Netz通过以下方式保持恒定：PV功率P_PV进一步降低并且可能变为负，其方式是：将电功率反馈到光伏发电机4中。时间段t2a至t3中的总功率P_Netz由此在与时间点t0或t1的基本总功率和所请求的负调节功率之和相应的值处保持恒定。能量存储器5的充电状态SOC保持在100％处。

根据图4的PV基本功率P_PV_0的定义也可以转移到根据图2和图3的实施方式上，其方式是：在那里PV基本功率P_PV_0恰好对应于PV最大功率P_MPP，该PV最大功率再次至少间接地用作用于确定能量产生设备2的总基本功率P_Netz_0的基础。在根据图4的实施方式中，PV基本功率P_PV_0相对于PV最大功率降低。由此，如有必要，可以提高PV功率，并且因此对由能量产生设备2提供正调节功率做出贡献。

在根据图4的一种实施方式中，可以在零与PV最大功率P_MPP之间如此选择PV基本功率P_PV_0，使得可以提高PV功率P_PV，以便提供对正调节功率的贡献。将PV基本功率选择在PV最大功率的40％至60％处证实是特别有利的，从而PV最大功率的大约一半作为正调节功率可供使用，并且另一半作为负调节功率可供使用。这些部分增加了至少在根据图2的实施方式中通过反馈到光伏发电机4中已经可用的负调节功率和通过从能量存储器5中提取电池功率P_Batt而可用的正调节功率。

在根据图4的一种实施方式中，因此可以在预给定的未来的时间段内保证正调节功率，该正调节功率由能量存储器5在该时间段开始时的存储容量除以该未来的时间段的持续时间加上PV基本功率P_PV_0与PV最大功率P_MPP之间的差值计算出来。在未来的时间段内所保证的负调节功率对应于PV额定功率P_Peak加上PV基本功率P_PV_0。因此，与根据图3的实施方式相比，可以再次提供更大的对称调节功率。

图5示出具有一个光伏发电机4和多个不同类型的能量存储器51、52的能量产生设备2的一种实施方式。能量存储器51可以设置成根据基于图2至4所描述的方法之一与光伏发电机4协作，从而能量产生设备2为交流电压网络1的初级调节和/或次级调节提供调节功率。

附加的能量存储器52可以实施为具有特别高的功率密度的存储器，尤其是实施为所谓的超级电容器(英语：SuperCap，简称：SC)。该能量存储器52然后可以在很大程度上独立于能量存储器51运行并且可以经由网络连接点1c与交流电压网络1交换电功率P_Moment。网络连接点1c可以与网络连接点1a、1b分离地实施或与这些网络连接点在共同的装置中实现，例如作为具有共同的网络侧绕组的变压器的个体化的设备侧绕组。在此，变压器必须设计为额定功率，该额定功率仅包括光伏发电机4的额定功率和用于从能量存储器52短期地调用瞬时调节功率P_Moment的过载能力。可以理解，可以在能量存储器52与光伏发电机4或能量存储器之间设置有针对性的、直接或间接的电功率交换。尤其是为了在需要时将能量存储器52的充电状态设置或恢复到期望值。

在此，电功率P_Moment可以借助合适的变流器52a根据网络频率如此设置，使得交流电压网络1的瞬时调节得到支持。特别地，可以将电功率P_Moment直接根据网络频率的变化率来进行设置，以便抵抗网络频率的快速变化，并且因此稳定交流电压网络1。为此，证明特别有利的是以电压施加的调节来运行变流器52a，该调节例如仿真同步电机(所谓的虚拟同步电机，简称VSM)的行为。

附图标记列表

1 交流电压网络

1a、1b 网络连接点

2 能量产生设备

4 光伏发电机

4a 逆变器

5 能量存储器

5a 变流器

9 控制单元

P_MPP 光伏最大功率

P_PV 光伏功率

P_Batt 电池功率

P_Moment 瞬时储备功率

P_Netz 总功率

f_netz 网络频率

SOC 充电状态

t0,t1,... 时间点

Claims (26)

1.一种用于借助能量产生设备(2)为交流电压网络(1)提供调节功率的方法，其中，所述能量产生设备(2)包括光伏发电机(4)和能量存储器(5)，

其中，所述能量产生设备(2)与所述交流电压网络(1)交换电的总功率(P_Netz)，

其中，根据当前的PV最大功率(P_MPP)、零与所述PV最大功率(P_MPP)之间的可预给定的PV基本功率(P_PV_0)以及提供的或请求的调节功率来设置所交换的总功率(P_Netz)，

其中，所述方法包括以下步骤：

-当没有请求调节功率时：馈入基本总功率(P_Netz_0)，所述基本总功率包括所述PV基本功率(P_PV_0)；

-当请求负调节功率时：相对于所述PV基本功率(P_PV_0)降低所述PV功率(P_PV)；

-当请求正调节功率时：如果所请求的正调节功率大于PV最大功率(P_MPP)与PV基本功率(P_PV_0)之间的差值，则从所述能量存储器(5)中提取电池功率(P_Batt)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，降低所述PV功率(P_PV)以提供负调节功率包括：反馈到所述光伏发电机(4)中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当所述能量存储器(5)能够充电时，所述基本总功率(P_Netz_0)包含用于所述能量存储器(5)的充电的电池功率(P_Batt)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，当请求负调节功率并且所述能量存储器(5)能够充电时，首先提高用于所述能量存储器(5)的充电的电池功率(P_Batt)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述PV基本功率(P_PV_0)对应于所述PV最大功率(P_MPP)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述PV基本功率(P_PV_0)小于所述PV最大功率(P_MPP)，其中，当请求正调节功率时，相对于所述PV基本功率(P_PV_0)提高所述PV功率(P_PV)，并且当所请求的正调节功率大于PV基本功率(P_PV_0)与PV最大功率(P_MPP)之间的差值时，从所述能量存储器(5)中补充地提取电池功率(P_Batt)，从而所述总功率(P_Netz)包括所请求的正调节功率。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述PV基本功率(P_PV_0)是在所述PV最大功率(P_MPP)的40％与60％之间。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所请求的调节功率作为瞬时频率(f_netz)与所述交流电压网络(1)的额定频率(f_Nenn)的偏差的函数和/或作为所述瞬时频率(f_netz)的变化率的函数借助特性曲线来确定，其中，当所述瞬时频率(f_netz)小于所述额定频率(f_Nenn)和/或所述变化率为负时，请求正调节功率，其中，当所述瞬时频率(f_netz)大于所述额定频率(f_Nenn)和/或所述变化率为正时，请求负调节功率。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，将所请求的调节功率由上级控制装置预给定给所述能量产生设备(2)。

10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在预给定的未来的时间段内以调节功率范围提供所述调节功率，其中，所述调节功率范围具有最大正调节功率和最大负调节功率，所述最大正调节功率和所述最大负调节功率作为在预给定的未来的时间段内与所述基本总功率(P_Netz_0)的偏差能够由所述能量产生设备(2)设置并且根据请求进行设置。

11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述预给定的未来的时间段之前，求取用于所述预给定的未来的时间段的最佳调节功率范围，其中，尤其考虑所述当前的PV最大功率(P_MPP)、在所述预给定的未来的时间段内对于所述PV最大功率(P_MPP)的预测、所述PV额定功率(P_Peak)与所述能量存储器(5)的额定功率的比率和/或所述能量存储器(5)的当前充电状态(SOC)。

12.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述基本总功率(P_Netz_0)对应于所述PV最大功率(P_MPP)或与所述PV最大功率成比例，从而所述PV最大功率(P_MPP)的可能变化导致所述基本总功率(P_Netz_0)的相应变化。

13.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述基本总功率(P_Netz_0)具有恒定的值，其中，当没有请求调节功率和/或所述PV最大功率(P_MPP)大于所述基本总功率(P_Netz_0)时，所述基本总功率(P_Netz_0)仅包括PV功率(P_PV)，其中，然后所述当前的PV功率(P_PV)与所述基本总功率(P_Netz_0)之间的差值通过与所述能量储存器(5)交换电功率(P_Batt)来进行补偿。

14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述光伏发电机(4)和所述能量存储器(5)彼此之间交换电功率(P_PV，P_Batt)和/或分别双向地与所述交流电压网络(1)交换电功率(P_PV，P_Batt)。

15.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述能量产生设备(2)经由网络连接点与所述交流电压网络(1)交换所述电的总功率(P_Netz)。

16.根据以上权利要求1至14中任一项所述的方法，其中，所述光伏发电机(4)和所述能量存储器(5)经由不同的、空间上分离的网络连接点(1a，1b)与所述交流电压网络(1)交换所述光伏发电机和所述能量存储器的相应的电功率(P_PV，P_Batt)。

17.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，控制单元(9)接收所述光伏发电机(4)和所述能量存储器(5)的当前运行数据(P_MPP，SOC)并且预给定用于相应的待交换的功率(P_PV，P_Batt)的期望值。

18.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述光伏发电机(4)与所述能量存储器(5)之间交换所述光伏发电机(4)和所述能量存储器(5)的当前运行数据(P_MPP，SOC)。

19.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述能量产生设备(2)具有至少两个能量存储器(51，52)，其中，所述光伏发电机(4)和第一能量存储器(51)提供用于所述交流电压网络(1)的初级调节的调节功率，其中，第二能量存储器(52)提供用于所述交流电压网络(1)的瞬时调节的调节功率。

20.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二能量存储器(52)经由电压施加的逆变器(52a)与所述交流电压网络(1)交换瞬时调节功率(P_Moment)。

21.一种能量产生设备(2)，所述能量产生设备用于为交流电压网络(1)提供调节功率，所述能量产生设备具有光伏发电机(4)、能量存储器(5，51，52)和控制单元(9)，其中，所述控制装置设置用于以根据以上权利要求中任一项所述的方法来运行所述能量产生设备(2)。

22.根据权利要求21所述的能量产生设备(2)，其中，所述光伏发电机(4)和所述能量存储器(5，51，52)经由共同的网络连接点与所述交流电压网络(1)连接。

23.根据权利要求22所述的能量产生设备(2)，其中，所述网络连接点包括如下的变压器：所述变压器具有一个网络侧绕组和至少两个设备侧绕组，其中，所述光伏发电机(4)和所述能量存储器(5，51，52)或者可能多个能量存储器(5，51，52)连接到共同的设备侧绕组。

24.根据权利要求21或22中任一项所述的能量产生设备(2)，其中，多个光伏发电机(4)和/或多个能量存储器(5，51，52)经由共同的双向逆变器与所述网络连接点连接，其中，所述逆变器优选地经由个体化的直流转换器与所述光伏发电机(4)或所述能量存储器(5，51，52)连接。

25.根据权利要求21所述的能量产生设备(2)，其中，所述控制单元(9)经由借助网络的间接连接与所述光伏发电机(4)和所述能量存储器(5，51，52)通信连接，其中，所述光伏发电机(4)和所述能量存储器(5，51，52)经由不同的、空间上分离的网络连接点与所述交流电压网络(1)连接。

26.根据权利要求21至25中任一项所述的能量产生设备(2)，其中，所述能量产生设备(2)包括不同结构类型的多个能量存储器(5，51，52)，其中，优选地，所述能量存储器(5，51，52)中的至少一个包括锂离子蓄电池，并且特别优选地，所述能量存储器(5，51，52)中的至少一个包括超级电容器。

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