DE102012211271A1

DE102012211271A1 - Method and device for decentralized regulation of a voltage in a distribution network

Info

Publication number: DE102012211271A1
Application number: DE102012211271.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Bernhard Buhl; Michael Metzger; Andrei Szabo
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-05-22
Also published as: WO2014001055A2; WO2014001055A3

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum dezentralen Regeln einer Spannung (U) in einem Verteilnetz (VN), das Knoten (KN) über Spannungsversorgungsleitungen mit Spannung versorgt, die jeweils einen Integralspannungsregler (I-R) aufweisen, welcher eine von dem Knoten (KN) bezogene Blindleistung (Q) verringert, falls eine an dem Knoten (KN) lokal vorhandene Spannung (Ui) des Verteilnetzes (VN) unterhalb einer in Abhängigkeit von der Netzwerktopologie des Verteilnetzes vorkonfigurierte Sollspannung ) des jeweiligen Knotens (KN) liegt, und welcher eine von dem Knoten (KN) bezogene Blindleistung (Q) erhöht, falls die an dem Knoten (KN) lokal vorhandene Spannung (Ui) des Verteilnetzes (VN) oberhalb der vorkonfigurierten Sollspannung ) des jeweiligen Knotens (KN) liegt.Method and device for decentralized regulation of a voltage (U) in a distribution network (VN), which supplies nodes (KN) with voltage via voltage supply lines, each of which has an integral voltage regulator (IR), which has a reactive power (Q) obtained from the node (KN) ) is reduced if a voltage (Ui) of the distribution network (VN) locally present at the node (KN) is below a target voltage (preconfigured depending on the network topology of the distribution network) of the respective node (KN), and which one of the nodes (KN ) related reactive power (Q) increases if the local voltage (Ui) of the distribution network (VN) at the node (KN) is above the preconfigured target voltage) of the respective node (KN).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum dezentralen Regeln einer Spannung in einem Verteilnetz, das Knoten über Spannungsversorgungsleitungen bzw. Netzleitungen mit Spannung versorgt, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum dezentralen Regeln einer Spannung in einem Niederspannungs- bzw. Ortsnetz. The invention relates to a method and a device for decentralized regulation of a voltage in a distribution network, which supplies voltage to nodes via power supply lines or power lines, in particular to a method and a device for decentralized regulation of a voltage in a low-voltage or local area network.

Bei Verteilnetzen erfolgt zunehmend eine dezentrale Energieerzeugung und Energieeinspeisung in das Verteilnetz an Knoten, die sowohl Energie verbrauchen als auch erzeugen. Die Verbraucher verfügen zunehmend über Photovoltaikanlagen zur dezentralen Erzeugung und Einkopplung von Energie in ein Verteilnetz. Aufgrund der dezentralen Einkopplung von Energie kann es zu Schwierigkeiten bei der Einhaltung eines zulässigen Netzspannungsbereichs innerhalb des Verteilnetzes kommen. Neben einem Ausbau des betroffenen Verteilnetzes kann durch gezielten Bezug oder Einspeisung von Blindleistung und/oder durch Reduktion der Wirkleistung eine Abweichung von einem zulässigen Netzspannungsbereich vermieden werden. Die Veränderung der durch die Knoten bezogenen Wirk- oder Blindleistung ist im Vergleich zu einem Ausbau des betroffenen Verteilnetzes mit deutlich weniger Aufwand verbunden und zudem schneller realisierbar. In distribution networks, a decentralized power generation and energy supply in the distribution network to nodes that consume both energy and generate increasingly. Consumers increasingly have photovoltaic systems for the decentralized generation and injection of energy into a distribution network. Due to the decentralized coupling of energy, it may be difficult to comply with a permissible mains voltage range within the distribution network. In addition to an expansion of the affected distribution network can be avoided by targeted reference or feed of reactive power and / or by reducing the active power deviation from an allowable mains voltage range. The change in the active or reactive power received by the nodes is associated with significantly less effort compared to an expansion of the affected distribution network and, moreover, can be implemented more quickly.

Ein pauschaler Bezug von Blind- oder Wirkleistung durch Knoten kann jedoch nicht erfolgen, da beide Maßnahmen direkt oder indirekt zu einem Verlust von Wirkleistung innerhalb des Verteilnetzes führen. Im Fall eines Blindleistungsbezugs wird zudem noch die angespannte Blindleistungsbilanz im Verteilnetz belastet. Aus diesem Grunde dürfen diese Maßnahmen nur dann zum Einsatz kommen, wenn sie zur Einhaltung eines zulässigen Netzspannungsbereiches innerhalb des Verteilnetzes tatsächlich notwendig sind. Allerdings gibt es bei herkömmlichen Verteilnetzen keine zentrale Stelle, welche die verschiedenen Spannungsniveaus, die in dem Verteilnetz herrschen, kennt. Somit ist eine zentrale Bestimmung entsprechender Spannungssollwerte, beispielsweise für Blindleistungsbezug bzw. Wirkleistungsreduktion, nicht möglich. Eine dezentrale Berechnung von Spannungssollwerten an den verschiedenen Knoten bzw. Wechselrichtern ist insofern kritisch, da jeder Knoten nur seine lokale Spannung kennt und daher nicht sicher abschätzen kann, ob eine lokale Regelung in dem Verteilnetz an anderer Stelle zu einem Spannungsproblem bzw. einem Abweichen von dem zulässigen Spannungsbereich führt. However, a blanket purchase of reactive or active power by nodes can not take place, since both measures lead directly or indirectly to a loss of active power within the distribution network. In the case of a reactive power purchase, the strained reactive power balance in the distribution network is also charged. For this reason, these measures may only be used if they are actually necessary to maintain a permissible mains voltage range within the distribution network. However, conventional distribution networks have no central location that knows the various voltage levels that exist in the distribution network. Thus, a central determination of corresponding voltage setpoints, for example, for reactive power reference or active power reduction, not possible. A decentralized calculation of voltage setpoints at the various nodes or inverters is critical inasmuch as each node knows only its local voltage and therefore can not reliably estimate whether a local control in the distribution network elsewhere to a voltage problem or a deviation from the permissible voltage range leads.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum dezentralen Regeln einer Spannung in einem Verteilnetz zu schaffen, mit der die Einhaltung eines zulässigen Netzspannungsbereichs an den Knoten des Verteilnetzes sichergestellt wird, ohne dass zwischen dem Knoten eine Kommunikationsinfrastruktur bereitgestellt werden muss. It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device for decentralized regulation of a voltage in a distribution network, with which the compliance of a permissible mains voltage range at the nodes of the distribution network is ensured, without having to provide a communication infrastructure between the node ,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. This object is achieved by a method having the features specified in claim 1.

Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zum dezentralen Regeln einer Spannung in einem Verteilnetz, das Knoten über Spannungsversorgungsleitungen mit Spannung versorgt, die jeweils einen Integralspannungsregler aufweisen, welcher eine von dem Knoten bezogene Blindleistung verringert, falls eine an dem Knoten lokal vorhandene Spannung des Verteilnetzes unterhalb einer in Abhängigkeit von der Netzwerktopologie des Verteilnetzes vorkonfigurierte Sollspannung des jeweiligen Knotens liegt, und welcher eine von dem Knoten bezogene Blindleistung erhöht, falls die an dem Knoten lokal vorhandene Spannung des Verteilnetzes oberhalb der vorkonfigurierten Sollspannung des jeweiligen Knotens liegt. The invention accordingly provides a method of decentralized regulation of a voltage in a distribution network which supplies voltage to nodes via voltage supply lines, each having an integral voltage regulator which reduces a reactive power drawn by the node if a voltage of the distribution network locally present at the node is below one Depending on the network topology of the distribution network preconfigured target voltage of each node is located, and which increases a referenced by the node reactive power, if the locally present at the node voltage of the distribution network is above the preconfigured target voltage of the node.

Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Bestimmung der vorkonfigurierten Sollspannungen für die verschiedenen Knoten des Verteilnetzes. Diese Sollspannungen werden vorab für jeden Knoten bzw. jeden Wechselrichter des Verteilnetzes spezifisch ermittelt. Die Sollspannungen werden dabei derart berechnet, dass bei einem Überschreiten der zulässigen Spannung an irgendeinem Knoten des Verteilnetzes die Spannungen an allen anderen Knoten bzw. Wechselrichtern in der Umgebung des jeweiligen Knotens über deren jeweiligen Sollspannungen liegen, sodass die Knoten bzw. die Wechselrichter in der Umgebung des jeweils betroffenen Problemknotens so lange Blindleistung beziehen bzw. ihre Wirkleistung reduzieren, bis sie ihren spezifischen Spannungssollwert erreicht haben. Hierdurch unterstützen die Wechselrichter bzw. Knoten in der Umgebung des betroffenen Problemknotens diesen Problemknoten bei der Einhaltung der zulässigen Spannung, ohne dass hierfür eine externe, insbesondere echtzeitfähige, Kommunikationsinfrastruktur notwendig ist. The peculiarity of the method according to the invention lies in the determination of the preconfigured setpoint voltages for the various nodes of the distribution network. These nominal voltages are determined in advance for each node or each inverter of the distribution network specifically. The setpoint voltages are calculated in such a way that when the permissible voltage at any node of the distribution network is exceeded, the voltages at all other nodes or inverters in the environment of the respective node are above their respective setpoint voltages, so that the nodes or the inverters in the environment of the affected problem node as long as reactive power or reduce their active power until they have reached their specific voltage setpoint. As a result, the inverters or nodes in the vicinity of the problem node concerned support these problem nodes in compliance with the permissible voltage, without the need for an external, in particular real-time capable, communication infrastructure.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die vorkonfigurierte Sollspannung des Knotens derart vorkonfiguriert, dass ein Überschreiten einer Spannungsobergrenze eines zulässigen Netzspannungsbereichs innerhalb des Verteilnetzes an irgendeinem anderen Knoten des Verteilnetzes ein Überschreiten der vorkonfigurierten Sollspannung durch die lokal vorhandene Spannung des Verteilnetzes an dem jeweiligen Knoten hervorruft. In one possible embodiment of the method according to the invention, the preconfigured setpoint voltage of the node is preconfigured such that exceeding an upper voltage limit of a permissible mains voltage range within the distribution network at any other node of the distribution network causes the preconfigured setpoint voltage to be exceeded by the locally existing voltage of the distribution network at the respective node.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verringert der Integralregler zusätzlich eine durch den Knoten eingespeiste Wirkleistung, sofern die Erhöhung der durch den Knoten bezogenen Blindleistung nicht ausreichend ist, um den zulässigen Netzspannungsbereich innerhalb des Verteilnetzes zu erreichen. In a further possible embodiment of the method according to the invention, the integral controller additionally reduces an active power fed in by the node, provided that the increase of the reactive power drawn by the node is not sufficient to reach the permissible mains voltage range within the distribution network.

Bei einer möglichen Ausführungsform erhöht der Integralregler zusätzlich eine durch den Knoten bezogene Wirkleistung, sofern die Erhöhung der durch den Knoten bezogenen Blindleistung nicht ausreichend ist, um den zulässigen Netzspannungsbereich innerhalb des Verteilnetzes zu erreichen. In one possible embodiment, the integral controller additionally increases an active power drawn by the node, provided that the increase of the reactive power obtained by the node is not sufficient to reach the permissible mains voltage range within the distribution network.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Verringerung der durch den Knoten bezogenen Blindleistung durch den Integralspannungsregler des Knotens unterbunden, sobald die durch den Knoten bezogene Blindleistung den Wert null erreicht. In another possible embodiment of the method according to the invention, a reduction in the reactive power obtained by the node is prevented by the integral voltage regulator of the node as soon as the reactive power obtained by the node reaches the value zero.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnet der Integralspannungsregler eines Knotens als Stellgröße die durch den Knoten bezogene Blindleistung wie folgt:

wobei K_i ein Verstärkungsfaktor,
U_i die gemessene lokale Spannung des jeweiligen Knotens und

U soll / i

die vorkonfigurierte Sollspannung des jeweiligen Knotens ist. In a further possible embodiment of the method according to the invention, the integral voltage controller of a node as the manipulated variable calculates the reactive power obtained by the node as follows:

where K _{i is} a gain factor,
U _{i is} the measured local voltage of the respective node and

U should / i

is the preconfigured target voltage of the respective node.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die vorkonfigurierte Sollspannung eines Knotens in einem lokalen Datenspeicher des jeweiligen Knotens gespeichert. In one possible embodiment of the method according to the invention, the preconfigured setpoint voltage of a node is stored in a local data memory of the respective node.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die vorkonfigurierte Sollspannung für jeden Knoten des Verteilnetzes zentral auf Basis der Netzwerktopologie des Verteilnetzes berechnet und an den Knoten über eine drahtlose oder drahtgebundene Schnittstelle übertragen. In a further possible embodiment of the method according to the invention, the preconfigured target voltage for each node of the distribution network is calculated centrally on the basis of the network topology of the distribution network and transmitted to the node via a wireless or wired interface.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens steuert der Integralspannungsregler einen DC/AC-Wechselrichter des Knotens zur Verringerung oder Erhöhung der durch den Knoten bezogenen Blindleistung und der von dem Knoten eingespeisten Wirkleistung. In another possible embodiment of the inventive method, the integral voltage regulator controls a DC / AC inverter of the node to reduce or increase the reactive power drawn by the node and the active power fed by the node.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verteilnetz durch ein Niederspannungsnetz gebildet, welches Knoten über Spannungsversorgungsleitungen mit Spannung versorgt, die als Verbraucher Strom aus dem Verteilnetz beziehen und/oder als Erzeuger Strom in das Verteilnetz einspeisen. In a possible embodiment of the method according to the invention, the distribution network is formed by a low-voltage network which supplies voltage to nodes via voltage supply lines, which draw electricity as a consumer from the distribution network and / or feed electricity as a generator in the distribution network.

Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung für einen Knoten zur dezentralen Regelung einer Spannung eines Verteilnetzes mit den in Patentanspruch 8 angegebenen Merkmalen. The invention further provides a device for a node for decentralized regulation of a voltage of a distribution network with the features specified in claim 8.

Die Erfindung schafft demnach eine Vorrichtung für einen Knoten zur dezentralen Regelung einer Spannung eines Verteilnetzes, das Knoten über Spannungsversorgungsleitungen mit Spannung versorgt, mit einem Integralspannungsregler, der eine von dem Knoten bezogene Blindleistung verringert, falls eine an dem Knoten lokal vorhandene Spannung des Verteilnetzes unterhalb einer in Abhängigkeit von der Netzwerktopologie des Verteilnetzes vorkonfigurierten Sollspannung des jeweiligen Knotens liegt, und welcher eine von dem Knoten bezogene Blindleistung erhöht, falls die an dem Knoten lokal vorhandene Spannung des Verteilnetzes oberhalb der vorkonfigurierten Sollspannung des jeweiligen Knotens liegt. The invention accordingly provides a device for a node for decentralized regulation of a voltage of a distribution network, which supplies voltage to nodes via voltage supply lines, with an integral voltage regulator, which reduces a reactive power drawn by the node, if a locally existing voltage of the distribution network below a node depending on the network topology of the distribution network preconfigured target voltage of each node, and which increases a reactive power received by the node, if the local voltage present at the node of the distribution network is above the preconfigured target voltage of the respective node.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung einen Konfigurationsdatenspeicher auf, in welchem die vorkonfigurierte Sollspannung des jeweiligen Knotens gespeichert ist. In one possible embodiment of the device according to the invention, the device has a configuration data memory in which the preconfigured setpoint voltage of the respective node is stored.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung zudem eine Schnittstelle zum Empfang der für den jeweiligen Knoten vorkonfigurierten Sollspannung auf. In a possible embodiment of the device according to the invention, the device also has an interface for receiving the pre-configured for each node nominal voltage.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung zudem einen DC/AC-Wechselrichter auf, der durch den Integralspannungsregler der Vorrichtung angesteuert wird. In a further possible embodiment of the device according to the invention, the device also has a DC / AC inverter, which is controlled by the integral voltage regulator of the device.

Die Erfindung schafft zudem ein Verteilnetz mit den in Patentanspruch 14 angegebenen Merkmalen. The invention also provides a distribution network with the features specified in claim 14.

Die Erfindung schafft demnach ein Verteilnetz, welches Knoten über Spannungsversorgungsleitungen mit Spannung versorgt, wobei die Knoten jeweils einen Knoten zur dezentralen Regelung einer Spannung des Verteilnetzes aufweisen, wobei die Vorrichtung jeweils einen Integralspannungsregler enthält, der eine von dem Knoten bezogene Blindleistung verringert, falls eine an dem Knoten lokal vorhandene Spannung des Verteilnetzes unterhalb einer in Abhängigkeit von der Netzwerktopologie des Verteilnetzes vorkonfigurierten Sollspannung des jeweiligen Knotens liegt, und welcher eine von dem Knoten bezogene Blindleistung erhöht, falls die an dem Knoten lokal vorhandene Spannung des Verteilnetzes oberhalb der vorkonfigurierten Sollspannung des jeweiligen Knotens liegt. The invention accordingly provides a distribution network which supplies voltage to nodes via voltage supply lines, the nodes each having a node for decentralized regulation of a voltage of the distribution network, the device each including an integral voltage regulator which reduces a reactive power drawn by the node, if any the node locally existing voltage of the distribution network below a preconfigured depending on the network topology of the distribution network target voltage of each node, and which increases a related reactive power from the node, if the locally present at the node voltage of the distribution network above the preconfigured target voltage of the node lies.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilnetzes handelt es sich bei dem Verteilnetz um ein Niederspannungsnetz. In one possible embodiment of the distribution network according to the invention, the distribution network is a low-voltage network.

Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilnetzes handelt es sich bei dem Verteilnetz um ein Mittelspannungsnetz. In an alternative embodiment of the distribution network according to the invention, the distribution network is a medium-voltage network.

Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur dezentralen Regelung einer Spannung in einem Verteilnetz unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert: In the following, possible embodiments of the method according to the invention and the device according to the invention for the decentralized regulation of a voltage in a distribution network will be explained in more detail with reference to the attached figures:

Es zeigen: Show it:

1 ein Beispiel für ein Verteilnetz mit mehreren Knoten, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur dezentralen Regelung einer Spannung in dem Verteilnetz eingesetzt werden kann; 1 an example of a distribution network with multiple nodes, in which the inventive method for decentralized control of a voltage in the distribution network can be used;

2 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Knotens eines Verteilnetzes, in dem eine Vorrichtung zur dezentralen Regelung einer Spannung des Verteilnetzes gemäß der Erfindung vorgesehen ist. 2 a block diagram showing a node of a distribution network, in which a device for decentralized control of a voltage of the distribution network is provided according to the invention.

Wie man aus dem in 1 dargestellten Beispiel eines Verteilnetzes VN erkennen kann, besteht das Verteilnetz VN aus einer Vielzahl von Knoten KN, die über Spannungsversorgungsleitungen mit Spannung versorgt werden. Bei dem Verteilnetz VN kann es sich beispielsweise um ein Niederspannungsnetz bzw. Ortsnetz handeln. Verschiedene Knoten KN können dabei als Verbraucher Strom bzw. Energie aus dem Verteilnetz VN beziehen und/oder als Erzeuger Strom bzw. Energie in das Verteilnetz VN einspeisen. In jedem Knoten KN_i herrscht eine lokale Spannung U_i, wie in 1 dargestellt. Darüber hinaus zeigen die Größen P_i und Q_i die durch einen Knoten KN_i bezogene Wirk- bzw. Blindleistung. How to get out of the 1 can be seen example of a distribution network VN, the distribution network VN consists of a plurality of nodes KN, which are supplied via power supply lines with voltage. The distribution network VN may be, for example, a low-voltage network or local area network. As a consumer, different nodes KN can receive electricity or energy from the distribution network VN and / or feed electricity or energy into the distribution network VN as producers. In each node KN _i there is a local voltage U _i , as in 1 shown. In addition, the quantities P _i and Q _i show the active or reactive power obtained by a node KN _i .

Die in 1 in den Knoten KN angegebenen Größen P s / i, Q s / i geben die zwischen den Knoten KN übertragenen Wirk- bzw. Blindleistungen an. Jeder in 1 dargestellte Knoten KN kann einen Wechselrichter aufweisen, an dem beispielsweise eine Photovoltaikanlage angeschlossen sein kann. Darüber hinaus verfügt vorzugsweise jeder Knoten KN über einen Integralspannungsregler. Der in dem Knoten KN vorhandene Integralspannungsregler verringert eine von dem jeweiligen Knoten KN bezogene Blindleistung Q, falls eine an dem Knoten KN lokal vorhandene Spannung U des Verteilnetzes VN unterhalb einer in Abhängigkeit von der Netzwerktopologie des Verteilnetzes VN vorkonfigurierte Sollspannung U soll / i des jeweiligen Knotens KN abfällt bzw. liegt. Darüber hinaus erhöht der in dem Knoten KN vorhandene Integralspannungsregler eine von dem Knoten KN aus dem Verteilnetz VN bezogene Blindleistung Q, falls die an dem Knoten KN lokal vorhandene Spannung U_i des Verteilnetzes VN oberhalb der vorkonfigurierten Sollspannung U i / soll des jeweiligen Knotens KN liegt. Die vorkonfigurierte Sollspannung U soll / i des jeweiligen Knotens KN kann beispielsweise in einem lokalen Datenspeicher des Knotens KN abgespeichert sein. Die vorkonfigurierte Sollspannung U soll / i des Knotens KN wird dabei vorzugsweise derart vorkonfiguriert, dass ein Überschreiten einer Spannungsobergrenze U_max eines zulässigen Netzspannungsbereichs innerhalb des Verteilnetzes VN an irgendeinem anderen Knoten KN des Verteilnetzes VN ein Überschreiten der vorkonfigurierten Sollspannung U i / soll durch die lokal vorhandene Spannung des Verteilnetzes VN an dem jeweiligen Knoten KN bewirkt. Die Sollspannungen U i / soll der Knoten KN werden vorab für jeden Knoten KN berechnet. Die Sollspannungen U i / soll der verschiedenen Knoten werden dabei derart konfiguriert, dass bei einem Überschreiten der zulässigen Spannung an dem jeweiligen Knoten KN des Verteilnetzes VN Spannungen U_j an allen Knoten KN_j in der Umgebung des betroffenen Knotens KN_i über deren jeweiligen Sollspannungen U j / soll liegen. Als Folge beziehen die Knoten KN_j in der Umgebung des betroffenen Problemknotens KN_i so lange Blindleistung Q_i bzw. reduzieren so lange ihre Wirkleistung P_j, bis sie ihren spezifischen vorkonfigurierten Spannungssollwert U j / soll erreicht haben. Dadurch unterstützen die Knoten KN_j in der Umgebung des betroffenen Knotens KN_i diesen bei der Einhaltung des zulässigen Netzspannungsbereichs, ohne dass hierfür eine externe, echtzeitfähige Kommunikation zwischen den Knoten KN notwendig ist. Dementsprechend muss bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch keine separate Kommunikationsinfrastruktur zwischen den verschiedenen Knoten KN des Verteilnetzes VN geschaffen werden. Über die Vorgabe der lokalen vorkonfigurierten Sollspannungen U i / soll wird eine Koordination zwischen den dezentralen Reglern der Knoten KN erreicht. Somit wird jeder Knoten des Verteilnetzes VN nicht nur für die Einhaltung des zulässigen Netzspannungsbereichs bzw. Spannungsbandes an den jeweiligen Knoten KN eingesetzt, sondern auch für die Einhaltung des zulässigen Spannungsbandes an den von dem jeweiligen Knoten KN_i beeinflussten benachbarten Knoten KN_j. In the 1 in the node KN specified sizes P s / i, Q s / i indicate the active or reactive power transmitted between the nodes KN. Everyone in 1 shown node KN may have an inverter to which, for example, a photovoltaic system can be connected. In addition, preferably each node KN has an integral voltage regulator. The integral voltage regulator present in the node KN reduces a reactive power Q related to the respective node KN, if a voltage U of the distribution network VN locally present at the node KN is below a preset voltage which is preconfigured as a function of the network topology of the distribution network VN U should / i of the respective node KN falls or lies. In addition, the integral voltage regulator present in the node KN increases a reactive power Q obtained from the node KN from the distribution network VN if the voltage U _{i of} the distribution network VN locally present at the node KN is above the preconfigured setpoint voltage U i / should of the respective node KN. The preconfigured setpoint voltage U should / i of the respective node KN can for example be stored in a local data memory of the node KN. The preconfigured setpoint voltage U should / i of the node KN is preferably preconfigured such that exceeding an upper voltage limit U _{max of} a permissible mains voltage range within the distribution network VN at any other node KN of the distribution network VN exceeding the pre-configured nominal voltage U i / should caused by the locally existing voltage of the distribution network VN at the respective node KN. The nominal voltages U i / should the node KN is calculated in advance for each node KN. The nominal voltages U i / should The various nodes are configured in such a way that when the permissible voltage at the respective node KN of the distribution network VN is exceeded, voltages U _j at all nodes KN _j in the vicinity of the affected node KN _i via their respective setpoint voltages U y / shall lie. As a result, the nodes KN _j in the vicinity of the affected problem node KN _i as long as reactive power Q _i or reduce their active power P _j until they have their specific preconfigured voltage setpoint U y / shall achieved. As a result, the nodes KN _j in the vicinity of the affected node KN _{i support them} in maintaining the permissible mains voltage range, without the need for an external, real-time communication between the nodes KN. Accordingly, no separate communication infrastructure between the various nodes KN of the distribution network VN must be created in the inventive method. By specifying the local pre-configured setpoint voltages U i / should a coordination between the decentralized controllers of the nodes KN is achieved. Thus, each node of the distribution network VN is used not only for compliance with the allowable mains voltage range or voltage band to the respective node KN, but also for compliance with the allowable voltage band at the affected by the respective node KN _i adjacent node KN _j .

Die Berechnung der vorkonfigurierten Sollspannungen U i / soll der verschiedenen Knoten KN des Verteilnetzes VN erfolgt im Vorfeld an zentraler Stelle auf Basis der bekannten Netzwerktopologie des Verteilnetzes VN. Dabei können zusätzlich Einspeiseprofile bzw. deren Erwartungswerte berücksichtigt werden. Auf Basis dieser Daten kann die Bestimmung der Sollspannungen U i / soll derart erfolgen, dass diese ein möglichst günstiges Verhalten des Knotens KN_i im Hinblick auf Blindleistungsbezug und Leistungsverluste sowie Fairness zwischen den einspeisenden Knoten ergibt. Durch wiederholtes Berechnen der vorkonfigurierten Sollspannungen U i / soll für die verschiedenen Knoten des Verteilnetzes, beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen, unter Einbindung von zusätzlichen zeitveränderlichen Informationen, beispielsweise hinsichtlich der Einspeiseprofile der verschiedenen Knoten bei unterschiedlichen Wetterlagen, kann das Verhalten des Verteilnetzes VN unter Zuhilfenahme des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens weiter verbessert werden. The calculation of the pre-configured setpoint voltages U i / should The various nodes KN of the distribution network VN is carried out in advance in a central location based on the known network topology of the distribution network VN. In addition, feed-in profiles or their expected values can be taken into account. On the basis of this data, the determination of the setpoint voltages U i / should such that this results in the best possible behavior of the node KN _i with regard to reactive power reference and power losses as well as fairness between the feeding nodes. By repeatedly calculating the pre-configured setpoint voltages U i / should for the various nodes of the distribution network, for example, at regular intervals, with the inclusion of additional time-variable information, for example with regard to the feed profiles of the various nodes in different weather conditions, the behavior of the distribution network VN can be further improved with the aid of the control method according to the invention.

Jeder Knoten KN des Verteilnetzes VN verfügt über einen lokalen Integrationsregler I-R zur Einhaltung eines vorgegebenen Spannungsbandes innerhalb des Verteilnetzes VN. Der in dem Knoten KN jeweils vorgesehene Integrationsregler I-R bewirkt, dass der Knoten KN unterhalb der Sollspannung U i / soll keine Blindleistung Q bezieht bzw. eine maximal mögliche Wirkleistung P einspeist. Wird jedoch eine Sollspannung U i / soll überschritten, ergreifen die lokalen Integrationsregler I-R alle notwendigen Maßnahmen zur Einhaltung der Spannungsgrenze innerhalb des Verteilnetzes VN. Die Koordination der dezentralen Integrationsregler I-R, die jeweils in den Knoten KN des Verteilnetzes VN vorgesehen sind, über eine geeignete Vorgabe der Sollspannungen U i / soll bietet den Vorteil, dass keine zusätzliche Kommunikation zwischen den Knoten KN benötigt wird und somit auch keine entsprechende Kommunikationsinfrastruktur bereitgestellt werden muss. Darüber hinaus stellt die Spannung U in dem Verteilnetz VN eine physikalische Größe dar, die schnell und zuverlässig zwischen den Knoten KN des Verteilnetzes ausgetauscht bzw. gemessen werden kann. Each node KN of the distribution network VN has a local integration controller IR for maintaining a predetermined voltage band within the distribution network VN. The respectively provided in the node KN integration controller IR causes the node KN below the target voltage U i / should no reactive power Q refers or a maximum possible active power P feeds. But becomes a target voltage U i / should exceeded, the local integration controller IR take all necessary measures to maintain the voltage limit within the distribution network VN. The coordination of the decentralized integration controller IR, which are respectively provided in the node KN of the distribution network VN, via a suitable specification of the desired voltages U i / should offers the advantage that no additional communication between the nodes KN is required and thus no corresponding communication infrastructure must be provided. In addition, the voltage U in the distribution network VN represents a physical quantity that can be quickly and reliably exchanged or measured between the nodes KN of the distribution network.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verringert der Integralregler I-R eines Knotens zusätzlich eine durch den Knoten eingespeiste Wirkleistung P, sofern die Erhöhung der durch den Knoten KN bezogenen Blindleistung Q nicht ausreichend ist, den zulässigen Netzspannungsbereich [U_min, U_max] innerhalb des Verteilnetzes VN zu erreichen. Darüber hinaus kann der Integralrechner I-R des Knotens KN eine durch den Knoten KN bezogene Wirkleistung P erhöhen, sofern die Erhöhung der durch den Knoten KN bezogenen Blindleistung Q nicht ausreichend ist, um den zulässigen Netzspannungsbereich [U_min, U_max] innerhalb des Verteilnetzes VN zu erreichen. In one possible embodiment of the method according to the invention, the integral controller IR of a node additionally reduces an active power P fed in by the node, provided that the increase of the reactive power Q obtained by the node KN is insufficient, the permissible mains voltage range [U _min , U _max ] within the distribution network To reach VN. In addition, the integral calculator IR of the node KN can increase an active power P obtained through the node KN, provided that the increase in the reactive power Q obtained by the node KN is insufficient to allow the permissible mains voltage range [U _min , U _max ] within the distribution network VN to reach.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Verringerung der durch den Knoten KN bezogenen Blindleistung Q durch den Integralspannungsregler I-R des Knotens KN unterbunden, sobald die durch den Knoten KN bezogene Blindleistung Q den Wert null erreicht. In one possible embodiment of the method according to the invention, a reduction of the reactive power Q obtained by the node KN is prevented by the integral voltage regulator I-R of the node KN as soon as the reactive power Q obtained by the node KN reaches the value zero.

Falls die Spannung U_i am Knoten KN_i unterhalb der Sollspannung U soll / i liegt, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die bezogene Blindleistung verringert:

If the voltage U _i at the node KN _i below the target voltage

U should / i

In the method according to the invention, the relative power consumed is reduced:

Die Verringerung der Blindleistung hört auf, sobald die Blindleistung Q_i = 0 erreicht ist. The reduction in reactive power stops as soon as the reactive power Q _i = 0 is reached.

Falls die Spannung U_i am Knoten KN_i oberhalb der Sollspannung U soll / i liegt, wird bei dem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren die bezogene Blindleistung erhöht:

wobei K_i ein Verstärkungsfaktor,
U_i die gemessene lokale Spannung des jeweiligen Knotens KN_i
und

U soll / i

die vorkonfigurierte Sollspannung des jeweiligen Knotens KN_i ist. If the voltage U _i at the node KN _i above the target voltage

U should / i

In the control method according to the invention, the relative reactive power is increased:

where K _{i is} a gain factor,
U _{i is} the measured local voltage of the respective node KN _i
and

U should / i

the preconfigured setpoint voltage of the respective node KN _i is.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst die vorkonfigurierte Sollspannung U i / soll für jeden Knoten KN des Verteilnetzes VN zentral auf Basis der Netzwerktopologie des Verteilnetzes VN berechnet und anschließend an die Knoten KN des Verteilnetzes VN jeweils über eine drahtlose oder drahtgebundene Schnittstelle übertragen. In one possible embodiment of the method according to the invention, the preconfigured setpoint voltage is initially determined U i / should for each node KN of the distribution network VN calculated centrally based on the network topology of the distribution network VN and then transmitted to the nodes KN of the distribution network VN via a wireless or wired interface.

2 zeigt ein Blockschaltbild eines Knotens KN innerhalb eines Verteilnetzes VN, der über eine Spannungsregelungsvorrichtung UR zur dezentralen Regelung einer Spannung U innerhalb des Verteilnetzes VN verfügt. Der Knoten KN ist, wie in 2 dargestellt, mit einem Netzanschluss NA an das Verteilnetz VN angeschlossen. Bei dem Verteilnetz VN handelt es sich beispielsweise um ein Niederspannungsnetz bzw. Ortsnetz. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt der Knoten KN über eine Photovoltaikanlage PV, die einen Gleichstrom an einen DC/AC-Wechselrichter anlegt, der mit dem Netzanschluss NA durch Knoten KN verbunden ist. Der DC/AC-Wechselrichter des Knotens KN ist an die Spannungsregelungsvorrichtung UR angeschlossen, wie in 2 dargestellt. Die Spannungsregelungsvorrichtung UR verfügt über einen Integralspannungsregler I-R. Der Integralspannungsregler I-R verringert eine von dem Knoten KN bezogene Blindleistung Q, falls eine an dem Knoten KN lokal vorhandene Spannung U des Verteilnetzes VN unterhalb einer vorkonfigurierten Sollspannung U i / soll des jeweiligen Knotens KN_i liegt. Diese vorkonfigurierte Sollspannung U i / soll des jeweiligen Knotens KN_i wird in Abhängigkeit von der Netzwerktopologie des Verteilnetzes VN berechnet und in einem Konfigurationsdatenspeicher KDS der Spannungsregelungsvorrichtung UR abgelegt. Darüber hinaus erhöht der Spannungsregler UR des Knotens KN die von dem Knoten KN bezogene Blindleistung Q, falls die an dem Knoten KN lokal vorhandene Spannung U des Verteilnetzes VN oberhalb der vorkonfigurierten Sollspannung U i / soll des jeweiligen Knotens KN liegt. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt die Spannungsregelungsvorrichtung UR des Knotens KN_i neben dem Konfigurationsdatenspeicher KDS, in welchem die vorkonfigurierte Sollspannung U i / soll des jeweiligen Knotens KN_i gespeichert ist, zusätzlich über eine Schnittstelle INT zum Empfang der für den jeweiligen Knoten KN_i berechneten vorkonfigurierten Sollspannung U i / soll von einer zentralen Stelle. Bei dieser Schnittstelle INT kann es sich um eine drahtlose oder drahtgebundene Schnittstelle handeln. Der Knoten KN verfügt über einen DC/AC-Wechselrichter, der in der Lage ist, die Spannung U an dem Knoten KN zu erfassen bzw. zu messen. Darüber hinaus ist der DC/AC-Wechselrichter in der Lage eine steuerbare Menge an Blindleistung Q aus dem Verteilnetz VN zu beziehen bzw. eine eingespeiste Wirkleistung P zu reduzieren. Zur Ermittlung der Sollspannungen U i / soll für die verschiedenen Knoten des Verteilnetzes VN wird zunächst für jeden Knoten KN eine maximale Spannungsdifferenz ermittelt. 2 shows a block diagram of a node KN within a distribution network VN, which has a voltage control device UR for decentralized control of a voltage U within the distribution network VN. The node KN is as in 2 represented connected to a network connection NA to the distribution network VN. The distribution network VN is, for example, a low-voltage network or local area network. In the illustrated embodiment, the node KN has a photovoltaic system PV, which applies a direct current to a DC / AC inverter, which is connected to the mains connection NA through node KN. The DC / AC inverter of the node KN is connected to the voltage regulation device UR, as in FIG 2 shown. The voltage regulation device UR has an integral voltage regulator IR. The integral voltage regulator IR reduces a reactive power Q related to the node KN, if a voltage U of the distribution network VN locally present at the node KN is below a preconfigured setpoint voltage U i / should of the respective node KN _i lies. This pre-configured setpoint voltage U i / should of the respective node KN _i is calculated as a function of the network topology of the distribution network VN and stored in a configuration data memory KDS of the voltage regulation device UR. In addition, the voltage regulator UR of the node KN increases the reactive power Q obtained by the node KN, if the voltage U of the distribution network VN locally present at the node KN is above the preconfigured setpoint voltage U i / should of the respective node KN. At the in 2 illustrated embodiment, the voltage control device UR of the node KN _i next to the configuration data memory KDS, in which the pre-configured target voltage U i / should of the respective node KN _{i is} stored, additionally via an interface INT for receiving the preconfigured setpoint voltage calculated for the respective node KN _i U i / should from a central location. This interface INT may be a wireless or wired interface. The node KN has a DC / AC inverter capable of detecting the voltage U at the node KN. In addition, the DC / AC inverter is able to obtain a controllable amount of reactive power Q from the distribution network VN or to reduce a fed active power P. To determine the setpoint voltages U i / should For the various nodes of the distribution network VN, a maximum voltage difference is first determined for each node KN.

Falls die Spannung an dem Knoten KN_i unterhalb des Wertes U_max – ΔU_ij* bleibt, kann die Spannung an dem Knoten J nicht größer als U_max werden. Daher wird der Wert U_max – ΔU_ij* als Sollspannung U_soll für die jeweiligen Knoten KN gewählt. If the voltage at the node KN _i remains below the value U _max -ΔU _ij *, the voltage at the node J can not become greater than U _max . Therefore, the value U _max is - .DELTA.U _ij selected for the respective nodes KN * _to the desired voltage U.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der I-Regler eine Eingangsgröße auf, nämlich die Spannung an dem Knoten KN_i und zwei Ausgangsgrößen, nämlich einerseits die zu beziehende Blindleistung Q und andererseits die eingespeiste Wirkleistung P. Der Integrationsregler I-R ist derart ausgelegt, dass ein Überschreiten oder Unterschreiten einer vorgegebenen Spannung U vermieden wird. Um dies zu erreichen, führt der Integrationsregler I-R zyklisch folgende Schritte durch:

1. Einlesen der aktuellen Spannung U_i(t).
2. Einlesen der aktuell eingespeisten Wirkleistung p AC / i(t), welche vom Wechselrichter auf der AC-Seite in das Netz abgegeben wird.
3. Ausführen der Integration:
Alternativ wäre auch eine Integration mit der Mittelpunktsregel (entspricht der Tustin Transformation im Laplace-Bereich) denkbar (bzw. bei großen Zeitschritten interessant):
4. Entfernen von negativen Werten:
5. Umrechnung von z(t) auf die Stellgrößen. Hierfür existieren vier Fälle: Falls z kleiner (oder gleich) wie die aktuell mögliche Blindleistung qmaxi(t):
ist, wird die volle Wirkleistung eingespeist und Blindleistung entsprechend z(t) bezogen. Hierfür werden die Ausgänge auf
gesetzt.

In one possible embodiment of the method according to the invention, the I controller has an input variable, namely the voltage at the node KN _i and two output variables, namely the reactive power Q to be sourced on the one hand and the active power P fed in on the other. The integration controller IR is designed such that exceeding or falling below a predetermined voltage U is avoided. To achieve this, the integration controller IR cyclically performs the following steps:

1. Reading the current voltage U _i (t).
2. Reading the currently fed active power p AC / i (t), which is fed into the grid by the inverter on the AC side.
3. Execute the integration:
Alternatively, integration with the midpoint rule (equivalent to the Tustin transformation in the Laplace region) would be conceivable (or interesting in the case of large time steps):
4. Remove negative values:
5. Conversion of z (t) to the manipulated variables. There are four cases for this: If z is smaller (or equal) than the currently possible reactive power qmaxi (t):
is, the full active power is fed and received reactive power corresponding to z (t). For this, the outputs are on
set.

Falls z größer als q max / i ist, und p AC / i(t) < p min / i , wird zusätzlich die eingespeiste Wirkleistung um Δp reduziert. In diesem Fall sind die folgenden Gleichungen zu erfüllen:

If z is greater than

qmax / i

is and

p AC / i (t) <p min / i

, the injected active power is additionally reduced by Δp. In this case the following equations have to be fulfilled:

Die Lösung dieser Gleichungen lautet:

The solution to these equations is:

Das erfindungsgemäße Verfahren zum dezentralen Regeln einer Spannung in einem Verteilnetz VN ist besonders robust und bedarf keiner zusätzlichen Kommunikationsinfrastruktur zwischen den verschiedenen Knoten KN des Verteilnetzes VN, um die Spannung U innerhalb des Verteilnetzes VN innerhalb eines zulässigen Netzspannungsbereichs zu halten. The inventive method for decentralized regulation of a voltage in a distribution network VN is particularly robust and does not require any additional communication infrastructure between the various nodes KN of the distribution network VN in order to keep the voltage U within the distribution network VN within an allowable mains voltage range.

Claims

Method for decentralized regulation of a voltage (U) in a distribution network (VN), which supplies voltage to nodes (KN) via power supply lines, each having an integral voltage regulator (IR) which reduces a reactive power (Q) related to the node (KN) if a locally present at the node (KN) voltage (U _i ) of the distribution network (VN) below a pre-configured depending on the network topology of the distribution network target voltage

(U soll / i)

of the respective node (KN), and which increases a reactive power (Q) related to the node (KN) if the voltage (U _i ) of the distribution network (VN) present locally at the node (KN) is above the pre-configured nominal voltage

(U soll / i)

of the respective node (KN).

The method of claim 1, wherein the pre-configured desired voltage

(U soll / i)

of the node (KN) is preconfigured such that exceeding a voltage upper limit of a permissible mains voltage range within the distribution network (VN) at any other node (CN) of the distribution network (VN) exceeding the pre-configured target voltage

(U soll / i)

caused by the locally existing voltage of the distribution network (VN) at the respective node (KN _i ).

Method according to claim 1 or 2, wherein the integral controller (IR) additionally reduces an active power (P) fed in by the node (KN) if the increase of the reactive power (Q) obtained by the node (KN) is not sufficient to reach the permissible Mains voltage range within the distribution network (VN) too reach, and / or increased by the node (KN) related active power (P), provided that the reduction of the node (KN) related reactive power (Q) is not sufficient to reach the allowable mains voltage range within the distribution network (VN) ,

Method according to one of the preceding claims 1 to 3, wherein a reduction of the reactive power (Q) obtained by the node (KN) is inhibited by the integral voltage regulator (IR) of the node (KN) as soon as the reactive power (KN) obtained by the node (KN). Q) reaches zero.

Method according to one of the preceding claims 1 to 4, wherein the integral voltage regulator (IR) of a node (KN) as manipulated variable calculates the reactive power (Q) obtained by the node as follows:

where K _{i is} an amplification factor, U _{i is} the measured local voltage of the respective node (KN) and

U should / i

the preconfigured setpoint voltage of the respective node (KN) is.

Method according to one of the preceding claims 1 to 5, wherein the preconfigured setpoint voltage

(U soll / i)

a node (KN) is stored in a local data store of the respective node (KN).

Method according to one of the preceding claims 1 to 6, wherein the preconfigured setpoint voltage

(U soll / i)

for each node (KN) of the distribution network (VN) is calculated centrally based on the network topology of the distribution network (VN) and transmitted to the node (KN) via a wireless or wired interface.

Method according to one of the preceding claims 1 to 7, wherein the integral voltage regulator (IR) comprises a DC / AC inverter of the node (KN) for reducing or increasing the reactive power (Q) obtained by the node (KN) and the node (KN ) fed active power (P) controls.

Method according to one of the preceding claims 1 to 8, wherein the distribution network (VN) is formed by a low-voltage network, which node (KN) via voltage supply lines with voltage (U), which receive electricity as a load from the distribution network (VN) and / or as a producer, feed electricity into the distribution network (VN).

Device for a node (KN) for decentralized regulation of a voltage of a distribution network (VN), which supplies voltage to nodes (KN) via voltage supply lines, with an integral voltage regulator (IR), which receives a reactive power (KN) related to the node (KN). Q) is reduced if a voltage (U _i ) of the distribution network (VN) locally present at the node (KN) is below a preset voltage which is preconfigured as a function of the network topology of the distribution network

(U soll / i)

of the respective node (KN).

Apparatus according to claim 10, wherein the apparatus comprises a configuration data memory (KDS) in which the pre-configured setpoint voltage

(U soll / i)

of the respective node (KN) is stored.

Device according to claim 10 or 11, wherein the device has an interface (INT) for receiving the preset voltage pre-configured for the respective node (KN)

(U soll / i)

having.

Device according to one of the preceding claims 10 to 12, wherein the device comprises a DC / AC inverter, which is controlled by the integral voltage regulator (I-R) of the device.

Distribution network (VN), which supplies node (KN) via voltage supply lines with voltage (U), wherein the nodes (CN) each have a device according to one of the preceding claims 10 to 13.

Distribution network according to claim 14, characterized in that the distribution network (VN) is a low-voltage network or a medium-voltage network.