Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum regelungsbasierten Stabilisieren eines elektrischen Netzes, bei dem zum Anpassen bzw. Festlegen eines Sollwertparameters der Regelung in Ab- hängigkeit von einem weiteren Regelungsparameter eine Regel- kennlinie verwendet wird, die einen ersten und/oder einen zweiten Regelbegrenzungswert des weiteren Regelungsparameters aufweist. Die Regelbegrenzungswerte stellen eine Begrenzung der Regelung in dem Sinne dar, dass die Regelkennlinie unter- halb des ersten Regelbegrenzungswertes, d.h. für Werte klei- ner als der entsprechende Begrenzungswert, bzw. oberhalb des zweiten Regelbegrenzungswertes, also für größere Werte, einen konstanten Verlauf aufweist.

Ein solches Verfahren kann beispielsweise dann Anwendung fin- den, wenn bei einer Frequenzabweichung in dem elektrischen Netz eine Wirkleistung in das Netz eingespeist oder dem Netz entnommen wird, um die Netzfrequenz zu stabilisieren. Der Austausch der Wirkleistung mit dem Netz kann beispielsweise mittels einer geeigneten Stabilisierungsvorrichtung mit Ener- giespeichern zum Zwischenspeichern der Energie erreicht wer- den. Üblicherweise wird die Verwendung der Regelkennlinie als droop control bezeichnet.

Ein Beispiel einer üblicherweise eingesetzten Regelkennlinie ist in Figur 1 in einer schematischen Darstellung gezeigt. Eine Regelkennlinie 1 stellt die Abhängigkeit eines Sollwert- parameters, im dargestellten Beispiel der Leistung P, in Ab- hängigkeit von einem weiteren Regelungsparameter, hier der Frequenz f. In einem Bereich 2 positiver Leistung wird eine Leistungseinspeisung, bis zu einer maximalen Leistung Pmax, veranlasst, in einem Bereich 3 negativer Leistung wird, bis zu einer Leistung Pmin, eine Leistungsentnahme aus dem Netz veranlasst. Im Diagramm-Ursprung ist der Leistungsaustausch mit dem Netz P=0 und die Frequenz entspricht einer Nennfre- quenz fnom des elektrischen Netzes. Die Regelkennlinie 1 weist üblicherweise in einem gewissen Wertebereich um den Ur- sprung einen Totbandbereich 4 auf, in dem kein Leistungsaus- tausch mit dem Netz veranlasst wird (P=0). Die Regelkennlinie 1 weist ferner einen ersten Regelbegrenzungswert fmin und ei- nen zweiten Regelbegrenzungswert fmax auf. Unterhalb des ers- ten und oberhalb des zweiten Regelbegrenzungswertes fmin bzw. fmax ist der Verlauf der Regelkennlinie 1 konstant in Bezug auf die Leistung P. Zwischen dem ersten Regelbegrenzungswert fmin und dem Totbandbereich sowie zwischen dem Totbandbereich und dem zweiten Regelbegrenzungswert fmax weist die Regel- kennlinie 1 einen linear fallenden Verlauf auf. Die zu veran- lassende Leistungsaufnahme bzw. Leistungsabgabe hängt hierbei also von einer Frequenzabweichung von der Nennfrequenz des Netzes ab.

Aus der EP 3392 994 A1 ist darüber hinaus ein Regelungsver- fahren mit einer Regelkennlinie bekannt, die teilweise einen nichtlinearen Verlauf aufweist. Durch die Verwendung der nichtlinearen Regelkennlinie kann insbesondere der Übergang zwischen dem Bereich des Totbandes und dem Außenbereich au- ßerhalb des Totbandbereiches derart gestaltet werden, dass sprunghaftes oder gar oszillierendes Verhalten am Übergang vorteilhaft minimiert oder vermieden werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein artgemäßes Ver- fahren anzugeben, dass möglichst effiziente und zuverlässige Stabilisierung des elektrischen Netzes erlaubt.

Die Aufgabe wird bei einem artgemäßen Verfahren erfindungsge- mäß dadurch gelöst, dass der erste und/oder der zweite Regel- begrenzungswert zeitdynamisch in Abhängigkeit von Momentan- werten einer vorbestimmten Netzgröße festgelegt bzw. dyna- misch angepasst wird. Die Momentanwerte der Netzgröße können geeigneterweise gemessen oder auf eine andere Weise ermittelt werden. Der Regelbegrenzungswert bzw. die Regelbegrenzungs- werte sind demnach nicht statisch festgelegt, sondern werden während der Regelung an das aktuelle Netzzustand angepasst. Werden die Regelbegrenzungswerte verändert, so wird damit im Allgemeinen auch die gesamte Regelkennlinie bzw. deren Ver- lauf verändert bzw. angepasst. Die Momentanwerte können di- rekte Messgrößen oder davon abgeleitete Größen sein.

Dank der adaptiven Anpassung der Regelbegrenzungswerte können im Netz auftretende (Fehler-)Vorfälle bei der Regelung be- rücksichtigt werden, um eine möglichst effektive und zuver- lässige Stabilisierung des Netzes zu erreichen. Beispielswei- se können Ausfälle im Netz (beispielsweise ein Ausfall einer Energieerzeugungsvorrichtung, wie eines Generators) unter- schiedliche Auswirkungen auf das Netz haben, zum Beispiel je nach Anzahl und Größe restlicher an das Netz angeschlossener rotierender Maschinen. Sie können zudem im Laufe eines Tages stark variieren. Somit kann derselbe Ausfall zu unterschied- lichen Frequenzabweichungen im Netz führen. Dieser Umstand kann mittels der dynamischen Anpassung der Regelbegrenzungs- werte in der Regelung berücksichtigt werden. Die Erhöhung der Flexibilität der Regelung hat zudem vorteilhafte Auswirkungen auf die geeigneterweise verwendete NetzstabilisierungsVor- richtung bzw. deren Energiespeicher. Mittels der adaptiven Regelung resultiert nach eigenen Untersuchungen in insgesamt verminderten elektrischen Verlusten beim Leistungsaustausch mit dem Netz. Dies hat positive Auswirkungen auf die Effizi- enz des Leistungsaustausches und die erlaubte Auslegung der Netzstabilisierungsvorrichtung.

Vorzugsweise weist die Regelkennlinie, zweckmäßigerweise oberhalb des ersten, unterhalb des zweiten bzw. zwischen dem ersten und dem zweiten Regelbegrenzungswert, zumindest ab- schnittsweise einen nichtlinearen Verlauf auf. Eine nichtli- neare Regelkennlinie weist im Kontext der vorliegenden Erfin- dung einige Vorteile auf. Es kann im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten linearen Kennlinie vermieden wer- den, dass die maximale Leistung Pmax (bzw. Pmin) erst bei ei- ner Frequenzabweichung gleich dem Regelbegrenzungswert mit dem Netz ausgetauscht wird. Stattdessen kann hohe Leistung erst bei sehr großen Frequenzabweichungen mit dem Netz ausge- tauscht werden. Bei kleinen Frequenzabweichungen wird hinge- gen nur eine verhältnismäßig kleine Leistung (verglichen mit einer linearen Kennlinie) mit dem Netz ausgetauscht. Dies führt insgesamt vorteilhaft zu einem besonders effizienten Einsatz der verfügbaren Energie.

Bevorzugt entspricht der Verlauf der Regelkennlinie zumindest abschnittsweise dem Verlauf einer quadratischen Funktion. Der quadratische Verlauf erlaubt vorteilhaft eine relativ einfa- che Implementierung des Regelungsalgorithmus. Eine quadrati- sche Funktion kann im Allgemeinen durch die Formel y = a * x^2 + b * x + c gegeben sein, wobei x,y die Variablen und a,b,c reelle Funktionsparameter sind.

Zweckmäßigerweise ist der Sollwertparameter eine, geeigneter- weise zwischen einer Netzstabilisierungseinrichtung und dem elektrischen Netz ausgetauschte bzw. auszutauschende, Leis- tung, insbesondere eine Blind- und/oder Wirkleistung. Damit kann der Leistungsaustausch mit dem Netz direkt über die Sollwertvorgabe geregelt werden. Alternativ sind beispiels- weise auch Strom oder Spannung als Sollwerte denkbar.

Der weitere Regelungsparameter kann eine Frequenz des elektrischen Netzes sein. Dies ist insbesondere für die An- wendung der Frequenzstabilisierung des Netzes sinnvoll.

Geeigneterweise ist die vorbestimmte Netzgröße eine Netzfre- quenz des elektrischen Netzes. Die Abhängigkeit der Regelbe- grenzungswerte von der Netzfrequenz ist insbesondere dann als besonders einfach zu implementieren angezeigt, wenn der wei- tere Regelungsparameter ebenfalls die Frequenz des Netzes ist.

Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die Bestimmung des ersten und/oder zweiten Regelbegrenzungswert in Abhängigkeit von einer zeitlichen Änderung der Netzfrequenz erfolgt. Damit wird aus den Momentanwerten der Netzfrequenz zunächst deren zeitliche Änderung abgeleitet. Die Anpassung der Regelbegren- zungswerte erfolgt dann unter Berücksichtigung der Änderung. Auf diese Weise kann die Regelung insbesondere bei rapiden Änderungen der Netzfrequenz schnell reagieren.

Es kann von Vorteil sein, wenn die Momentanwerte mittels ei- nes Tiefpassfilters, insbesondere eines Moving-Average- Filters, gefiltert werden. Auf diese Weise können für die Re- gelung unbeachtliche Frequenzabweichungen, die beispielsweise durch betriebliche Schaltereignisse hervorgerufen werden, wie Zuschalten von Leitungen und/oder Lasten, vorteilhaft heraus- gefiltert werden.

Bevorzugt weist die Regelkennlinie einen Totbandbereich auf. Zum Beispiel kann es ein Frequenztotband sein, also ein Wer- tebereich um die Nennfrequenz, so dass für Netzfrequenzen in diesem Wertebereich kein Leistungsaustausch mit dem Netz ver- anlasst wird. Damit werden vorteilhaft kleine Änderungen der Frequenz ausgeblendet und damit eine eingesetzte Stabilisie- rungsvorrichtung entlastet.

Die Erfindung betrifft ferner eine Netzstabilisierungsein- richtung zum Stabilisieren des elektrischen Netzes, die eine Regelungseinrichtung umfasst.

Die Netzstabilisierungseinrichtung ist im Betrieb mit dem Netz verbunden und zur Durchführung geeigneter Maßnahmen für die Netzstabilisierung eingerichtet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Netzstabilisie- rungseinrichtung vorzuschlagen, die eine möglichst effiziente und zuverlässige Stabilisierung des angeschlossenen elektri- sehen Netzes ermöglicht. Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen Netzstabilisierungsein- richtung dadurch gelöst, dass die Regelungseinrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Zweckmäßigerweise kann die Regelungseinrichtung einen separaten Regler bzw. ein separates Regelungsmodul umfassen, mittels dessen die zeitdynamische Anpassung der Regelbegren- zungswerte ausgeführt wird. Die Vorteile der erfindungsgemä- ßen Netzstabilisierungseinrichtung ergeben sich insbesondere aus den zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ver- fahren beschriebenen Vorteilen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Netz- stabilisierungseinrichtung einen Stromrichter, der eine Wech- selspannungsseite zum Verbinden mit dem elektrischen Netz so- wie eine Gleichspannungsseite aufweist, sowie ferner eine Energiespeichervorrichtung, die mit der Gleichspannungsseite des Stromrichters verbindbar ist, so dass mittels der Netz- stabilisierungseinrichtung Blind- und Wirkleistung mit dem elektrischen Netz ausgetauscht werden kann. Die Energiespei- chervorrichtung umfasst dazu geeigneterweise wenigstens einen Energiespeicher zum Speichern elektrischer Energie, bei- spielsweise in Form einer oder mehreren Batterien und/oder SuperCaps.

Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Netzstabilisie- rungseinrichtung kann die verfügbare Speicherenergie effi- zient eingesetzt werden. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Energiespeichervorrichtung bzw. der Energiespeicher vor- teilhaft verlängert werden. Zudem können die Betriebsverluste im Speicher und Stromrichter vorteilhaft reduziert werden.

Des Weiteren ist eine bessere Auslegung der Energiespeicher- vorrichtung ermöglicht. Insbesondere kann der Energiespeicher für die gleiche Leistung kleiner ausgelegt werden, was einen Kostenvorteil ermöglicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispie- le der Figuren 2 bis 5 weiter erläutert. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Netzstabilisierungseinrichtung in einer schematischen Dar- stellung;

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Regelkennlinie für ein erfindungsgemäßes Verfahren;

Figur 4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens;

Figur 5 zeigt ein weiteres Ablaufdiagramm eines erfindungsge- mäßen Verfahrens.

In Figur 2 ist eine Netzstabilisierungseinrichtung 10 darge- stellt, die zum Stabilisieren eines elektrischen Netzes 11 eingerichtet ist, das im dargestellten Beispiel ein dreipha- siges Versorgungsnetz ist, und mit diesem verbunden ist. Die Netzstabilisierungseinrichtung 10 umfasst einen Stromrichter 12, der im dargestellten Beispiel ein selbstgeführter Strom- richter ist, wobei der Stromrichter 12 Stromrichterarme um- fasst, die miteinander in einer Doppelsternschaltung verbun- den sind. Es ist hierbei anzumerken, dass auch andere Strom- richterkonfigurationen möglich sind, zum Beispiel eine Drei- eckschaltung der Stromrichterarme. Der Stromrichter 12 weist eine Wechselspannungsseite 13 zum Verbinden mit dem Netz 11 sowie eine Gleichspannungsseite 14. An die Gleichspannungs- seite 14 des Stromrichters 12 ist eine Energiespeichervor- richtung 15 angebunden, die Energiespeicher in Form einer o- der mehreren Batterien und/oder SuperCaps umfasst. Mittels der Energiespeichervorrichtung kann eine dem Netz 11 entnom- mene elektrische Energie gespeichert werden. Mittels der Energiespeichervorrichtung 15 kann ferner eine dort gespei- cherte Energie in das Netz 11 eingespeist werden. Mittels des Stromrichters 12 kann zudem eine Blindleistung mit dem Netz 11 ausgetauscht werden. Insgesamt kann mittels der Netzstabi- lisierungseinrichtung 10 sowohl Wirk- als auch Blindleistung mit dem elektrischen Netz 11 ausgetauscht werden. Durch den Leistungsaustausch kann zum Beispiel eine Frequenz im Netz 11 beeinflusst und damit das Netz 11 insgesamt stabilisiert wer- den. Des Weiteren beispielweise eine Spannung im Netz 11 be- einflusst und damit das Netz 11 insgesamt stabilisiert wer- den. Die Netzstabilisierungseinrichtung 10 umfasst dazu eine Regelungseinrichtung 16, die unter Verwendung von mittels ei- ner Messvorrichtung 17 gemessener Momentanwerte von Netzpara- metern des Netzes 11, insbesondere einer Netzfrequenz, die entsprechende Regelung des Stromrichters 12 und der Energie- speichervorrichtung 15 durchführt, wobei geeigneterweise dort eingesetzte steuerbare Komponenten, wie steuerbare Halb- leiterschalter, entsprechend anzusteuern sind.

In Figur 3 ist eine Regelkennlinie 20 für eine erfindungsge- mäße regelungsbasierte Stabilisierung eines elektrischen Net- zes dargestellt, beispielsweise des Netzes 11 der Figur 2.

Die Regelkennlinie 20 stellt die Abhängigkeit eines Sollwert- parameters, im dargestellten Beispiel der Leistung P, in Ab- hängigkeit von einem weiteren Regelungsparameter, hier der Frequenz f des Netzes. Im Bereich 21 positiver Leistung wird eine Leistungseinspeisung, bis zu einer maximalen Leistung Pmax, veranlasst, im Bereich 22 negativer Leistung wird, bis zu einer Leistung Pmin, eine Leistungsentnahme aus dem Netz veranlasst. Im Diagramm-Ursprung ist der Leistungsaustausch mit dem Netz P=0 und die Frequenz entspricht einer Nennfre- quenz fnom des elektrischen Netzes. Die Regelkennlinie 20 weist in einem gewissen Wertebereich um den Ursprung einen Totbandbereich 23 auf, in dem kein Leistungsaustausch mit dem Netz veranlasst wird (P=0). Die Regelkennlinie 20 weist fer- ner einen ersten Regelbegrenzungswert fmin und einen zweiten Regelbegrenzungswert fmax auf. Unterhalb des ersten und ober- halb des zweiten Regelbegrenzungswertes fmin bzw. fmax ist der Verlauf der Regelkennlinie 20 konstant in Bezug auf die Leistung P. Zwischen dem ersten Regelbegrenzungswert fmin und dem Totbandbereich sowie zwischen dem Totbandbereich und dem zweiten Regelbegrenzungswert fmax weist die Regelkennlinie 20 einen nichtlinearen, im dargestellten Beispiel einen quadra- tischen, Verlauf auf. Die zu veranlassende Leistungsaufnahme bzw. Leistungsabgabe hängt hierbei also von der Frequenzab- weichung von der Nennfrequenz des Netzes ab.

Die Regelbegrenzungswerte fmin und fmax werden während der Regelung adaptiv und zeitdynamisch in Abhängigkeit von einer Netzgröße festgelegt, im dargestellten Ausführungsbeispiel den gemessenen aktuellen Werten der Netzfrequenz. So wird zum Beispiel zu einem Zeitpunkt t1 der Wert des unteren Regelbe- grenzungswertes fmin reduziert, so dass dieser bei fmin' liegt. Entsprechend wird der Wert des oberen Regelbegren- zungswertes fmax auf fmax' verändert. Entsprechend wird der gesamte Verlauf der Regelkennlinie angepasst, wobei der Ver- lauf stets mit einer quadratischen Funktion übereinstimmt, lediglich mit veränderten Funktionsparametern. In einem wei- teren Fall können der untere Regelbegrenzungswert auf einen

Wert fmin'' und der obere Regelbegrenzungswert auf einen Wert fmax '' festgelegt werden, wobei der Verlauf der gesamten Re- gelungskennlinie wiederum entsprechend angepasst wird, wie in Figur 3 mittels gepunkteter Linien 24 und 25 angedeutet.

In Figur 4 ist ein Beispiel des Ablaufs des Verfahrens an ei- nem Ablaufdiagramm 30 veranschaulicht. In einem ersten Schritt 31 wird von vordefinierten Regelbegrenzungswerten fmin und fmax ausgegangen. In einem zweiten Schritt wird ein gemessener Momentanwert der Netzfrequenz bereitgestellt (bei einer Nennfrequenz von beispielsweise 50 Hz). In einem drit- ten Schritt 33 wird eine Abfrage bezüglich der Frequenzabwei- chung von der Nennfrequenz durchgeführt und der Ablauf in Ab- hängigkeit vom Ergebnis einem der drei Zustände 33a-33c zuge- ordnet. Der erste Zustand 33a liegt vor, wenn die gemessene Frequenz unterhalb von beispielsweise 49,9 Hz liegt. Der zweite Zustand 33b liegt vor, wenn der Momentanwert der Fre- quenz zwischen beispielsweise 49,9 Hz und 50,1 Hz liegt. Der dritte Zustand 33c liegt vor, wenn die aktuelle Frequenz oberhalb von beispielsweise 50,1 Hz liegt. In diesem Fall liegt die aktuelle Frequenz in einen Frequenztotband der Re- gelung.

Von dem ersten Zustand 33a ausgehend wird in einem vierten Schritt 34 unter Verwendung vorher bereits bereitgestellter Frequenzwerte die zeitliche Änderung der Netzfrequenz berech- net. Die berechnete zeitliche Änderung der Netzfrequenz wird in einem fünften Schritt 35 mittels eines time delay moving average filters gefiltert. Auf der Basis der gefilterten Wer- te (beispielsweise unter Verwendung einer linearen Abhängig- keit der Regelbegrenzungswerte von dem jeweiligen gefilterten Wert) werden in einem sechsten Schritt 36 ein neuer unterer Regelbegrenzungswert fmin' berechnet.

Von dem zweiten Zustand 33b ausgehend, werden die Regelbe- grenzungswerte fmin und fmax gemäß einem siebten Schritt 37 unverändert belassen.

Von dem dritten Zustand 33c ausgehend wird in einem achten Schritt 38 unter Verwendung vorher bereits bereitgestellter Frequenzwerte die zeitliche Änderung der Netzfrequenz berech- net. Die berechnete zeitliche Änderung der Netzfrequenz wird in einem neunte Schritt 39 mittels eines time delay moving average filters gefiltert. Auf der Basis der gefilterten Wer- te (beispielsweise unter Verwendung einer linearen Abhängig- keit der Regelbegrenzungswerte von dem jeweiligen gefilterten Wert) werden in einem zehnten Schritt 40 ein neuer oberer Re- gelbegrenzungswert fmax' berechnet.

Das jeweilige Ergebnis der Schritte 36, 37 bzw. 40 wird in einem elften Schritt 41 zur weiteren Verarbeitung der Rege- lung zur Verfügung gestellt.

Basierend auf der zeitlichen Frequenzabweichung (df/dt) kann beispielsweise ermittelt werden, wie schwerwiegend ein aufge- tretener Fehler im Netz ist. Dementsprechend kann der Regel- begrenzungswert angepasst werden. In einem Ablaufdiagramm 50 der Figur 5 ist eine mögliche Rea- lisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten (Regelungs-)Block 51 wird ein gemessener Fre- quenzwert der Netzfrequenz bereitgestellt (gemessen bei- spielsweise an einem point of common coupling eines Netzsys- tems). In einem zweiten Block 52 wird eine vorgegebene Nenn- frequenz des elektrischen Netzes bereitgestellt. In einem dritten Block 53 wird ein unterer Regelbegrenzungswert fmin bereitgestellt. Der Wert fmin kann sich beispielsweise aus der Ermittlung gemäß Figur 4 ergeben. Die mittels eines Dif- ferenzbildners 54 ermittelte Abweichung der Momentanfrequenz von der Nennfrequenz wird daraufhin überprüft, ob sie inner- halb des Totbandbereiches liegt. Falls dies der Fall ist, so wird dies über einen fünften Block 55 direkt zur Bestimmung des Regelungssollwertes weitergeleitet. Liegt die gemessene Frequenz außerhalb des Totbandbereiches, so wird in den Blö- cken 56-58 der Verlauf der Regelungskennlinie in Abhängigkeit von fmin ermittelt, wobei die Regelkennlinie abschnittsweise einem Verlauf einer quadratischen Funktion entspricht (vgl. Figur 3). Aus dem ermittelten Verlauf der Regelkennlinie und dem Momentanwert der Frequenz wird schließlich in einem neun- ten Block 59 der Sollwert der mit dem Netz auszutauschenden Leistung bestimmt.