用于調節供能網的方法
【技術領域】
[0001]本發明一般涉及供能網領域。本發明尤其涉及用于調節整個供能網的方法。該供能網在此具有三個供電層面。
【背景技術】
[0002]供能網通常理解為電線路的網絡，其中的物理過程可以通過所謂的基爾霍夫定律來進行描述，并且通過該網絡將能量產生器(比如常規的發電站運營商等)的能量或電流傳輸或分配給耗電器(比如工業企業、家庭等)。對于這種傳輸在供能網中通常設置三個供電層面，所述三個供電層面在原則上是具有不同的、確定的電壓范圍的電網或電網層面。所述供電層面因此按照用于傳輸電能的電壓范圍和相應的分配功能來劃分。在此在一個供能網中通常具有高壓層面或傳輸層面、中壓層面或分配層面、以及低壓層面或精細分配層面。
[0003]在傳輸層面中，由大的發電機、諸如大的水力發電站、熱力發電站或大的風電場所產生的能量被饋入，并比如通過功率變壓器而被傳輸到分配層面。傳輸層面在此在最高和高壓范圍中、尤其在歐洲是在60kV (千伏)至380kV和更高的電壓范圍中運行。通過在中壓范圍(比如IkV至60kV)中運行的分配層面，電能通常被分配到區域分布的變電站和/或較大的機構、諸如醫院、工廠等。分配層面在此通常通過變電所從上級供電層面、傳輸層面或高壓層面來饋電。為了進行能量的精細分配，于是使用具有電壓范圍、比如在中歐在約230/400伏至1000伏的低壓層面或精細分配層面。也即，能量于是從分配層面被變換到精細分配層面的電壓范圍，并因此比如給私人家庭、較小的工業企業等來供電。
[0004]許多當今運行的供能網在很久之前(大多在五十多年前)在其結構和拓撲上被設計。所述供能網大多具有中央結構或分級結構，其中所需的能量在最高的供電層面-也即在傳輸層面中被饋入，并從所述傳輸層面被轉運到下級供電層面-也即分配層面和精細分配層面。因此能量流總是從一個或多個中央發電機(比如水力發電站、熱力發電站等)向通常連接到下面兩個供電層面的耗電器來運行。在最高的供電層面或傳輸層面上通常實施自動的調節，并且整個供能網通過下面兩個供電層面-也即分配層面和精細分配層面上的消耗或需求來控制。
[0005]然而，最近由于不同因素、比如目前主要使用的化石能量載體(比如煤炭、天然氣、石油)的有限范圍、氣候保護努力、環境保護利益等，所謂可再生能源、諸如水力、風能、太陽輻射等的利用變得越來越有意義。可再生能源的應用通常與所謂的分散發電和供電相關聯，其中電能在耗電器附近被產生。在此發電設施、諸如小的水力發電站、小的風電場或太陽能電場或光伏發電場的效率通常被設計用于滿足周圍或附近環境中所連接的耗電器的能量需求。與當今供能網設計總還遵照的中央發電相反，在分散發電的情況下電能不僅饋入高壓層面或傳輸層面中，而且還可以從比如小發電站通過中壓層面或或分配層面和/或比如借助光伏設施還通過低壓層面或精細分配層面來進行能量饋送。
[0006]但是，除了比如減小通過變換所致的損耗的優點之外，分散發電還帶來以下缺點，來自風力、太陽能以及小規模的水力的能量生產比如由于天氣依賴性與比如借助常規發電站的發電相比明顯更少地可計劃。另外，當今運行的供能網主要針對到一個方向上的能量傳輸來設計，也即從傳輸層面通過分配層面和精細分配層面至耗電器。現在如果在低的供電層面、如分配層面和/或精細分配層面上產生與在該供電層面上所消耗的相比更多的能量，那么就導致相反的能量流動方向。這意味著，從供能網的低的供電層面逆向饋入能量。這在供能網的運行安全性和可靠性上能夠導致重大的問題。
[0007]由 2007 年 6 月的 IEEE Power Engineering Society General Meeting 中 PerLund 的文章 “The Danish Cell Project — Part 1-Background and General Approach，，和 N.Martensen、H.Kley、S.Cherian> 0.Pacific、Per Lund The Cell ControllerPilot Project:Testing a Smart Distribut1n Grid in Denmark，，、Proceedings，2009，216 — 222 頁的 Grid Intertop2009:The Road to an Interoperable Grid 已知以下項目，該項目已由丹麥傳輸網運營商來推動和實現。在此嘗試首先在供能網的運行安全性和運行可靠性方面來解決由于在供能網中分散發電比重大所形成的問題。在該文章所提出的解決方案中，提出重新構建或擴展供能網的已有的結構。在此尤其是傳輸層面和分配層面或其運營商通過自己的管理系統-所謂的電網控制器-而被更高度地集成。由該管理系統或該電網控制器來承擔超級管理系統的一種角色，其中可以由該超級管理系統來協調分散的能量產生器、控制到傳輸層面上的有功和無功功率流、在緊急情況下從傳輸層面上去耦合部分分配層面、進而共同觀測、控制和調節傳輸以及分配層面的運營商。這種管理系統的應用然而也具有結構非常復雜的缺點，并可能是對供能網的現有結構的大的并且昂貴的干預。另外，有爭論的是，這種管理系統的應用對于相對大的供能網宄竟是否可實施，因為主要由所謂的電網控制器來承擔管理。
[0008]另外，由文獻WO 2012/008979 A2已知一種動態的、分布的供能網控制系統。通過該控制系統，在供能網中可以在傳輸層面和分配層面上控制和調節動態分布的發電裝置。在此供能網在傳輸層面和分配層面的范圍內被劃分成區域。每個區域于是都分配有區域控制和調節模塊，由該區域控制和調節模塊來監控傳輸層面和分配層面的相應區域部分的控制和調節。另外，每個區域控制和調節模塊都與多個局部的控制和調節模塊相連，位于該區域中的分散的能量產生器與所述局部的控制和調節模塊相耦合。發電和耗電由上級的、中央控制和調節模塊來監控和分析，以保證在供能網中的電能平衡。另外還由不同的控制和調節模塊來監控和分析，以便保證供能網中的能量平衡。附加地，由不同的控制和調節模塊來監控和分析在供能網的特定節點上的能量流，以便在超過特定的系統參數時導入相應的用于電網安全和電網穩定的步驟和措施。在文獻WO 2012/008979 A2中公開的系統還具有以下缺點，即具有非常復雜和昂貴的結構，因為必須將多個控制和調節模塊引入到供能網中。另外還必須以大的耗費將模塊安裝在供能網中，并且為了進行充分的控制必須在供能網的不同位置處監控和分析多個系統參數。
[0009]由相應文獻已知的兩個系統還共同具有的缺點是，所述系統不能實現對精細分配層面或低壓層面上分散產生和饋入的能量進行控制和調節。

【發明內容】

[0010]因此本發明所基于的任務是，說明一種用于調節整個供能網的方法，通過該方法能夠以簡單和有效的方式對整個供能網的不同供電層面進行分散控制和調節，而不用大的耗費并且不用考慮已有的電網拓撲。
[0011]該任務通過開頭所提及的類型的、具有根據獨立權利要求的特征的方法來解決。本發明的有利的實施方式在從屬權利要求中被描述。
[0012]根據本發明，利用開頭所提及類型的方法來解決該任務，在該方法中三個供電層面中的每一個都被視為獨立的調節單元，并因此可以獨立地被調節。在各兩個調節單元之間的接口在此通過在所述兩個調節單元之間所傳輸的有功功率和無功功率的控制來定義。
[0013]根據本發明所提出的解決方案的主要方面在于，供能網在其整體上來看待，并且供電層面中的每個都被視為獨立的調節單元。因此整個供能網的各個供電層面可以理解為鏈的環節，所述環節可以在接觸點上通