Устройство и метод за съхранение на енергия в мрежата и самостоятелно генериране на мрежа със споделено
1. Устройство за мрежово съхранение и генериране на островна мрежа със споделени превключващи елементи за превключване на половин вълна, характеризира, че верига за повишаващ преобразувател (2), схема за понижаващ преобразувател (6) и допълнителен полумост (3), всеки от които се състои от поне 2 управляеми превключващи елемента (22, 23, 31, 32, 62, 63), на връзките на Превключващите елементи (41, 42) са електрически паралелно свързани и свързани към енергиен запас (4) и че един свързващ извод (12, 52) на повишаващия преобразувател (2) и понижаващ преобразувател (6) е електрически свързан към точката на свързване (30) на превключващите елементи (31), 32) на по-нататъшния половин мост (3) е свързан.
2. Устройство съгласно претенция 1, характеризира, че двата превключващи елемента (31, 32) на следващия половин мост (3) са проектирани като диоди.
3. Апарат съгласно претенция 1, характеризира, че на входа на веригата на повишаващия преобразувател (2) има разединител (7), който може да отдели поне един терминал за свързване (12) на входа от веригата на повишаващия преобразувател (2).
4. Апарат съгласно претенция 3, характеризира, че разединителят (7) има поне три полюса, поне по един полюс с връзката (12) на захранващата мрежа (1), земния потенциал (42) на междинната верига (4) и централната точка (30) на следващия полумост (3) е свързан и е проектиран така, че връзката (12) на захранващата мрежа (1) да може да се регулира така, че да бъде свързана или към земния потенциал (42) на междинната верига (4), или към централната точка (30) на следващия половин мост (3).
5. Устройство съгласно една от претенциите от 1 до 4, характеризира, че енергийният магазин (9) е свързан към междинната верига (4) чрез двупосочен преобразувател на постояннотоково напрежение (8).
6. Метод за управление на устройството съгласно която и да е от претенции 1 до 5, характеризира, че чрез модулирано с широчина на импулса управление на поне един превключващ елемент на веригата за повишаване (2) и понижаващ преобразувател (6) се регулира електрическа променлива в междинната верига (4) и се осигурява изходно напрежение на връзката на потребителя (5).
7. Метод съгласно претенция 6 за работа с устройството съгласно една от претенциите 1, 3, 4 или 5, характеризиращ се с допълнително включване на долния превключващ елемент (32) на следващия полумост (3) с положително входно напрежение на усилващия преобразувател (2) или включване на горен превключващ елемент (31) на допълнителния полумост (3) с отрицателно входно напрежение на усилващия преобразувател (2).
8. Метод съгласно претенция 6 или 7, характеризиращ се с антифазен контрол на повишаващия преобразувател (2) и понижаващия преобразувател (6) по такъв начин, че повишаващият преобразувател (2) намалява своя запасителен ток, когато понижаващият преобразувател (6) изгражда своя запаметяващ ток, и обратно.
9. Метод за работа на устройството съгласно една от претенции 1 до 5, характеризиращ се с постоянно затваряне на съответните горни превключващи елементи (22, 62) на повишаващия преобразувател (2) и понижаващ преобразувател (6) с положително входно напрежение на повишаващия преобразувател (2) и постоянно затваряне съответните долни превключващи елементи (23, 63) на повишаващия преобразувател (2) и понижаващия преобразувател (6), когато входното напрежение на повишаващия преобразувател (2) е отрицателно.
10. Метод съгласно всяка една от претенции 1, 3 или 4, характеризира, че изолиращият превключвател (7) е отворен или се контролира само един превключващ елемент на преобразувателя (6) с широчинно-импулсна модулация и в зависимост от желаната полярност на напрежението, генерирано на изхода (5), горният (31) или долният превключващ елемент (32) на следващия полумост (3) ) се контролира.
Изобретението се отнася до устройство и метод за съхраняване на мрежов ток и генериране на изолирани мрежи със споделени превключващи елементи за превключване на половин вълна полярност.
Поради спадащите тарифи за захранване за частни слънчеви енергийни системи, броят на новите инсталации също намалява и експлоатацията на такива системи става все по-нерентабилна както за частните производители, така и за индустриалните клиенти. Много интересна алтернатива на захранването на генерираната слънчева енергия в захранваща мрежа е представена от така нареченото буферно съхранение.Тук слънчевата енергия се съхранява в устройства за съхранение на електрическа енергия, най-вече батерии, така че тя може да се използва със закъснение, когато е необходимо. Това означава, че покупките на електроенергия от публичната мрежа и по този начин също така намаляват разходите за електричество и експлоатация.
В допълнение към батерията, типичен буферен склад включва и инвертор за захранване в обществената електрическа мрежа. Класическите системи също са оборудвани с DC интерфейс и преобразувател на постояннотоково напрежение за свързване на слънчеви генератори. По-специално, по-новите системи осигуряват отделна връзка за електрически товари чрез друга инверторна верига.
Освен това между акумулатора и инвертора може да има допълнителен преобразувател на постояннотоково напрежение, който включва галванично разделяне на мрежата и потенциала на акумулатора посредством трансформатор.
Така нареченото непрекъсваемо захранване (накратко "UPS") също може да бъде реализирано с такава буферна система за съхранение чрез осигуряване на отделна връзка за електрически консуматор.
DE202008014919U1 разкрива система за слънчево захранване, която служи като UPS. В този случай първата електрическа енергия се генерира от слънчев генератор, който е свързан към устройство за съхранение на акумулатор чрез MPPT (проследяване на максимална мощност) и преобразувател на постояннотоково напрежение. Втора електрическа енергия се осигурява от обществената електропреносна мрежа през контакт. За това е предвидена корекция на фактора на мощността, чийто изход е свързан с изхода на DC/DC преобразувателя за първата електрическа енергия. Това означава, че електрически консуматор може да се захранва или от слънчевия генератор, от публичната електропреносна мрежа, или временно само от буферното хранилище на батерията. С предложената система обаче не могат да се захранват потребители на променлив ток, които са предназначени за свързване към обществената електрическа мрежа според предназначението им.
Натоварване с променлив ток може да се управлява директно върху електрическата мрежа, като в този случай корекцията на фактора на мощността на UPS трябва да позволява двупосочна работа, или на UPS е осигурена отделна връзка с променливо напрежение, което осигурява променливо напрежение чрез допълнителен инвертор. Връзката на потребител директно към публичната електрическа мрежа не представлява непрекъсваемо захранване за потребителя, доколкото от една страна UPS трябва първо да открие прекъсване на електрозахранването, което води до забавено предоставяне на енергия и по този начин до кратко прекъсване на електрозахранването, а от друга страна Необходими са допълнителни мерки от страна на инсталацията, за да се предотврати захранването в случай на прекъсване на електрозахранването. Освен това, за двупосочен инвертор с мрежова връзка трябва да се спазват допълнителни изисквания от указанията за подаване.
Остава единствената възможност да се осигури връзка с променливо напрежение с допълнителна инверторна електроника, която създава островна мрежа. Най-често срещаната топология на веригата за корекция на фактора на мощността и електрониката на инвертора е усилващ преобразувател, който е еднакво подходящ и за двете посоки на енергийния поток. Би било желателно, ако с използването на два отделни преобразувателя за мрежова връзка и за генериране на изолирани мрежи, поне част от електрониката може да се използва съвместно, за да се спестят място, тегло и разходи.
Следователно задачата е да се внедри непрекъсваемо захранване за потребителите на променлив ток чрез буферна система за съхранение, която се използва изключително за самопотребление на самостоятелно генерирана или временно съхранена енергия и която позволява възможно най-ефективното използване на необходимите компоненти за оптимизиране на разходите, теглото и ефективността.
Тази цел се постига чрез устройство, притежаващо характеристиките на претенция 1 и метод съгласно претенции 6 или 9. Допълнителни благоприятни изпълнения се появяват от под-претенциите.
Предложеното е устройство за съхранение на мрежов ток и генериране на изолирани мрежи със споделени превключващи елементи за превключване на половин вълна полярност.
Същите компоненти са идентифицирани по-долу със същите референтни символи.
Превключващите елементи (31, 32) на следващия половин мост (3) могат в най-простия случай да бъдат проектирани само като диоди, което води до допълнително намаляване на разходите.
Схемата на повишаващия преобразувател (2) за свързване към захранваща мрежа (1) има предимство изолиращ превключвател (7), който може да отдели поне един мрежов полюс (12) от устройството. Това означава, че островна мрежа (5) винаги може да бъде осигурена от енергийния магазин (4) независимо от захранваща мрежа (1).
4. Специално изпълнение на устройството съгласно претенция 3 има разединител (7), който има поне три полюса, най-малко един полюс във всеки случай с терминала за свързване (12) на захранващата мрежа (1), потенциала на земята (42) на междинната верига (4) и точката на свързване (30) на следващия половин мост (3) е свързана. Това означава, че буферната памет може да се зарежда с равномерно захранващо напрежение, например слънчев генератор, при свързване (1) чрез веригата за повишаващ преобразувател (2), като изолиращият превключвател (7) установява връзка между полюса на мрежовото свързване (12) и потенциала на земята (42 ) на междинната верига (4), като понижаващият преобразувател (6) може да генерира едновременно променливо напрежение на връзката (5). Постоянното затваряне на превключвателя (32) на следващия полумост (3) наистина би имало същия ефект за веригата на повишаващия преобразувател (2), но в същото време ще предотврати генерирането на променливо напрежение от понижаващия преобразувател (6).
В едно изгодно изпълнение на предложения метод, когато входното напрежение (1) на повишаващия преобразувател (2) е положително, долният превключващ елемент (32) на следващия полумост (3) за предпочитане е включен за постоянно и когато входното напрежение (1) на повишаващия преобразувател (2) е отрицателно, горният превключващ елемент Превключващият елемент (31) на по-нататъшния полумост (3) е за предпочитане включен за постоянно, докато другият превключващ елемент на полумоста (3) е деактивиран.
8. Методът съгласно претенция 6 или 7 генерира модулирани с широчина на импулса управляващи сигнали от повишаващи (2) и понижаващи преобразуватели (6) извън фаза един с друг, така че понижаващият преобразувател (6) разрежда междинната верига или енергийния запас (4) точно когато изгражда своя запасителен ток междинната верига или акумулаторът на енергия (4) се зарежда от усилващия преобразувател (2), повишаващият преобразувател (2), като по този начин намалява своя ток на съхранение. Това компенсира пулсационните токове на комутационната честота в междинната верига (4) и филтърните мерки могат да бъдат запазени.
Предложен е и метод, който чрез постоянно затваряне на горните превключващи елементи (22, 62) на повишаващия преобразувател (2) и понижаващия преобразувател (6) по време на положително напрежение между връзките (11, 12) на захранващата мрежа (1), със синусоидален Променливо напрежение на положителната мрежова половин вълна или постоянно затваряне на долните превключващи елементи (23, 63) на повишаващия преобразувател (2) и понижаващия преобразувател (6) по време на отрицателно напрежение между връзките (11, 12) на захранващата мрежа (1), със синусоидално Променливо напрежение на отрицателната мрежа полувълна, директна връзка между потребител (5) и захранваща мрежа (1) се установява без временно съхранение на енергия. Това гарантира, че повече енергия не се зарежда в паметта (4, 9), например когато тя е напълно заредена или други условия възпрепятстват или забраняват обмена на енергия с паметта (4, 9).
Представен е друг метод, който се освобождава от изтегляне на енергия от захранващата мрежа (1) чрез отваряне на изолиращия превключвател (7) и/или просто отваряне на понижаващия преобразувател (6) чрез адекватно управление на двата превключващи елемента, модулирано с широчина на импулса (62, 63) Оформени, съответстващите на приложението ориентирани изисквания, съответстващи, но особено синусоидално изходно напрежение, генерирано на потребителската връзка (5). В резултат на това се спестяват по-специално разходите за консумация на електроенергия, например когато слънчев генератор е допълнително свързан към енергийния магазин. Промяната на полярността може също да се извърши на всяка честота, която също може да се променя по желание по време на работа, чрез подходящо управление на двата превключващи елемента (31, 32) на полумоста (3). Докато напрежението на междинната верига или, в случай на директно свързан енергиен магазин (4, 9), работното напрежение на енергийния магазин (4, 9) е над пиковото напрежение на захранващата мрежа (1), изолиращият превключвател (7) може да остане затворен.
Изобретението е обяснено по-подробно по-долу с позоваване на 1 до 5.
1 показва примерно изпълнение на двупосочен инвертор на мрежа съгласно предшестващото състояние на техниката
2 показва първо изпълнение на предложеното устройство
3 показва второ изпълнение на предложеното устройство
4 показва пример за възможна схема за управление на предложения метод съгласно претенции 6, 7 и 8
5 показва пример за възможна схема за управление на предложения метод съгласно претенция 9
1 показва пример от текущото състояние на техниката за силова електроника за съхранение на енергия. Стъпка на преобразуващ преобразувател (2), която се управлява като схема за корекция на фактора на мощността чрез подходяща схема за управление, зарежда чрез дросел за съхранение (21) и превключващите елементи (22, 23 ) и превключващите елементи (31, 32) на полумост (3) за превключване на полувълни имат междинна верига (4), към която обикновено е свързан енергиен запас (не е показан тук) чрез електроника на преобразувателя DC/DC надолу по веригата. Освен това друга междинна захранваща мрежа, често слънчев генератор, е свързана към междинната верига (4) или енергийния запас (не е показан тук) чрез допълнителен, отделен преобразувател на постояннотоково напрежение. Към междинната верига (4) също е свързан допълнителен инвертор, за да се осигури консуматор на променлив ток без прекъсване чрез отделна връзка (5). Инверторът се състои от понижаващ преобразувател (6) и полумост (3) за превключване на половин вълна. Схемата на повишаващия преобразувател (2) може да се управлява двупосочно, за да подава енергия в мрежата (1).
2 показва предложеното устройство в първо изпълнение. Схемата на повишаващия преобразувател (2) и полумостът (3) за превключване на полувълната или полярността на захранващата мрежа (1) са свързани към междинната верига (4), а веригата на понижаващия преобразувател (3) също е свързана към междинната верига (4) Отделя се втори полумост (3), така че един и същ полумост (3) участва в потока на тока в захранващата верига (1), както и в потока на тока в веригата на островната мрежа (5). В резултат на това, когато енергийният магазин е свързан към междинните връзки на веригата (41, 42), може да се постигне непрекъсваемо захранване с намален брой компоненти чрез спестяване на половин мост (3) и по този начин намаляване на разходите и подобрена ефективност. Освен това във веригата на веригата за повишаващ преобразувател (2) може да присъства изолиращ превключвател (7), с който може да се извърши разделяне на мрежата и да се настрои островна мрежова честота, която е независима от мрежовата честота.
Фигура 3 показва второ примерно изпълнение на предложеното устройство, при което енергийният акумулатор (9) е свързан към връзките (41, 42) на междинната верига (4) чрез двупосочен преобразувател на постояннотоково напрежение (8). От една страна, няма допълнителни изисквания за работа на устройства за съхранение на енергия под високо напрежение, произтичащи от съответните стандарти; от друга страна, DC-DC преобразувателят може да генерира ток във фаза, противоположен на междинния заряден ток на повишаващия преобразувател (2) за зареждане или разреждане на устройството за съхранение на енергия (9), така че компонентът на линейно-честотното променливо напрежение в междинната верига (4), причинен от линейно-честотния заряден ток на усилващия преобразувател (2), може да бъде намален. В резултат на това е възможно, например, да се откаже от електролитни кондензатори.
5 показва допълнителна схема за управление на предложения метод, която се използва по-специално за захранване на потребител (5) директно от захранващата мрежа (1) без необходимост от ръчни промени на устройството. При положително входно напрежение (101) на захранващата връзка (1) двата горни превключващи елемента (22, 62) на повишаващия преобразувател (2) и понижаващия преобразувател (6) и долният превключващ елемент (32) на полумоста (3) се включват постоянно, докато при отрицателно входно напрежение (101), двата долни превключващи елемента (23, 63) на повишаващия преобразувател (2) и понижаващия преобразувател (6) и горният превключващ елемент (31) на полумоста (3) са включени за постоянно. По време на обръщане на полярността (102) на захранващото напрежение (101) може да бъде полезно или необходимо да деактивирате един или повече сигнали за определен, свободно избираем период от време.
1 Мрежова връзка 2 Верига на усилващ преобразувател 3 Верига на полумост 4 Съхранение на енергия (междинна верига) 5 Връзка за електрически товари 6 Верига на преобразувател Buck 7 Разединител 8 Двупосочен DC/DC преобразувател 9 Енергиен запас (батерия) 11 Първа полюсна мрежова връзка 12 Втора полюсна мрежова връзка 21 Запас на индуктивна енергия на усилващия преобразувател 22 Горен превключващ елемент на повишаващия преобразувател 23 долен превключващ елемент на повишаващия преобразувател 30 точка на свързване горен и долен превключващ елемент на полумоста 31 горен превключващ елемент на полумоста 32 долен превключващ елемент на полумоста 41 горна връзка за директно напрежение 42 долна връзка за директно напрежение (потенциал на земята) 51 първи полюсен свързване на потребителя 52 втори полюс потребителска връзка 61 съхранение на индуктивна енергия на Buck преобразувател 62 горен превключващ елемент на buck преобразувател 63 долен превключващ елемент на buck преобразувател 101 образцово напрежение форма мрежово свързване 102 напрежение пресичане на нулата продавам)
ЦИТАТИ, ВКЛЮЧЕНИ В ОПИСАНИЕТО
Този списък на документите, изброени от кандидата, е генериран автоматично и е включен единствено за по-добра информация на читателя. Списъкът не е част от германската заявка за патент или полезен модел. DPMA не поема отговорност за грешки или пропуски.
- DE 202008014919 U1 [0006]