Eszköz és módszer a hálózati energiatároláshoz és az önálló hálózat létrehozásához megosztottal
1. Készülék a hálózati áram tárolására és a szigeti hálózat létrehozására megosztott kapcsolóelemekkel a félhullámú polaritásváltáshoz, jellemzett, hogy egy fokozatos átalakító áramkör (2), egy lépcsős átalakító áramkör (6) és egy további félhíd (3), amelyek mindegyike legalább 2 vezérelhető kapcsolóelemből (22, 23, 31, 32, 62, 63) áll, a A kapcsolóelemek (41, 42) egymással párhuzamosan vannak csatlakoztatva és egy energiatárolóhoz (4) vannak csatlakoztatva, és hogy a fokozat-átalakító (2) és a leeresztő-átalakító (6) egyik csatlakozója (12, 52) elektromosan csatlakozik a kapcsoló elemek (31) csatlakozási pontjához (30). A további félhíd (3), 32) csatlakozik.
2. Az 1. igénypont szerinti eszköz, jellemzett, hogy a további félhíd (3) két kapcsolóeleme (31, 32) diódának van kialakítva.
3. Az 1. igénypont szerinti eszköz, jellemzett, hogy a fokozatos átalakító áramkör (2) bemeneténél van egy szakaszoló (7), amely képes elválasztani a bemenet legalább egy csatlakozó kapcsát (12) a fokozatú átalakító áramkörtől (2).
4. A 3. igénypont szerinti készülék, jellemzett, hogy a szakaszolónak (7) legalább három pólusa van, legalább egy-egy pólus a táphálózat (1) csatlakozásával (12), a közbenső áramkör (4) földpotenciáljával (42) és a további félhíd (3) középpontjával (30) csatlakoztatva van és úgy van kialakítva, hogy az ellátó hálózat (1) csatlakozása (12) beállítható legyen a közbenső áramkör (4) földpotenciáljához (42) vagy a további félhíd (3) középpontjához (30) csatlakoztatva.
Igénypontok bármelyike szerinti eszköz, jellemzett, hogy egy energiatároló (9) kétirányú egyenfeszültség-átalakítón (8) keresztül csatlakozik a közbenső áramkörhöz (4).
Igénypontok bármelyike szerinti eljárás az eszköz működtetésére, jellemzett, hogy a lépcsőzetes (2) és a leeresztő átalakító áramkör (6) legalább egy kapcsolóelemének impulzusszélesség modulált vezérlésével a közbenső áramkörben (4) elektromos változót szabályozunk, és a fogyasztói csatlakozáson (5) kimeneti feszültséget biztosítunk.
7. A 6. igénypont szerinti eljárás az 1., 3., 4. vagy 5. igénypontok bármelyike szerinti készülék működtetésére, azzal jellemezve, hogy a további félhíd (3) alsó kapcsoló elemét (32) a fokozatos átalakító (2) pozitív bemeneti feszültségével további kapcsolással vagy a a további félhíd (3) felső kapcsolóeleme (31) negatív bemeneti feszültségével a fokozatátalakító (2).
8. A 6. vagy 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lépcsőzetes átalakító (2) és a visszalépő átalakító (6) antifázis-szabályozását úgy hajtja végre, hogy a lépcsős átalakító (2) csökkenti tárolási áramát, amikor a lépcsős átalakító (6) felépíti tároló áramát, és fordítva.
9. Az 1-5. Igénypontok bármelyike szerinti eljárás az eszköz működtetésére, azzal jellemezve, hogy a lépcsőzetes átalakító (2) és a lefelé alakító átalakító (6) megfelelő felső kapcsoló elemeit (22, 62) tartósan bezárja a fokozat-átalakító (2) pozitív bemeneti feszültségével és állandó zárással a fokozat-átalakító (2) és a lépcsős-átalakító (6) alsó kapcsolóelemei (23, 63), ha a fokozat-átalakító (2) bemeneti feszültsége negatív.
10. Az 1., 3. vagy 4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, jellemzett, hogy a leválasztó kapcsoló (7) nyitva van, vagy csak a buck konverter (6) legalább egy kapcsolóelemét vezérlik impulzusszélesség modulációval, és a kimeneten (5) keletkező feszültség kívánt polaritásától függően a további félhíd (3) felső (31) vagy alsó kapcsoló elemét (3) ) ellenőrzése alatt áll.
A találmány tárgya eszköz és eljárás hálózati áram tárolására és elosztott hálózatok létrehozására megosztott kapcsolóelemekkel a félhullámú polaritás kapcsolására.
A privát napenergia-rendszerek bevezetési tarifáinak csökkenése miatt az új létesítmények száma is csökken, és az ilyen rendszerek működése mind a magántermelők, mind az ipari ügyfelek számára egyre veszteségesebb. A generált napenergia tápellátási hálózatba táplálásának nagyon érdekes alternatíváját az úgynevezett puffertárolás képviseli. Itt a napenergiát elektromos energiatároló eszközökben, főleg akkumulátorokban tárolják, hogy szükség esetén késéssel lehessen használni. Ez azt jelenti, hogy csökken a villamos energia beszerzése a nyilvános hálózatról, és ezáltal a villamos energia és az üzemeltetési költségek is csökkennek.
Az akkumulátor mellett egy tipikus puffertároló invertert is tartalmaz a nyilvános elektromos hálózatba való tápláláshoz. A klasszikus rendszerek DC interfésszel és egyenáramú feszültség-átalakítóval is felszereltek a napenerátorok csatlakoztatásához. Különösen az újabb rendszerek külön csatlakozást biztosítanak az elektromos terhelésekhez egy másik inverter áramkörön keresztül.
Továbbá az akkumulátor és az inverter között további egyenfeszültség-átalakító is jelen lehet, amely magában foglalja a hálózati és az akkumulátor-potenciál galvanikus elválasztását egy transzformátor segítségével.
Úgynevezett szünetmentes tápegység (röviden „UPS”) is megvalósítható egy ilyen puffertároló rendszerrel azáltal, hogy külön kapcsolatot biztosít az elektromos fogyasztó számára.
A DE202008014919U1 szolárellátó rendszert ismertet, amely UPS-ként szolgál. Ebben az esetben egy első elektromos energiát egy szolárgenerátor generál, amelyet MPPT (maximális teljesítménypont követés) és egy egyenfeszültség-átalakító révén egy akkumulátortároló eszközhöz kötnek. A második villamos energiát a nyilvános elektromos hálózatról egy aljzaton keresztül biztosítják. Ehhez egy teljesítménytényező-korrekció biztosított, amelynek kimenete az első elektromos energia DC/DC-átalakítójának kimenetéhez kapcsolódik. Ez azt jelenti, hogy elektromos fogyasztót a napenergiáról, a nyilvános elektromos hálózatról vagy ideiglenesen csak az akkumulátor puffertárolóból lehet ellátni. A javasolt rendszerrel azonban nem táplálható olyan váltakozó áramú fogyasztó, aki rendeltetésének megfelelően csatlakozik a nyilvános elektromos hálózathoz.
Az AC terhelés vagy közvetlenül a hálózaton működtethető, ebben az esetben az UPS teljesítménytényező-korrekciójának lehetővé kell tennie a kétirányú működést, vagy külön UPS váltakozó feszültség-csatlakozást biztosítanak, amely egy további inverteren keresztül váltakozó feszültséget biztosít. A fogyasztó közvetlen csatlakoztatása a nyilvános elektromos hálózathoz nem jelent szünetmentes áramellátást a fogyasztó számára, amennyiben egyrészt az UPS-nek először áramkimaradást kell észlelnie, amely késleltetett energiaellátáshoz, ezáltal az áramellátás rövid megszakadásához vezet, másrészt A telepítési oldalon további intézkedésekre van szükség az áramellátás megakadályozása érdekében áramkimaradás esetén. Ezenkívül be kell tartani a betáplálási irányelvek további követelményeit a kétirányú inverterek esetében, amelyek hálózati csatlakozással rendelkeznek.
Az egyetlen lehetőség az AC-feszültség csatlakozás biztosítása további inverter-elektronikával, amelyek szigeti hálózatot hoznak létre. A teljesítménytényező-korrekciós áramkör és az inverter-elektronika legelterjedtebb topológiája egy fokozat-átalakító, amely egyformán alkalmas az energiaáramlás mindkét irányára. Kívánatos lenne, ha két különálló konverter hálózati csatlakozáshoz és elszigetelt hálózatok létrehozásához az elektronika legalább egy részét együtt lehetne felhasználni a hely, a súly és a költségek megtakarítása érdekében.
Ezért a feladat egy szünetmentes tápellátás megvalósítása az AC fogyasztók számára egy puffertároló rendszeren keresztül, amelyet kizárólag saját termelésű vagy ideiglenesen tárolt energia önfogyasztására használnak, és amely lehetővé teszi a szükséges alkatrészek lehető leghatékonyabb felhasználását a költség, a súly és a hatékonyság optimalizálása érdekében.
Ezt a célt az 1. igénypont jellemzőivel rendelkező eszközzel és a 6. vagy 9. igénypont szerinti eljárással érjük el. További előnyös kiviteli alakok jelennek meg az igénypontokban.
A javasolt eszköz egy hálózati áram tárolására és elkülönített hálózatok létrehozására megosztott kapcsolóelemekkel a félhullámú polaritás kapcsolásához.
Az alábbiakban ugyanazokat a komponenseket azonos azonosító jelekkel azonosítjuk.
A további félhíd (3) kapcsolóelemei (31, 32) a legegyszerűbb esetben csak diódákként alakíthatók ki, ami a költségek további csökkenéséhez vezet.
Az ellátó hálózathoz (1) történő csatlakozáshoz szükséges fokozat-átalakító áramkör (2) előnyösen rendelkezik egy leválasztó kapcsolóval (7), amely legalább egy hálózati pólust (12) képes elválasztani a készüléktől. Ez azt jelenti, hogy az energiaraktárból (4) az ellátó hálózattól (1) függetlenül mindig elérhető egy szigethálózat (5).
4. A 3. igénypont szerinti készülék egy speciális kiviteli alakja rendelkezik egy szakaszolóval (7), amelynek legalább három pólusa van, mindegyik esetben legalább egy pólus a tápellátó hálózat (1) csatlakozó kapcsával (12), a közbenső áramkör (4) földelési potenciáljával (42) és a további félhíd (3) csatlakozási pontja (30) össze van kötve. Ez azt jelenti, hogy a puffermemória egyenletes tápfeszültséggel, például szolárgenerátorral is feltölthető az (1) csatlakozásnál az erősítő átalakító áramkörön (2) keresztül, a kapcsolat létrehozásával a hálózati csatlakozó pólus (12) és a földi potenciál (42) között ) a közbenső áramkör (4) áramkörével, a lefelé irányuló átalakító (6) egyszerre képes váltakozó feszültséget létrehozni az 5 csatlakozáson. A további félhíd (3) kapcsolójának (32) végleges bezárása ugyanolyan hatást gyakorolna a fokozatos átalakító áramkörre (2), ugyanakkor megakadályozná a váltakozó feszültség előállítását a lépcsős átalakító (6) által.
A javasolt eljárás egyik előnyös kiviteli alakjánál, amikor a fokozatos átalakító (2) bemeneti feszültsége (1) pozitív, akkor a további félhíd (3) alsó kapcsolóeleme (32) előnyösen véglegesen be van kapcsolva, és ha az átmeneti átalakító (2) bemeneti feszültsége (1) negatív, akkor a felső kapcsolóelem A további félhíd (3) kapcsolóeleme (31) előnyösen véglegesen be van kapcsolva, míg a félhíd (3) másik kapcsolóeleme ki van kapcsolva.
8. A 6. vagy 7. igénypont szerinti eljárás generálja az impulzusszélesség-modulált vezérlőjeleket a lépcsőzetes (2) és a lépcsőzetes átalakítóktól (6) fázison kívül egymással, úgy hogy a lépcsőzetes átalakító (6) a tároló áramának felépítésekor pontosan lemeríti a közbenső áramkört vagy az energiatárolót (4). a közbenső áramkört vagy az energiatárolót (4) a fokozat-átalakító (2) tölti fel, a fokozat-átalakító (2) így csökkenti tároló áramát. Ez kompenzálja a kapcsolási frekvencia hullámáramát a közbenső áramkörben (4), és a szűrő intézkedéseket el lehet menteni.
Javasolnak egy olyan eljárást is, amely a tápfeszültség-hálózat (1) csatlakozói (11, 12) közötti pozitív feszültség alatt, szinuszos módon véglegesen bezárja a fokozatos átalakító (2) felső kapcsolóelemeit (22, 62) és a lépcsőzetes átalakítót (6). A pozitív hálózati félhullám váltakozó feszültsége, vagy a fokozat-átalakító (2) alsó kapcsolóelemeinek (23, 63) és a leeresztő-átalakítónak (6) állandó zárása negatív feszültség alatt a tápellátó hálózat (1) csatlakozásai (11, 12) között, szinuszos A negatív hálózati félhullám váltakozó feszültsége közvetlen kapcsolatot létesít a fogyasztó (5) és az ellátó hálózat (1) között anélkül, hogy ideiglenesen energiát tárolna. Ez biztosítja, hogy ne töltsön be több energiát a memóriába (4, 9), például amikor teljesen fel van töltve, vagy más körülmények megakadályozzák vagy tiltják az energiacserét a memóriával (4, 9).
Egy másik módszert mutatunk be, amely elhagyja az energiaellátást a tápellátó hálózatról (1) a leválasztó kapcsoló (7) kinyitásával és/vagy a nyitó átalakító (6) egyszerű megnyitásával a két kapcsolóelem (62, 63) megfelelő impulzusszélesség-modulált vezérlésével. Formázva a megfelelő alkalmazásorientált követelmények, de különösen a szinuszos kimeneti feszültség, amelyet a fogyasztói csatlakozásnál generálnak (5). Ennek eredményeként a villamosenergia-fogyasztási költségek megtakarításra kerülnek, különösen akkor, ha egy napenergia-generátort ráadásul csatlakoztatnak az energiatárolóhoz. A polaritásváltás tetszőleges frekvencián is elvégezhető, amely a működés közben is tetszés szerint változtatható a félhíd (3) két kapcsolóelemének (31, 32) megfelelő vezérlésével. Amíg a közbenső áramkör feszültsége vagy közvetlenül csatlakoztatott energiatároló (4, 9) esetén az energiatároló üzemi feszültsége (4, 9) meghaladja a tápellátó hálózat (1) csúcsfeszültségét, a leválasztó kapcsoló (7) zárva maradhat.
A találmányt az alábbiakban az 1–5. Ábrákra hivatkozva ismertetjük részletesebben.
Az 1. ábra egy kétirányú rács inverter példakénti kiviteli alakját mutatja be a technika állása szerint
A 2. ábra a javasolt eszköz első kiviteli alakját mutatja
A 3. ábra a javasolt eszköz második kiviteli alakját mutatja
A 4. ábra a 6., 7. és 8. igénypontok szerinti javasolt módszer lehetséges szabályozási sémájának példáját mutatja
Az 5. ábra a 9. igénypont szerinti javasolt módszer lehetséges szabályozási sémájának példáját mutatja
Az 1. ábra egy példát mutat be az energiatárolásra szánt teljesítményelektronika jelenlegi állásáról. Egy fokozatos átalakító áramkör (2), amelyet teljesítménytényező-korrekciós áramkörként működtetnek egy megfelelő szabályozási rendszer, egy tárolófojtón (21) és a kapcsolóelemeken (22, 23) keresztül tölt. ) és a félhullámú kapcsoláshoz (3) tartozó kapcsolóelemeknek (31, 32) van egy köztes áramköre (4), amelyhez egy áramtároló (itt nem látható) rendszerint egy áramlásirányú DC/DC átalakító elektronikán keresztül csatlakozik. Ezenkívül egy másik, különféle egyenáramú feszültség-átalakítón keresztül a közbenső áramkörhöz (4) vagy az energiatárolóhoz (itt nem látható) egy másik táphálózat, gyakran napenergia-generátor csatlakozik. Egy további inverter is csatlakozik a közbenső áramkörhöz (4) annak érdekében, hogy egy váltakozó áramú fogyasztót külön kapcsolat (5) révén megszakítás nélkül biztosítson. Az inverter tartalmaz egy leengedő átalakítót (6) és egy félhidat (3) a félhullámú kapcsoláshoz. A fokozatos átalakító áramkör (2) kétirányúan is működtethető annak érdekében, hogy energiát tápláljon a hálózatba (1).
A 2. ábra a javasolt eszközt mutatja az első kiviteli alakban. A fokozatos átalakító áramkör (2) és a félhíd (3) a táphálózat (1) félhullámú vagy polaritású kapcsolásához a közbenső áramkörhöz (4) van csatlakoztatva, és a fokozat-átalakító áramkör (3) a közbenső áramkörhöz (4) is csatlakozik. Egy második félhídról (3) eltekintünk, így egy és ugyanaz a félhíd (3) részt vesz az áramellátásban az áramellátó áramkörben (1), valamint az áramlásban a sziget hálózati áramkörben (5). Ennek eredményeként, amikor egy energiatároló csatlakozik a közbenső áramkörök csatlakozóihoz (41, 42), egy félhíd (3) megtakarításával csökkentett alkatrészszámmal szünetmentes áramellátás érhető el, ezáltal csökkentve a költségeket és javítva a hatékonyságot. Ezenkívül a fokozatos átalakító áramkör (2) áramkörében lehet egy leválasztó kapcsoló (7), amellyel hálózati elválasztás hajtható végre, és a hálózati frekvenciától független sziget hálózati frekvencia állítható be.
A 3. ábra a javasolt eszköz második példakénti kiviteli alakját mutatja, amelyben egy energiatároló (9) kétirányú egyenfeszültség-átalakítón (8) keresztül csatlakozik a közbenső áramkör (4) csatlakozóihoz (41, 42). Egyrészt nincsenek a megfelelő szabványokból eredő további követelmények a nagyfeszültségű energiatároló eszközök működésére; másrészt a DC-DC átalakító fázissá alakíthat áramot az előremenő átalakító (2) közbenső áramköri töltőáramával ellentétben az energiatároló eszköz töltésére vagy kisütésére (9), így a a közbenső áramkörben (4) a frekvenciaváltó (2) vonalfrekvenciás töltőárama által okozott vonali frekvenciájú váltakozó feszültség-komponens csökkenthető. Ennek eredményeként lehetőség van például elektrolit kondenzátoroktól való lemondásra.
Az 5. ábra a javasolt módszer egy további vezérlési sémáját mutatja, amelyet különösen a fogyasztó (5) táplálására használnak közvetlenül az ellátó hálózatról (1) anélkül, hogy a készüléket manuálisan kellene megváltoztatni. A tápcsatlakozáson (1) pozitív bemeneti feszültséggel (101) a fokozat-átalakító (2) két felső kapcsolóeleme (22, 62) és a leeresztő-átalakító (6), valamint a félhíd (3) alsó kapcsolóeleme (32) folyamatosan bekapcsol, míg negatív bemeneti feszültség (101), a fokozat-átalakító (2) két alsó kapcsolóeleme (23, 63) és a félhíd (3) felső kapcsolóeleme (31) állandóan be van kapcsolva. A tápfeszültség (101) polaritásának megfordulásakor (102) hasznos vagy szükséges lehet egy vagy több jel deaktiválása egy meghatározott, szabadon választható időtartamra.
1 Hálózati csatlakozás 2 Töltő átalakító áramkör 3 Félhíd áramkör 4 Energiatároló (közbenső áramkör) 5 Csatlakozás elektromos terhelésekhez 6 Buck átalakító áramkör 7 Választó 8 Kétirányú DC/DC átalakító 9 Energiatároló (akkumulátor) 11 Első pólusú hálózati csatlakozás 12 Második pólusú hálózati csatlakozás 21 Feltöltő átalakító induktív energiatárolója 22 Felső kapcsolóelem a fokozatos átalakító 23 alsó fokozatának átalakítója 30 csatlakozási pont a félhíd felső és alsó kapcsolóeleme 31 a félhíd felső kapcsolóeleme 32 a félhíd alsó kapcsolóeleme 41 felső csatlakozás közvetlen feszültséghez 42 alsó csatlakozás közvetlen feszültséghez (földpotenciál) 51 első pólusú fogyasztói csatlakozás 52 második pólusú fogyasztói csatlakozás 61 induktív energiatároló Buck konverter 62 a buck konverter felső kapcsoló eleme 63 a buck átalakító alsó kapcsoló eleme 101 példaértékű feszültségforma hálózati csatlakozás 102 feszültség nulla keresztezés (polaritásváltozás sel)
A LEÍRÁSBAN FELTÉTELT IDÉZETEK
A kérelmező által felsorolt dokumentumok ezen listája automatikusan készült, és kizárólag az olvasó jobb tájékoztatása érdekében szerepel benne. A lista nem része a német szabadalomnak vagy a használati modellnek. A DPMA semmilyen hibát vagy mulasztást nem vállal.
- DE 202008014919 U1 [0006]