Dispozitiv și metodă pentru stocarea energiei în rețea și generarea autonomă a rețelei cu partajare
1. Dispozitiv pentru stocarea curentului de rețea și generarea rețelei insulare cu elemente de comutare partajate pentru comutarea polarității pe jumătate de undă, caracterizat, că un circuit convertor step-up (2), un circuit convertor step-down (6) și încă o jumătate de punte (3), fiecare format din cel puțin 2 elemente de comutare controlabile (22, 23, 31, 32, 62, 63), la conexiunile Elementele de comutare (41, 42) sunt conectate electric în paralel și conectate la un depozit de energie (4) și că un terminal (12, 52) al convertorului de intensificare (2) și al convertorului de descărcare (6) este conectat electric la punctul de conectare (30) al elementelor de comutare (31, 32) a celuilalt semipont (3) este conectat.
2. Dispozitiv conform revendicării 1, caracterizat, că cele două elemente de comutare (31, 32) ale jumătății de pod (3) sunt proiectate ca diode.
3. Aparat conform revendicării 1, caracterizat, că la intrarea circuitului convertizorului pas cu pas (2) există un deconector (7) care poate separa cel puțin un terminal de conexiune (12) al intrării de circuitul convertorului pas cu pas.
4. Aparat conform revendicării 3, caracterizat, că separatorul (7) are cel puțin trei poli, cel puțin un pol fiecare cu conexiunea (12) a rețelei de alimentare (1), potențialul de masă (42) al circuitului intermediar (4) și punctul central (30) al semipontului suplimentar (3) este conectat și este proiectat astfel încât conexiunea (12) a rețelei de alimentare (1) să poată fi ajustată pentru a fi conectată fie la potențialul de masă (42) al circuitului intermediar (4), fie la punctul central (30) al jumătății de punte (3).
5. Dispozitiv conform uneia dintre revendicările 1 la 4, caracterizat, că un depozit de energie (9) este conectat la circuitul intermediar (4) printr-un convertor bidirecțional de tensiune continuă (8).
6. O metodă de acționare a dispozitivului în conformitate cu oricare dintre revendicările de la 1 la 5, caracterizat, că printr-un control modulat în lățime a impulsului a cel puțin un element de comutare al circuitului convertor step-up (2) și step-down (6), se reglează o variabilă electrică în circuitul intermediar (4) și se asigură o tensiune de ieșire la conexiunea consumatorului (5).
7. Metodă conform revendicării 6 pentru acționarea dispozitivului conform uneia dintre revendicările 1, 3, 4 sau 5, caracterizată prin conectarea suplimentară a elementului de comutare inferior (32) al semipontului suplimentar (3) cu o tensiune pozitivă de intrare a convertorului de creștere (2) sau pornirea element de comutare superior (31) al celuilalt jumătate de punte (3) cu tensiune de intrare negativă a convertorului step-up (2).
8. Metodă conform revendicării 6 sau 7, caracterizată prin controlul antifazic al convertorului step-up (2) și al convertorului step-down (6) astfel încât convertorul step-up (2) își reduce curentul de stocare atunci când convertorul step-down (6) își acumulează curentul de stocare și invers.
9. Metodă de funcționare a dispozitivului conform uneia dintre revendicările de la 1 la 5, caracterizată prin închiderea permanentă a elementelor de comutare superioare respective (22, 62) ale convertorului step-up (2) și convertorului step-down (6) cu o tensiune pozitivă de intrare a convertorului step-up (2) și închiderea permanentă elementele de comutare inferioare respective (23, 63) ale convertorului step-up (2) și convertorului step-down (6) atunci când tensiunea de intrare a convertorului step-up (2) este negativă.
10. Metodă conform oricăreia dintre revendicările 1, 3 sau 4, caracterizat, că comutatorul de izolare (7) este deschis sau doar cel puțin un element de comutare al convertorului buck (6) este controlat cu modulația lățimii impulsului și, în funcție de polaritatea dorită a tensiunii generate la ieșire (5), elementul de comutare superior (31) sau inferior (32) al jumătății de punte (3) ) este controlat.
Invenția se referă la un dispozitiv și o metodă pentru stocarea curentului de rețea și generarea de rețele izolate cu elemente de comutare partajate pentru comutarea polarității pe jumătate de undă.
Datorită scăderii tarifelor de alimentare pentru sistemele private de energie solară, numărul instalațiilor noi scade și funcționarea acestor sisteme devine din ce în ce mai neprofitabilă atât pentru producătorii privați, cât și pentru clienții industriali. O alternativă foarte interesantă la alimentarea cu energie solară generată într-o rețea de alimentare este reprezentată de așa-numita stocare tampon.Aici, energia solară este stocată în dispozitive de stocare a energiei electrice, în principal pachete de baterii, astfel încât să poată fi utilizată cu întârziere atunci când este necesar. Aceasta înseamnă că achizițiile de energie electrică din rețeaua publică și, prin urmare, scad electricitatea și costurile de funcționare.
În plus față de o baterie, un magazin tipic de tampoane include și un invertor pentru alimentarea în rețeaua publică. Sistemele clasice sunt, de asemenea, echipate cu o interfață DC și un convertor de tensiune DC pentru conectarea generatoarelor solare. În special, sistemele mai noi oferă o conexiune separată pentru sarcinile electrice printr-un alt circuit invertor.
Mai mult, un alt convertor de tensiune continuă poate fi prezent între baterie și invertor, care include o separare galvanică a rețelei și a potențialului bateriei prin intermediul unui transformator.
Cu un astfel de sistem de stocare tampon, ceea ce este cunoscut ca o sursă de alimentare neîntreruptibilă („UPS” pe scurt) poate fi de asemenea implementat prin furnizarea unei conexiuni separate pentru un consumator de energie electrică.
DE202008014919U1 dezvăluie un sistem de alimentare cu energie solară care servește ca UPS. În acest caz, o primă energie electrică este generată de la un generator solar, care este conectat la un dispozitiv de stocare a bateriei printr-un MPPT (urmărirea punctului de putere maximă) și un convertor de tensiune DC. O a doua energie electrică este furnizată din rețeaua electrică publică printr-o priză. În acest scop este prevăzută o corecție a factorului de putere, a cărei ieșire este conectată la ieșirea convertorului DC/DC pentru prima energie electrică. Aceasta înseamnă că un consumator de energie electrică poate fi alimentat fie de la generatorul solar, fie de la rețeaua electrică publică, sau temporar doar din stocarea tamponului bateriei. Cu sistemul propus, totuși, nu pot fi alimentate sarcini de curent alternativ care sunt destinate conectării la rețeaua electrică publică în funcție de utilizarea intenționată a acestora.
O sarcină alternativă poate fi acționată direct pe rețea, caz în care corectarea factorului de putere a UPS-ului trebuie să permită funcționarea bidirecțională, sau o conexiune separată de tensiune alternativă este furnizată pe UPS, care asigură o tensiune alternativă printr-un invertor suplimentar. Conectarea unui consumator direct la rețeaua electrică publică nu reprezintă o sursă de alimentare neîntreruptibilă pentru consumator în măsura în care, pe de o parte, UPS-ul trebuie mai întâi să detecteze o pană de curent, ceea ce duce la o furnizare întârziată de energie și, astfel, la o scurtă întrerupere a alimentării cu energie electrică, iar pe de altă parte Sunt necesare măsuri suplimentare din partea instalării pentru a preveni alimentarea cu energie electrică în cazul unei întreruperi a curentului. Mai mult, trebuie respectate cerințe suplimentare din liniile directoare de alimentare pentru un invertor bidirecțional cu conexiune la rețea.
Singura opțiune rămasă este de a furniza o conexiune de tensiune AC cu invertor suplimentar, care creează o rețea insulară. Cea mai obișnuită topologie pentru un circuit de corectare a factorului de putere și electronica invertorului este un convertor step-up, care este la fel de potrivit pentru ambele direcții ale fluxului de energie. Ar fi de dorit ca, prin utilizarea a două convertoare separate pentru conexiunea la rețea și pentru generarea de rețele izolate, cel puțin o parte din electronică să poată fi utilizată în comun pentru a economisi spațiu, greutate și costuri.
Prin urmare, sarcina este de a implementa o sursă de alimentare neîntreruptibilă pentru consumatorii de curent alternativ prin intermediul unui sistem de stocare tampon, care este utilizat exclusiv pentru autoconsumul de energie auto-generată sau stocată temporar și care permite utilizarea cât mai eficientă a componentelor necesare pentru optimizarea costurilor, greutății și eficienței.
Acest obiectiv este realizat de un dispozitiv având caracteristicile revendicării 1 și o metodă conform revendicărilor 6 sau 9. Încă mai multe întruchipări favorabile reies din sub-revendicări.
Ceea ce se propune este un dispozitiv pentru stocarea curentului de rețea și generarea de rețele izolate cu elemente de comutare partajate pentru comutarea polarității pe jumătate de undă.
Aceleași componente sunt identificate mai jos cu aceleași simboluri de referință.
Elementele de comutare (31, 32) ale jumătății de pod (3) pot fi, în cel mai simplu caz, proiectate doar ca diode, ceea ce duce la o reducere suplimentară a costurilor.
Circuitul de conversie pas cu pas (2) pentru conectarea la o rețea de alimentare (1) are în mod avantajos un comutator de izolare (7) care poate separa cel puțin un stâlp de rețea (12) de dispozitiv. Aceasta înseamnă că o rețea insulară (5) poate fi întotdeauna furnizată din depozitul de energie (4) independent de o rețea de alimentare (1).
Un exemplu de realizare special al dispozitivului conform revendicării 3 are un separator (7) care are cel puțin trei poli, cel puțin un pol în fiecare caz cu terminalul de conectare (12) al rețelei de alimentare (1), potențialul de masă (42) al circuitului intermediar (4) și punctul de conectare (30) al jumătății de pod (3) este conectat. Aceasta înseamnă că memoria tampon poate fi încărcată și cu o tensiune de alimentare uniformă, de exemplu un generator solar, la conexiunea (1) prin circuitul convertorului de impuls (2) prin stabilirea unei conexiuni între polul de conexiune la rețea (12) și potențialul de masă (42). ) a circuitului intermediar (4), convertorul descendent (6) putând genera simultan o tensiune alternativă la conexiunea (5). O închidere permanentă a întrerupătorului (32) al jumătății de punte (3) ar avea într-adevăr același efect pentru circuitul convertorului step-up (2), dar în același timp ar împiedica generarea unei tensiuni alternative de către convertorul step-down (6).
Într-o variantă avantajoasă a metodei propuse, atunci când tensiunea de intrare (1) a convertorului step-up (2) este pozitivă, elementul de comutare inferior (32) al jumătății de punte (3) este de preferință pornit permanent și când tensiunea de intrare (1) a convertorului step-up (2) este negativă, elementul de comutare superior Elementul de comutare (31) al celuilalt jumătate de punte (3) este de preferință pornit permanent, în timp ce celălalt element de comutare al jumătății de punte (3) este dezactivat.
8. Metodă conform revendicării 6 sau 7 generează semnalele de control modulate la lățimea impulsurilor de la convertoarele step-up (2) și step-down (6) defazate între ele, astfel încât convertorul step-down (6) descarcă circuitul intermediar sau depozitul de energie (4) tocmai atunci când își acumulează curentul de stocare. circuitul intermediar sau depozitul de energie (4) este încărcat de convertorul step-up (2), convertorul step-up (2) reducând astfel curentul său de stocare. Aceasta compensează curenții de ondulare a frecvenței de comutare în circuitul intermediar (4) și măsurile de filtrare pot fi salvate.
Se propune, de asemenea, o metodă care prin închiderea permanentă a elementelor de comutare superioare (22, 62) ale convertorului step-up (2) și convertizorului step-down (6) în timpul unei tensiuni pozitive între conexiunile (11, 12) ale rețelei de alimentare (1), cu sinusoidal Tensiunea de curent alternativ la jumătatea de undă de rețea pozitivă sau închiderea permanentă a elementelor de comutare inferioare (23, 63) ale convertorului step-up (2) și a convertorului step-down (6) în timpul unei tensiuni negative între conexiunile (11, 12) ale rețelei de alimentare (1), cu sinusoidal Tensiunea de curent alternativ a semiondei negative a rețelei, o conexiune directă între consumator (5) și rețeaua de alimentare (1) este stabilită fără ca energia să fie stocată temporar. Acest lucru asigură că nu mai este încărcată energie în memorie (4, 9), de exemplu atunci când este complet încărcată sau alte condiții împiedică sau interzic schimbul de energie cu memoria (4, 9).
Este prezentată o altă metodă care renunță la extragerea energiei din rețeaua de alimentare (1) prin deschiderea comutatorului de izolare (7) și/sau doar deschiderea convertorului de coborâre (6) printr-un control adecvat modulat la lățimea pulsului a celor două elemente de comutare (62, 63) În formă, cerințele respective orientate spre aplicație, dar în special o tensiune de ieșire sinusoidală, generată la conexiunea consumatorului (5). Ca urmare, costurile consumului de energie electrică sunt economisite în special, de exemplu atunci când un generator solar este conectat suplimentar la depozitul de energie. Schimbarea polarității poate fi efectuată, de asemenea, la orice frecvență, care poate fi schimbată și după bunul plac în timpul funcționării, prin controlul adecvat al celor două elemente de comutare (31, 32) ale jumătății de punte (3). Atâta timp cât tensiunea circuitului intermediar sau, în cazul unui depozit de energie conectat direct (4, 9), tensiunea de funcționare a depozitului de energie (4, 9) este peste tensiunea de vârf a rețelei de alimentare (1), comutatorul de izolare (7) poate rămâne închis.
Invenția este explicată mai detaliat mai jos cu referire la Figurile 1-5.
1 prezintă un exemplu de realizare a unui invertor de rețea bidirecțional în conformitate cu stadiul tehnicii
2 prezintă un prim exemplu de realizare a dispozitivului propus
3 prezintă un al doilea exemplu de realizare a dispozitivului propus
4 prezintă un exemplu al unei posibile scheme de control a metodei propuse conform revendicărilor 6, 7 și 8
5 prezintă un exemplu al unei posibile scheme de control a metodei propuse conform revendicării 9
1 arată un exemplu din stadiul actual al tehnicii electronice de putere pentru stocarea energiei. Un circuit convertor step-up (2), care este acționat ca un circuit de corecție a factorului de putere printr-o schemă de control adecvată, se încarcă printr-un sufocator de stocare (21) și elementele de comutare (22, 23) ) și elementele de comutare (31, 32) ale unei jumătăți de punte (3) pentru comutarea pe jumătate de undă pe un circuit intermediar (4) la care un depozit de energie (care nu este prezentat aici) este de obicei conectat printr-un convertor DC/DC în aval. În plus, o altă rețea de alimentare, adesea un generator solar, este conectată la circuitul intermediar (4) sau la depozitul de energie (nu este prezentat aici) printr-un convertor de tensiune continuu separat. Un invertor suplimentar este, de asemenea, conectat la circuitul intermediar (4) pentru a furniza un consumator de curent alternativ fără întrerupere printr-o conexiune separată (5). Invertorul cuprinde un convertor descendent (6) și o jumătate de punte (3) pentru comutarea pe jumătate de undă. Circuitul convertorului pas cu pas (2) poate fi, de asemenea, acționat bidirecțional pentru a alimenta energie în rețea (1).
2 prezintă dispozitivul propus într-un prim exemplu de realizare. Circuitul convertorului pas cu pas (2) și jumătatea podului (3) pentru comutarea pe jumătate de undă sau polaritate a rețelei de alimentare (1) sunt conectate la circuitul intermediar (4), iar circuitul convertorului pas cu pas (3) este, de asemenea, conectat la circuitul intermediar (4). Se renunță la un al doilea semipont (3), astfel încât unul și același semipont (3) este implicat în fluxul de curent în circuitul de alimentare (1), precum și în fluxul de curent în circuitul de rețea insulară (5). Ca rezultat, atunci când un depozit de energie este conectat la conexiunile circuitului intermediar (41, 42), se poate realiza o sursă de alimentare neîntreruptibilă cu un număr redus de componente economisind o jumătate de punte (3) și astfel reducând costurile și îmbunătățind eficiența. Mai mult, un comutator de izolare (7) poate fi prezent în circuitul circuitului de conversie step-up (2), cu care se poate realiza o separare a rețelei și poate fi setată o frecvență de rețea de insulă independentă de frecvența rețelei.
3 prezintă un al doilea exemplu de realizare exemplar al dispozitivului propus, în care un depozit de energie (9) este conectat la conexiunile (41, 42) ale circuitului intermediar (4) printr-un convertor de tensiune continuu bidirecțional (8). Pe de o parte, nu există cerințe suplimentare pentru funcționarea dispozitivelor de stocare a energiei de înaltă tensiune care rezultă din standardele corespunzătoare; pe de altă parte, convertorul DC-DC poate genera un curent în fază opusă curentului de încărcare a circuitului intermediar al convertorului step-up (2) pentru încărcarea sau descărcarea dispozitivului de stocare a energiei (9), astfel încât componenta de tensiune alternativă de frecvență de linie din circuitul intermediar (4) cauzată de curentul de încărcare a frecvenței de linie a convertorului step-up (2) poate fi redusă. Ca rezultat, este posibil, de exemplu, să renunțați la condensatorii electrolitici.
5 prezintă o altă schemă de control a metodei propuse, care este utilizată în special pentru a alimenta un consumator (5) direct din rețeaua de alimentare (1) fără a fi nevoie de modificări manuale ale dispozitivului. Cu o tensiune de intrare pozitivă (101) la conexiunea de alimentare (1), cele două elemente superioare de comutare (22, 62) ale convertorului de intensificare (2) și convertorul de descărcare (6) și elementul de comutare inferior (32) al jumătății de punte (3) sunt pornite permanent, în timp ce la tensiunea de intrare negativă (101), cele două elemente de comutare inferioare (23, 63) ale convertorului step-up (2) și convertorului step-down (6) și elementul de comutare superior (31) al semipontului (3) sunt pornite permanent. În momentul inversării polarității (102) a tensiunii de alimentare (101), poate fi util sau necesar să dezactivați unul sau mai multe semnale pentru o anumită perioadă de timp liber selectabilă.
1 Conexiune la rețea 2 Circuit convertor de impuls 3 Circuit jumătate de punte 4 Depozit de energie (circuit intermediar) 5 Conexiune pentru sarcini electrice 6 Circuit convertor Buck 7 Separator 8 Convertor bidirecțional DC/DC 9 Depozit de energie (baterie) 11 Conexiune de rețea cu primul pol 12 Conexiune de alimentare cu al doilea pol 21 Depozit de energie inductivă a convertorului de reîncărcare 22 Element de comutare superior a convertorului step-up 23 element de comutare inferior al convertorului step-up 30 punct de conectare element de comutare superior și inferior al jumătății de pod 31 element de comutare superior al jumătății de pod 32 element de comutare inferior al jumătății de pod 41 conexiune superioară pentru tensiune directă 42 conexiune inferioară pentru tensiune directă (potențial la sol) 51 conexiune consumator prim pol 52 conexiune consumator al doilea pol 61 stocare de energie inductivă a Convertor Buck 62 element de comutare superior al convertorului Buck 63 element de comutare inferior al convertorului Buck 101 conexiune de rețea exemplară de tensiune 102 trecere zero de tensiune (schimbare de polaritate sel)
CITĂRI INCLUSE ÎN DESCRIERE
Această listă a documentelor enumerate de solicitant a fost generată automat și este inclusă numai pentru o mai bună informare a cititorului. Lista nu face parte din cererea germană de brevet sau model de utilitate. DPMA nu își asumă nicio răspundere pentru erori sau omisiuni.
- DE 202008014919 U1 [0006]