Zariadenie a spôsob ukladania energie do siete a samostatného generovania siete so zdieľaním
1. Zariadenie na ukladanie do siete a na generovanie ostrovnej siete so zdieľanými spínacími prvkami na prepínanie polárnej vlny, charakterizovaný, že obvod (2) stupňovitého prevodníka, obvod (6) stupňového prevodníka a ďalší polovičný mostík (3), z ktorých každý pozostáva z najmenej 2 ovládateľných spínacích prvkov (22, 23, 31, 32, 62, 63), na spojoch Spínacie prvky (41, 42) sú elektricky spojené paralelne a sú pripojené k zásobníku energie (4) a že jedna svorka (12, 52) zosilňovača (2) a zosilňovača (6) je elektricky spojená s prípojným bodom (30) spínacích prvkov (31), 32) ďalšej polovice mostíka (3) je pripojený.
2. Zariadenie podľa nároku 1, charakterizovaný, že dva spínacie prvky (31, 32) ďalšej polovice mostíka (3) sú navrhnuté ako diódy.
3. Zariadenie podľa nároku 1, charakterizovaný, že na vstupe obvodu (2) zosilňovača je odpojovač (7), ktorý môže oddeľovať najmenej jednu pripojovaciu svorku (12) vstupu od obvodu (2) zosilňovača.
4. Prístroj podľa nároku 3, charakterizovaný, že odpojovač (7) má najmenej tri póly, z ktorých každý má najmenej jeden pól so spojením (12) napájacej siete (1), zemným potenciálom (42) medziobvodu (4) a stredovým bodom (30) ďalšieho polomostu (3) je pripojený a je skonštruovaný tak, že pripojenie (12) napájacej siete (1) je možné nastaviť tak, aby bolo pripojené buď na zemný potenciál (42) medziobvodu (4), alebo na stred (30) ďalšej polovičnej mostíky (3).
5. Zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až 4, charakterizovaný, že zásobník energie (9) je pripojený k medziobvodu (4) cez obojsmerný jednosmerný menič napätia (8).
6. Spôsob prevádzky zariadenia podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5, charakterizovaný, že pulzne šírkovým modulovaným riadením najmenej jedného spínacieho prvku obvodu zosilňovača (2) a zosilňovača zosilnenia (6) sa reguluje elektrická premenná v medziobvodu (4) a na prípojke spotrebiča (5) sa dodáva výstupné napätie.
7. Spôsob podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že sa zariadenie prevádzkuje podľa niektorého z nárokov 1, 3, 4 alebo 5, vyznačujúce sa tým, že sa dodatočne zapne dolný spínací prvok (32) ďalšieho polomostu (3) kladným vstupným napätím zosilňovača (2) alebo horný spínací prvok (31) ďalšej polovice mostíka (3) so záporným vstupným napätím zosilňovača (2).
8. Spôsob podľa nároku 6 alebo 7, vyznačujúci sa antifázovým riadením zosilňovača (2) a zosilňovača (6) tak, že zosilňovač (2) redukuje svoj akumulačný prúd, keď stupňovitý konvertor (6) získava akumulačný prúd, a naopak.
9. Spôsob prevádzky zariadenia podľa niektorého z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa trvalým zatvorením príslušných horných spínacích prvkov (22, 62) zosilňovača (2) a zosilňovača (6) s kladným vstupným napätím zosilňovača (2) a trvalým zapínaním spodné spínacie prvky (23, 63) zosilňovača (2) a zosilňovača (6), keď je vstupné napätie zosilňovača (2) záporné.
10. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1, 3 alebo 4, charakterizovaný, že je rozpojený izolačný spínač (7) alebo iba jeden spínací prvok prevodníka (6) je riadený pulznou šírkovou moduláciou a v závislosti na požadovanej polarite napätia generovaného na výstupe (5) horný (31) alebo dolný spínací prvok (32) ďalšej polovičnej mostíky (3) ) je kontrolovaný.
Vynález sa týka zariadenia a spôsobu ukladania sieťového prúdu a generovania izolovaných sietí so zdieľanými spínacími prvkami na prepínanie polarity pol vlny.
Kvôli klesajúcim výkupným cenám pre súkromné solárne systémy klesá aj počet nových inštalácií a prevádzka týchto systémov je čoraz nerentabilnejšia pre súkromných výrobcov aj priemyselných zákazníkov. Veľmi zaujímavú alternatívu k napájaniu vyrobenej solárnej energie do napájacej siete predstavuje takzvaný vyrovnávací zásobník, kde sa solárna energia ukladá do zariadení na akumuláciu elektrickej energie, väčšinou do batériových zdrojov, aby sa dala v prípade potreby použiť s oneskorením. To znamená, že sa znižuje nákup elektriny z verejnej siete a tým pádom aj elektrina a prevádzkové náklady.
Typický systém vyrovnávacej pamäte obsahuje okrem batérie aj invertor na napájanie do verejnej elektrickej siete. Klasické systémy sú tiež vybavené jednosmerným rozhraním a jednosmerným meničom napätia na pripojenie solárnych generátorov. Najmä novšie systémy poskytujú samostatné pripojenie pre elektrické záťaže cez ďalší obvod invertora.
Ďalej môže byť medzi batériou a invertorom prítomný ďalší konvertor jednosmerného napätia, ktorý obsahuje galvanické oddelenie potenciálu siete a batérie pomocou transformátora.
Takzvaný neprerušiteľný zdroj napájania (v skratke „UPS“) možno tiež implementovať s takýmto systémom vyrovnávacej pamäte poskytnutím samostatného pripojenia pre elektrického spotrebiča.
DE202008014919U1 zverejňuje solárny systém napájania, ktorý slúži ako UPS. V tomto prípade sa prvá elektrická energia generuje zo solárneho generátora, ktorý je pripojený k akumulačnému zariadeniu batérie pomocou MPPT (sledovanie maximálneho bodu výkonu) a jednosmerného meniča napätia. Druhá elektrická energia sa dodáva z verejnej elektrickej siete prostredníctvom zásuvky. K tomu je poskytnutá korekcia účinníka, ktorej výstup je spojený s výstupom DC/DC meniča pre prvú elektrickú energiu. To znamená, že elektrický spotrebič môže byť napájaný buď zo solárneho generátora alebo z verejnej elektrickej siete, alebo dočasne iba z akumulačného akumulátora. S navrhovaným systémom však nemôžu byť napájaní žiadni spotrebitelia striedavého prúdu, ktorí sú určení na pripojenie k verejnej elektrickej sieti podľa ich zamýšľaného použitia.
Zaťaženie striedavým prúdom môže byť prevádzkované buď priamo z elektrickej siete, v takom prípade musí korekcia účinníka UPS umožňovať obojsmerný chod, alebo je na UPS poskytnuté samostatné pripojenie striedavého napätia, ktoré poskytuje striedavé napätie prostredníctvom prídavného invertora. Pripojenie spotrebiteľa priamo do verejnej elektrickej siete nepredstavuje pre spotrebiteľa neprerušiteľný zdroj napájania, pretože na jednej strane musí UPS najskôr zistiť výpadok napájania, čo vedie k oneskorenému poskytnutiu energie, a tým k krátkemu prerušeniu napájania, a na druhej strane Na zabránenie napájania v prípade výpadku napájania sú potrebné ďalšie opatrenia na strane inštalácie. Ďalej je potrebné dodržiavať dodatočné požiadavky z pokynov pre napájanie pre obojsmerný striedač so sieťovým pripojením.
Jedinou možnosťou zostáva zabezpečiť pripojenie striedavého napätia s ďalšou elektronikou invertora, ktorá vytvorí ostrovnú sieť. Najbežnejšou topológiou pre obvod na korekciu účinníka a elektroniku invertora je stupňovitý prevodník, ktorý je rovnako vhodný pre oba smery toku energie. Bolo by žiaduce, aby pri použití dvoch samostatných prevodníkov na pripojenie k sieti a na generovanie ostrovných sietí mohla byť aspoň časť elektroniky použitá spoločne, aby sa ušetrilo miesto, hmotnosť a náklady.
Úlohou je preto implementovať neprerušiteľný zdroj energie pre spotrebiteľov striedavého prúdu prostredníctvom vyrovnávacieho systému, ktorý sa používa výhradne na vlastnú spotrebu vlastnej generovanej alebo dočasne uskladnenej energie a ktorý umožňuje čo najefektívnejšie využitie potrebných komponentov na optimalizáciu nákladov, hmotnosti a účinnosti.
Tento cieľ je dosiahnutý zariadením majúcim znaky podľa nároku 1 a spôsobom podľa nárokov 6 alebo 9. Ďalšie výhodné uskutočnenia vyplývajú z vedľajších nárokov.
Navrhuje sa zariadenie na ukladanie sieťového prúdu a generovanie ostrovných sietí so zdieľanými spínacími prvkami na prepínanie polarity vĺn.
Rovnaké komponenty sú nižšie označené rovnakými referenčnými symbolmi.
Spínacie prvky (31, 32) ďalšej polovice mostíka (3) môžu byť v najjednoduchšom prípade vytvorené iba ako diódy, čo vedie k ďalšiemu zníženiu nákladov.
Obvod zosilňovacieho zosilňovača (2) na pripojenie k napájacej sieti (1) má s výhodou izolačný spínač (7), ktorý môže oddeľovať najmenej jeden sieťový pól (12) od zariadenia. To znamená, že ostrovnú sieť (5) je možné vždy zabezpečiť z energetického skladu (4) nezávisle na napájacej sieti (1).
Špeciálne uskutočnenie zariadenia podľa nároku 3 má odpojovač (7), ktorý má najmenej tri póly, najmenej jeden pól, vždy s pripojovacou svorkou (12) napájacej siete (1), zemným potenciálom (42) medziobvodu (4) a je pripojený spojovací bod (30) ďalšej polovice mostíka (3). To znamená, že vyrovnávacia pamäť môže byť tiež nabitá rovnomerným napájacím napätím, napríklad solárnym generátorom, pri pripojení (1) cez obvod zosilňovača (2) tým, že oddeľovací spínač (7) vytvára spojenie medzi pólom sieťovej prípojky (12) a zemným potenciálom (42) ) medziobvodu (4), pričom zostupný prevodník (6) je schopný súčasne generovať striedavé napätie na prípojke (5). Trvalé zapnutie spínača (32) ďalšej polovice mostíka (3) by skutočne malo rovnaký efekt pre obvod (2) zosilňovača, ale zároveň by zabránilo generovaniu striedavého napätia pomocou zosilňovača (6).
Vo výhodnom uskutočnení navrhovaného spôsobu, keď je vstupné napätie (1) zosilňovača (2) kladné, je spodný spínací prvok (32) ďalšieho polomostu (3) výhodne zapnutý natrvalo a keď je vstupné napätie (1) zosilňovača (2) záporné, horný spínací prvok Spínací prvok (31) ďalšej polovičnej mostíky (3) je prednostne zapnutý trvalo, zatiaľ čo druhý spínací prvok polovičnej mostíky (3) je deaktivovaný.
8. Spôsob podľa nároku 6 alebo 7 generuje riadiace signály modulované šírkou impulzu zo stupňovitých (2) a stupňových prevodníkov (6) navzájom mimo fázy, takže krokový prevodník (6) vybíja medziobvod alebo energetický zásobník (4) presne, keď vytvorí svoj akumulačný prúd medziobvod alebo zásobník energie (4) sa nabíja pomocou zosilňovača (2), zosilňovač (2) tak znižuje jeho akumulačný prúd. Týmto sa kompenzujú zvlňovacie prúdy spínacej frekvencie v medziobvode (4) a je možné uložiť filtračné opatrenia.
Navrhuje sa tiež spôsob, ktorý trvalým zatváraním horných spínacích prvkov (22, 62) zosilňovača (2) a zosilňovača (6) počas kladného napätia medzi spojeniami (11, 12) napájacej siete (1) sínusovými Striedavé napätie kladnej polovičnej siete alebo trvalé uzavretie dolných spínacích prvkov (23, 63) zosilňovača (2) a zosilňovača (6) pri zápornom napätí medzi spojeniami (11, 12) napájacej siete (1), sínusovými Striedavé napätie zápornej polvlny siete vytvára priame spojenie medzi spotrebiteľom (5) a napájacou sieťou (1) bez dočasného uskladnenia energie. To zaisťuje, že do pamäte (4, 9) sa nenačíta viac energie, napríklad keď je úplne nabitá alebo iné podmienky zabraňujú alebo zakazujú výmenu energie s pamäťou (4, 9).
Je predstavený ďalší spôsob, ktorý sa obchádza čerpania energie z napájacej siete (1) otvorením izolačného spínača (7) a/alebo jednoduchým otvorením redukčného prevodníka (6) prostredníctvom adekvátneho riadenia oboch spínacích prvkov (62, 63) modulovaného šírkou impulzu. Tvarované príslušné aplikačne orientované požiadavky, ale najmä sínusové výstupné napätie generované na prípojke spotrebiča (5). Vďaka tomu sa šetria náklady na spotrebu elektriny, najmä keď je solárny generátor pripojený dodatočne k skladu energie. Zmenu polarity je možné uskutočniť aj na ľubovoľnej frekvencii, ktorú je možné tiež ľubovoľne meniť počas prevádzky, vhodným ovládaním dvoch spínacích prvkov (31, 32) polomostu (3). Pokiaľ je napätie medziobvodu alebo v prípade priamo pripojeného zásobníka energie (4, 9) prevádzkové napätie zásobníka energie (4, 9) nad špičkovým napätím napájacej siete (1), môže zostať odpojovací spínač (7) zatvorený.
Vynález je ďalej vysvetlený podrobnejšie s odkazom na obrázky 1 až 5.
1 zobrazuje príkladné uskutočnenie obojsmerného sieťového invertora podľa doterajšieho stavu techniky
2 zobrazuje prvé uskutočnenie navrhovaného zariadenia
3 zobrazuje druhé uskutočnenie navrhovaného zariadenia
4 zobrazuje príklad možnej schémy riadenia navrhovaného spôsobu podľa nárokov 6, 7 a 8
5 zobrazuje príklad možnej schémy riadenia navrhovaného spôsobu podľa nároku 9
1 ukazuje príklad súčasného stavu techniky v oblasti výkonovej elektroniky na ukladanie energie.Obvod zosilňovača (2), ktorý je prevádzkovaný ako obvod na korekciu účinníka pomocou vhodnej schémy riadenia, sa nabíja cez akumulačnú tlmivku (21) a spínacie prvky (22, 23). ) a spínacie prvky (31, 32) polovičného mostíka (3) na spínanie v polovici vlny majú medziobvod (4), ku ktorému je zvyčajne prostredníctvom tu pripojenej elektroniky meniča DC/DC pripojený tu zobrazený zásobník energie. Okrem toho je k medziobvodu (4) alebo tu zobrazenému zásobníku energie (tu nie je zobrazený) pripojená ďalšia napájacia sieť, často solárny generátor, prostredníctvom ďalšieho samostatného meniča jednosmerného napätia. K medziobvodu (4) je tiež pripojený prídavný invertor, aby bol samostatný napájací zdroj (5) bez prerušenia napájaný zo spotrebiča striedavého prúdu. Invertor obsahuje stupňovitý prevodník (6) a polovičný mostík (3) na spínanie v pol vlne. Obvod zosilňovača (2) možno prevádzkovať aj obojsmerne, aby sa mohla dodávať energia do siete (1).
2 zobrazuje navrhované zariadenie v prvom uskutočnení. Obvod stupňovitého meniča (2) a polovičný mostík (3) na spínanie polovičnej vlny alebo polarity napájacej siete (1) sú pripojené k medziobvodu (4) a obvod medzného prevodníka (3) je tiež pripojený k medziobvodu (4). Druhý polovičný mostík (3) je upustený, takže jeden a ten istý polovičný mostík (3) je zapojený do toku prúdu v napájacom obvode (1), ako aj do toku prúdu v obvode ostrovnej siete (5). Výsledkom je, že keď je k prípojkám (41, 42) medziobvodu pripojený zásobník energie, je možné dosiahnuť neprerušiteľný zdroj energie so zníženým počtom komponentov pomocou úspory polovičného mostíka (3), a tým aj znížených nákladov a zvýšenej účinnosti. Ďalej môže byť v obvode zosilňovacieho obvodu prevodníka (2) prítomný izolačný spínač (7), pomocou ktorého je možné vykonať oddelenie siete a nastaviť frekvenciu ostrovnej siete nezávislú od frekvencie siete.
3 zobrazuje druhé príkladné uskutočnenie navrhovaného zariadenia, v ktorom je zásobník energie (9) pripojený k prípojkám (41, 42) medziobvodu (4) prostredníctvom obojsmerného jednosmerného meniča napätia (8). Na jednej strane neexistujú žiadne ďalšie požiadavky na činnosť vysokonapäťových zásobníkov energie vyplývajúce z príslušných noriem; na druhej strane môže prevodník DC-DC generovať prúd fázovo oproti medziobvodu nabíjacieho prúdu zosilňovača (2) na nabíjanie alebo vybíjanie zariadenia na uchovávanie energie (9), takže je možné znížiť zložku sieťového napätia striedavého napätia v medziobvodu (4) spôsobenú nabíjacím prúdom frekvencie sieťového zosilňovača (2). Vďaka tomu je možné napríklad upustiť od elektrolytických kondenzátorov.
5 zobrazuje ďalšiu schému riadenia navrhovaného spôsobu, ktorý sa používa najmä na napájanie spotrebiča (5) priamo z napájacej siete (1) bez potreby manuálnych zmien zariadenia. Pri kladnom vstupnom napätí (101) na napájacom prípoji (1) sú dva horné spínacie prvky (22, 62) zosilňovača (2) a zosilňovača (6) a spodný spínací prvok (32) polomosta (3) trvalo zapnuté, zatiaľ čo pri záporné vstupné napätie (101), dva spodné spínacie prvky (23, 63) zosilňovača (2) a zosilňovača (6) a horný spínací prvok (31) polomosta (3) sú zapnuté natrvalo. V čase zmeny polarity (102) napájacieho napätia (101) môže byť užitočné alebo potrebné deaktivovať jeden alebo viac signálov na konkrétne, voľne voliteľné časové obdobie.
1 Síťová přípojka 2 Obvod měniče zesílení 3 Obvod polovičního můstku 4 Zásobník energie (medziobvod) 5 Pripojenie pre elektrické zaťaženie 6 Obvod prevodníka Buck 7 Odpojovač 8 Obojsmerný prevodník DC/DC 9 Zásobník energie (batéria) 11 Sieťové pripojenie prvého pólu 12 Sieťové pripojenie druhého pólu 21 Indukčné ukladanie energie zosilňovača 22 Horný spínací prvok stupňovitého meniča 23 dolný spínací prvok stupňovitého meniča 30 bod pripojenia horný a dolný spínací prvok polomostíka 31 horný spínací prvok polovičného mostíka 32 spodný spínací prvok polovičného mostíka 41 horná prípojka na jednosmerné napätie 42 spodná prípojka na jednosmerné napätie (zemný potenciál) 51 prvý pólový prípojka pre spotrebiteľa 52 druhý pólový prípojka pre spotrebiteľa 61 indukčné ukladanie energie Buck prevodník 62 horný spínací prvok buck prevodníka 63 spodný spínací prvok buck prevodníka 101 príkladné napätie zo siete 102 prekríženie nuly (zmena polarity) sel)
CENOVÉ PONUKY UVEDENÉ V POPISE
Tento zoznam dokumentov uvedených žiadateľom bol vygenerovaný automaticky a je zahrnutý iba pre lepšiu informáciu čitateľa. Zoznam nie je súčasťou nemeckého patentu alebo prihlášky úžitkového vzoru. DPMA nepreberá zodpovednosť za chyby alebo opomenutia.
- DE 202008014919 Ul [0006]