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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstromleitungs-Emulator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Hintergrund der Erfindung
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Auf dem Gebiet der erneuerbaren Energie hat die Popularität eines netzgebundenen Energieerzeugungssystems aufgrund seiner besseren wirtschaftlichen Vorteile und seines geringeren schädlichen Einflusses auf die Umwelt allgemein zugenommen. Ein netzgebundenes Energieerzeugungssystem wird zur Umwandlung einer von diesem selbst erzeugten Gleichstrom-(DC-)Energie in eine Wechselstrom-(AC-)Energie für ein Versorgungsnetz durch einen DC-/AC-Konverter verwendet. Bevor ein Hersteller eine Auslegung eines netzgebundenen Energieerzeugungssystems vorbereitet, muss der Hersteller eine Reihe von Standardtests am ausgelegten netzgebundenen Energieerzeugungssystem durchführen, um zu ermitteln, ob Anforderungen von Sicherheitsbestimmungen eingehalten werden. Jedoch kann die harmonische Verzerrung der Gesamtspannung eines Versorgungsnetzes den Oberschwingungsstrom eines netzgebundenen Energieerzeugungssystems beeinflussen. Wenn die AC-Energie aus einem netzgebundenen Energieerzeugungssystem in ein Versorgungsnetz eingespeist wird, muss der Hersteller zudem die Zustände des Versorgungsnetzes und die Einflüsse auf das netzgebundene Energieerzeugungssystem berücksichtigen, die von den mit dem Versorgungsnetz verbundenen Lasten verursacht werden.
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Beim Stand der Technik wurden Diagnoseprogramme verwendet, um ein netzgebundenes Energieerzeugungssystem mittels einer Leistungswiderstandskammer und einer AC-Energieversorgung zu prüfen. Um die Diagnoseprogramme am netzgebundenen Energieerzeugungssystem erfolgreich durchzuführen, muss ein Nutzer jedoch häufig mit der Leistungswiderstandskammer verbundene Schalter betätigen und die Abgabeleistung der AC-Energieversorgung sorgfältig regulieren, um sicherzustellen, dass das netzgebundene Energieerzeugungssystem unter den gewünschten Bedingungen arbeitet. Für den Nutzer ist der oben beschriebene Prüfvorgang mühsam und führt häufig zu Fehlern.
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Daher ist der Stand der Technik keine gute Wahl, um das netzgebundene Energieerzeugungssystem zu prüfen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wechselstromleitungs-Emulator, im Folgenden als AC-Leitungs-Emulator bezeichnet, bereitzustellen, der verhindern kann, dass ein Strom in eine AC-Energieversorgung zurückfließt, was zur Folge hat, dass die AC-Energieversorgung abgeschaltet wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen AC-Leitungs-Emulator gemäß Anspruch 1. Die Unteransprüche offenbaren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Wie aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung klarer ersichtlich wird, umfasst der beanspruchte AC-Leitungs-Emulator eine AC-Energieversorgung und eine automatisch regelnde Last. Die AC-Energieversorgung wird verwendet, um eine AC-Leitungsfrequenz und eine AC-Leitungsspannung bereitzustellen. Die automatisch regelnde Last ist zwischen die AC-Energieversorgung und ein netzgebundenes Energieerzeugungssystem geschaltet, um als Prüflast für das netzgebundene Energieerzeugungssystem zu fungieren und zu verhindern, dass ein Strom zur AC-Energieversorgung zurückfließt und die AC-Energieversorgung abschaltet. Eine Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last ist gleich einer Summe einer Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieerzeugungssystems und einer Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung, wenn das netzgebundene Energieerzeugungssystem geprüft wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
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Darin zeigt:
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1 eine Grafik, die einen Wechselstromleitungs-Emulator gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird auf 1 Bezug genommen. 1 ist ein Schaltplan, der einen Wechselstromleitungs-Emulator bzw. AC-Leitungs-Emulator 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Der AC-Leitungs-Emulator 100 umfasst eine AC-Energieversorgung 102 und eine automatisch regelnde Last 104. Die AC-Energieversorgung 102 kann eine programmierbare AC-Energieversorgung zur Bereitstellung einer AC-Leitungsfrequenz (z. B. 60 Hz) und einer AC-Leitungsspannung (z. B. 110 V) sein, um verschiedene Zustände einer AC-Leitung zu simulieren und Rauschen, Oberschwingungen und Restwelligkeiten zu isolieren, die aus der AC-Leitung zugeführt werden. Die automatisch regelnde Last 104 ist zwischen die AC-Energieversorgung 102 und ein netzgebundenes Energieversorgungssystem 106 geschaltet, um als Prüflast für das netzgebundene Energieversorgungssystem 106 zu fungieren. Die automatisch regelnde Last 104 kann verhindern, dass ein Strom zur AC-Energieversorgung 102 zurückfließt und die AC-Energieversorgung 102 abschaltet. Wenn das netzgebundene Energieversorgungssystem 106 geprüft wird, ist die Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last 104 gleich einer Summe der Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieversorgungssystems 106 und der Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung 102. Das netzgebundene Energieversorgungssystem 106 kann ein Photovoltaik-Generator sein. Darüber hinaus überträgt das netzgebundene Energieversorgungssystem 106 die Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieversorgungssystems 106 entsprechend der AC-Leitungsfrequenz und der AC-Leitungsspannung an die AC-Leitung.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst die automatisch regelnde Last 104 eine Leistungswiderstandskammer 1042 und eine Lastregeleinheit 1044. Die Leistungswiderstandskammer 1042 umfasst eine Mehrzahl von parallelen Widerständen R1 bis Rn, wobei n eine ganze Zahl größer als 1 ist. Die Leistungswiderstandskammer 1042 ist zwischen einem Ausgangsanschluss des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 und einem Ausgangsanschluss der AC-Energieversorgung 102 angeschlossen, um die Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 und die Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung 102 aufzubrauchen. Die Lastregeleinheit 1044 ist zwischen der Leistungswiderstandskammer 1042 und dem netzgebundenen Energieerzeugungssystem 106 angeschlossen, um einen Ersatzwiderstand bzw. äquivalenten Widerstand der Leistungswiderstandskammer 1042 automatisch einzustellen, um die Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last 104 gleich der Summe der Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 und der Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung 102 zu machen, wenn das netzgebundene Energieerzeugungssystem 106 geprüft wird. Die Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 ist größer als die Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung 102, Dies bedeutet, dass der größere Teil der Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last 104 vom netzgebundenen Energieerzeugungssystem 106 zugeführt wird und der kleinere Teil der Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last 104 von der AC-Energieversorgung 102 zugeführt wird. Darüber hinaus kann ein Nutzer die automatisch regelnde Last 104 entsprechend praktischer Erfordernisse des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 auch auf einen Modus einer festen Last einstellen. Wenn sich die automatisch regelnde Last 104 im Modus einer festen Last befindet, ist der äquivalente Widerstand der Leistungswiderstandskammer 1042 ein Festwert und die Funktion der Lastregeleinheit 1044 zur automatischen Regelung des äquivalenten Widerstands der Leistungswiderstandskammer 1042 ist deaktiviert. Wenn die automatisch regelnde Last 104 eingeschaltet wird oder ist, kann die automatisch regelnde Last 104 zudem den äquivalenten Widerstand der Leistungswiderstandskammer 1042 schrittweise verändern, zu überprüfen, ob die Lastregeleinheit 1044 versagt.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst die Lastregeleinheit 1044 eine Schalter-Schaltung 10442, eine Sensorschaltung 10444 und einen Mikroprozessor 10446. Die Schalter-Schaltung 10442 ist mit der Leistungswiderstandskammer 1042 verbunden und die Schalter-Schaltung 10442 umfasst eine Mehrzahl von parallelen Schaltern SW1 bis SWn-1, wobei jeder parallele Schalter in Reihe mit einem entsprechenden der Mehrzahl der parallelen Widerstände R1 bis Rn-1 verbunden ist, die in der Leistungswiderstandskammer 1042 vorgesehen sind. Die Mehrzahl der parallelen Schalter SW1 bis SWn-1 sind bidirektionale Leistungsschalter. Die Sensorschaltung 10444 umfasst einen ersten Stromsensor 104442, einen zweiten Stromsensor 104444, einen dritten Stromsensor 104446 und eine Spannungsrückkopplungsschaltung 104448. Der erste Stromsensor 104442 ist mit dem netzgebundenen Energieerzeugungssystem 106 verbunden, um einen Ausgangsstrom des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 zu erfassen; der zweite Stromsensor 104444 ist mit der AC-Energieversorgung 102 verbunden, um einen Ausgangsstrom der AC-Energieversorgung 102 zu erfassen; der dritte Stromsensor 104446 ist mit der Schalter-Schaltung 10442 verbunden, um einen Eingangsstrom der Schalter-Schaltung 10442 zu erfassen; die Spannungsrückkopplungsschaltung 104448 ist mit der Schalter-Schaltung 10442 verbunden, um eine Ausgangsspannung des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 zu erfassen.
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Der erste Stromsensor 104442, der zweite Stromsensor 104444, der dritte Stromsensor 104446 und die Spannungsrückkopplungsschaltung 104448 werden verwendet, um den Ausgangsstrom des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106, den Ausgangsstrom der AC-Energieversorgung 102, den Eingangsstrom der Schalter-Schaltung 10442 und die Ausgangsspannung des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 in ein Steuersignal CS umzuwandeln. Der Mikroprozessor 10446 ist mit der Schalter-Schaltung 10442 und der Sensorschaltung 10444 verbunden, um das Steuersignal CS zu empfangen und ein Schalter-Steuersignal SCS gemäß dem Steuersignal CS und einer Nachschlagetabelle zu erzeugen. Der Mikroprozessor 10446 kann Funktionsinformationen der automatisch regelnden Last 104 für den Nutzer auf einem Personal Computer oder einer Flüssigkristallanzeige anzeigen. Darüber hinaus stellt die automatisch regelnde Last 104 zudem eine Hysterese-Funktion bereit, um zu verhindern, dass der Mikroprozessor 10446 das Einschalten und Ausschalten der Mehrzahl der bidirektionalen parallelen Schalter SW1 bis SWn-1 der Schalter-Schaltung 10442 entsprechend des Steuersignals CS und der Nachschlagtabelle kontinuierlich anpasst. Ferner ist die Betriebsfrequenz des Mikroprozessors 10446 viel höher als die, die von der AC-Energieversorgung 102 bereitgestellt wird.
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Die Schalter-Schaltung 10442 verwendet das Schalter-Steuersignal SOS zum Steuern des Einschaltens und Ausschaltens der Mehrzahl der bidirektionalen parallelen Schalter SW1 bis SWn-1, die in der Schalter-Schaltung 10442 vorgesehen sind, um den äquivalenten Widerstand der Mehrzahl der parallelen Widerstände R1 bis Rn einzustellen, die in der Leistungswiderstandskammer 1042 vorgesehen sind. Daher kann die Leistungsaufnahme der Leistungswiderstandskammer 1042 gemäß einer Gleichung (1) bestimmt werden: P = V2/R (1)
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Wie aus Gleichung (1) ersichtlich, ist P die Leistungsaufnahme der Leistungswiderstandskammer 1042, ist R der äquivalente Widerstand der Mehrzahl der parallelen Widerstände R1 bis Rn der Leistungswiderstandskammer 1042 und ist V die Ausgangsspannung des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106.
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Ferner ist der parallele Widerstand Rn, der einer der parallelen Widerstände R1 bis Rn ist, die in der Leistungswiderstandskammer 1042 vorgesehen sind, nicht in Reihe mit einem der parallelen Schalter SW1 bis SWn-1 verbunden, die in der Schalter-Schaltung 10442 vorgesehen sind. Genauer gesagt ist der parallele Widerstand Rn direkt und nicht über einen aus der Mehrzahl der parallelen Schalter SW1 bis SWn-1, die in der Schalter-Schaltung 10442 vorgesehen sind, mit einem Ausgangsanschluss der AC-Energieversorgung 102 verbunden. Dies stellt sicher, dass die AC Energieversorgung 102 eine Mindest-Ausgangsleistung bzw. Basis-Ausgangsleistung bereitstellen kann, um zu verhindern, dass ein Strom in die AC-Energieversorgung 102 zurückfließt.
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Wenn das netzgebundene Energieerzeugungssystem 106 geprüft wird, stellen sich ferner die detaillierten Beziehungen zwischen der Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last 104, die Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 und die Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung 102 wie folgt dar. Wenn das netzgebundene Energieerzeugungssystem 106 ausgeschaltet ist, kann die AC-Energieversorgung 102 zuerst die Basis-Ausgangsleistung bereitstellen, um den minimalen äquivalenten Widerstand der Leistungswiderstandskammer 1042 anzugleichen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last 104 gleich der Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung 102. Wenn die Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 größer als Null ist, kann die Lastregeleinheit 1044 sodann den äquivalenten Widerstand der Leistungswiderstandskammer 1042 gemäß des Ausgangsstroms und der Ausgangsspannung des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106, und den Ausgangsstrom der AC-Energieversorgung 102 automatisch einstellen. Auf diese Weise kann eine minimale Differenz zwischen der Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last 104 und der Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 erreicht werden. Genauer gesagt wird der größere Teil der Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last 104 vom netzgebundenen Energieerzeugungssystem 106 zugeführt und der kleinere Teil der Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last 104 wird von der AC-Energieversorgung 102 zugeführt. Wenn eine Schwankung der Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 zu stark ist, weist die AC-Energieversorgung 102 daher immer nach einen ausreichenden Spielraum auf, um der automatisch regelnden Last 104 eine ausreichende Ansprechzeit zu lassen, um den äquivalenten Widerstand der Leistungswiderstandskammer 1042 einzustellen, um zu verhindern, dass ein Strom in die AC-Energieversorgung 102 zurückfließt und die AC-Energieversorgung 102 abschaltet, und um sicherzustellen, dass die Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung 102 die maximale Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung 102 nicht überschreitet.
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Ein löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EPROM) ist im Mikroprozessor 10446 eingebaut, so dass die zuvor gespeicherte Einstellung im Mikroprozessor 10446 beibehalten wird, wenn der AC-Leitungs-Emulator 100 ausgeschaltet wird und der nächste Betrieb der automatisch regelnden Last 104 beim Wiedereinschalten nicht beeinträchtigt wird. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Aufbau der Lastregeleinheit 1044 in 1 beschränkt. Jede Konfiguration bei der die Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last 104 gleich der Summe der Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieerzeugungssystems 106 und der Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung 102 ist, fällt in den Umfang der vorliegenden Erfindung.
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Zusammengefasst verwendet der AC-Leitungs-Emulator die automatisch regelnde Last als Prüflast für das netzgebundene Energieerzeugungssystem und verwendet die AC-Energieversorgung, um die AC-Leitungsfrequenz und die AC-Leitungsspannung für verschiedene Simulationszustände der AC-Leitung bereitzustellen. Darüber hinaus kann die automatisch regelnde Last den äquivalenten Widerstand der Leistungswiderstandskammer einstelllen und hält die Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung gemäß dem Strom und den Spannungen des netzgebundenen Energieerzeugungssystems über einem vorgegebenen Wert. Demzufolge ist die AC-Energieversorgung für die Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last gleich der Summe der Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieerzeugungssystems und der Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung. Darüber hinaus wird verhindert, dass ein Strom in die AC-Energieversorgung zurückflließt und die AC-Stromversorgung wird dementsprechend nicht abgeschaltet. Im Vergleich zum Stand der Technik kann die vorliegende Erfindung daher die Nachteile der Langwierigkeit und Fehlerauftrittswahrscheinlichkeit beim Prüfen des netzgebundenen Energieerzeugungssystems verbessern.
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Zusammenfassend ist festzustellen:
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Ein Wechselstromleitungs-Emulator bzw. AC-Leitungs-Emulator (100) umfasst eine AC-Energieversorgung (102) und eine automatisch regelnde Last (104). Die AC-Energieversorgung (102) wird zum Bereitstellen einer AC-Netzfrequenz und einer AC-Netzspannung verwendet. Die automatisch regelnde Last (104) ist zwischen die AC-Energieversorgung (102) und ein netzgebundenes Energieerzeugungssystem (106) geschaltet, um als Prüflast für das netzgebundene Energieerzeugungssystem (106) zu dienen und um zu verhindern, dass ein Strom in die AC-Energieversorgung (102) zurückfließt und die AC-Energieversorgung (102) abschaltet. Wenn das netzgebundene Energieerzeugungssystem (106) geprüft wird, ist eine Leistungsaufnahme der automatisch regelnden Last (104) gleich einer Summe einer Leistungsabgabe des netzgebundenen Energieerzeugungssystems (106) und einer Leistungsabgabe der AC-Energieversorgung (102).
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Wechselstromleitungs-Emulator, AC-Leitungs-Emulator
- 102
- AC-Energieversorgung
- 104
- automatisch regelnde Last
- 106
- netzgebundenes Energieversorgungssystem
- 1042
- Leistungswiderstandskammer
- 1044
- Lastregeleinheit
- 10442
- Schalter-Schaltung
- 10444
- Sensorschaltung
- 104442
- erster Stromsensor
- 104444
- zweiter Stromsensor
- 104446
- dritter Stromsensor
- 104448
- Spannungsrückkopplungsschaltung