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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein netzverbundenes Energieversorgungssystem und insbesondere ein netzverbundenes Energieversorgungssystem, das die Anzahl an Relais verringern kann und eine Verkleinerung des netzverbundenen Energieversorgungssystems ermöglicht.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Der vergrößerte Energieverbrauch seit der industriellen Revolution hat die Sorge einer globalen Energieknappheit mit sich gebracht, der sich die Menschen früher oder später stellen müssen. Die Suche nach alternativen Energien ist weltweit eine dringende Aufgabe für die Menschheit geworden, um sich jetzt und in Zukunft weiterhin entwickeln zu können. Die Erzeugung von Elektrizität aus Sonnenenergie, um elektrische Vorrichtungen mit Energie zu versorgen, ist momentan eine eher übliche Technik.
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Die Bereitsteller von konventionellen netzverbundenen Energieversorgungssystemen haben begonnen, umgewandelte alternative Energien, wie beispielsweise Windenergie, Sonnenenergie und Ähnliches, in das Versorgungsnetz einzubinden, um den Primärenergieverbrauch zu senken. Mit Bezug auf 4 umfasst ein konventionelles netzverbundenes Energieversorgungssystem ein erstes Energieversorgungsmodul 80 und ein zweites Energieversorgungsmodul 90. Das erste Energieversorgungsmodul und das zweite Energieversorgungsmodul nehmen Sonnenenergie auf und wandeln sie durch entsprechende Solarzellen 81, 91 in Elektrizität um. Die Elektrizität wird weiter durch zwei Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler (Gleichspannungswandler) 82, 92 und zwei Gleichrichter 83, 93 in Gleichspannung umgewandelt, um die Gleichspannung in zwei Energiespeicherkondensatoren C11, C22 zu speichern. Nachdem eine Speicherspannung Vbus1 oder Vbus2 der Energiespeicherkondensatoren C11, C22 größer ist als die Spannung des sich anschließenden allgemeinen Stromnetzes, schließt sich ein Relais und Gleichspannung, die von den Gleichrichtern 83, 93 abgegeben wird, wird durch zwei Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler 84, 94 in Wechselspannung umgewandelt und dann an die Ausgangskondensatoren C1 und C2 und weiter in das allgemeine Stromnetz abgegeben. Folglich wird die erneuerbare Energie, wie beispielsweise Sonnenenergie, Windenergie und Ähnliches, in Elektrizität umgewandelt, die ferner in Wechselspannung umgewandelt wird und in das allgemeine Stromnetz abgegeben wird, um den Primärenergieverbrauch zu senken.
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Wenn es die Solarzellen 81, 91 jedoch nicht schaffen, Sonnenenergie für die ersten und zweiten Energieversorgungsmodule 80, 90 bereitzustellen, und wenn die Speicherspannung Vbus1, Vbus2 der Energiespeicherkondensatoren C11, C12 geringer ist als der Spitzenspannungswert des allgemeinen Stromnetzes, lädt die Spannung des allgemeinen Stromnetzes durch eine Körperdiode (body diode) jedes Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET) innerhalb der Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler 84, 94 die Energiespeicherkondensatoren C11, C12 auf. Ein Überspannungsstrom wird durch den Entladungsprozess erzeugt, um durch die Körperdiode jedes MOSFETs zu fließen, und setzt eine große Energie frei, die die Körperdiode jedes MOSFETs erhitzt oder sogar durchbrennt. Um das allgemeine Stromnetz vom Laden der Energiespeicherkondensatoren C11, C12 abzuhalten wird mit Bezug auf 5 im Allgemeinen eine Relais 85, 95 mit einem Ausgangsanschluss von jedem ersten und zweiten Energieversorgungsmodul 80, 90 verbunden, um sicher zu stellen, dass sowohl das erste als auch das zweite Energieversorgungsmodul 80, 90 von dem allgemeinen Stromnetz isoliert ist, um weitere Beschädigungen der Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler 84, 94 zu verhindern.
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Auch wenn das Vorgehen, ein Relais mit allen ersten und zweiten Energieversorgungsmodulen 80, 90 zu verbinden, tatsächlich alle ersten und zweiten Energieversorgungsmodule 80, 90 isoliert und im Weiteren die Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler 84, 94 innerhalb aller ersten und zweiten Energieversorgungsmodule 80, 90 vom Durchbrennen abhält, ist das Relais teuer und beansprucht viel Platz aufgrund seiner umfangreichen Größe. Im Falle eines Energieversorgungssystems, das eine Vielzahl an Sätze von Energieversorgungsmodulen umfasst, können die Kosten- und Größenschwierigkeiten sogar schwerwiegender sein.
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Es gibt weitere herkömmliche Techniken, die die vorliegende Erfindung betreffen, und die nachfolgend beschrieben werden.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2010 060 398 A1 mit dem Titel „Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage zur Einspeisung von elektrischer Leistung in ein Mittelspannungsnetz” offenbart eine Photovoltaikanlage mit einer Vielzahl von Photovoltaikmodulen, mindestens einem Wechselrichter und mindestens einem Mittelspannungstransformator. Der Mittelspannungstransformator ist primärseitig unmittelbar mit einem Wechselstrom- Niederspannungsausgang des Wechselrichters verbunden, und mindestens ein Gleichstrom-Schaltorgan ist zwischen den Photovoltaikmodulen und einem Gleichstromeingang des Wechselrichters angeordnet. Bei nicht zur Einspeisung ausreichender Erzeugung von elektrischer Leistung durch die Photovoltaikmodule der Photovoltaikanlage erfolgt eine gleichspannungsseitige Trennung der Photovoltaikmodule von einem Wechselrichter, wohingegen der Wechselrichter wechselspannungsseitig über dem Mittelspannungstransformator mit dem Mittelspannungsnetz verbunden bleibt.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2011 053 094 A1 mit dem Titel „Wechselrichter mit AC-Schnittstelle zum Anschluss von AC-Modulen” offenbart einen Wechselrichter zur Einspeisung einer netzkonformen Wechselspannung in ein Netz. Der Wechselrichter umfasst eine Wechselrichterbrücke zum Umwandeln einer Gleichspannung in eine erste Wechselspannung und eine Netzschnittstelle zwischen der Wechselrichterbrücke und dem Netz zur Umwandlung der ersten Wechselspannung in die netzkonforme Wechselspannung zur Einspeisung in das Netz. Zwischen der Wechselrichterbrücke und der Netzschnittstelle ist eine AC-Schnittstelle angeordnet, über die ein AC-Modul zur Einspeisung in das Netz verbindbar ist.
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Die US-Patentanmeldung US 2011/0 249 475 A1 mit dem Titel „Grid-connected inverter” offenbart einen mit dem Netz verbundenen Wechselrichter, der erste und zweite Leistungswandelschaltkreise umfasst, einen Verbinder und einen Steuerschaltkreis. Der erste Wandelschaltkreis wandelt eine erste Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung um. Der zweite Wandelschaltkreis wandelt die zweite Gleichspannung in eine Wechselspannung um. Der Verbinder verbindet eine Ausgangsseite des ersten Wandelschaltkreises mit einem Netzsystem. Der Steuerschaltkreis umfasst einen Entscheidungsschaltkreis und steuert Beginn- und Anhaltevorgänge der Wandelschaltkreise sowie das Öffnen und Schließen des Verbinders. Der Entscheidungsschaltkreis entscheidet, ob ein Zustand des Verbinders abnormal ist, indem er nach der Öffnung des Verbinders unter der Steuerung des Steuerschaltkreises erfasst, ob oder ob nicht ein Wert der zweiten Gleichspannung geringer als ein Schwellwert ist, und falls der Wert der zweiten Gleichspannung als geringer als der Schwellwert erfasst wird, entscheidet der Entscheidungsschaltkreis, dass der Zustand des Verbinders abnormal ist.
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Die US-Patentanmeldung US 2007/0 133 241 A1 mit dem Titel „Power supply circuits” offenbart Spannungszufuhrschaltkreise und bezieht sich auf Schaltkreise zum Zuführen von elektrischer Leistung zu einem Energieversorgungssystem, wie etwa eines Wohnhausnetzwerks, von einer photovoltaischen Vorrichtung. Ein Leistungsbeeinflussungsschaltkreis für photovoltaische Leistung stellt die Leistung der photovoltaischen Vorrichtung an einer Wechselstromhauptanschlussleitung bereit. Der Schaltkreis umfasst einen Wechselspannungseingang, um Wechselspannungsleistung von der photovoltaischen Vorrichtung zu erhalten, er umfasst ferner einen Wechselspannungsausgang, der für eine direkte Verbindung mit der Wechselspannungsenergieversorgungsleitung ausgelegt ist, einen Gleichspannungs-zu-Wechselspannungs-Wandler, der mit dem Wechselspannungseingang und dem Wechselspannungsausgang gekoppelt ist, um Wechselspannungsleistung aus der photovoltaischen Vorrichtung in Wechselspannungsleistung zur Ausgabe über die Spannungsausgabeleitung bereitzustellen, und eine elektronische Steuerung, die direkt mit der Leistungsabgabeleitung gekoppelt ist, um eine Spannung der Leistungszufuhrleitung sowie einen Strom in der Leistungszufuhrleitung zu messen und den Wechselspannungs-zu-Gleichspannungs-Wandler in Abhängigkeit von dem Messergebnis zu steuern.
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Das US-Patent
US 5 625 539 A mit dem Titel „Method and apparatus for controlling a DC to AC inverter system by a plurality of pulse-width modulated pulse trains” offenbart ein Gerät zum Steuern eines Gleichspannungs-zu-Wechselspannungswandlersystems, welches eine Pulsfolge bereitstellt, die mittels einer Pulsbreitenmodulationssteuerung unter Verwendung eines Sinuswellensignals und eines Trägersignals pulsbreitenmoduliert ist. Die Pulsfolge wird wechselnd invertiert, mit positivem und negativem Vorzeichen. Durch ein durch die Inversion erhaltenes hochfrequentes Wechselspannungssignal wird eine Primärseite eines Transformators erregt, der dazu dient, Eingang und Ausgang voneinander galvanisch zu trennen. Diese Anordnung erlaubt es, einen hochfrequenten Transformator zu verwenden, der anstelle eines sonst verwendeten herkömmlichen Frequenztransformators ein viel geringeres Kapazitätsverhältnis und ein viel geringeres Gewichtsverhältnis aufweist. Daher kann das Wandlergerät in seiner Größe und seinem Gewicht verringert werden, im Vergleich zu einem System, welches einen Leistungsfrequenztransformator verwendet. Unter Verwendung einer einfachen Konstruktion kann eine Wechselspannungswellenform mit Sinuswelle erhalten werden, die eine deutlich geringere Verzerrung hat, ähnlich dem Ausgang einer Wellenform bei herkömmlicher Pulsbreitenmodulationssteuerung.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein netzverbundenes Energieversorgungssystem bereitzustellen, das eine erheblich kompaktere Größe und geringere Kosten aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch das netzverbundene Energieversorgungssystem noch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Untergeordneten Ansprüche.
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Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, umfasst das netzverbundene Energieversorgungssystem eine Vielzahl Energieversorgungsmodule, ein Relais und eine Steuerung.
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Jedes Energieversorgungsmodul umfasst einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss, einen Regenerativenergienumwandler, einen Gleichspannungswandler, einen Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler, eine Ausgangsschaltung, einen Eingangskondensator und einen Energiespeicherkondensator.
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Der Regenerativenergiewandler, der Gleichspannungswandler, der Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler und die Ausgangsschaltung sind in Reihe zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss des Energieversorgungsmoduls geschaltet. Der Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler umfasst eine Vielzahl MOSFETs.
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Der Eingangskondensator ist parallel zwischen den Regenerativenergiewandler und den Gleichspannungswandler geschaltet.
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Der Energiespeicherkondensator ist parallel zwischen den Gleichspannungswandler und den Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler geschaltet. Die MOSFETS des Gleichspannungs-/Wechselspannungswandlers sind zwischen den Energiespeicherkondensator und die Ausgangsschaltung geschaltet.
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Das Relais ist parallel zwischen den Ausgangsanschluss jedes Energieversorgungsmoduls und ein allgemeines Stromnetz geschaltet.
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Der Kontroller kontrolliert die Energieversorgungsmodule und das Relais.
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Das Verfahren wird durch den Kontroller ausgeführt und umfasst die Schritte:
Bestimmen, ob der Regenerativenergiewandler jedes Energieversorgungsmoduls Spannung bereitstellt,
Aktivieren jedes Energieversorgungsmoduls, das einen Spannung bereitstellenden Regenerativenergiewandler umfasst, so dass der Gleichspannungswandler des Energieversorgungsmoduls den Energiespeicherkondensator des Energieversorgungsmoduls lädt und eine Speicherspannung des Energiespeicherkondensators an den Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler abgegeben wird und in Wechselspannung umgewandelt wird und durch den Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler an die Ausgangsschaltung abgegeben wird,
Bestimmen, ob die Speicherspannung des Energiespeicherkondensators jedes Energiespeichermoduls größer ist als die vorgegebene Spitzenspannung des allgemeinen Stromnetzes, und Fortführen des aktuellen Schritts, wenn die Speicherspannung der Energiespeicherkondensatoren aller Energieversorgungsmodule nicht größer ist als die vorgegebene Spitzenspannung des allgemeinen Stromnetzes, und
Aktivieren des Relais, wenn die Speicherspannung der Energiespeicherkondensatoren aller Energieversorgungsmodule größer ist als die Spitzenspannung des allgemeinen Stromnetzes.
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Wenn ein Energieversorgungsmodul versagt und die Speicherspannung des Energiespeicherkondensators nicht in der Lage ist, die vorgegebene Spitzenspannung des allgemeinen Stromnetzes zu erreichen, lädt jedes arbeitende Energieversorgungsmodul nicht nur den Energiespeicherkondensator, sondern wandelt auch die Speicherspannung des Energiespeicherkondensators unter Verwendung des Gleichspannungs-/Wechselspannungswandlers um und gibt die umgewandelte Wechselspannung an die Ausgangsschaltung aus. Wenn die Ausgangsschaltungen der Energieversorgungsmodule parallel geschaltet sind, wird die umgewandelte Wechselspannung auch an die Ausgangsschaltungen jedes nicht arbeitenden Energieversorgungsmoduls ausgegeben. Die Körperdioden der MOSFETs der Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler jedes nicht arbeitenden Energieversorgungsmoduls gleich richten die umgewandelte Wechselspannung, die von der Ausgangsschaltungen der nicht arbeitenden Energieversorgungsmodule geschickt wird, in Gleichspannung, um die Energiespeicherkondensator der nicht arbeitenden Energieversorgungsmodule zu laden. Wenn die Speicherspannungen aller Energieversorgungsmodule höher sind als die vorgegebene Spitzenspannung des allgemeinen Stromnetzes, wird das Relais aktiviert, um mit dem allgemeinen Stromnetz verbunden zu werden. Bei Vorliegen des obigen Verfahrens, ist es unnötig, jedes Energieversorgungsmodul mit einem Relais zu verbinden. Deshalb ist die Anzahl benötigter Relais verringert und die Größe des Systems kann deshalb kompakter sein.
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Weitere Aufgaben, Vorteile und neue Eigenschaften der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich.
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IN DEN ZEICHNUNGEN ZEIGT
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1 ein Schaltungsdiagramm eines netzverbundenen Energieversorgungssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung,
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2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens, das durch eine Steuerung des netzverbundenen Energieversorgungssystems aus 1 ausgeführt wird,
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3 ein Schaltungsdiagramm des netzverbundenen Energieversorgungssystems aus 1 bei Betrieb, wenn ein Energiespeicherkondensator geladen wird,
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4 ein Schaltungsdiagramm eines konventionellen netzverbundenen Energieversorgungssystems und
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5 ein Schaltungsdiagramm eines weiteren konventionellen netzverbundenen Energieversorgungssystems.
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Mit Bezug auf 1 umfasst ein netzverbundenes Energieversorgungssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl Energieversorgungsmodule 10, 20, ein Relais 40 und eine Steuerung 30. Jedes Energieversorgungsmodul 10, 20 umfasst einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. Das Relais 40 ist parallel zu dem Ausgangsanschluss jedes Energieversorgungsmoduls 10, 20 geschaltet und ist zwischen jedes Energieversorgungsmodul 10, 20 und ein allgemeines Stromnetz geschaltet. Die Steuerung 30 steuert die Energieversorgungsmodule 10, 20 und das Relais 40. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Steuerung 30 eine Vielzahl Eingangsanschlüsse und eine Vielzahl Ausgangsanschlüsse, das Relais 40 umfasst einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und ein paar Schalter darin und das netzverbundene Energieversorgungssystem umfasst ein erstes Energieversorgungsmodul 10 und ein zweites Energieversorgungsmodul 20. Jedes Energieversorgungsmodul 10, 20 umfasst einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss, einen Regenerativenergiewandler 11, 21, einen Gleichspannungswandler 12, 22, einen Gleichspannungswechselspannungs-wandler 13, 23 und eine Ausgangsschaltung 14, 24, wobei der Regenerativenergiewandler 11, 21, der Gleichspannungswandler 12, 22, der Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler 13, 23 und die Ausgangsschaltung 14, 24 in Reihe zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Gleichspannungswandler 12, 22 einen Wandler 121, 221, einen Transformator 122, 222 und einen Gleichrichter 123, 223, die in Reihe zwischen den Eingangsanschluss eines entsprechenden Energieversorgungsmoduls 10, 20 und den Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler 13, 23 geschaltet sind. Der Gleichspannungswandler 12, 22 umfasst ferner einen Eingangskondensator Cs1, Cs2, der parallel zwischen den Wandler 121, 221 und den Eingangsanschluss eines entsprechenden Energieversorgungsmoduls 10, 20 geschaltet ist.
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Der Regenerativenergieumwandler 11, 21 umfasst einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss, wandelt eine Energiequelle, die mit den Eingangsanschluss verbunden ist, in eine Gleichspannung um und gibt die Gleichspannung an den dahinterliegenden Gleichspannungswandler 12, 22 durch seinen Ausgangsanschluss aus. Der Regenerativenergiewandler 11, 21 kann eine Windturbine, eine Solarzelle oder ähnliches sein. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Regenerativenergiewandler 11, 21 eine Solarzelle.
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Der Gleichspannungswandler 12, 22 umfasst einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss, wobei der Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss des Regenerativenergiewandlers 11, 21 verbunden ist, um die vom Regenerativenergiewandler 11, 21 ausgegebene Gleichspannung in eine stabile Betriebsgleichspannung umzuwandeln, die aus seinem Ausgangsanschluss ausgegeben wird.
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Der Eingangskondensator Cs1, Cs2 erzeugt mit der von dem Regenerativenergiewandler 11, 21 abgegebenen Gleichspannung eine Eingangsspannung V1, V2 und gibt die Eingangsspannung V1, V2 an den Wandler 121, 221 aus. Die Eingangsspannung V1, V2 wird durch die Steuerung 30 gemessen.
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Der Wandler 121, 221 umfasst einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. Der Eingangsanschluss des Wandlers 121, 221 ist parallel zu dem Eingangskondensator Cs1, Cs2 geschaltet und ist mit dem Eingangsanschluss des Gleichspannungswandlers 12, 22 verbunden. Der Wandler 121, 221 wandelt zuerst die Eingangsspannung V1, V2 in eine erste hochfrequente Betriebswechselspannung um und gibt dann die erste hochfrequente Betriebswechselspannung durch seinen Ausgangsanschluss aus.
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Der Transformator 122, 222 umfasst eine primäre Seite und eine sekundäre Seite. Die erste Betriebswechselspannung wird an der primären Seite des Transformators 122, 222 angelegt, die mit dem Ausgangsanschluss des Wandlers 122, 222 verbunden ist. Die erste Betriebswechselspannung wird in eine zweite hochfrequente Betriebswechselspannung umgewandelt und an der sekundären Seite des Transformators 122, 222 ausgegeben.
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Der Gleichrichter 123, 223 umfasst einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss, wobei der Eingangsanschluss mit der sekundären Seite des Transformators 122, 222 verbunden ist. Die zweite hochfrequente Betriebswechselspannung wird an den Eingangsanschluss des Gleichrichters 123, 223 angelegt und wird durch den Gleichrichter 123, 223 in eine stabile Betriebsgleichspannung umgewandelt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Gleichrichter 123, 223 einen Brückengleichrichter.
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Der Gleichspannungswandler kann von der Art her ein isolierter mit Vielfachausgang oder ein nicht isolierter sein. Von der Art her sind der Wandler 121, 221 und der Gleichrichter 123, 223 nicht speziell beschränkt und können von der Art her mit ganzer Brücke oder mit halber Brücke oder verstärkend oder abwärtsregelend sein. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Gleichspannungswandler von der Art her ein isolierter mit Vielfachausgang und umfasst vier MOSFETs, wobei das Gate jedes MOSFETs mit einem der Ausgangsanschlüsse der Steuerung 30 verbunden ist und durch die Steuerung 30 gesteuert wird.
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Der Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler 13, 23 umfasst einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss, wobei der Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss des Gleichrichters 123, 223 verbunden ist, um die Betriebsgleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und die Wechselspannung auszugeben. Der Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler 13, 23 kann von der Art her ein isolierter mit Vielfachausgang oder ein nicht isolierter sein. Von der Art her ist der Gleichspannungswechselspannungswandler 13, 23 nicht speziell beschränkt und kann von der Art her mit ganzer Brücke oder mit halber Brücke oder verstärkend oder abwärtsregelend sein. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler von der Art her ein isolierter mit Vielfachausgang und umfasst vier MOSFETs. Das Gate jedes MOSFETs ist mit einem der Ausgangsanschlüsse der Steuerung 30 verbunden ist und wird durch die Steuerung 30 gesteuert.
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Die Ausgangsschaltung 14, 24 umfasst einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss, eine Ausgangsspule L1, L2 und einen Ausgangskondensator C1, C2. Der Eingangsanschluss der Ausgangsschaltung 14, 24 ist mit dem Ausgangsanschluss des Gleichspannungs-/Wechselspannungswandlers 13, 23 verbunden. Der Ausgangsanschluss der Ausgangsschaltungen 14, 24 ist mit dem Ausgangsanschluss eines entsprechenden Energieversorgungsmoduls 10, 20 verbunden. Die Ausgangsspule L1, L2 ist seriell zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss der Ausgangsschaltung 14, 24 geschaltet. Der Ausgangskondensator C1, C2 ist parallel zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss der Ausgangsschaltung 14, 24 geschaltet. Die zwei Ausgangskondensatoren C1, C2 sind parallel zu einem Eingangsanschluss des Eingangsanschluss des Relais 40 geschaltet. Die Ausgangsspule L1, L2 und der Ausgangskondensator C1, C2 sind kombiniert, um einen Filter für die Ausgangsschaltung 14, 24 auszubilden, um eine Wechselspannung mit einer bestimmten Frequenz auszugeben. Die Ausgangsschaltung 14, 24 zielt auch darauf ab, eine Ausgangsspannung von den Kondensatoren C1, C2 mit der von dem Gleichspannungswechselspannungs-wandler 13, 23 ausgegebenen Betriebswechselspannung zu erzeugen.
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Jedes Energieversorgungsmodul 10, 20 umfasst ferner einen Energiespeicherkondensator C11, C22, der parallel zwischen den Gleichspannungswandler 12, 22 und den Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler 13, 23 geschaltet ist.
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Die Steuerung 30 umfasst eine Vielzahl Eingangsanschlüsse und eine Vielzahl Ausgangsanschlüsse. Die Eingangsanschlüsse der Steuerung sind mit jedem Eingangskondensator Cs1, Cs2 und jedem Energiespeicherkondensator C11, C22 verbunden, um dem entsprechenden Spannungswert davon zu erhalten. Ein Teil der Ausgangsanschlüsse der Steuerung 30 sind respektive mit den Gates der MOSFETS Q11, Q12, Q13, Q14, Q21, Q22, Q23, Q24 der Gleichspannungswandler und den Gates der MOSFETs Q15, Q16, Q17, Q18, Q25, Q26, Q27, Q28 der Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler verbunden, damit die Steuerung 30 jeden MOSFET der Gleichspannungswandler und der Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler an oder abschalten kann. Zwei der Ausgangsanschlüsse der Steuerung sind mit dem Paar Schalter des Relais 40 verbunden, damit die Steuerung 30 das Paar Schalter des Relais 40 an oder ausschalten kann.
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Nachdem das netzverbundene Energieversorgungssystem gestartet wurde, wird mit Bezug auf 2 ein Verfahren zur Steuerung eines netzverbundenen Energieversorgungssystems durch die Steuerung ausgeführt und umfasst die folgenden Schritte.
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Schritt 301: Bestimmen, ob der Regenerativenergiewandler jedes Energieversorgungsmoduls Strom abgibt.
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Schritt 302: Aktivieren jedes Energieversorgungsmoduls, das einen Strom abgebenden Regenerativenergiewandler aufweist, so dass der Gleichspannungswandler des Energieversorgungsmoduls den Energiespeicherkondensator des Energieversorgungsmoduls auflädt und eine Speicherspannung des Energiespeicherkondensators an den Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler abgegeben wird und in Wechselspannung umgewandelt wird und durch den Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler an die Ausgangsschaltung abgegeben wird.
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Schritt 303: Bestimmen, ob die Speicherspannung des Energiespeicherkondensators jedes Energieversorgungsmoduls größer ist als eine vorgegebene Spitzenspannung des allgemeinen Stromnetzes, und Wiederholen des aktuellen Schritts, wenn nicht alle Spannungen der Energiespeicherkondensatoren der Energieversorgungsmodule größer sind als die vorgegebene Spitzenspannung des allgemeinen Stromnetzes.
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Schritt 304: Aktivieren des Relais, wenn die Spannungen der Energiespeicherkondensatoren aller Energieversorgungsmodule größer sind als die vorgegebene Spitzenspannung des allgemeinen Stromnetzes.
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Wenn das netzverbundene Energieversorgungssystem betrieben wird, steuert die Steuerung 30 jedes Energieversorgungsmoduls 10, 20, dessen Gleichspannungswandler 12, 22 die Eingangspannung V1, V2 aufweist, so dass die Eingangsspannung V1, V2 durch den Gleichspannungswandler 12, 22, den Transformator 122, 222 und den Gleichrichter 123, 223 durchgeht, um den Energiespeicherkondensator C11, C22 zur Erzeugung der Speicherspannung Vbus1, Vbus2 aufzunehmen. Die Steuerung bestimmt ferner, ob die Speicherspannung größer ist als die Spitzenspannung des allgemeinen Stromnetzes, und wenn ja, aktiviert sie das Relais 40, um eine Verbindung mit dem allgemeinen Stromnetz herzustellen, und steuert den Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler 13, 23 an, die Speicherspannung Vbus1, Vbus2 an die Ausgangsschaltung 14, 24 auszugeben. Wenn eines der Energieversorgungsmodule 10, 20 versagt, erhält mit Bezug auf 3 der Regenerativenergiewandler 21 des zweiten Stromversorgungsmoduls 20 Energie und erzeugt die Eingangsspannung V2 an dem Eingangskondensator Cs2. Aufgrund des Empfangens der Eingangsspannung V2 aktiviert die Steuerung 30 den Gleichspannungswandler 22, um den Energiespeicherkondensator C22 durch den Transformator 222 und den Gleichrichter 223 zu laden, bis die Speicherspannung Vbus2 des Energiespeicherkondensators C22 größer ist als die Spitzenspannung des allgemeinen Stromnetzes. Die Steuerung 30 aktiviert dann den Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler 23, um die Speicherspannung ferner an die Ausgangsschaltung 24 auszugeben und eine Ausgangsspannung Vo2 an dem Ausgangskondensator C2 zu erzeugen. Da die Steuerung 30 misst, dass die Speicherspannung Vbus1 des Energiespeicherkondensators C11 des ersten Energieversorgungsmoduls 10 geringer ist als die Spitzenspannung des allgemeinen Stromnetzes, wird das Relais 40 nicht aktiviert. Da der Ausgangskondensator C2 der Ausgangsschaltung 24 des zweiten Energieversorgungsmoduls 20 parallel zu dem Ausgangskondensator C1 des ersten Energieversorgungsmoduls 10 geschaltet ist, wird die Ausgangsspannung Vo2 des Ausgangskondensators C2 an den Ausgangskondensator C1 ausgegeben, um eine entsprechende Ausgangsspannung Vo1 zu erzeugen. Die Körperdiode jedes MOSFETs Q15, Q16, Q17, Q18 innerhalb des Gleichspannungs-/Wechselspannungswandlers 13 gleichgerichtet ferner die Ausgangsspannung Vo1 zu Gleichspannung, um den Energiespeicherkondensator C11 zu laden. Nachdem die Speicherspannung Vbus1 des Energiespeicherkondensators C11 und die Speicherspannung Vbus2 des Energiespeicherkondensators C22 alle größer sind als die Spitzenspannung des allgemeinen Stromnetzes, aktiviert die Steuerung 30 dann das Relais 40, um eine Verbindung mit dem allgemeinen Stromnetz herzustellen. Bei Verwendung des obigen Verfahrens wird der Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler nicht durch Rückkopplung geladen und es ist nicht nötig, ein Relais zu jedem Ausgangsanschluss jedes Energieversorgungsmoduls für die gegenseitige Isolation hinzuzufügen. Folglich kann die Anzahl an Relais reduziert werden und eine Miniaturisierung des netzverbundenen Systems ist erreichbar, wodurch einen Wettbewerbsvorteil in dem Markt der netzverbundenen Systeme vergrößert wird.
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Auch wenn viele Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung in der obigen Beschreibung zusammen mit Details der Struktur und Funktion der Erfindung dargelegt wurden, ist die Offenbarung nur beispielhaft und Änderungen können im Detail, insbesondere in Bezug auf Form, Größe und Anordnung der Teile, innerhalb der Prinzipien der Erfindung bis zu dem vollen Umfang vorgenommen werden, der durch die breite allgemeine Bedeutung der Begriffe angedeutet ist, in denen die angefügten Ansprüche ausgedrückt sind.
