DE102021123422A1 - ACTIVE FEED-IN CONVERTER - Google Patents
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Abstract
Die Anmeldung betrifft einen aktiven Einspeisewandler (10) mit einem AC-Ausgang (24), einem DC-Ausgang (26) zur Versorgung eines anschließbaren DC-Busses (14) mit DC-Lasten (42,44). Der aktive Einspeisewandler (10) umfasst:
- einen Wechselrichter (16), dessen Wechselrichterbrücke (20) über einen Zwischenkreis (18) an den DC-Ausgang (26) angeschlossen ist,
- eine erste Regeleinheit (30) zur Bereitstellung von Leistung am DC-Ausgang (26) derart, dass die am DC-Ausgang (26) anliegende Spannung (UDC) innerhalb eines zulässigen Spannungsbereichs (ZB) bleibt,
- eine zweite Regeleinheit (32) zur netzdienlichen Bereitstellung einer Leistungskomponente am AC-Ausgang (24) in Abhängigkeit von mindestens einem an dem AC-Ausgang (24) bestimmten elektrischen Parameter eines am AC-Ausgang (24) angeschlossenen AC-Netzes (12), wobei ein Bereich für den mindestens einen Parameter vorgegeben ist, innerhalb dessen die netzdienliche Bereitstellung der Leistungskomponente erfolgt, wobei die zweite Regeleinheit (32) dazu eingerichtet ist, die Bereichsgrenzen des Bereiches in Abhängigkeit einer zentralen Regelgröße (ZRG) zu variieren, wobei die zentrale Regelgröße (ZRG) die am DC-Ausgang (26) anliegende Spannung oder die am DC-Ausgang (26) bereitgestellte Leistung ist.
Die Anmeldung betrifft weiter ein Verfahren zur Bereitstellung von Leistung an einem DC-Ausgang (26) eines aktiven Einspeisewandlers (10).
The application relates to an active feed converter (10) with an AC output (24), a DC output (26) for supplying a connectable DC bus (14) with DC loads (42, 44). The active feed-in converter (10) includes:
- an inverter (16) whose inverter bridge (20) is connected to the DC output (26) via an intermediate circuit (18),
- a first control unit (30) for providing power at the DC output (26) in such a way that the voltage (UDC) present at the DC output (26) remains within a permissible voltage range (ZB),
- a second control unit (32) for providing a power component at the AC output (24) for the benefit of the grid as a function of at least one electrical parameter, determined at the AC output (24), of an AC grid (12) connected to the AC output (24) , wherein a range is specified for the at least one parameter, within which the grid-friendly provision of the power component takes place, wherein the second control unit (32) is set up to vary the range limits of the range depending on a central controlled variable (ZRG), the central The controlled variable (ZRG) is the voltage present at the DC output (26) or the power provided at the DC output (26).
The application also relates to a method for providing power at a DC output (26) of an active feed converter (10).
Description
Die Anmeldung betrifft einen aktiven Einspeisewandler zur Versorgung eines DC-Busses und daran angeschlossene DC-Lasten sowie ein Verfahren zur Bereitstellung von Leistung und zur gleichzeitigen Bereitstellung von Netzdienstleistungen. Mit DC wird Gleichstrom oder Gleichspannung bezeichnet.The application relates to an active feed-in converter for supplying a DC bus and connected DC loads as well as a method for providing power and for providing grid services at the same time. DC refers to direct current or direct voltage.
Aktive Einspeisewandler, auch Active Frontends (AFE) oder Active Feed-in Converters (AFC) genannt, werden benötigt, um größere DC-Lasten wie Elektrolyseure oder Industrieroboter, die über einen DC-Bus an den aktiven Einspeisewandler angeschlossen sind, aus einem AC-Netz mit elektrischer Leistung zu versorgen. Hierbei erfüllt der aktive Einspeisewandler die Aufgabe, soviel Leistung zwischen DC-Netz und AC-Netz zu wandeln, dass die Spannung des DC-Netzes in einem zulässigen Bereich verbleibt. Üblicherweise regelt der aktive Einspeisewandler die Spannung hierbei auf eine Nennspannung des DC-Netzes.Active feed-in converters, also known as active frontends (AFE) or active feed-in converters (AFC), are required to convert larger DC loads such as electrolysers or industrial robots, which are connected to the active feed-in converter via a DC bus, from an AC to supply electrical power to the grid. Here, the active feed-in converter fulfills the task of converting as much power between the DC grid and the AC grid that the voltage of the DC grid remains within a permissible range. The active feed-in converter usually regulates the voltage to a nominal voltage of the DC grid.
Mit AC-Netz wird ein Wechselstromnetz oder ein Wechselspannungsnetz bezeichnet. Die Betreiber des AC-Netzes, zum Beispiel öffentliche Energieversorger, können daran interessiert sein, dass der aktive Einspeisewandler gleichzeitig auch Netzdienstleistungen erbringt, also darauf hinwirkt, dass Parameter des AC-Netzes in einem zulässigen Bereich verbleiben. Solche Parameter können zum Beispiel die Frequenz oder die Spannungsamplitude des AC-Netzes sein, aber auch zum Beispiel die Spannungsamplitude einer Harmonischen der Netzfrequenz. Auf diese Weise können zusätzliche, vorbekannte Netzkomponenten, die zur Bereitstellung der Netzdienstleistung vorgesehen sind, eingespart werden.An AC network or an AC voltage network is referred to as an AC network. The operators of the AC grid, for example public energy suppliers, may be interested in the active feed-in converter also providing grid services at the same time, i.e. working towards the parameters of the AC grid remaining within a permissible range. Such parameters can be, for example, the frequency or the voltage amplitude of the AC network, but also, for example, the voltage amplitude of a harmonic of the network frequency. In this way, additional, previously known network components that are provided for providing the network service can be saved.
Hierbei tritt das Problem auf, dass durch die Bereitstellung einer netzdienlichen Leistungskomponente, die zusätzlich zu der für die Versorgung des DC-Busses mit Leistung durch den aktiven Einspeisewandler gewandelt werden muss, unter Umständen die Leistungsfähigkeit des Einspeisewandlers erreicht oder gar überschritten werden kann.The problem here is that the provision of a grid-serviceable power component, which has to be converted by the active feed-in converter in addition to that for supplying the DC bus with power, can under certain circumstances reach or even exceed the performance of the feed-in converter.
Aufgabe ist daher, einen aktiven Einspeisewandler aufzuzeigen, der die Funktion der zusätzlichen netzdienstleistenden Komponenten übernehmen kann und diese hierdurch ersetzlich macht, ohne den Einspeisewandler zu überlasten.The task is therefore to show an active feed-in converter that can take over the function of the additional grid service components and thereby replace them without overloading the feed-in converter.
Die Aufgabe wird durch einen aktiven Einspeisewandler mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Einspeisewandlers und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved by an active feed converter with the features of
Ein aktiver Einspeisewandler weist einen DC-Ausgang zur Versorgung eines anschließbaren DC-Busses mit DC-Lasten und einen AC-Ausgang zum Anschluss an ein AC-Netz auf. Der aktive Einspeisewandler ist eingerichtet, über den AC-Ausgang Netzdienstleistungen bereitzustellen. Der aktive Einspeisewandler umfasst weiter einen Wechselrichter, dessen Wechselrichterbrücke über einen Zwischenkreis an den DC-Ausgang angeschlossen ist, und eine erste Regeleinheit zur Bereitstellung von Leistung am DC-Ausgang derart, dass die am DC-Ausgang anliegende Spannung innerhalb eines zulässigen Spannungsbereichs bleibt. Der Wechselrichter kann hierbei einstufig ausgeführt sein, wodurch die Regelung des Wechselrichters vereinfacht wird, wobei aber auch ein dem Wechselrichter vorgeschalteter Gleichstromwandler vorhanden sein kann. Der aktive Einspeisewandler weist weiter eine zweite Regeleinheit zur netzdienlichen Bereitstellung einer Leistungskomponente am AC-Ausgang in Abhängigkeit von mindestens einem an dem AC-Ausgang bestimmten elektrischen Parameter eines am AC-Ausgang angeschlossenen AC-Netzes auf. Für den mindestens einen Parameter ist ein Bereich vorgegeben, innerhalb dessen die netzdienliche Bereitstellung der Leistungskomponente erfolgt. Die zweite Regeleinheit ist dazu eingerichtet, die Bereichsgrenzen des Bereichs in Abhängigkeit einer zentralen Regelgröße zu variieren, wobei die zentrale Regelgröße die am DC-Ausgang anliegende Spannung oder die am DC-Ausgang bereitgestellte Leistung ist.An active feed-in converter has a DC output for supplying a connectable DC bus with DC loads and an AC output for connection to an AC grid. The active feed-in converter is set up to provide grid services via the AC output. The active feed-in converter also includes an inverter whose inverter bridge is connected to the DC output via an intermediate circuit, and a first control unit for providing power at the DC output in such a way that the voltage present at the DC output remains within a permissible voltage range. The inverter can have a single-stage design, which simplifies the regulation of the inverter, but there can also be a DC converter connected upstream of the inverter. The active feed-in converter also has a second control unit for providing a power component at the AC output for the grid, depending on at least one electrical parameter, determined at the AC output, of an AC grid connected to the AC output. A range is specified for the at least one parameter, within which the power component is made available for the grid. The second control unit is set up to vary the range limits of the range as a function of a central controlled variable, the central controlled variable being the voltage present at the DC output or the power provided at the DC output.
Der Bereich für den mindestens einen Parameter kann dabei auch zum Beispiel zwei Teilbereiche umfassen, die beispielsweise durch ein Totband getrennt sind, in dem keine netzdienliche Bereitstellung einer Leistungskomponente erfolgt.The range for the at least one parameter can also include, for example, two sub-ranges that are separated, for example, by a dead band in which no grid-friendly provision of a power component takes place.
Der aktive Einspeisewandler ist also eingerichtet, gleichzeitig zur Versorgung des DC-Busses über den DC-Ausgang mit elektrischer Leistung über den AC-Ausgang Netzdienstleistungen in Form von netzdienlichen Maßnahmen bereitzustellen. Die Netzdienstleistungen weisen eine Leistungskomponente am AC-Ausgang auf. Netzdienliche Maßnahmen werden hierbei in Grenzen eines „Normal-Betriebs“ eines aktiven Einspeisewandlers aktiviert. Der „Normal-Betrieb“ liegt zum Beispiel vor, wenn die am DC-Ausgang anliegende Spannung innerhalb des zulässigen Spannungsbereiches ist und noch ausreichende Leistungsreserve zur Bereitstellung der netzdienlichen Maßnahmen vorliegt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Leistung des Einspeisewandlers innerhalb eines entsprechenden Leistungsbandes wie zum Beispiel - PAC-Nenn * 0,9 < PAC < PAC-Nenn * 0,9 liegt. Außerhalb dieses „Normal-Betriebs“ werden demzufolge keine Netzdienstleistungen erbracht.The active feed-in converter is therefore set up to provide network services in the form of network-related measures at the same time as supplying the DC bus via the DC output with electrical power via the AC output. The grid services have a power component at the AC output. Grid-friendly measures are activated within the limits of "normal operation" of an active feed-in converter. "Normal operation" occurs, for example, when the voltage present at the DC output is within the permissible voltage range and there is still sufficient power reserve to provide the grid-related measures. This can be the case, for example, if the power of the feed-in converter is within a corresponding power band, such as - P AC -nom * 0.9 < P AC < P AC -nom * 0.9. Except As a result, no network services are provided during this "normal operation".
Weiterhin kann ein Normalbereich um die DC-Nennspannung definiert werden, in denen die jeweiligen netzdienlichen Maßnahmen in vollem Umfang arbeiten. Dies entspricht der Bereitstellung von netzdienlichen Maßnahmen in einem entsprechendem Leistungsband des aktiven Einspeisewandlers, da die DC-Spannung über die AC-Wirkleistung oder den AC-Wirkstrom geregelt wird. Eine DC-Nennspannung kann zum Beispiel UN=650V betragen. Der Aktivbereich der netzdienlichen Maßnahme kann zum Beispiel UN+/- 10% betragen.Furthermore, a normal range can be defined around the nominal DC voltage, in which the respective network-related measures work to their full extent. This corresponds to the provision of grid-related measures in a corresponding power range of the active feed-in converter, since the DC voltage is regulated via the AC active power or the AC active current. A nominal DC voltage can be U N =650V, for example. The active range of the grid-supportive measure can be, for example, U N +/-10%.
Außerhalb des Normalbereiches der am DC-Ausgang anliegenden Spannung sollte die netzdienliche Funktion zum Beispiel nicht hart abgeschaltet werden, sondern in Abhängigkeit der Entfernung zum Normalbereich der DC-Spannung linear bis auf inaktiv gefahren werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der aktive Einspeisewandler seinem primären Regelziel der DC-Spannungshaltung mit seiner vollen Nennleistung nachkommen kann.Outside the normal range of the voltage present at the DC output, the grid-related function should not be switched off hard, for example, but run linearly until it becomes inactive, depending on the distance from the normal range of the DC voltage. This ensures that the active feed-in converter can meet its primary control goal of DC voltage stability with its full rated power.
In einer Ausführungsform des aktiven Einspeisewandlers ist die zweite Regeleinheit dazu eingerichtet, innerhalb eines vorgegebenen Normalbereichs der zentralen Regelgröße die Bereichsgrenzen des mindestens einen elektrischen Parameters konstant zu belassen. Innerhalb des Bereichs des mindestens einen elektrischen Parameters wird die netzdienliche Leistungskomponente in Abhängigkeit von dem mindestens einen elektrischen Parameter bereitgestellt. Der Bereich für den mindestens einen Parameter kann dabei auch zum Beispiel zwei Teilbereiche umfassen, die zum Beispiel unterhalb einer ersten Bereichsgrenze und oberhalb einer zweiten Bereichsgrenze liegen, wobei sich ein Totband zwischen der ersten und der zweiten Bereichsgrenze erstreckt, in dem keine netzdienliche Leistungskomponente bereitgestellt wird.In one embodiment of the active feed converter, the second control unit is set up to leave the range limits of the at least one electrical parameter constant within a predetermined normal range of the central controlled variable. Within the range of the at least one electrical parameter, the power component useful for the grid is provided as a function of the at least one electrical parameter. The range for the at least one parameter can also include, for example, two sub-ranges, which are, for example, below a first range limit and above a second range limit, with a dead band extending between the first and second range limits, in which no grid-serviceable power component is provided .
In einer Ausführungsform des aktiven Einspeisewandlers ist die zweite Regeleinheit dazu eingerichtet, außerhalb des Bereichs des mindestens einen elektrischen Parameters die Leistungskomponente unabhängig von dem mindestens einen elektrischen Parameter bereitzustellen. Hierdurch kann eine Überlastung des Einspeisewandlers vermieden werden.In one embodiment of the active feed-in converter, the second control unit is set up to provide the power component outside the range of the at least one electrical parameter independently of the at least one electrical parameter. In this way, an overload of the feed converter can be avoided.
In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Parameter eine Spannungsamplitude des angeschlossenen AC-Netzes, wobei die netzdienliche Bereitstellung der Leistungskomponente eine Bereitstellung von Blindleistung in Abhängigkeit von der Spannungsamplitude umfasst. Dies kann einer netzdienlichen Maßnahme in Form einer Q(U)-Regelung, cos(phi)-Regelung oder einer Regelung mit fester Q-Vorgabe entsprechen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Q(U)-Regelung, die cos(phi)-Regelung oder die Regelung mit fester Q-Vorgabe innerhalb des Bereichs für den mindestens einen Parameter agiert. Insbesondere für diese Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Bereich, in dem die Bereitstellung der Leistungskomponente in Abhängigkeit von dem mindestens einen elektrischen Parameter erfolgt, zwei (Teil-)Bereiche aufweist. Dies bedeutet, dass insbesondere die Bereitstellung der Blindleistung in Abhängigkeit von der Spannungsamplitude unterhalb der unteren Bereichsgrenze der Spannungsamplitude und oberhalb der oberen Bereichsgrenze der Spannungsamplitude erfolgt. Beispielsweise kann damit eine spannungsstabilisierende Bereitstellung von Blindleistung durch eine Q(U)-Kennlinie außerhalb von vorgegebenen AC-Spannungsgrenzen des AC-Netzes, wie zum Beispiel UAC < UAC-Nenn *0,9 und UAC > UAC-Nenn *1,1 erfolgen. Der Bereich für den mindestens einen Parameter, in diesem Beispiel UAC, weist für dieses Beispiel also zwei Teilbereiche auf, einer der unterhalb der ersten Bereichsgrenze, hier UAC-Nenn *0,9, und ein zweiter, der oberhalb der zweiten Bereichsgrenze, hier UAC-Nenn *1,1, liegt. Dazwischen wird keine Blindleistung bereitgestellt.In one embodiment, the at least one parameter is a voltage amplitude of the connected AC grid, with the provision of the power component serving the purpose of the grid comprising a provision of reactive power as a function of the voltage amplitude. This can correspond to a grid-friendly measure in the form of a Q(U) control, cos(phi) control or a control with a fixed Q specification. For example, provision can be made for the Q(U) control, the cos(phi) control or the control with a fixed Q specification to act within the range for the at least one parameter. In this embodiment in particular, it can be provided that the area in which the power component is provided as a function of the at least one electrical parameter has two (partial) areas. This means that, in particular, the reactive power is provided as a function of the voltage amplitude below the lower range limit of the voltage amplitude and above the upper range limit of the voltage amplitude. For example, a voltage-stabilizing provision of reactive power can be achieved through a Q(U) characteristic outside of the specified AC voltage limits of the AC grid, such as U AC < U AC -nom *0.9 and U AC > U AC -nom * 1.1 take place. The range for the at least one parameter, in this example U AC , has two sub-ranges for this example, one below the first range limit, here U AC -nom *0.9, and a second one above the second range limit, here U AC nominal *1.1. In between, no reactive power is provided.
In einer Ausführungsform ist die zentrale Regelgröße die am DC-Ausgang bereitgestellte Leistung, wobei die Bereichsgrenzen der Spannungsamplitude derart eingeschränkt werden, dass eine maximale Scheinleistung des aktiven Einspeisewandlers nicht erreicht oder nicht überschritten wird.In one embodiment, the central controlled variable is the power provided at the DC output, with the range limits of the voltage amplitude being restricted in such a way that a maximum apparent power of the active feed converter is not reached or exceeded.
In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Parameter eine Frequenz, wobei die netzdienliche Bereitstellung der Leistungskomponente eine Bereitstellung von Wirkleistung in Abhängigkeit der Frequenz umfasst, wobei die Bereichsgrenzen der Frequenz derart gewählt werden, dass eine maximale Wirkleistung des aktiven Einspeisewandlers nicht erreicht oder überschritten wird. Dies entspricht einer netzdienlichen Maßnahme in Form einer frequenzstützenden P(f)-Regelung.In one embodiment, the at least one parameter is a frequency, with the grid-friendly provision of the power component comprising a provision of active power as a function of the frequency, with the range limits of the frequency being selected in such a way that a maximum active power of the active feed-in converter is not reached or exceeded. This corresponds to a grid-friendly measure in the form of a frequency-supporting P(f) regulation.
In einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine Parameter eine Amplitude einer Wechselspannung mit einer Vielfachen der Frequenz des angeschlossenen AC-Netzes, einer sogenannten Harmonischen. Die netzdienliche Bereitstellung einer Leistungskomponente umfasst in diesem Fall eine zur Spannung gegenphasige Erzeugung einer Wechselstromkomponente mit der gleichen Vielfachen der Netzfrequenz mit dem Ziel, die Amplitude der Harmonischen zu kompensieren oder zumindest zu reduzieren. Hierbei ist eine Begrenzung des Parameterbereichs erforderlich, um sicherzustellen, dass ein durch den aktiven Einspeisewandler bereitgestellter Stromwert einen zulässigen Maximalstrom nicht überschreitet. Es ist denkbar, dass der aktive Einspeisewandler mehrere oder alle der vorgenannten Ausführungsformen für die netzdienliche Bereitstellung einer Leistungskomponente gleichzeitig realisiert und hierzu mehrere oder alle der genannten Parameter erfasst und zur Bestimmung der erforderliche Leistungskomponenten nutzt.In a further embodiment, the at least one parameter is an amplitude of an AC voltage with a multiple of the frequency of the connected AC network, a so-called harmonic. In this case, the grid-friendly provision of a power component includes generation of an alternating current component in phase opposition to the voltage with the same multiple of the grid frequency with the aim of compensating for or at least reducing the amplitude of the harmonics. In this case, a limitation of the parameter range is required to ensure that a current value provided by the active feed-in converter does not exceed a permissible maximum current. It is conceivable that the active feed-in converter implements several or all of the above-mentioned embodiments for the grid-friendly provision of a power component at the same time and for this purpose several or all of the parameters mentioned are recorded and used to determine the required power components.
Bei einem Verfahren zur Bereitstellung von Leistung an einem DC-Ausgang eines aktiven Einspeisewandlers mit einem AC-Ausgang und einer Wechselrichterbrücke, wobei der DC-Ausgang zur Versorgung eines anschließbaren DC-Busses mit DC-Lasten über einen Zwischenkreis an die Wechselrichterbrücke angeschlossen ist, wird die Leistung am DC-Ausgang derart bereitgestellt, dass die am DC-Ausgang anliegende Spannung innerhalb eines zulässigen Spannungsbereichs bleibt.In a method for providing power at a DC output of an active feed-in converter with an AC output and an inverter bridge, the DC output for supplying a connectable DC bus with DC loads is connected to the inverter bridge via an intermediate circuit the power at the DC output is provided in such a way that the voltage present at the DC output remains within a permissible voltage range.
Zugleich wird am AC-Ausgang eine Leistungskomponente in Abhängigkeit von mindestens einem an dem AC-Ausgang bestimmten elektrischen Parameter eines am AC-Ausgang angeschlossenen AC-Netzes netzdienlich bereitgestellt, wobei ein Bereich für den mindestens einen Parameter vorgegeben sind, innerhalb dessen die netzdienliche Bereitstellung der Leistungskomponente erfolgt, wobei die Bereichsgrenzen in Abhängigkeit von einer zentralen Regelgröße variiert werden, wobei die zentrale Regelgröße die am DC-Ausgang anliegende Spannung oder die am DC-Ausgang bereitgestellte Leistung ist. Der Bereich für den mindestens einen Parameter kann dabei auch zum Beispiel zwei durch ein Totband getrennte Teilbereiche umfassen.At the same time, a power component is provided at the AC output for the benefit of the grid depending on at least one electrical parameter determined at the AC output of an AC network connected to the AC output, with a range being specified for the at least one parameter within which the provision of the The power component takes place, with the range limits being varied as a function of a central controlled variable, the central controlled variable being the voltage present at the DC output or the power provided at the DC output. The range for the at least one parameter can also include, for example, two partial ranges separated by a dead band.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Bereichsgrenzen innerhalb eines vorgegebenen Normalbereichs der zentralen Regelgröße konstant belassen.In one embodiment of the method, the range limits are left constant within a specified normal range of the central controlled variable.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird außerhalb des Bereichs die Leistungskomponente unabhängig von dem mindestens einen elektrischen Parameter bereitgestellt.In one embodiment of the method, the power component is provided outside of the range independently of the at least one electrical parameter.
Im Folgenden wird der Gegenstand der Anmeldung mithilfe von Figuren dargestellt, von denen
-
1 eine Ausführungsform eines aktiven Einspeisewandlers; -
2 schematisch die DC-Spannung und das Leistungsband des aktiven Einspeisewandlers; -
3 Arbeitspunkte des aktiven Einspeisewandlers; -
4 eine erste Kennlinie einer Q(U)-Regelung; -
5 eine zweite Kennlinie einer Q(U)-Regelung mit Totband und -
6 schematisch ein Blockschaltbild mit erster und zweiter Regeleinheit zeigen.
-
1 an embodiment of an active injection converter; -
2 schematic of the DC voltage and the power band of the active feed-in converter; -
3 Operating points of the active feed-in converter; -
4 a first characteristic curve of a Q(U) regulation; -
5 a second characteristic curve of a Q(U) control with dead band and -
6 schematically show a block diagram with the first and second control unit.
In
Der aktive Einspeisewandler 10 weist einen einstufigen Wechselrichter mit einer Brückenschaltung 20, einer Steuereinheit 22 und einem Zwischenkreis 18 auf. Die Brückenschaltung 20 ist ausgebildet, Wechselstrom oder Wechselspannung in Gleichstrom oder Gleichspannung umzuwandeln. Die Brückenschaltung 20 ist ebenfalls ausgebildet, Gleichstrom oder Gleichspannung in Wechselstrom oder Wechselspannung umzuwandeln. Im dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht die Umwandlung dadurch, dass eine Steuereinheit 22 Halbleiterschalter der Brückenschaltung 20 geeignet ansteuert. Die Brückenschaltung 20 ist DC-seitig über den Zwischenkreis 18 mit dem DC-Ausgang 26 verbunden. Der DC-Bus 14 kann über den aktiven Einspeisewandler 10 mit elektrischer Leistung aus dem AC-Netz 12 versorgt werden.The
Der aktive Einspeisewandler weist weiter eine erste Regeleinheit 30 auf. Die erste Regeleinheit ist eingerichtet, elektrische Leistung am DC-Ausgang 26 derart bereitzustellen, dass die am DC-Ausgang 26 anliegende Spannung UDC innerhalb eines zulässigen Spannungsbereichs ZB bleibt (siehe
Der aktive Einspeisewandler weist weiter eine zweite Regeleinheit 32 auf. Die zweite Regeleinheit 32 ist zur netzdienlichen Bereitstellung einer Leistungskomponente am AC-Ausgang 24 eingerichtet. Die netzdienliche Leistungskomponente hängt von mindestens einem an dem AC-Ausgang 24 bestimmten elektrischen Parameter des am AC-Ausgang 24 angeschlossenen AC-Netzes 12 ab. Es ist ein Bereich für den mindestens einen Parameter vorgegeben, innerhalb dessen die netzdienliche Bereitstellung erfolgt. Die zweite Regeleinheit 32 ist dazu eingerichtet, die Bereichsgrenzen des Bereiches in Abhängigkeit einer zentralen Regelgröße ZRG zu variieren, wobei die zentrale Regelgröße ZRG die am DC-Ausgang 26 anliegende Spannung UDC oder die durch die erste Regeleinheit 30 ermittelte, für den Betrieb des DC-Netzes 14 bereitzustellende Leistung P ist.The active feed converter also has a
Die erste und die zweite Regeleinheit 30, 32 können optional als eine Regeleinheit ausgebildet sein, die zugleich beide Regelaufgaben wahrnimmt. Optional kann auch die Steuereinheit 22 in der gleichen Einheit mit erster und zweiter Regeleinheit 30, 32 realisiert sein.The first and the
In
In
In
Für den Arbeitspunkt AP1 ist die zentrale Regelgröße ZRG gemäß
Für den Arbeitspunkt AP2 ist die zentrale Regelgröße ZRG gemäß
In
In
Die zweite Regeleinheit 32 stellt unter Verwendung des an dem AC-Ausgang 24 bestimmten elektrischen Parameter des am AC-Ausgang 24 angeschlossenen AC-Netzes 12 und der Kennlinie 28 eine Leistungskomponente für das AC-Netz 12 zur Verfügung. Die Leistungskomponente kann zum Beispiel einen zweiten Wirkleistungsanteil P2 oder einen Blindleistungsanteil Q oder eine andere netzdienliche Leistungskomponente X, beispielsweise ein Wechselstrom mit einer harmonischen Frequenz der Netzfrequenz des angeschlossenen AC-Netzes, oder auch mehrere oder alle der genannten Komponenten aufweisen. Über ein Additionsglied wird die Leistungskomponente der zweiten Regeleinheit zu der ersten Wirkleistungskomponente P1 der ersten Regeleinheit addiert und dem AC-Netz 12 über den AC-Ausgang 24 durch geeignete Ansteuerung des aktiven Einspeisewandlers zur Verfügung gestellt.The
Somit kann sichergestellt werden, dass der aktive Einspeisewandler über seinen DC-Ausgang 26 dem DC-Bus 14 zuverlässig DC-Leistung zur Verfügung stellen kann. Zugleich können über den AC-Ausgang 24 netzdienliche Funktionen zur Verfügung gestellt werden, welche u. U. vom AC-Netzbetreiber gefordert oder honoriert werden.It can thus be ensured that the active feed-in converter can reliably make DC power available to the
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- aktiver Einspeisewandleractive feed converter
- 1212
- AC-NetzAC grid
- 1414
- DC-BusDC bus
- 1616
- einstufiger Wechselrichtersingle stage inverter
- 1818
- Zwischenkreisintermediate circuit
- 2020
- Wechselrichterbrückeinverter bridge
- 2222
- Steuereinheitcontrol unit
- 2424
- AC-AusgangAC output
- 2626
- DC-AusgangDC output
- 2828
- Kennliniecurve
- 3030
- erste Regeleinheitfirst control unit
- 3232
- zweite Regeleinheitsecond control unit
- 4242
- DC-LastDC load
- 4444
- DC-LastDC load
- 4646
- DC-SchalterDC switch
- 4848
- DC-SchalterDC switch
- PEPE
- Potential Erdepotential earth
- ZRGZRG
- zentrale Regelgrößecentral control variable
- NBNB
- Normalbereichnormal range
- ZBEg
- zulässiger Spannungsbereichpermissible voltage range
- AP1, AP2AP1, AP2
- Arbeitspunkteworking points
- ΔpΔp
- Größe des ParameterbereichsSize of the parameter area
- Blindleistungreactive power
- PP
- Wirkleistungactive power
- UDCU.D.C
- DC-SpannungDC voltage
Claims (10)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021123422.0A DE102021123422A1 (en) | 2021-09-09 | 2021-09-09 | ACTIVE FEED-IN CONVERTER |
Publications (1)
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---|---|
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ID=85226592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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---|---|
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010030093A1 (en) | 2009-06-15 | 2010-12-16 | Technische Universität Clausthal | Device for controlling exchange of electrical energy between supply network and e.g. electric vehicle, has detection unit, where exchange of electrical energy between network and system is controlled using network condition data |
EP2983264A1 (en) | 2014-08-04 | 2016-02-10 | AEG Power Solutions GmbH | Control unit for an electric consumer, electrical consumer and the circuit assembly with an electric control unit and use of the control unit |
DE102017108579A1 (en) | 2017-04-21 | 2018-10-25 | Wobben Properties Gmbh | Method for operating a charging station |
DE102018119957A1 (en) | 2018-08-16 | 2020-02-20 | Wobben Properties Gmbh | Method for controlling electrical consumers of an electrical supply network |
-
2021
- 2021-09-09 DE DE102021123422.0A patent/DE102021123422A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010030093A1 (en) | 2009-06-15 | 2010-12-16 | Technische Universität Clausthal | Device for controlling exchange of electrical energy between supply network and e.g. electric vehicle, has detection unit, where exchange of electrical energy between network and system is controlled using network condition data |
EP2983264A1 (en) | 2014-08-04 | 2016-02-10 | AEG Power Solutions GmbH | Control unit for an electric consumer, electrical consumer and the circuit assembly with an electric control unit and use of the control unit |
DE102017108579A1 (en) | 2017-04-21 | 2018-10-25 | Wobben Properties Gmbh | Method for operating a charging station |
DE102018119957A1 (en) | 2018-08-16 | 2020-02-20 | Wobben Properties Gmbh | Method for controlling electrical consumers of an electrical supply network |
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