DE202019104825U1 - Strom-Umwandlungs-Vorrichtung und damit ausgestattetes intelligentes Stromnetz-System - Google Patents

Strom-Umwandlungs-Vorrichtung und damit ausgestattetes intelligentes Stromnetz-System Download PDF

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Abstract

Strom-Umwandlungs-Vorrichtung (1, 1', 2), umfassend:
ein Gehäuse (10), das mit einem Strom-Erfassungs-Port (11), einem Kommunikations-Port (12), einem DC-Eingangs-Port (13) und einem AC-Ausgangs-Port (14) ausgestattet ist,
eine Mikro-Steuerungs-Einheit (20), die in dem Gehäuse (10) angeordnet ist,
eine Spannungs-Mess-Einheit (30), die in dem Gehäuse (10) angeordnet und mit der Mikro-Steuerungs-Einheit (20) verbunden ist,
eine Kommunikations-Einheit (40), die in dem Gehäuse (10) angeordnet und mit der Mikro-Steuerungs-Einheit (20), dem Strom-Erfassungs-Port (11) und dem Kommunikations-Port (12) verbunden ist, und
eine Strom-Umwandlungs-Einheit (50), die in dem Gehäuse (10) angeordnet und mit dem DC-Eingangs-Port (13) und dem AC-Ausgangs-Port (14) verbunden ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Strom-Umwandlungs-Vorrichtung und ein damit ausgestattetes Stromnetz-System, und insbesondere auf eine Strom-Umwandlungs-Vorrichtung und ein damit ausgestattetes Intelligentes Stromnetz-System (sog. Smart-Grid-System).
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung dar und begründen nicht unbedingt den Stand der Technik.
  • Im Allgemeinen müssen Energieversorger in der konventionellen Smart Grid-Infrastruktur bei jedem Privatanwender oder gewerblichen und industriellen Anwendern spezifische Geräte installieren, um Zählerdaten anstelle der traditionellen Arbeitsleistung zur Durchführung statistischer Daten zu übertragen.
  • Das Smart Grid hat jedoch noch viele zu verbessernde Ziele, wie die Sicherstellung einer stabilen Stromversorgung und die Verbesserung der Sicherheit und Effektivität der Verteilung. Mit der Popularisierung der Smart Meter Infrastruktur steigt auch die Nachfrage nach Schnittstellenstabilität und somit nach Smart Metern. Insbesondere gilt dies bzgl. der Anforderung und Anwendung konventioneller Intelligenter Stromnetze (Smart Grids) für elektrische Informationen (z.B. Spannung, Strom, Leistung usw.), die mindestens drei unabhängige Teile erfordern, darunter ein Überwachungssystem, eine Strom-Umwandlungs-Vorrichtung und eine Messvorrichtung, so dass der Betrieb des Smart Grids eine perfekte Koordination und Integration aller Funktionen erreichen kann. Beim Einsatz des Smart Grids müssen aufgrund der großen Anzahl von Geräten komplizierte Peripherieleitungen vorgesehen werden, womit nicht nur die Kosten für Installationsgeräte verursacht, sondern sich auch die Arbeitskosten und Zeitkosten des Wartungsgerätes schwer reduzieren lassen. Es ist eher möglich, dass die Wahrscheinlichkeit elektromagnetischer Störungen (EMI) aufgrund der dichten Leitungskonfiguration steigt, was wiederum zu einem Verlust der Übertragungsleistung führt.
  • Wie eine Strom-Umwandlungs-Vorrichtung und ein damit ausgestattetes Stromnetz-System zu gestalten ist, um die oben genannten technischen Probleme zu lösen, ist daher ein wichtiges Thema, welches von den Erfindern studiert worden ist und in der Offenbarung vorgeschlagen wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Hauptziel der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Strom-Umwandlungs-Vorrichtung bereitzustellen, die die technischen Probleme, welche durch mindestens drei unabhängige Teile des oben genannten allgemeinen Smart Grids verursacht werden, durch die Integration von Schaltungen mit ähnlichen Funktionen lösen kann, wodurch Arbeit und Zeit gespart und die Peripherieleitungen vereinfacht, sowie EMI- und Hardwarekosten reduziert werden.
  • Um das Ziel zu erreichen, beinhaltet die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung ein Gehäuse, eine Mikro-Steuerungs-Einheit, eine Spannungs-Mess-Einheit, eine Kommunikations-Einheit und eine Strom-Umwandlungs-Einheit. Das Gehäuse ist mit einem Strom-Erfassungs-Port, einem Kommunikations-Port, einem DC-Eingangs-Port und einem AC-Ausgangs-Port ausgestattet. Die Mikro-Steuerungs-Einheit ist im Gehäuse angeordnet. Die Spannungs-Mess-Einheit ist im Gehäuse angeordnet und mit der Mikro-Steuerungs-Einheit verbunden. Die Kommunikations-Einheit ist im Gehäuse angeordnet und mit der Mikro-Steuerungs-Einheit, dem Strom-Erfassungs-Port und dem Kommunikations-Port verbunden. Die Strom-Umwandlungs-Einheit ist im Gehäuse angeordnet und mit dem DC-Eingang und dem AC-Ausgang verbunden.
  • Wenn die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, ist das Gehäuse mit dem Strom-Erfassungs-Port, dem Kommunikations-Port, dem DC-Eingangs-Port und dem AC-Ausgangs-Port ausgestattet, die mit der Innenseite und Außenseite des Gehäuses kommunizieren können. Die Spannungs-Mess-Einheit kann zur Spannungsmessung an die Mikro-Steuerungs-Einheit angeschlossen werden. Wenn die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung in Betrieb genommen wird, kann die Kommunikations-Einheit ein Verwaltungssignal und ein Strommesssignal über den Kommunikations-Port bzw. den Strom-Erfassungs-Port empfangen. Die Strom-Umwandlungs-Einheit kann die aufgenommene Gleichstromquelle (DC-Stromquelle) über den DC-Eingangs-Port und den AC-Ausgangs-Port in die Wechselstromquelle (AC-Stromquelle) umwandeln. Zu diesem Zweck weist die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung vier Anschlüsse und die Strom-Verarbeitungs-Einheit auf. Sie kann als eine einzelne Einheit mit einem Gehäuse realisiert werden und verfügt über eine Strom-Überwachung, eine Strom-Umwandlungsfunktion und eine Strom-Messfunktion. Durch die Integration von Schaltungen mit ähnlichen Funktionen ist es möglich, die technischen Probleme zu lösen, die durch mindestens drei unabhängige Teile des oben genannten allgemeinen Smart Grids verursacht werden, wodurch Arbeit und Zeit gespart und die Peripherieleitungen vereinfacht, EMV- und Hardwarekosten reduziert werden.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Intelligentes Stromnetz-System (Smart-Grid-System) bereitzustellen, das die oben beschriebene Strom-Umwandlungs-Vorrichtung beinhaltet, wodurch Arbeit und Zeit gespart und die Peripherieleitungen vereinfacht, EMV- und Hardwarekosten reduziert, die Beherrschung, Integration und Verwaltung von Leistungs-Informationen im Smart-Grid realisiert werden.
  • Um ein weiteres Ziel zu erreichen, wobei das Smart Grid System der vorliegenden Offenbarung auf eine Last angewendet wird, beinhaltet das Smart Grid System mindestens eine Strom-Umwandlungs-Vorrichtung, mindestens eine Gleichstromquelle (DC-Stromquelle), ein Wechselstromnetz (AC-Grid) und eine Strom-Mess-Einheit. Jede Strom-Umwandlungs-Vorrichtung ist über den AC-Ausgangs-Port mit der Last verbunden. Jede DC-Stromquelle ist mit dem DC-Eingangs-Port verbunden. Das AC-Stromnetz ist mit dem AC-Ausgangs-Port verbunden. Die Strom-Mess-Einheit ist mit dem AC-Stromnetz und dem Strom-Erfassungs-Port verbunden. Die Strom-Mess-Einheit ist ausgestattet, um einen Gesamtstrom zu messen, der durch das AC-Stromnetz fließt, und um einen Strom-Messwert an den Strom-Erfassungs-Port zu liefern.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Diagramm einer Strom-Umwandlungs-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung,
    • 2 ist ein schematisches Diagramm der Strom-Umwandlungs-Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung,
    • 3 ist ein schematisches Diagramm der Strom-Umwandlungs-Vorrichtung, die in einem Intelligenten Stromnetz-System (Smart-Grid-System) gemäß einer Ausführungsform der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen ist,
    • 4 ist ein schematisches Diagramm der im Smart-Grid-System ausgestatteten Strom-Umwandlungs-Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung,
    • 5 ist ein schematisches Diagramm der Strom-Umwandlungs-Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung,
    • 6 ist ein schematisches Diagramm der Strom-Umwandlungs-Vorrichtung, die im Smart Grid System gemäß einer Ausführungsform der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen ist, und
    • 7 ist ein schematisches Diagramm der im Smart Grid System ausgestatteten Strom-Umwandlungs-Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden anhand konkreter Beispiele beschrieben, und die Fachleute können die anderen Vorteile und Funktionen der vorliegenden Offenbarung leicht erkennen. Die vorliegende Offenbarung kann in verschiedenen anderen spezifischen Ausführungsformen verkörpert oder angewendet werden, und verschiedene Änderungen und Ergänzungen können vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Es versteht sich, dass die Strukturen, die Proportionen, die Größen, die Anzahl der Komponenten und dergleichen in den Zeichnungen nur verwendet werden, um den Inhalten zu genügen, die in der Beschreibung zum Verständnis und Lesen durch die Fachleute offenbart werden, und es ist nicht beabsichtigt, die Bedingungen, die in der vorliegenden Offenbarung umgesetzt werden können, einzuschränken, und daher technisch nicht bedeutsam ist. Jede Änderung der Struktur, die Änderung der proportionalen Beziehung oder die Anpassung der Größe sollte im Rahmen des technischen Inhalts der vorliegenden Offenbarung liegen, ohne die Auswirkungen und die erreichbaren Auswirkungen der vorliegenden Offenbarung zu beeinträchtigen.
  • Der technische Inhalt und die detaillierte Beschreibung der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.
  • Man beachte bitte die 1 bis 3, wobei 1 ein schematisches Diagramm der Strom-Umwandlungs-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist; 2 ein schematisches Diagramm der Strom-Umwandlungs-Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist; 3 ein schematisches Diagramm der im Smart-Grid-System vorgesehenen Strom-Umwandlungs-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
  • Man beachte bitte 1, wobei die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Gehäuse 10, eine Mikro-Steuerungs-Einheit 20, eine Spannungs-Mess-Einheit 30, eine Kommunikations-Einheit 40 und eine Strom-Umwandlungs-Einheit 50 enthält.
  • Das Gehäuse 10 ist mit einem Strom-Erfassungs-Port 11, einem Kommunikations-Port 12, einem DC-Eingangs-Port 13 und einem AC-Ausgangs-Port 14 ausgestattet. Der Strom-Erfassungs-Port 11 ist konfiguriert, um einen extern gemessenen Strom-Messwert zu empfangen. Die Mikro-Steuerungs-Einheit 20 ist im Gehäuse 10 angeordnet und kann eine Mikro-Steuerungs-Einheit (MCU), eine Mikro-ProzessorEinheit (MPU), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ein System on a Chip (SoC) sein. Die Spannungs-Mess-Einheit 30 ist im Gehäuse 10 angeordnet und mit der Mikro-Steuerungs-Einheit 20 verbunden und konfiguriert, um die zu messende Spannung innerhalb der Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 zu messen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Spannungs-Mess-Einheit 30 ein Messkreis, der aus Spannungsteiler-Widerständen besteht. Die Kommunikations-Einheit 40 ist im Gehäuse 10 angeordnet und mit der Mikro-Steuerungs-Einheit 20, dem Strom-Erfassungs-Port 11 und dem Kommunikations-Port 12 verbunden. In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Kommunikations-Einheit 40 extern über eine drahtlose Verbindung oder eine drahtgebundene Verbindung, wie beispielsweise eine externe Verbindung, mit einer Verwaltungs-Zentrale 100, verbunden werden. Die Verwaltungs-Zentrale 100 kann beispielsweise ein privates oder ein staatliches Unternehmen oder Energieunternehmen sein. Wenn die drahtgebundene Verbindung als bevorzugte Ausführungsform verwendet wird, kann die Kommunikations-Einheit 40 durch eine Übertragungsart, wie RS-485 oder CAN-Bus, an einen externen Computer oder ein beliebige Netzwerkgerät übertragen werden, so dass der Computer oder das Netzwerkgerät Informationen an die Verwaltungs-Zentrale 100 übertragen kann. Diese Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Die Strom-Umwandlungs-Einheit 50 ist im Gehäuse 10 angeordnet und mit dem DC-Eingang 13 und dem AC-Ausgang 14 verbunden. Die Strom-Umwandlungs-Einheit 50 nimmt eine Gleichstromquelle von dem DC-Eingangs-Port 13 auf und gibt eine Wechselstromquelle von dem AC-Ausgangs-Port 14 aus. Weiterhin kann die Gleichstromquelle, die über den DC-Eingangs-Port 13 mit der Strom-Umwandlungs-Einheit 50 verbunden ist, eine erneuerbare Stromquelle 71, eine Sekundär-Batterie 72 oder andere Vorrichtungen sein, die die Gleichstromquelle (DC-Stromquelle) bereitstellen können.
  • Die erneuerbare Stromquelle 71 wird beispielsweise mit der Sekundär-Batterie 72 kombiniert. Die erneuerbare Stromquelle 71 kann als Stromversorgung für die Strom-Umwandlungs-Einheit 50 verwendet werden, und die Sekundär-Batterie 72 kann als Ersatzstromquelle für die unter besonderen Bedingungen erforderliche Stromversorgung verwendet werden. Wenn beispielsweise die erneuerbare Stromquelle 71 keine normale Stromversorgung liefern kann oder nicht ausreicht, um vollständige Leistung zu liefern, kann die elektrische Energie von der Sekundär-Batterie 72 über den DC-Eingangs-Port 13 mit einer einfachen Schaltvorrichtung (nicht dargestellt) in die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 eingespeist werden, so dass die Sekundär-Batterie 72 als Backup-Stromquelle für die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 verwendet wird; oder die Sekundär-Batterie 72 kann nicht verwendet werden, was jeweils nach Bedarf konfiguriert werden kann. Die erneuerbare Energiequelle 71 kann eine erneuerbare Stromquelle sein, die durch die Umwandlung umweltfreundlicher erneuerbarer Stromquellen, wie Sonnenenergie, Windkraft, Wasserkraft, Erdwärme, Gezeitenenergie usw., erzeugt wird. Die Sekundär-Batterie 72 kann wiederholt aufgeladen und entladen werden, wie beispielsweise eine Lithium-Batterie oder eine Nickel-Wasserstoff-Batterie. Insbesondere ist der DC-Eingangs-Port 13 nicht darauf beschränkt, nur eine einzige Gleichstromquelle aufzunehmen, und kann auch mehrere Gleichstromquellen empfangen, er braucht lediglich die entsprechende parallele Ausführung der Strom-Umwandlungs-Einheit 50 durchzuführen. Wenn man beispielsweise Solarmodule als erneuerbare Stromquellen 71 betrachtet, können verschiedene Solarmodule oder Solarmodulketten jeweils in den DC-Eingangs-Port 13 eingespeist werden; so braucht sie nur einen Teil oder die gesamte parallele Ausführung der Strom-Umwandlungs-Einheit 50 zu bilden. Dies ist ein konventionelles Design für Fachleute und wird hier nicht beschrieben. Es wird nur angegeben, dass der DC-Eingangs-Port 13 nicht darauf beschränkt ist, lediglich nur eine einzige Gleichstromquelle zu empfangen. In der Strom-Umwandlungs-Vorrichtung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Strom-Umwandlungs-Einheit 50 einen Gleichstrom-Wandler (DC/DC-Wandler) 51 beinhalten, der in Reihe mit einem Wechselrichter (DC/AC-Wandler) 52 verbunden ist. Der Gleichstrom-Wandler 51 kann verwendet werden, um eine vom DC-Eingangs-Port 13 empfangene Gleichspannung zu verstärken. Der Wechselrichter 52 ist ausgestattet, um die vom Gleichstrom-Wandler 51 ausgegebene Gleichstromquelle in die Wechselstromquelle zu ändern. In einigen Anwendungen kann auch der Gleichstrom-Wandler 51 entfallen, und die Gleichstromquelle kann über den Wechselrichter 52 direkt in die Wechselstromquelle umgewandelt werden. Darüber hinaus beinhaltet die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 weiterhin einen Stromschalter (nicht dargestellt). Wenn bestätigt wird, dass die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 normalerweise die umgewandelte Wechselspannung ausgeben kann, dann wird der Stromschalter eingeschaltet und die ausgegebene Wechselstromquelle mit dem Wechselstromnetz 90 verbunden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 entspricht eine Strom-Umwandlungs-Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einer Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1'. Die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung der zweiten Ausführungsform ist im Wesentlichen die gleiche wie die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Überwachungs-Einheit 201 weiterhin in der zweiten Ausführungsform enthalten ist. Die Überwachungs-Einheit 201 ist im Gehäuse 10 angeordnet und mit der Mikro-Steuerungs-Einheit 20 und der Kommunikations-Einheit 40 verbunden. Die Überwachungs-Einheit 201 ist vorgesehen, um eine Datenverarbeitung oder Zwischenspeicherung durchzuführen, und konfiguriert, um eine Kommunikations-Verbindung mit der Verwaltungs-Zentrale 100 außerhalb des Gehäuses 10 über den Kommunikations-Port 12 aufzubauen, um eine Leistungs-Informations-Kommunikation zwischen der Überwachungs-Einheit 201 und der Verwaltungs-Zentrale 100 zu erreichen. Die Kommunikations-Verbindung ist eine drahtlose Verbindung oder eine drahtgebundene Verbindung.
  • Man beachte bitte 3, die ein schematisches Diagramm einer Strom-Umwandlungs-Vorrichtung ist, welche in einem Smart-Grid-System gemäß einer Ausführungsformen, der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform, der vorliegenden Offenbarung vorgesehen ist. Da der Unterschied zwischen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform nur bei innerer Konfiguration im Gehäuse 10 besteht, wird in 3 nur die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 der ersten Ausführungsform als Beispiel beschrieben. Unter gemeinsamer Bezugnahme auf 1 und 3, und wenn die einzelne Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 im Smart-Grid-System angeordnet ist, wird die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 über den AC-Ausgangs-Port 14 mit der Last 60 verbunden. Die Last 60 kann als allgemeine Haushaltslast oder als Last verwendet werden, welche die Wechselstromquelle akzeptiert. Das AC-Netz 90 ist mit dem AC-Ausgangs-Port 14 verbunden. Die Strom-Mess-Einheit 80 ist zwischen dem AC-Netz 90 und dem Strom-Erfassungs-Port 11 der Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 gekoppelt. In dieser Ausführungsform kann die Strom-Mess-Einheit 80 ein Stromwandler (CT) oder ein Hall-Sensor sein, um einen Gesamtstrom zu messen, der durch das AC-Netz 90 fließt. Darüber hinaus wird der im großen Maßstab vorliegende Gesamtstrom in ein im kleinen Maßstab vorliegendes Stromsignal umgewandelt, das für den Empfang und die Verarbeitung durch die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 geeignet ist; und dann wird das im kleinen Maßstab vorliegende Stromsignal über den Strom-Erfassungs-Port 11 in die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 eingegeben. Darüber hinaus soll die Strom-Mess-Einheit 80 die Einbaulage zur Messung des durch das AC-Netz 90 fließenden Gesamtstroms nicht begrenzen. Daher sind die gemessenen Ströme je nach Einbaulage der Strom-Mess-Einheit 80 unterschiedlich. Das heißt, durch das Erfassen der Ströme von verschiedenen Schaltungsknoten kann die Information über die von der Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 10 berechnete Leistung an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.
  • In der Konfiguration des Betriebs mit einer Leistungs- bzw. Strominformation misst die Strom-Mess-Einheit 80 den Gesamtstrom, der durch das AC-Netz 90 fließt, und stellt den Strom-Messwert (nicht dargestellt) dem Strom-Erfassungs-Port 11 zur Verfügung, damit die Kommunikations-Einheit 40 den Strom-Messwert über den Strom-Erfassungs-Port 11 erhält. Da das Wechselstromnetz (AC-Stromnetz) 90 über den AC-Ausgang 14 mit der Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 gekoppelt ist, misst die Spannungs-Mess-Einheit 30 direkt einen Spannungs-Messwert der vom Wechselrichter 52 ausgegebenen Wechselstromquelle, der als Messung der Wechselspannung des Wechselstromnetzes 90 angesehen werden kann. Das Spannungsmessgerät 30 überträgt den gemessenen Spannungsmesswert an die Mikro-Steuerungs-Einheit 20. Anschließend sendet die Mikro-Steuerungs-Einheit 20 den empfangenen Spannungsmesswert an die Kommunikations-Einheit 40. Zu diesem Zeitpunkt berechnet die Kommunikations-Einheit 40 die Leitungs-Informationen, indem sie den empfangenen Strom-Messwert und den empfangenen Spannungs-Messwert multipliziert. Schließlich überträgt die Kommunikations-Einheit 40 die berechneten Leistungs-Informationen (die auch Strominformationen und Spannungsinformationen beinhalten können) an die Verwaltungs-Zentrale 100 über den Kommunikations-Port 12 mit einer drahtlosen Verbindung oder einer drahtgebundenen Verbindung, damit die Verwaltungs-Zentrale 100 die Energieverteilung oder das Energiemanagement durchführt und die Beherrschung, Integration und Verwaltung von Leistungs-Informationen im Smart Grid realisiert. Auch hier wird das Übertragungsverfahren zum Übertragen der Leistungs-Informationen an die Verwaltungs-Zentrale 100 nicht unbedingt direkt an die Verwaltungs-Zentrale 100 wie beispielsweise das Energieunternehmen übertragen, sondern kann auch über einige Relais-Netzwerkgeräte erfolgen, und schließlich können die Informationen an die Verwaltungs-Zentrale 100 übertragen werden.
  • Die Berechnung der oben genannten Leistungs-Informationen beschränkt sich nicht auf diese Offenbarung. Der von der Kommunikations-Einheit 40 empfangene Strommesswert kann auch an die Mikrosteuereinheit 20 übertragen werden, und die Mikrosteuereinheit 20 multipliziert den empfangenen Strommesswert und den empfangenen Spannungsmesswert, um die Leistungs-Informationen zu erhalten. Schließlich überträgt die Mikrosteuereinheit 20 die berechneten Leistungs-Informationen (die auch Strominformationen und Spannungsinformationen beinhalten können) an die Kommunikations-Einheit 40 und überträgt dann die Leistungs-Informationen an die Verwaltungs-Zentrale 100 über den Kommunikations-Port 12 mit einer drahtlosen Verbindung oder einer drahtgebundenen Verbindung, damit die Verwaltungs-Zentrale 100 die Energieverteilung oder das Energiemanagement durchführt und die Beherrschung, Integration und Verwaltung von Leistungs-Informationen im Smart Grid realisiert. Es ist zu beachten, dass die Strom-Mess-Einheit 80 den Strommesswert an den Strom-Erfassungs-Port 11 liefert und weil ein Bediener mit der Spannung im Gehäuse 10 über Zwischenverdrahtung und den Strom-Erfassungs-Port 11 in Kontakt kommen kann, ist ein großer Sicherheitsabstand erforderlich, so dass die Strom-Mess-Einheit 80 an einem Schaltkreisknoten außerhalb des Gehäuses 10 angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung liegt die Kommunikations-Einheit 40 näher am Gehäuse 10 als die Mikrosteuereinheit 20, was die Reichweite für den erforderlichen Sicherheitsabstand reduzieren und Platz sparen kann. Darüber hinaus sind der Strom-Erfassungs-Port 11, der Kommunikations-Port 12, der DC-Eingangs-Port 13 und der AC-Ausgangs-Port 14 vorzugsweise auf der gleichen Seite des Gehäuses 10 angeordnet, und das Ziel einer zentralen Verkabelung kann erreicht werden.
  • Man beachte bitte 4, die ein schematisches Diagramm einer Strom-Umwandlungs-Vorrichtung ist, welche im Smart Grid System gemäß einer anderen Ausführungsform, der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform, der vorliegenden Offenbarung konfiguriert ist. Da der Unterschied zwischen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform nur bei innerer Konfiguration im Gehäuse 10 besteht, wird in 4 nur die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 der ersten Ausführungsform als Beispiel beschrieben. Unter Bezugnahme auf 1 und 4 wie folgt, ist es bei der Konfiguration eines Hoch-Leistungs- bzw. Spannungs-Systems manchmal notwendig, eine Vielzahl von Strom-Umwandlungs-Vorrichtungen gleichzeitig parallel zu koppeln (zwei Strom-Umwandlungs-Vorrichtungen, wie in 4 dargestellt, die die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 und eine Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 2 sind). Die Anzahl der Strom-Umwandlungs-Vorrichtungen mit dem Smart Grid System dieser vorliegenden Offenbarung ist darauf nicht beschränkt. Die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 2, die erneuerbare Stromquelle 73 und die Sekundär-Batterie 74 sind im Wesentlichen die gleichen wie die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1, die erneuerbare Stromquelle 71 und die Sekundär-Batterie 72. Die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 und die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 2 sind mit der Verwaltungs-Zentrale 100 gekoppelt. Die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 2 braucht keine Spannungsmessung, Strommessung und Leistungsberechnung durchzuführen, so wie die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 entsprechend der Einbaulage mit der Strom-Mess-Einheit 80.
  • Man beachte bitte 5, die ein schematisches Diagramm einer Strom-Umwandlungs-Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist. Die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung der dritten Ausführungsform ist im Wesentlichen die gleiche wie die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 der ersten Ausführungsform; der einzige Unterschied besteht darin, dass die Kommunikations-Einheit 40 konfiguriert ist, um eine Kommunikationsverbindung mit der Überwachungseinheit 201 außerhalb des Gehäuses 10 über den Kommunikations-Port 12 zu bilden, und die Überwachungseinheit 201 konfiguriert ist, um eine Kommunikationsverbindung mit der Verwaltungs-Zentrale 100 außerhalb des Gehäuses 10 zu bilden. Die Kommunikationsverbindung ist eine drahtlose Verbindung oder eine drahtgebundene Verbindung.
  • Man beachte bitte 6, die ein schematisches Diagramm einer Strom-Umwandlungs-Vorrichtung ist, welche im Smart Grid System gemäß einer Ausführungsform der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung konfiguriert ist. Sie ist im Wesentlichen die gleiche wie die Ausführungsform, bei der die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung in einem intelligenten Netzsystem gemäß der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in 3 konfiguriert ist; der einzige Unterschied besteht darin, dass die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 über die Überwachungs-Einheit 201 mit der Verwaltungs-Zentrale 100 gekoppelt ist.
  • Bezug genommen wird auf 7, die ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform der dritten Ausführungsform der im Smart Grid System der vorliegenden Offenbarung konfigurierten Strom-Umwandlungs-Vorrichtung ist. Sie ist im Wesentlichen identisch mit der Ausführungsform, bei der die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung im Smart Grid System konfiguriert ist gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in 4 (bezogen auf 7 gibt es zwei Strom-Umwandlungs-Vorrichtungen, wie in 4 dargestellt, welche die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 und eine Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 2 sind). Die Anzahl der Energieumwandlungs-Vorrichtungen mit dem Smart Grid System dieser Offenbarung ist darauf nicht beschränkt. Die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 kommuniziert mit der Überwachungs-Einheit 201 über eine drahtlose Verbindung oder eine drahtgebundene Verbindung und weiterhin mit der Verwaltungs-Zentrale 100 über eine drahtlose Verbindung oder eine drahtgebundene Verbindung. Ebenso kommuniziert die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 2 mit der Überwachungs-Einheit 202 über eine drahtlose Verbindung oder eine drahtgebundene Verbindung und weiterhin mit der Verbindungssteuer-Zentrale 100 über eine drahtlose Verbindung oder eine drahtgebundene Verbindung. Weiterhin ist die Überwachungs-Einheit 202 im Wesentlichen die gleiche wie die Überwachungseinheit 201 und wird zur Datenverarbeitung oder Zwischenspeicherung verwendet.
  • Wenn die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, ist das Gehäuse 10 mit dem Strom-Erfassungs-Port 11, dem Kommunikations-Port 12, dem DC-Eingangs-Port 13 und dem AC-Ausgangs-Port 14 konfiguriert, die innerhalb und außerhalb des Gehäuses 10 kommunizieren können. Die Spannungs-Mess-Einheit 30 kann den Spannungs-Messwert der vom Wechselrichter 52 ausgegebenen Wechselstromquelle messen und den Spannungs-Messwert an die Mikro-Steuerungs-Einheit 20 übertragen. Wenn die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung in Betrieb genommen wird, kann die Kommunikations-Einheit 40 ein Managementsignal (nicht dargestellt) und ein Strom-Messsignal (wie den vorstehend beschriebenen Strom-Messwert) über den Kommunikations-Port 12 bzw. den Strom-Erfassungs-Port 11 empfangen. Daher multipliziert die Mikrosteuereinheit 20 oder die Kommunikations-Einheit 40 den empfangenen Strommesswert und den empfangenen Spannungsmesswert, um die Leistungs-Informationen zu erhalten. Die Strom-Umwandlungs-Einheit 50 kann die empfangene Gleichstromquelle über den DC-Eingangs-Port 13 und den AC-Ausgangs-Port 14 in die Wechselstromquelle (wie beispielsweise den oben beschriebenen Wechselrichter 52) umwandeln. Zu diesem Zweck beinhaltet die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung vier Anschlüsse und die Leistungs-Berechnungs-Einheit. Es kann unter dem Einzelgerät mit einem Gehäuse 10 realisiert werden und verfügt über eine Leistungs- bzw. Stromüberwachung, eine Strom-Umwandlungsfunktion und eine Leistungs- bzw. Strommessfunktion. Durch die Integration von Schaltungen mit ähnlichen Funktionen ist es möglich, die technischen Probleme zu lösen, die durch mindestens drei unabhängige Teile des oben genannten allgemeinen Smart Grids verursacht werden, wodurch Arbeit und Zeit gespart und die Peripherieleitungen vereinfacht, EMV- und Hardwarekosten reduziert werden.
  • Das vorstehende ist nur eine detaillierte Beschreibung mit Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, aber die Merkmale der vorliegenden Offenbarung sind nicht darauf beschränkt und sollen die vorliegende Offenbarung nicht einschränken. Der gesamte Umfang der vorliegenden Offenbarung unterliegt dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche. Die Ausführungsformen des Geistes der vorliegenden Offenbarung und ihrer ähnlichen Variationen sollen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung einbezogen werden. Jede Änderung oder Modifikation, die von den Fachleuten auf dem Gebiet der vorliegenden Offenbarung leicht konzipiert werden kann, kann durch die nachfolgenden Ansprüche abgedeckt werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • Es werden eine Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 und ein damit ausgestattetes Smart Grid-System offenbart. Die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung 1 weist eine Mikro-Steuerungs-Einheit 20, eine Spannungs-Mess-Einheit 30, eine Kommunikations-Einheit 40 und eine Strom-Umwandlungs-Einheit 50 auf. Die Spannungs-Mess-Einheit 30 ist mit der Mikro-Steuerungs-Einheit 20 verbunden. Die Kommunikations-Einheit 40 ist mit der Mikro-Steuerungs-Einheit 20, einem Strom-Erfassungs-Port 11 und einem Kommunikations-Port 12 verbunden. Die Strom-Umwandlungs-Einheit 50 ist mit einem DC-Eingangs-Port 13 und einem AC-Ausgangs-Port 14 verbunden.

Claims (16)

  1. Strom-Umwandlungs-Vorrichtung (1, 1', 2), umfassend: ein Gehäuse (10), das mit einem Strom-Erfassungs-Port (11), einem Kommunikations-Port (12), einem DC-Eingangs-Port (13) und einem AC-Ausgangs-Port (14) ausgestattet ist, eine Mikro-Steuerungs-Einheit (20), die in dem Gehäuse (10) angeordnet ist, eine Spannungs-Mess-Einheit (30), die in dem Gehäuse (10) angeordnet und mit der Mikro-Steuerungs-Einheit (20) verbunden ist, eine Kommunikations-Einheit (40), die in dem Gehäuse (10) angeordnet und mit der Mikro-Steuerungs-Einheit (20), dem Strom-Erfassungs-Port (11) und dem Kommunikations-Port (12) verbunden ist, und eine Strom-Umwandlungs-Einheit (50), die in dem Gehäuse (10) angeordnet und mit dem DC-Eingangs-Port (13) und dem AC-Ausgangs-Port (14) verbunden ist.
  2. Strom-Umwandlungs-Vorrichtung (1') nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Überwachungseinheit (201), die innerhalb des Gehäuses (10) angeordnet und mit der Mikro-Steuerungs-Einheit (20) und der Kommunikations-Einheit (40) verbunden ist.
  3. Strom-Umwandlungs-Vorrichtung (1') nach Anspruch 2, wobei die Überwachungseinheit (201) konfiguriert ist, um eine Kommunikationsverbindung mit einer Verwaltungs-Zentrale (100) außerhalb des Gehäuses (10) über den Kommunikations-Port (12) aufzubauen.
  4. Strom-Umwandlungs-Vorrichtung (1, 2) nach Anspruch 1, wobei die Kommunikations-Einheit (40) konfiguriert ist, um eine Kommunikationsverbindung mit der Überwachungseinheit (201) außerhalb des Gehäuses (10) über den Kommunikations-Port (12) aufzubauen.
  5. Strom-Umwandlungs-Vorrichtung (1, 2) nach Anspruch 4, wobei die Überwachungseinheit (201) konfiguriert ist, um eine Kommunikationsverbindung mit einer Verwaltungs-Zentrale (100) außerhalb des Gehäuses (10) aufzubauen.
  6. Strom-Umwandlungs-Vorrichtung (1, 1', 2) nach Anspruch 3-5, wobei die Kommunikationsverbindung eine drahtlose Verbindung oder eine drahtgebundene Verbindung ist.
  7. Strom-Umwandlungs-Vorrichtung (1, 1', 2) nach Anspruch 1, wobei die Kommunikations-Einheit (40) näher an dem Gehäuse (10) liegt als die Mikro-Steuerungs-Einheit (20).
  8. Intelligentes-Stromnetz-System, das auf eine Last (60) angewendet ist, wobei das Intelligentes-Stromnetz-System umfasst: mindestens eine Strom-Umwandlungs-Vorrichtung (1, 1', 2), wobei jede Strom-Umwandlungs-Vorrichtung (1, 1', 2) nach einem der Ansprüche 1-5 gebildet ist, und die Strom-Umwandlungs-Vorrichtung (1, 1', 2) mit der Last (60) über den AC-Ausgangs-Port (14) verbunden ist, mindestens eine Gleichstromquelle, wobei jede Gleichstromquelle mit dem DC-Eingangs-Port (13) verbunden ist, ein Wechselstromnetz (90), das mit dem AC-Ausgangs-Port (13) verbunden ist, und eine Strom-Mess-Einheit (80), die mit dem Wechselstromnetz (90) und dem Strom-Erfassungs-Port (11) verbunden ist, wobei die Strom-Mess-Einheit (80) konfiguriert ist, um einen Gesamtstrom zu messen, der durch das Wechselstromnetz (90) fließt, und einen Strommesswert für den Strom-Erfassungs-Port (14) bereitzustellen.
  9. Intelligentes-Stromnetz-System nach Anspruch 8, wobei die Spannungs-Mess-Einheit (30) konfiguriert ist, um eine Ausgangsspannung des AC-Netzes (90) zu messen und der Mikro-Steuerungs-Einheit (20) einen Spannungsmesswert bereitzustellen.
  10. Intelligentes-Stromnetz-System nach Anspruch 9, wobei die Kommunikations-Einheit (40) konfiguriert ist, um den Strom- Messwert zu empfangen und den Strom- Messwert an die Mikro-Steuerungs-Einheit (20) zu übertragen.
  11. Intelligentes-Stromnetz-System nach Anspruch 10, wobei die Mikro-Steuerungs-Einheit (20) die Leistungs-Informationen gemäß dem Spannungs-Messwert und dem Strom-Messwert erhält.
  12. Intelligentes-Stromnetz-System nach Anspruch 8, wobei die Spannungs-Mess-Einheit (30) konfiguriert ist, um die Ausgangsspannung des AC-Netzes (90) zu messen und der Kommunikations-Einheit (40) über die Mikro-Steuerungs-Einheit (20) einen Spannungsmesswert bereitzustellen.
  13. Intelligentes-Stromnetz-System nach Anspruch 12, wobei die Kommunikations-Einheit (40) den Strom- Messwert empfängt.
  14. Intelligentes-Stromnetz-System nach Anspruch 13, wobei die Kommunikations-Einheit (40) die Leistungs-Informationen gemäß dem Spannungs-Messwert und dem Strom- Messwert erhält.
  15. Intelligentes-Stromnetz-System nach Anspruch 11 oder Anspruch 14, wobei die Strom-Umwandlungs-Vorrichtungen (1, 1', 2) die Leistungs-Informationen über den Kommunikations-Port (12) an die Verwaltungs-Zentrale (100) übertragen.
  16. Intelligentes-Stromnetz-System nach Anspruch 8, wobei, wenn die Anzahl der mindestens einen Strom-Umwandlungs-Vorrichtung (1, 2) mehrfach ist, die Strom-Umwandlungs-Vorrichtungen (1, 2) parallel verbunden sind, um der Last (60) Energie zuzuführen.
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