DE202022101174U1 - System for integrating a microgrid with the grid through a flexible asynchronous AC link - Google Patents
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Abstract
Ein System (100) für die Integration eines Mikronetzes mit dem Versorgungsnetz durch eine flexible asynchrone Wechselstromverbindung, das Folgendes umfasst mindestens eine freilaufende, doppelt gespeiste Induktionsmaschine (DFIM) (108) zusammen mit einem Spannungsregler (106), so dass eine Leistungsübertragung vom Versorgungsnetz (102) zum Mikronetz stattfindet, wobei das Mikronetz ein auf erneuerbaren Energiequellen (EE) basierendes Stromsystem ist;
ein Windenergieumwandlungssystem (WECS) (132) zusammen mit einem AC-DC-Wandler (136);
ein Batterie-Energiespeichersystem (BESS) (138);
einen DC-Bus (124) mit lokaler DC-Last (140);
ein AC-Bus (114) mit einstellbarer Frequenz und lokalen AC-Lasten (122);
ein Windenergieumwandlungssystem 1 (WECS1) (120) mit Wechselstromausgang;
einen AC-DC-Schnittstellenwandler (116) zwischen dem AC-Bus und dem DC-Bus (124); und
einen Schnittstellen-DC-AC-Wandler (118) zwischen dem DC-Bus (124) und dem AC-Bus, der die Frequenz variiert, um den Leistungsfluss unter Verwendung frei rotierender RT von der Primärwicklung zur Sekundärwicklung oder vom Stator (110) zum Rotor (112) zu steuern, so dass die Sekundärwicklung oder die Wicklung des Rotors (112) mit einem Spannungsregler verbunden ist, der Strom an das Versorgungsnetz (102) liefert; wobei es sich bei dem Mikronetz um ein Solar-Photovoltaik (SPV)-System (126) zusammen mit einem Maximum Power Point Tracker (MPPT) (130) handelt;
wobei das Versorgungsnetz (102) ein herkömmliches Stromnetz ist und der Spannungsregler ein dreiphasiger Wechselstromregler oder ein dreiphasiger Spartransformator ist, wobei die Leistung von der Hochfrequenzseite zur Niederfrequenzseite des DFIM (108) fließt; und
wobei die Größe und Richtung der Leistungsübertragung durch Steuerung der Frequenz und der Spannung gesteuert wird.
A system (100) for integrating a microgrid with the utility grid through a flexible AC asynchronous link, comprising at least one free-wheeling doubly-fed induction machine (DFIM) (108) along with a voltage regulator (106) such that power transfer from the utility grid ( 102) to the microgrid, the microgrid being a renewable energy (RE) based power system;
a wind energy conversion system (WECS) (132) along with an AC-DC converter (136);
a battery energy storage system (BESS) (138);
a DC bus (124) with local DC load (140);
an AC bus (114) with adjustable frequency and local AC loads (122);
a wind energy conversion system 1 (WECS1) (120) with AC output;
an AC-DC interface converter (116) between the AC bus and the DC bus (124); and
an interface DC-to-AC converter (118) between the DC bus (124) and the AC bus that varies frequency to allow power flow from primary to secondary or from stator (110) to controlling the rotor (112) so that the secondary winding or the winding of the rotor (112) is connected to a voltage regulator that supplies power to the utility grid (102); wherein the microgrid is a solar photovoltaic (SPV) system (126) together with a maximum power point tracker (MPPT) (130);
wherein the utility grid (102) is a conventional power grid and the voltage regulator is a three-phase AC regulator or a three-phase autotransformer with power flowing from the high frequency side to the low frequency side of the DFIM (108); and
whereby the magnitude and direction of power transfer is controlled by controlling the frequency and voltage.
Description
BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf ein System zur Integration eines Mikronetzes mit dem Versorgungsnetz, und insbesondere auf ein System zur Integration eines Mikronetzes mit dem Versorgungsnetz durch die flexible asynchrone Wechselstrom verbindung.The present disclosure relates to a system for integrating a microgrid with the utility grid, and more particularly to a system for integrating a microgrid with the utility grid through the flexible asynchronous AC link.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen für die heutige Welt. Der Ausstoß von Treibhausgasen (THG) wird weltweit mit verschiedenen Technologien überwacht und kontrolliert. Die erneuerbaren Energiequellen (RES, z. B. Sonne, Wind usw.) werden eingesetzt, um die Emissionen aus konventionellen Energiequellen zu begrenzen. Darüber hinaus werden erneuerbare Energien zur Deckung des lokalen Bedarfs und zur Einspeisung von Überschüssen bzw. zur Abnahme von Defiziten in das/aus dem Versorgungsnetz genutzt. Das moderne Stromversorgungssystem entwickelt sich nun hin zu hybriden Erzeugungssystemen auf der Grundlage erneuerbarer Energien. Lokal angeschlossene Lasten und Erzeugungszentren bilden ein Microgrid (MG). Diese mit dem Versorgungsnetz verbundenen Mikronetze bieten viele Vorteile, z. B. Zuverlässigkeit und Stabilität der Stromsysteme.Climate change is one of the greatest challenges facing the world today. Greenhouse gas (GHG) emissions are monitored and controlled worldwide using various technologies. The renewable energy sources (RES, e.g. sun, wind, etc.) are used to limit emissions from conventional energy sources. In addition, renewable energies are used to cover local needs and to feed surpluses or reduce deficits into/from the supply network. The modern power supply system is now evolving towards hybrid generation systems based on renewable energies. Locally connected loads and generation centers form a microgrid (MG). Connected to the utility grid, these microgrids offer many advantages, e.g. B. Reliability and stability of power systems.
Microgrid (MG) besteht aus Mikrogeneratoren, erneuerbaren Energiequellen, kleinen Energiespeichersystemen (ESS), Reglern, Wechselrichtern und DC-DC-Wandlern sowie kritischen und nicht kritischen Lasten. Das Hauptaugenmerk der Forscher liegt nun auf der Zuverlässigkeit und der Stromqualität des von DG erzeugten Stroms. Es wurde das Konzept des Microgrid-Energiemanagementsystems (MEMS) entwickelt, das die vollständige Kontrolle über das Microgrid hat. Das MEMS macht das Mikronetz zu einem vollständigen System, das entweder autonom oder im netzgekoppelten Modus arbeiten kann. Das IEEE, USA, hat einen Standard (IEEE 2030.7-2017 doi: 10.1109/IEEESTD.2018.8340204) zur Aufrechterhaltung der Stromqualität festgelegt, der die Zuverlässigkeit des Microgrids erhöht.Microgrid (MG) consists of microgenerators, renewable energy sources, small energy storage systems (ESS), regulators, inverters and DC-DC converters, as well as critical and non-critical loads. Researchers' main focus is now on the reliability and power quality of the power generated by DG. The concept of microgrid energy management system (MEMS) was developed, which has complete control over the microgrid. The MEMS makes the microgrid a complete system that can operate either autonomously or in grid-connected mode. The IEEE, USA has established a standard (IEEE 2030.7-2017 doi: 10.1109/IEEESTD.2018.8340204) for power quality maintenance that increases the reliability of the microgrid.
Ein weiterer wichtiger Bereich sind die Technologien zur Integration von Microgrid (MG) in das Versorgungsnetz. Die Integration von MG in das Versorgungsnetz kann mehrere typische Probleme herkömmlicher Wechselstromnetze lösen, wie z. B. Energiesicherheit und Kosteneinsparungen. Eine der Herausforderungen des netzgekoppelten Mikronetzes ist die Einspeisung von Energie in das Versorgungsnetz bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Systemstabilität nach einer Störung aufgrund eines Fehlers.Another important area are the technologies for integrating microgrid (MG) into the supply network. The integration of MG into the utility grid can solve several typical problems of traditional AC grids, such as: B. Energy security and cost savings. One of the challenges of the grid-tied microgrid is to inject energy into the utility grid while maintaining system stability after a failure caused by a fault.
Die Integration von MG in das Versorgungsnetz erfolgt hauptsächlich über eine direkte AC-Verbindung (Xia et al., IEEE Transactions on Power Electronics (2017), vol. 32, pp. 4949-4959, doi: 10.1109/TPEL.2016.2603066) und bidirektionale Wechsel-/Gleichstromwandler (Xia et al., IEEE Transactions on Power Electronics (2018), vol. 33, pp. 3520-3533, doi: 10.1109/TPEL.2017.2705133 und Liu et al., IEEE Transactions on Industrial Electronics (2019), vol. 66, pp. 3477-3485, doi: 10.1109/TIE.2018.2856210). Beiden Technologien mangelt es jedoch an der Fähigkeit zur natürlichen Dämpfung. Außerdem müssen die Umrichter kompliziert gesteuert werden und erzeugen Oberwellen, die mit speziellen Filtern herausgefiltert werden, was die Kosten erhöht. The integration of MG into the supply network is mainly done via a direct AC connection (Xia et al., IEEE Transactions on Power Electronics (2017), vol. 32, pp. 4949-4959, doi: 10.1109/TPEL.2016.2603066) and bidirectional AC/DC converters (Xia et al., IEEE Transactions on Power Electronics (2018), vol. 33, pp. 3520-3533, doi: 10.1109/TPEL.2017.2705133 and Liu et al., IEEE Transactions on Industrial Electronics (2019) , vol. 66, pp. 3477-3485, doi: 10.1109/TIE.2018.2856210). However, both technologies lack the ability to provide natural cushioning. In addition, the converters are complicated to control and generate harmonics that are filtered out with special filters, which increases costs.
Ziel dieser Erfindung ist es daher, ein System für die Integration eines Mikronetzes mit dem Versorgungsnetz durch ein flexibles asynchrones AC-Link-System (FASAL) zur Steuerung des Leistungsflusses von Mikronetzen zum Versorgungsnetz und umgekehrt bereitzustellen. Es bietet Energiesicherheit, Zuverlässigkeit und Kosteneinsparungen.The aim of this invention is therefore to provide a system for the integration of a microgrid with the utility grid through a flexible asynchronous AC link system (FASAL) for controlling the power flow from microgrids to the utility grid and vice versa. It offers energy security, reliability and cost savings.
In bereits erteilten Patenten und veröffentlichten Patentanmeldungen wurden Anstrengungen unternommen, um die verschiedenen Probleme von Microgrids anzugehen und zu lösen. Das US-Patent Nr.
Das US-Patent Nr.
US-Patent Nr.
US Pub. Nr.
US Pub. Nr.
US Pub. Nr.
Das indische Patent Nr.
Daher bietet keines der Systeme, Verfahren oder Geräte nach dem Stand der Technik Lösungen für die Integration eines Mikronetzes mit einem auf erneuerbaren Energien basierenden hybriden Erzeugungssystem und einem Versorgungsnetz, die Trägheit für natürliche Dämpfung, fehlertolerante und elastische Systeme umfassen, die den Energiefluss zwischen ihnen steuern. Daher besteht ein Bedarf an einem System zur Integration eines Mikronetzes in das Versorgungsnetz und zur Steuerung des bidirektionalen Stromflusses zwischen ihnen in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Mikronetzes, um die Mängel des Standes der Technik zu überwinden.Therefore, none of the prior art systems, methods, or devices provide solutions for integrating a microgrid with a renewable energy-based hybrid generation system and a utility grid that include inertial for natural damping, fault-tolerant, and elastic systems that control the flow of energy between them . Therefore, there is a need for a system for integrating a microgrid into the utility grid and for controlling bi-directional current flow between them depending on the operating conditions of the microgrid to overcome the deficiencies of the prior art.
GEGENSTAND DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Das Hauptziel der Erfindung ist es, ein System für die Integration von Microgrids mit dem Versorgungsnetz durch eine flexible asynchrone AC-Verbindung für eine bidirektionale Leistungsflusssteuerung von Microgrids zum Versorgungsnetz bereitzustellen.The main objective of the invention is to provide a system for the integration of microgrids with the utility grid through a flexible asynchronous AC link for bi-directional power flow control from microgrids to the utility grid.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein System zur Integration von Microgrids mit dem Versorgungsnetz durch eine flexible asynchrone AC-Verbindung zur Steuerung des Leistungsflusses vom Versorgungsnetz zu den Microgrids bereitzustellen.Another object of the invention is to provide a system for integrating microgrids with the utility grid through a flexible asynchronous AC link to control the flow of power from the utility grid to the microgrids.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein System für die Integration von Microgrids mit dem Versorgungsnetz durch eine flexible asynchrone AC-Verbindung bereitzustellen, die fehlertolerant und widerstandsfähig ist.Another object of the invention is to provide a system for integrating microgrids with the utility grid through a flexible asynchronous AC link that is fault tolerant and resilient.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung offenbart ein System zur Integration eines Mikronetzes mit dem Versorgungsnetz durch eine flexible asynchrone Wechselstromverbindung (FASAL), um das Mikronetz mit dem Versorgungsnetz zu verbinden, das mindestens eine freilaufende doppelt gespeiste Induktionsmaschine (DFIM) zusammen mit einem Spannungsregler umfasst, so dass die Energieübertragung vom Versorgungsnetz zum Mikronetz stattfindet, wobei das Mikronetz ein auf erneuerbaren Energiequellen (EE) basierendes Energiesystem ist, das ein Solar-Photovoltaiksystem (SPV) zusammen mit einem Maximum Power Point Tracker (MPPT), ein Windenergieumwandlungssystem (WECS) zusammen mit einem AC-DC-Wandler sein kann, einem Batterie-Energiespeichersystem (BESS), einem Gleichstrombus mit lokaler Gleichstromlast, einem Wechselstrombus mit einstellbarer Frequenz und lokaler Wechselstromlast, einem Windenergieumwandlungssystem 1 (WECS 1) mit Wechselstromausgang, einem Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler als Schnittstelle zwischen dem Wechselstrombus und dem Gleichstrombus und einem Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler als Schnittstelle zwischen dem Gleichstrombus und dem Wechselstrombus, der die Frequenz zur Steuerung des Leistungsflusses unter Verwendung frei rotierender RT von der Primärwicklung zur Sekundärwicklung oder vom Stator zum Rotor variiert, so dass die Sekundärwicklung oder die Rotorwicklung mit einem Spannungsregler verbunden ist, der Strom an das Versorgungsnetz liefert; wobei das Versorgungsnetz ein herkömmliches Stromnetz ist und der Spannungsregler ein dreiphasiger Wechselstromregler oder ein dreiphasiger Spartransformator sein kann, wobei die Leistung von der Hochfrequenzseite zur Niederfrequenzseite des DFIM fließt; und wobei die Größe und Richtung der Leistungsübertragung durch Steuerung der Frequenz und der Spannung gesteuert wird.The present invention discloses a system for integrating a microgrid with the utility grid through a flexible AC asynchronous link (FASAL) to connect the microgrid to the utility grid, comprising at least one free-wheeling doubly-fed induction machine (DFIM) along with a voltage regulator such that the Energy transfer takes place from the utility grid to the microgrid, where the microgrid is a renewable energy (RE) based energy system that includes a solar photovoltaic system (SPV) together with a maximum power point tracker (MPPT), a wind energy conversion system (WECS) together with an AC DC converter can be, a battery energy storage system (BESS), a DC bus with local DC load, an AC bus with adjustable frequency and local AC load, a wind energy conversion system 1 (WECS 1) with AC output, an AC-DC converter as an interface between en the AC bus and the DC bus and a DC-to-AC converter to interface between the DC bus and the AC bus, which varies the frequency to control the flow of power using freely rotating RT from the primary winding to the secondary winding or from the stator to the rotor so that the secondary winding or the rotor winding is connected to a voltage regulator that supplies power to the utility grid; wherein the utility grid is a conventional power grid and the voltage regulator can be a three-phase AC regulator or a three-phase autotransformer with power flowing from the high-frequency side to the low-frequency side of the DFIM; and wherein the magnitude and direction of power transfer is controlled by controlling the frequency and voltage.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung ist das Versorgungsunternehmen ein herkömmliches Stromnetz, das an die flexible asynchrone Wechselstromverbindung (FASAL) angeschlossen ist, die aus der freilaufenden doppelt gespeisten Induktionsmaschine (DFIM) und einem Spannungsregler besteht.In one aspect of the present disclosure, the utility is a conventional power grid connected to the Flexible AC Asynchronous Link (FASAL) consisting of the Free-Running Doubly-Fed Induction Machine (DFIM) and a voltage regulator.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung besteht die flexible asynchrone Wechselstromverbindung (FASAL) aus der freilaufenden doppelt gespeisten Induktionsmaschine (DFIM) mit dreiphasigen Wicklungen sowohl am Stator als auch am Rotor und einem dreiphasigen Spannungsregler, der ein dreiphasiger Wechselstromregler oder ein dreiphasiger Spartransformator sein kann, und das Versorgungsnetz ist über den Spannungsregler mit den Rotorwicklungen verbunden und das Mikronetz ist direkt mit den Statorwicklungen verbunden, wobei die Energieübertragung zwischen dem Luftspalt durch die magnetische Kopplung stattfindet.In one aspect of the present disclosure, the flexible AC asynchronous link (FASAL) consists of the free-wheeling doubly-fed induction machine (DFIM) with three-phase windings on both the stator and rotor and a three-phase voltage regulator, which may be a three-phase AC regulator or a three-phase autotransformer, and the supply network is connected to the rotor windings through the voltage regulator, and the micro network is connected directly to the stator windings, with energy transfer between the air gap taking place through magnetic coupling.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung fungiert der Wechselstrombus mit einstellbarer Frequenz als Schnittstellenbus zwischen dem Mikronetz und dem FASAL, der je nach Erzeugungskapazität oder Betriebszustand des Mikronetzes Strom vom Versorgungsnetz empfängt oder Strom vom Mikronetz an das Versorgungsnetz liefert.In one aspect of the present disclosure, the adjustable frequency AC bus acts as an interface bus between the microgrid and the FASAL, receiving power from the utility grid or providing power from the microgrid to the utility grid depending on generation capacity or operational status of the microgrid.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung variiert der Schnittstellen-Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler zwischen dem Gleichstrombus und dem Wechselstrombus die Frequenz, um den Leistungsfluss vom Mikronetz zum Versorgungsnetz oder vom Versorgungsnetz zum Mikronetz in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Mikronetzes zu steuern.In one aspect of the present disclosure, the interface DC-to-AC converter between the DC bus and the AC bus varies frequency to control the flow of power from the microgrid to the utility grid or from the utility grid to the microgrid depending on the operating state of the microgrid.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung, die Schnittstelle AC-DC-Wandler zwischen AC-Bus und DC-Bus, die die Leistung aus dem Versorgungsnetz an das Microgrid in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung des Microgrid liefert.In one aspect of the present disclosure, the AC-DC converter interface between the AC bus and the DC bus that supplies the power from the utility grid to the microgrid depending on the operating condition of the microgrid.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird das Windenergieumwandlungssystem-1 (WECS1), das Wechselstrom erzeugt, in den Wechselstrombus mit einstellbarer Frequenz eingespeist, um von der Wechselstromlast genutzt oder an das Versorgungsnetz geliefert zu werden.In one aspect of the present disclosure, the Wind Energy Conversion System-1 (WECS1) that produces AC power is injected into the AC adjustable frequency bus for use by the AC load or for delivery to the utility grid.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die AC-Last an den AC-Bus mit einstellbarer Frequenz angeschlossen, der je nach Betriebszustand des Mikronetzes Strom entweder vom Mikronetz oder vom Versorgungsnetz erhält.In one aspect of the present disclosure, the AC load is connected to the adjustable frequency AC bus, which receives power from either the microgrid or the utility grid depending on the operating state of the microgrid.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung erhält der DC-Bus Strom von der SPV-Anlage, dem WECS2 und dem Batterie-Energiespeichersystem (BESS), wobei der Strom über den DC-AC-Wandler und das FASAL-System an die DC-Last oder an das Versorgungsnetz geliefert wird, wenn der vom Mikronetz erzeugte Strom überschüssig ist.In one aspect of the present disclosure, the DC bus receives power from the SPV system, the WECS2, and the Battery Energy Storage System (BESS), with the power being supplied to the DC load or the DC-AC converter and the FASAL system supplied to the utility grid when the electricity generated by the microgrid is in excess.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung erzeugt das SPV-System zusammen mit MPPT Strom und speist ihn in den DC-Bus ein, wo er von der DC-Last genutzt oder in das Versorgungsnetz eingespeist wird.In one aspect of the present disclosure, the SPV system generates power along with MPPT and injects it onto the DC bus where it is consumed by the DC load or injected into the utility grid.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung erzeugt das Windenergieumwandlungssystem (WECS2) zusammen mit dem AC-DC-Wandler Strom und liefert ihn an den DC-Bus (124), wo er von der DC-Last genutzt oder an das Versorgungsnetz geliefert wird.In another aspect of the present disclosure, the Wind Energy Conversion System (WECS2) along with the AC-DC converter generates power and provides it to the DC bus (124) where it is used by the DC load or provided to the utility grid.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenlegung liefert das Batterie-Energiespeichersystem (BESS) Energie an den Gleichstrombus oder lädt sich mit der Energie des Gleichstrombusses auf.In another aspect of the present disclosure, the battery energy storage system (BESS) supplies energy to the DC bus or charges with the energy of the DC bus.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenlegung ist die Gleichstromlast mit dem Gleichstrombus verbunden, der je nach Betriebszustand des Mikronetzes Strom vom Mikronetz oder vom Versorgungsnetz erhält.In another aspect of the present disclosure, the DC load is connected to the DC bus, which receives power from the microgrid or the utility grid depending on the operational state of the microgrid.
Figurenlistecharacter list
Die beigefügten Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der vorliegenden Offenbarung und sind Bestandteil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die beispielhaft und nicht einschränkend bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung veranschaulichen.The invention will now be described with reference to the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of this invention by way of non-limiting example.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung stellt
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung arbeitet eine doppelt gespeiste Induktionsmaschine (108) im Freilauf, die zur Integration des Mikronetzes in das Versorgungsnetz (102) verwendet wird. Größe und Richtung des Leistungsflusses werden unabhängig voneinander durch Regelung von Spannung und Frequenz gesteuert.In one embodiment of the present disclosure, a free-wheeling, doubly-fed induction machine (108) used to integrate the microgrid with the utility grid (102). The magnitude and direction of power flow are controlled independently by regulating voltage and frequency.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung wird der Strom von einem Mikronetz erzeugt, das aus verschiedenen Energiequellen besteht, z. B. aus dezentralen Generatoren, die auf erneuerbaren Energiequellen (EE) basieren, wie z. B. einem Solar-Photovoltaik-System (126), einem Windenergiesystem (WES) (132), einem Batterie-Energiespeichersystem (BESS) (138) oder einem Hybridsystem. Wenn im Mikronetz ein Energieüberschuss vorhanden ist, kann das FASAL-System (104) verwendet werden, um Energie vom Mikronetz an das Versorgungsnetz (102) zu übertragen. In diesem Fall erzeugt der DC-AC-Wandler (118) im Mikronetz Strom mit etwas höherer Frequenz (f1 > f2), und der Stromfluss wird durch den Spannungsregler (106) effektiv gesteuert. Auf diese Weise fließt der Strom vom Mikronetz zum Versorgungsnetz (102). In an embodiment of the present disclosure, the electricity is generated by a microgrid consisting of different energy sources, e.g. B. from decentralized generators based on renewable energy sources (RE), such. B. a solar photovoltaic system (126), a wind energy system (WES) (132), a battery energy storage system (BESS) (138) or a hybrid system. When there is excess power in the microgrid, the FASAL system (104) can be used to transfer power from the microgrid to the utility grid (102). In this case, the DC-AC converter (118) in the microgrid generates power at a slightly higher frequency (f1 > f2), and the current flow is effectively controlled by the voltage regulator (106). In this way, the current flows from the microgrid to the utility grid (102).
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung wird bei einem Strommangel (für lokale Lasten im Mikronetz) im Mikronetz f1 durch den DC-AC-Wandler (118) so gesteuert, dass es etwas niedriger als f2 wird (d. h. f1<f2). Daher fließt der Strom vom Versorgungsnetz (102) über den Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (116) zum Mikronetz.In an embodiment of the present disclosure, when there is a power shortage (for local loads in the microgrid) in the microgrid, f1 is controlled by the DC-AC converter (118) to become slightly lower than f2 (i.e., f1<f2). Therefore, the current flows from the grid (102) to the microgrid via the AC/DC converter (116).
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung passt sich die Geschwindigkeit des DFIM (108) während des Fehlerzustands selbst an, um diesen zu kompensieren. Selbst im Falle eines schweren Dreifach-Leitungsfehlers (LLL) oder eines Dreifach-Leitungsfehlers gegen Erde (LLLG) wird ein begrenzter Effekt langsam auf eine andere Seite des Stromnetzes übertragen, da das DFIM (108) langsam seine Drehzahl erhöht. In diesem Zustand verhält sich der DFIM (108) wie ein kurzgeschlossener Rotorkreis eines doppelt gespeisten Asynchronmotors (DFIM). Es findet also kein elektrischer Leistungsfluss zur Fehlerseite statt, da diese kurzgeschlossen ist. Für die Beschleunigung des freilaufenden, unbelasteten und mechanisch freien (ungekuppelten) Rotors des DFIM (108) wird nur eine geringe Leistung benötigt. Er benötigt also nur langsam eine geringe zusätzliche Leistung zur Beschleunigung aus dem gesunden Stromnetz. Daher bietet er eine ausreichende Pufferzeit für die Erholung und Belastbarkeit des Stromnetzes. Da das Mikronetz und das Versorgungsnetz (102) über das FASAL-System (104) verbunden sind, wirkt sich ein Fehler auf einer Seite des DFIM (108) nur langsam auf die andere Seite aus, da beide Systeme nicht elektrisch, sondern magnetisch gekoppelt sind. Daher wird die Stabilität der gesunden Seite des Stromnetzes (Versorgungsnetz oder Mikronetz) nicht ernsthaft beeinträchtigt.In one embodiment of the present disclosure, the speed of the DFIM (108) self-adjusts during the error condition to compensate for it. Even in the event of a severe triple line fault (LLL) or a triple line fault to earth (LLLG), a limited effect is slowly transmitted to another side of the power grid as the DFIM (108) slowly increases its speed. In this condition, the DFIM (108) behaves like a shorted rotor circuit of a double-fed induction motor (DFIM). There is therefore no electrical power flow to the error side, since this is short-circuited. Only a small amount of power is required to accelerate the free-running, unloaded and mechanically free (uncoupled) rotor of the DFIM (108). It therefore only slowly requires a small amount of additional power for acceleration from the healthy power grid. Therefore, it provides sufficient buffer time for power grid recovery and resilience. Since the micro-grid and the supply grid (102) are connected via the FASAL system (104), a fault affects one Side of the DFIM (108) only slowly on the other side, since both systems are not electrically but magnetically coupled. Therefore, the stability of the healthy side of the power grid (utility grid or microgrid) will not be seriously affected.
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- System zur Integration eines Mikronetzes mit dem Versorgungsnetz durch eine flexible asynchrone AC-VerbindungSystem for integrating a microgrid with the utility grid through a flexible asynchronous AC link
- 102102
- Stromversorgungsnetzpower grid
- 104104
- Flexible asynchrone Wechselstromverbindung (FASAL)Flexible Asynchronous AC Link (FASAL)
- 106106
- Spannungsreglervoltage regulator
- 108108
- Zweifach gespeiste Induktionsmaschine (DFIM)Dual Fed Induction Machine (DFIM)
- 110110
- Statorstator
- 112112
- Rotorrotor
- 114114
- Frequenz-AC-BusFrequency AC Bus
- 116116
- Schnittstelle AC-DC-WandlerInterface AC-DC converter
- 118118
- Schnittstelle DC-AC-WandlerInterface DC-AC converter
- 120120
- Windenergie-Umwandlungssystem 1 (WECS1)Wind Energy Conversion System 1 (WECS1)
- 122122
- AC-LastAC load
- 124124
- DC-BusDC bus
- 126126
- Solar-Photovoltaik-Anlage (SPV)Solar Photovoltaic System (SPV)
- 128128
- Solar-Photovoltaik (SPV)Solar Photovoltaic (SPV)
- 130130
- Maximum Power Point Tracker (MPPT)Maximum Power Point Tracker (MPPT)
- 132132
- Windenergie-Umwandlungssystem (WEC)Wind Energy Conversion System (WEC)
- 134134
- Windenergie-Umwandlungssystem 2 (WECS2)Wind Energy Conversion System 2 (WECS2)
- 136136
- AC-DC-WandlerAC-DC converter
- 138138
- Batterie-Energiespeichersystem (BESS)Battery Energy Storage System (BESS)
- 140140
- DC-LastDC load
- 142142
- AC-Bus des VersorgungsnetzesAC bus of the utility grid
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- US 20200401176 A1 [0011]US 20200401176 A1 [0011]
- US 20200334609 A1 [0012]US 20200334609 A1 [0012]
- IN 296524 [0013]IN 296524 [0013]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |