DE3142168A1 - Device for supplying electrical power from a DC source into an AC network - Google Patents
Device for supplying electrical power from a DC source into an AC networkInfo
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Abstract
Description
Vorrichtung zum Einspeisen elektrischer Leistung ausDevice for feeding in electrical power
einer Gleichsannunspuelle in ein Wechselapannungsnetz (Es wird die Priorität aus der japanischen Anmeldung T 55-151679 vom 29,10.1980 beansprucht) Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspeisen von einer Gleichspannungsquelle, insbesondere einer Solarzelle, entnommener elektrischer Leistung in ein Wechselspannungsnetz.a source of equal voltage into an alternating voltage network (the Priority claimed from Japanese application T 55-151679 of October 29, 1980) The invention relates to a device for feeding in from a DC voltage source, in particular a solar cell, electrical power drawn into an alternating voltage network.
Solarzellen liefern, auch wenn sie zu Batterien zusammengeschaltet sind, eine elektrische Gleichspannung verhältnismäßig kleiner Leistung. Sie dienen meist zur direkten Speisung von Verbrauchern und es ist gegenwärtig von den Betreibern öffentlicher Versorgungsnetze nicht gestattet, überschüssige Leistung solcher beim Verbraucher installierten Energiequellen in das öffentliche Versorgungsnetz einzuspeisen. Jedoch sind derartige Möglichkeiten bereits erwogen und für die Technologie alternativer Energiequellen entwickelt worden, so daß deren Anwendung für die nähere Zukunft erwartet werden kann, je gebräuchlicher Solarzellen werden.Solar cells deliver even when they are interconnected to form batteries are, an electrical direct voltage of relatively low power. You serve mostly for the direct supply of consumers and it is currently used by the operators Public utility networks are not allowed to use excess power such when Feed installed energy sources into the public supply network. However, such possibilities have already been considered and are more alternative for the technology Energy sources have been developed so that their application for the near future can be expected, the more common solar cells will be.
Mit der Erfindung soll es ermöglicht werden, eine derartige Gleichspannungsquelle geringer Leistung parallel an ein kommerzielles elektrisches Energieerzeugungssystem zu legen, um elektrische Leistung in das vom Erzeugungssystem gespeiste Netz einzuspeisen. Insbesondere in dem Fall, daß das Netz von Energieerzeugern gespeist wird, deren Leistung kleiner ist als die Leistung der Energieerzeuger der üblicher;, leistungsstarken Versorgungsnetze, insbesondere also bei Inselnetzen, ist eine Regeleinrichtung erforderlich, die einfach aufgebaut, nicht teuer und leicht zu handhaben ist. Dabei ist entscheidend, daß die Regeleinrichtung des hierfür benötigten Wechselrichters es gestattet, Ausgangsamplitude und Frequenz des Wechselrichters in Ubereinstimmung mit Spannungsamplitude und Frequenz des Netzes zu bringen.The invention is intended to make it possible to use such a DC voltage source low power parallel to a commercial electrical power generation system in order to feed electrical power into the network fed by the generation system. Especially in the event that the network is fed by energy producers, their Power is smaller than the power of the generators of the usual, powerful Supply networks, especially in isolated networks, is a control device required that is simple in construction, inexpensive and easy to use. Included it is crucial that the control device of the inverter required for this it allows the output amplitude and frequency of the inverter to match with voltage amplitude and frequency of the network.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Wechselrichtervorrichtung zu schaffen, die verhältnismäßig preisgünstig herzustellen, einfach im Aufbau und gleichzeitig in der Lage ist, Schwankungen in Amplitude und Frequenz des Wechselspannungsnetzes zu folgen.The invention is based on the object of a corresponding inverter device to create, which are relatively inexpensive to manufacture, simple in construction and at the same time is capable of fluctuations in the amplitude and frequency of the AC voltage network to follow.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1 specified features. Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims marked.
Anhand von zwei Ausführungsbeispielen und 4 Figuren wird die Erfindung näher erläutert.The invention is illustrated by means of two exemplary embodiments and 4 figures explained in more detail.
In Figur 1 ist schematisch eine Gleichspannungs-Energiequelle 1 dargestellt, die insbesondere eine Solarzelle sein kann, während ein Wechselspannungsnetz 4 einen oder mehrere Verbraucher 5 speist. Für Figur 1 sei zunächst angenommen, daß die Quellengleichspannung konstant ist.In Figure 1, a direct voltage energy source 1 is shown schematically, which can in particular be a solar cell, while an alternating voltage network 4 is a or several consumers 5 feeds. For Figure 1 it is initially assumed that the DC source voltage is constant.
Zwischen Gleichspannungsquelle und Wechselspannungsnetz ist ein Pulswechselrichter 2 angeordnet, der die Einspeisung der der Gleichspannungsquelle 1 entnommenen Leistung in das Wechselspannungsnetz 4 ermöglichen soll.There is a pulse-controlled inverter between the DC voltage source and the AC voltage network 2 arranged, which feeds the power drawn from the DC voltage source 1 to allow in the AC voltage network 4.
Vom Netz 4 ist, z.B. mittels eines übertragers 11, eine Vergleichsspannung Uref abgegriffen, die eine der Netzamplitude proportionale Amplitude und konstante Phasenlage aufweist. Ferner wird eine Hilfsspannung Uh erzeugt, die eine konstante Phasenverschiebung gegenüber der Vergleichsspannung aufweist. Dies kann z.B. mittels eines Phasenschiebers 12 geschehen. In einem Bauglied 14 wird die Steuerspannung Ust aus der Vergleichs spannung Uref und der Hilfsspannung Uh in einem Verhältnis zusammengesetzt, das z.B. über eine Eingabeeinrichtung 17 und ein Bauglied 13 eingegeben werden kann. Diese zusammengesetzte Spannung dient als Steuerspannung für die Steuerung des Pulswechselrichters 2, um eine pulsbreitenmodulierte Wechselrichter-Ausgangsspannung Eo zu erzeugen, die bei vorgegebener Wechselrichter-Eingangsspannung der Steuerspannung proportional ist (d.h.There is a comparison voltage from the network 4, e.g. by means of a transformer 11 Uref is tapped, which is an amplitude proportional to the network amplitude and constant Has phase position. Furthermore, an auxiliary voltage Uh is generated, the has a constant phase shift compared to the reference voltage. this can be done e.g. by means of a phase shifter 12. In a member 14 is the control voltage Ust from the comparison voltage Uref and the auxiliary voltage Uh composed in a ratio which, for example, via an input device 17 and a member 13 can be entered. This composite tension serves as the Control voltage for controlling the pulse inverter 2 to a pulse width modulated Inverter output voltage Eo to be generated at a given inverter input voltage is proportional to the control voltage (i.e.
proportionale Amplitude, gleiche Phase und Frequenz).proportional amplitude, same phase and frequency).
Eine derartige Steuerung für einen Pulswechselrichter mit eingeprägter Eingangsgleichspannung kann z.B. auf bekannte Weise einen hochfrequenten Dreiecksgenerator 15 konstanter Amplitude und einen Vergleicher 16 enthalten und durch Vergleich der Dreiecksgeneratorspannung mit der Steuerspannung die Zündimpulse für den Pulswechselrichter erzeugen.Such a control for a pulse-controlled inverter with impressed The DC input voltage can, for example, be a high-frequency triangular generator in a known manner 15 constant amplitude and a comparator 16 and by comparing the Triangular generator voltage with the control voltage, the ignition pulses for the pulse-controlled inverter produce.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, kann zwischen Pulswechselrichter und Wechselspannungsnetz vorteilhaft ein Filter 3 angeordnet sein, das eine Längsinduktivität 31 enthält, wie in Fig. 3 dargestellt ist. An dem dort dargestellten Glättungskondensator 32 liegt die Netzspannung Es an, während bei einem Stromfluß 10 durch das Filter an der Längsinduktivität ein Spannungsabfall Ex entsteht.As shown in Fig. 1, between pulse-controlled inverter and AC voltage network advantageously a filter 3 can be arranged, which has a series inductance 31, as shown in FIG. 3. At the smoothing capacitor shown there 32 is the mains voltage Es, while with a current flow 10 through the filter a voltage drop Ex occurs at the series inductance.
Ströme und Spannungen sind Wechselgrößen, die in Fig. 4 als Vektoren dargestellt sind. Das Filter dient dazu, die Oberschwingungen in der Wechselrichter-Ausgangsspannung beim Einspeisen in das Wechselstromsystem zu glätten. Um elektrische Leistung durch einen derartigen Pulswechselrichter in das Netz einzuspeisen, wird für den Strom 10 ein Leistungsfaktor (costf) von annähernd 1 bezüglich der Netzwechselspannung Es angestrebt.Currents and voltages are alternating quantities, shown in Fig. 4 as vectors are shown. The filter is used to reduce the harmonics in the inverter output voltage smooth when feeding into the AC system. To get electrical power through Feeding such a pulse-controlled inverter into the grid is used for electricity 10 a power factor (costf) of approximately 1 with respect to the mains AC voltage Aimed at it.
Vorteilhaft wird eine mit der Netzspannung in Phase liegende Vergleicherspannung verwendet, während die Milfswechselspannung demgegenüber um 900 el phasenverschoben ist. Die Ausgangsleistung des Wechselrichters kann dabei dadurch verändert werden, daß die Steuerspannung aus der Addition der Vergleicherspannung mit der im eingestellten Verhältnis gewichteten Hilfsspannung erzeugt wird.A comparator voltage which is in phase with the mains voltage is advantageous used, while the Milfs AC voltage phase shifted by 900 el is. The output power of the inverter can be changed by that the control voltage from the addition of the comparator voltage with the set in Ratio weighted auxiliary voltage is generated.
In Fig. 1 wird dabei davon ausgegangen, daß die Gleichspannungsquelle eine konstante Ausgangs spannung erzeugt.In Fig. 1 it is assumed that the DC voltage source a constant output voltage is generated.
An der Einstelleinrichtung 17 wird die Pulswechselrichter-Ausgangsspannung eingestellt, indem für einen von der Hilfsspannung beaufschlagten Multiplizierer 13 der Multiplikationsfaktor vorgegeben wird. Die Steuerspannung ist an einem von dem Multipliziererausgang und der Vergleichs spannung beaufschlagten Additionsglied 14 abgegriffen.The pulse-controlled inverter output voltage is set at the setting device 17 set by for a multiplier acted upon by the auxiliary voltage 13 the multiplication factor is specified. The control voltage is on one of the multiplier output and the comparison voltage applied adder 14 tapped.
Wird über die Einstelleinrichtung 17 der Multiplikationsfaktor zu Null gemacht, so ist die Steuerspannung in Phase mit der Netzspannung. Die Pulswechselsteuerung ist so eingestellt, daß die Pulswechselrichter-Ausgangsspannung eine Grundschwingung enthält, die in Phase und Amplitude gleich der Netzspannung ist. In diesem Fall fließt wegen des Filterwiderstandes kein Strom durch den Pulswechselrichter ins Netz, wobei die Pulswechselrichter-Ausgangsspannung allen Schwankungen des Netzes in Frequenz und Amplitude rasch folgt.If the setting device 17 is used to increase the multiplication factor Made zero, the control voltage is in phase with the mains voltage. The pulse change control is set in such a way that the pulse-controlled inverter output voltage has a fundamental oscillation which is equal to the mains voltage in phase and amplitude. In this case Due to the filter resistance, no current flows through the pulse-controlled inverter Grid, with the pulse-controlled inverter output voltage reflecting fluctuations in the grid quickly follows in frequency and amplitude.
Durch Verändern des Multiplikationsfaktors am Eingang 17 kann der Pulswechselrichter-Ausgangsspannung eine Komponente Ex vorgegeben werden, die zur Kompensierung des induktiven Spannungsabfalles im Filter dient. Mit dieser Anordnung kann die Ausgangsleistung des Wechselrichters proportional zu dem Multiplikationsfaktor verändert und ueber das Filter eingespeist werden.By changing the multiplication factor at input 17, the Pulse-controlled inverter output voltage a component Ex can be specified, which for Compensation of the inductive voltage drop in the filter is used. With this arrangement the output power of the inverter can be proportional to the multiplication factor changed and fed through the filter.
Streng genommen tritt eine Abweichung des Leistung faktors 1 infolge eines Stromflusses Uber den Filterkondensator auf Eine derartige Abweichung ist aber normalerweise vernachlässigbar. Wenn eine genaue Steuerung erforderlich ist, so kann die Vergleichs spannung zusätzlich mit einem geeigneten Koeffizienten multipliziert werden.Strictly speaking, a deviation in performance factor 1 occurs as a result of a current flow through the filter capacitor to such a deviation but usually negligible. When precise control is required, the comparison voltage can also be multiplied by a suitable coefficient will.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, wobei in Fig. 2 im wesentlichen nur die neu hinzugekommenen Bauteile dargestellt sind. Dieses AusfUhrungsbeispiel ist für den Fall geschaffen, daß die Gleichspannungsquelle eine veränderliche Ausgangsleistung aufweist, wie dies bei Solarzellen der Fall ist. Während das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Gleichspannungsquelle mit konstanter Ausgangsspannung betrifft, wird gemäß Fig. 2 durch einen Regler 22 die Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle 1 konstant geregelt, so daß nunmehr die Anwendung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung möglich ist. Für diese Regelung wird die Ist-Spannung(oder gegebenenfalls die Ausgangsleistung) am Ausgang der Gleichspannungsquelle erfaßt (Meßglied 20), während an einer Einstelleinrichtung 21 die Soll-Spannung eingestellt wird. Ist- und Sollspannung sind einer Regeleinrichtung 22 zugeführt, wobei der Regelausgang und die Hilfsspannung nunmehr dem Multiplizierer 13 zugeführt sind. Die Steuerspannung ist, wie in Fig. 1, an dem von dem Multipliziererausgang und der Vergleichsspannung beaufschlagten Additionsglied 14 abgegriffen. Der Regler 22 kann z.B.Fig. 2 shows another embodiment of the invention, wherein in Fig. 2 essentially only the newly added components are shown. This AusfUhrungsbeispiel is created for the case that the DC voltage source is a has variable output power, as is the case with solar cells. While the embodiment of FIG. 1 is a DC voltage source with constant Output voltage is concerned, as shown in FIG the DC voltage source 1 controlled constant, so that now the application of the device shown in Fig. 1 is possible. The actual voltage (or possibly the output power) at the output of the DC voltage source (Measuring element 20), while the setpoint voltage is set on an adjusting device 21 will. Actual and nominal voltage are fed to a control device 22, the The control output and the auxiliary voltage are now fed to the multiplier 13. The control voltage is, as in Fig. 1, at that of the multiplier output and the adder 14 applied to the comparison voltage is tapped. The regulator 22 can e.g.
einen integrierenden Regler enthalten, der ein Ansteigen des Ausgangssignals erzeugt, wenn die Ist-Spannung der Gleichspannungsquelle größer ist als der eingestellte Sollwert, so daß die Ausgangsleistung des Pulswechselrichters über den Multiplizierer 13 angehoben wird. Dabei wächst der Ausgangsstrom der Gleichspannungs- quelle, während die Ausgangsspannung sinkt, bis die Gleichspannungsquelle einen Gleichgewichtszustand erreicht.an integrating regulator included, which increases the output signal generated when the actual voltage of the DC voltage source is greater than the set one Setpoint so that the output power of the pulse-controlled inverter via the multiplier 13 is raised. The output current of the DC voltage increases source, while the output voltage decreases until the DC voltage source reaches a state of equilibrium achieved.
Gemäß der Erfindung ist also der Pulswechselrichter von einer sinusförmigen Steuerspannung gesteuert, die im wesentlichen von der Netzspannung abgegriffen ist. Es ist daher kein Sinusgenerator notwendig und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Lage, Schwankungen in Amplitude und Frequenz der Netzspannung rasch zu folgen.According to the invention, the pulse-controlled inverter is sinusoidal Control voltage controlled, which is tapped essentially from the mains voltage. There is therefore no need for a sine wave generator and the device according to the invention is able to rapidly fluctuate in amplitude and frequency of the mains voltage follow.
4 Figuren.4 figures.
5 PatentansprUche5 claims
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP55151679A JPS5775530A (en) | 1980-10-29 | 1980-10-29 | Power supply system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3142168A1 true DE3142168A1 (en) | 1982-05-27 |
DE3142168C2 DE3142168C2 (en) | 1984-08-09 |
Family
ID=15523879
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3142168A Expired DE3142168C2 (en) | 1980-10-29 | 1981-10-23 | Device for feeding electrical power from a direct voltage source into an alternating voltage network |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5775530A (en) |
DE (1) | DE3142168C2 (en) |
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US4750102A (en) * | 1986-03-20 | 1988-06-07 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Power converting apparatus |
WO2005018078A1 (en) * | 2003-08-13 | 2005-02-24 | Siemens Ag Österreich | Method and inverter for supplying alternating current to a network |
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- 1980-10-29 JP JP55151679A patent/JPS5775530A/en active Pending
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- 1981-10-23 DE DE3142168A patent/DE3142168C2/en not_active Expired
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3142168C2 (en) | 1984-08-09 |
JPS5775530A (en) | 1982-05-12 |
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