DE3939522A1 - Controlled current converter for regenerative energy supply system - responds to received control signal to supply energy to or from network - Google Patents
Controlled current converter for regenerative energy supply system - responds to received control signal to supply energy to or from networkInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, die mögliche Ausgestaltung der benötigten Ansteuersignale (Unteransprüche 2 und 3) und erfindungsgemäß lt. Anspruch 4 eine Auflistung der wesentlichen Komponenten eines Gerätes zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 1.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1, the possible design of the required Control signals (subclaims 2 and 3) and according to the invention. Claim 4 a list of the essential components of a Device for implementing the method according to claim 1.
Zur Zeit findet in den Industrienationen eine intensive Diskussion darüber statt, wie unsere Energieversorgung langfristig gesichert werden kann.There is currently an intensive discussion in the industrialized nations about how our energy supply is secured in the long term can be.
Wegen des großen infrastrukturellen Aufwandes für regenerative Großkraftwerke und des oft nicht in der Nähe der Verbraucher vorhandenen ausreichenden Platzangebotes wird für die Bundesre publik das Konzept der dezentralen Netzeinspeisung als besser geeignet angesehen.Because of the great infrastructural effort for regenerative Large power plants and often not close to consumers sufficient space is available for the federal government publishes the concept of decentralized grid feed-in as better considered suitable.
Dezentrale Energieversorgungen können kleine Windgeneratoren sein, vor allem aber sieht man darin photovoltaische Kleinkraftwerke im Bereich von 2-3 kW Spitzenleistung, die auf Hausdächern installiert werden und im Sommer einen Privathaushalt vollständig mit elektrischer Energie versorgen können. Folgende Systeme sind bekannt und bisher auch in Pilotprojekten erprobt worden:Decentralized energy supplies can be small wind generators, but above all you can see it in small photovoltaic power plants in the Range of 2-3 kW peak power on house roofs be installed and a private household completely in summer can supply with electrical energy. The following systems are known and tried out in pilot projects:
- a) Direkte Einspeisung der Energie ins private Hausnetz ohne Energiezwischenspeicherung. Die Differenz zwischen regenerativ erzeugter Energie und der privat verbrauchten Energie wird ins öffentliche Verbundnetz (in der Regel zu sehr niedrigen kWh-Preisen) eingespeist. Das öffentliche Netz stellt damit einen Energiespeicher für die mittags zuviel erzeugte Energie und abends bzw. nachts eine sichere Energiequelle dar. Für diese spezielle Anwendung wurden in den vergangenen 2 Jahren von insgesamt ca. 10 Firmen kleine netzgeführte Solarwechselrichter auf den Markt gebracht, die einen Solargenerator im Punkt maximaler Leistung betreiben können, und die Energie mit über 90% Wirkungsgrad ins Netz liefern können. Wesentlich ist, daß diese Wechselrichter nur Energie ins Netz speisen können (nur eine Energierichtung).a) Direct feeding of the energy into the private house network without Intermediate energy storage. The difference between regeneratively generated energy and privately used energy Energy gets into the public network (usually too much low kWh prices). The public network provides thus an energy store for those who generated too much at lunchtime Energy and a safe energy source in the evening or at night. For this special application, in the past 2 Years of a total of approx. 10 companies Launched solar inverters, some Can operate solar generator at the point of maximum power, and deliver the energy to the grid with over 90% efficiency can. It is essential that these inverters only use energy can feed into the grid (only one direction of energy).
- b) Inselnetzversorgung von Häusern ohne Netzanschluß. Die regenerativ erzeugte Energie wird zwischengespeichert und steht somit auch nachts zur Verfügung. Wegen der Unsicherheit der Energieerzeugung werden meistens zusätzliche Notstromsysteme (z. B. Dieselgeneratoren) installiert.b) Island grid supply for houses without a grid connection. The Renewably generated energy is temporarily stored and is available thus also available at night. Because of the uncertainty of the Energy generation mostly becomes additional emergency power systems (e.g. diesel generators) installed.
- c) Speicherung der erzeugten Energie gekoppelt mit Netzeinspeisung. Hier wird entweder das Netz als Notstromsystem benutzt, oder aber es wird nur eine Spitzenleistung durch die regenerative Energiequelle abgedeckt, und der Grundbedarf wird vom Netz geliefert (siehe Pilotprojekte AEG/Okal). In solchen Systemen können zusätzlich Ladegeräte zur Ladung der Speicherbatterien integriert sein.c) storage of the generated energy coupled with Grid feed-in. Here either the network is used as an emergency power system used, or it is only a top performance by the regenerative energy source covered, and the basic need supplied by the network (see pilot projects AEG / Okal). In such systems, additional chargers can be used to charge the Storage batteries can be integrated.
Charakteristisch ist allen bisher installierten netzgekoppelten Systemen, daß sie völlig unabhängig von den anderen installierten Systemen arbeiten. Ihr Regelverhalten und die in das öffentliche Versorgungsnetz einzuspeisende Energiemenge leiten sie nicht aus übergeordneten Netzkriterien, sondern aus ihrem eigenen energetischen Zustand (z. B. viel oder wenig Sonneneinstrahlung) entsprechend vorgegebener Regelcharakteristika ab. Aufgrund der Abhängigkeit von der gleichen Energiequelle (Sonne oder Wind) liefern sie in der Regel entweder alle gleichzeitig Überschußenergie ans Netz, oder benötigen alle gleichzeitig Zuschußenergie aus dem Netz. Für die EVU sind bei dieser Art der regenerativen Energieerzeugung keine Vorteile im Sinne einer Substitution von fossilen Brennstoffen durch regenerative Energiequellen erkennbar. Es müssen weiterhin alle bisher benötigten Mittel- und Spitzenlastkraftwerke vorgehalten werden. Die Versorgungsleitungen müssen weiterhin für die Spitzenleistung der Versorgungsgebiete ausgelegt und bezahlt werden.All network-connected systems installed to date are characteristic Systems that installed completely independently of the others Systems work. Your control behavior and that in the public They do not divert the amount of energy to be fed into the supply network overarching network criteria, but from their own energetic state (e.g. a lot or little sun) according to predefined control characteristics. Due to the Dependence on the same energy source (sun or wind) they usually deliver all at the same time Surplus energy to the grid, or need all at the same time Grid energy from the grid. For the RU, this type of regenerative energy generation no benefits in the sense of a Substitution of fossil fuels by regenerative ones Energy sources recognizable. So far everyone has to continue required medium and peak load power plants are kept available. The supply lines must continue for peak performance the coverage areas are designed and paid for.
Eine Reduzierung der konventionellen Kraftwerke und Versorgungsleitungen (und damit Kostenreduzierungen zugunsten des Ausbaus der regenerativen Energien) ist nur zu erreichen, wenn es gelingt, Leistungsspitzen durch regenerative Systeme sicher abzufangen, und die verbleibenden Kraftwerke durch eine auch nachts konstant hohe Belastung möglichst wirtschaftlich zu betreiben. Um den geforderten Netzlastausgleich zu erzielen, müssen die Netzleitzentralen der EVU Einfluß auf die Energieabgabe der vielen kleinen regenerativen Energiequellen bekommen.A reduction in conventional power plants and Supply lines (and thus cost reductions in favor of Expansion of regenerative energies) can only be achieved if it is succeeds in ensuring peak performance through regenerative systems intercept, and the remaining power plants through one too constant high loads at night as economically as possible operate. To achieve the required network load balancing, the grid control centers of the EVU influence the energy output of the get many small renewable energy sources.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine prinzipielle Hardwarelösung vorzuschlagen, die eine Koordination der Netzeinspeisung durch regenerative Energiequellen und eine koordinierte nächtliche Leistungsentnahme aus dem Netz ermöglichen.The invention is therefore based on the object, a method and to propose a basic hardware solution, the one Coordination of the grid feed through regenerative Energy sources and a coordinated nightly power consumption enable from the network.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Verfahrensschritte von Anspruch 1 gelöst. Mögliche Variationen bezüglich der Steuersignale, die ebenfalls ein Verfahren nach Anspruch 1 ermöglichen, sind in Anspruch 2 und Anspruch 3 beansprucht.The object is achieved by the characterizing Process steps of claim 1 solved. Possible variations regarding the control signals, which is also a procedure after Enabling claim 1 are in claim 2 and claim 3 claimed.
Der prinzipielle Aufbau eines solchen Lade-/Entladestromrichters wird in Anspruch 4 beschrieben.The basic structure of such a charge / discharge converter is described in claim 4.
Anhand der Zeichnungen 1 und 2 sollen das Verfahren, anhand Zeichnung 3 das Gerät beschrieben werden:Using the drawings 1 and 2, the method should be based on Drawing 3 the device can be described:
Eine regenerative Energiequelle (1) (z. B. Windgenerator, oder Solargenerator, oder beide parallel) liefert Energie in einen Speicher (2) (z. B. Bleibatterie, oder NiCd-Batterie), von dem sie über einen speziellen Lade-/Entladestromrichter (3) an den unmittelbaren Verbraucher (4) (z. B. Privathaushalt) weitergegeben wird. Die Energie, die der unmittelbare Verbraucher nicht selbst verbraucht, wird über einen Tarifzähler (5) an das öffentliche Versorgungsnetz (6) geliefert. Steuersignale (7), die der spezielle Lade-/Entladestromrichter als Rundsteuersignal, Funksignal, oder Lichtwellenleitersignal empfängt, bestimmen, wieviel Energie aus dem Speicher entnommen wird, oder, ob der Speicher aus dem Netz geladen wird (z. B. zum Nachttarif). Übergeordnet sind diesen Signalen Regelungsmechanismen zum Schutz der Energiespeicher vor Überladung und zu starker Entladung.A regenerative energy source ( 1 ) (e.g. wind generator, or solar generator, or both in parallel) delivers energy to a storage device ( 2 ) (e.g. lead battery or NiCd battery), from which it can be transferred via a special charging / Discharge converter ( 3 ) is passed on to the immediate consumer ( 4 ) (e.g. private household). The energy that the direct consumer does not consume himself is supplied to the public supply network ( 6 ) via a tariff meter ( 5 ). Control signals ( 7 ), which the special charging / discharging converter receives as a ripple control signal, radio signal or fiber optic signal, determine how much energy is taken from the storage or whether the storage is loaded from the network (e.g. at night tariff). Control mechanisms to protect the energy storage device against overcharging and excessive discharge are superordinate to these signals.
Zeichnung 2 zeigt zwei Diagramme: Den typischen Lastverlauf eines Privathaushalts an einem Sommerdienstag (1) und einem Winterdienstag (2) (beide aus einer RWE-Untersuchung aus dem Jahre 1982). In beide Lastgänge wurde eine Ausgleichslinie gelegt. Diese Linie entspricht der Leistung, die ein EVU konstant liefern müßte, wenn das Verfahren nach Anspruch 1 angewendet wird. Die Mehr- Leistung oberhalb der Ausgleichslinie wird von dem Energiespeicher und der regenerativen Energiequelle geliefert, das "Nachttal" unterhalb der Ausgleichslinie durch Batterieladung aufgefüllt. Die für dieses Verfahren notwendigen Steuersignale erhält der spezielle Lade-/Entladestromrichter von einer zentralen Netzleitstelle.Drawing 2 shows two diagrams: The typical load curve of one Private household on a summer Tuesday (1) and one Winter Tuesday (2) (both from an RWE investigation from the year 1982). A compensation line was placed in both load profiles. These Line corresponds to the power that an RU would have to deliver constantly, when the method of claim 1 is applied. The multi Power above the balance line is from the energy storage and the regenerative energy source, the "night valley" filled below the compensation line by battery charging. The The special control signals necessary for this method are received Charge / discharge converter from a central network control center.
Von entscheidendem Vorteil ist die Tatsache, daß mit diesem Verfahren echte Einsparungen von konventionellen, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken möglich sind, und damit ein entscheidender Beitrag zum Umweltschutz und zum Einstieg in die teilweise Versorgung eines Landes mit regenerativer Energie ermöglicht wird.A crucial advantage is the fact that with this Process real savings from conventional, using fossil Fuel-operated power plants are possible, and therefore one decisive contribution to environmental protection and entry into the partially supplying a country with renewable energy is made possible.
Das Verfahren nach Anspruch 1 ist daher von großem Vorteil für eine Integration der regenerativen Energien in großem Maßstab in die Energieversorgung eines Landes. Nur die energetische Koordination der regenerativen Energieerzeuger nach Anspruch 1 ermöglicht die Reduktion der vorzuhaltenden Kraftwerke und Versorgungseinrichtungen der EVU. Im Sommer kann ein Teil der bereits reduzierten konventionellen Kraftwerke für die technische Revision und zur Einsparung fossiler Brennstoffe abgeschaltet werden.The method of claim 1 is therefore of great advantage for one Integration of renewable energies on a large scale in the Energy supply of a country. Only the energetic coordination the regenerative energy generator according to claim 1 enables Reduction of the power plants and Utilities of the EVU. In summer, part of the already reduced conventional power plants for technical Revision and switched off to save fossil fuels will.
Ein großer Vorteil und beabsichtigter Effekt des Verfahrens nach Anspruch 1 ist es, daß sich Differenzen in der Energielieferung bzw. der Ladungsaufnahme der Einzelanlagen aufgrund des unterschiedlichen Verbrauchs der unmittelbaren Verbraucher oder des unterschiedlichen Zustandes der Energiespeicher um so mehr ausgleichen, je mehr regenerative Energieerzeugungsanlagen in einen solchen Verbund integriert sind. Auch der Ausfall von Einzelanlagen hat dann keine bedeutende Auswirkung auf die vom EVU vorgegebene Gesamtenergiebilanz, da z. B. die minimale Leistungsabgabeerhöhung aller Anlagen den Ausfall einiger weniger Anlagen ausgleicht.A great advantage and intended effect of the procedure after Claim 1 is that there are differences in the energy supply or the charge acceptance of the individual systems due to the different consumption of immediate consumers or different state of the energy storage all the more compensate, the more regenerative energy generation plants in one such network are integrated. Even the failure of individual systems then has no significant impact on the one specified by the RU Total energy balance, since e.g. B. the minimum increase in power output all systems compensate for the failure of a few systems.
Ein weiterer Vorteil ist die Einbindung der EVU in das Konzept. Dies baut ihre Vorbehalte gegenüber den regenerativen Energien ab, und beschleunigt damit die Einführung dieser umweltfreundlichen Form der Energieversorgung.Another advantage is the involvement of the RU in the concept. This removes their reservations about renewable energies, and thus accelerates the introduction of this environmentally friendly Form of energy supply.
Es wird der prinzipielle Aufbau eine Lade-/Entladestromrichters nach Anspruch 4 beschrieben, wie er benötigt wird, um ein Verfahren nach Anspruch 1 zu ermöglichen.It becomes the basic structure of a charge / discharge converter described according to claim 4 as it is required to perform a method to enable according to claim 1.
Es handelt sich um eine prinzipielle Beschreibung, die logischerweise nicht alle Details erfassen kann. Insbesondere kann bei der Entwicklung und dem Hardwareaufbau die Notwendigkeit eintreten, technische Details zu ändern. Das berührt jedoch nicht die in Anspruch 4 geltend gemachte Auflistung der das Gerät kennzeichnenden Baugruppen.It is a basic description that logically cannot capture all details. In particular, can the need for development and hardware construction occur to change technical details. However, this does not affect the list of the device as claimed in claim 4 characteristic assemblies.
Die regenerative Energie wird über das Eingangsschütz K1 dem Leistungsteil A1 zugeführt. Zur Energiespeicherung ist der regenerativen Energiequelle und dem Eingang des Leistungsteils ein Energiespeicher über die Sicherungen F1 und F2 parallelgeschaltet. Der Leistungsteil A1 enthält die benötigte Stromrichterbrücke, ggf. einen Stromrichtertrafo zur Spannungsanpassung und Potentialtrennung, sowie zur Umkehr der Leistungsrichtung entweder eine zweite, der ersten Stromrichterbrücke gegenparallel geschaltete Stromrichterbrücke, oder eine Schützkombination zur Spannungsumkehr.The regenerative energy is supplied to the power unit A 1 via the input contactor K 1 . For energy storage, the regenerative energy source and the input of the power unit are connected in parallel via the fuses F 1 and F 2 . The power section A 1 contains the required converter bridge, possibly a converter transformer for voltage adjustment and potential isolation, and for reversing the power direction either a second converter bridge connected in parallel with the first converter bridge, or a contactor combination for voltage reversal.
Je nach Einsatzort kann der Leistungsteil so ausgeführt sein, daß er entweder einphasigen Wechselstrom oder dreiphasigen Drehstrom über das Schütz K2 und die Sicherung F3 an das Netz liefert. Seine Steuersignale erhält der Leistungsteil aus dem Regelteil A2, der die Gleichstrom- und Wechselstromwerte überwacht und entsprechend den vom Empfänger A3 vorgegebenen Führungsgrößen einstellt. Der Regelteil sorgt unabhängig von den Führungsgrößen für die Einhaltung der maximal zulässigen Grenzwerte in bezug auf 10 Ströme und Spannungen.Depending on the place of use, the power section can be designed so that it supplies either single-phase alternating current or three-phase three-phase current to the network via contactor K 2 and fuse F 3 . The power section receives its control signals from the control section A 2 , which monitors the direct current and alternating current values and adjusts them according to the reference variables specified by the receiver A 3 . Regardless of the command variables, the control section ensures compliance with the maximum permissible limit values in relation to 10 currents and voltages.
Der Empfänger A3 empfängt die zentral ausgesandten Steuersignale, decodiert diese und liefert dem Regelteil A2 die benötigten Führungsgrößen entsprechend der im Empfängerteil A3 abgespeicherten Kennlinien zur Energienetzeinspeisung oder Speicherladung aus dem Netz.The receiver A 3 receives the centrally transmitted control signals, decodes them and supplies the control section A 2 with the required command variables in accordance with the characteristic curves stored in the receiver section A 3 for feeding the grid into the grid or charging from the grid.
Einen solchen Empfänger für die nach Anspruch 1, 2 und 3 beschriebenen Steuersignale enthält kein bisher bekannter Stromrichter für regenerative Energieerzeugungssysteme.Such a receiver for according to claim 1, 2 and 3 Control signals described do not contain any previously known Power converter for regenerative energy generation systems.
Claims (4)
- a) den Leistungsteil zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt,
- b) den Regelungsteil, der den Leistungsteil zur Erzielung der gewünschten Strom- und Spannungswerte ansteuert,
- c) den Empfänger- und Speicherteil, der die Steuersignale empfängt, decodiert und die Führungsgrößen für den Regelungsteil entsprechend der in ihm abgespeicherten Kennlinien bereitstellt.
- a) the power section for converting direct current into alternating current and vice versa,
- b) the control section which controls the power section to achieve the desired current and voltage values,
- c) the receiver and memory section, which receives the control signals, decodes and provides the command variables for the control section in accordance with the characteristics stored in it.
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