NL1017565C2 - Aansluitcircuit en werkwijze voor het aansluiten van een generator op het elektriciteitsnet gebruikmakend daarvan. - Google Patents

Description

( AANSLUITCIRCUIT EN WERKWIJZE VOOR HET AANSLUITEN VAN EEN GENERATOR OP HET ELEKTRICITEITSNET GEBRUIKMAKEND DAARVAN.

Dankzij de liberalisering van elektriciteitsvoorzieningen, waarbij het ook mogelijk wordt elektriciteit aan het elektriciteitsnet te leveren, wordt lokale opwekking van elektriciteit, dat wil zeggen in woonhuizen 5 of andere gebouwen waar bijv. ook een verwarmingsinstal-latie aanwezig is, efficiënt. Een voorbeeld van een dergelijke koppeling is beschreven in de niet vóórgepubliceerde Nederlandse octrooiaanvrage 1015319, waarvan een kopie als bijlage is toegevoegd, en waarvan de inhoud 1.0 hier als ingelast dient te worden beschouwd.

Bij centrale elektriciteitsopwekking wordt een synchrone generator op het elektriciteitsnet aangesloten door de rotatiesnelheid van de generator te variëren totdat het faseverschil tussen de generator en de span-15 ning van het elektriciteitsnet voldoende klein is.

In het algemeen zal deze procedure op lokaal niveau niet voldoen, zeker niet in bovenbeschreven combinatie, waarbij een Stirling generator als (lineaire) generator wordt toegepast.

20 Indien de elektrische generator op het elektri citeitsnet wordt aangesloten wanneer fase en frequentie in aanzienlijke mate van elkaar verschillen, zal een grote stroom gaan vloeien die hetzij niet toelaatbaar is in het elektriciteitsnet, danwel binnen kort tijd schade 25 zal toebrengen aan de (Stirling) generator.

De onderhavige uitvinding heeft als doel om met relatief eenvoudige middelen een betrouwbare aansluiting van generator en elektriciteitsnet mogelijk te maken en bovengenoemde problemen te vermijden.

30 De onderhavige uitvinding verschaft een aan- sluitcircuit voor het aansluiten van een elektrische generator voor het opwekken van elektrische energie op een elektriciteitsnet, omvattende: - een meetcircuit voor het meten van de stroom 35 door het aansluitcircuit; 501/5ü.:' 2 - een opslagelement voor het ten minste gedurende enige tijdsduur opslaan van door de generator geleverde lading; - een tweede meetcircuit voor het meten van de 5 hoeveelheid opgeslagen lading dat is aangesloten op een opslagelement ; en - een eerste bestuurbare schakelaar voor het in afhankelijkheid van de gemeten stroomsterkte, spanning en opgeslagen lading aansluiten van de generator op het 10 elektriciteitsnet.

Gedurende synchronisatie zal een elektrische belasting voor de generator aanwezig zijn, die dempend werkt. In geval van een Stirling generator zal de mechanische amplitude van de generator worden beperkt en 15 mechanische schade worden vermeden; in het geval van een roterende elektrische generator wordt te hoge hoeksnel-heid van de generator vermeden. Zodra fasevergrendeling heeft plaats gevonden zal die binnen zekere grenzen gehandhaafd blijven.

20 Bij voorkeur is parallel aan het opslagelement een dissipatief element en een tweede bestuurbare schakelaar aangebracht die is gesloten zolang de generator niet is gekoppeld aan het net en waardoor snelle synchronisatie kan plaatsvinden met behulp van een opslagelement 25 met relatief kleine capaciteit (orde grootte: μF)

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen worden verduidelijkt aan de hand van de navolgende beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm van een circuit en werkwijze volgens de 30 onderhavige uitvinding, met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin tonen:

Fig. 1 een schema van een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van een circuit volgens de onderhavige uitvinding; 35 Fig. 2 een voorkeursuitvoeringsvorm van een onderdeel van het schakelschema uit fig. 1;

Fig. 3 een voorkeursuitvoeringsvorm van een ander onderdeel van het schakelschema uit fig. 1; *1 /' ·· · . .. ..

3

Fig. 4A - 4C resp. grafieken van in het schakelschema van fig. 1-3 optredende signalen;

Fig 5A- 5C resp. grafieken van in het schakelschema van fig. 1-3 optredende signalen.

5 Een voorkeursuitvoeringsvorm van een circuit 10 volgens de onderhavige uitvinding is aangesloten tussen klemmen 11 en 12 van een elektrische Stirling generator 5 (bijv. 350-5000 Watt vermogen bij 230 Volt en 50Hz, resp 110 Volt en 60 Hz) met aanpassingscondensator 6 teneinde 10 de juiste aanpassing te verzorgen voor weerstandsbelas-ting, bijv. een vermogensfactor van circa 0,9 -1,0 en klemmen 13 en 14 van een schematisch aangeduid elektriciteitsnet 4. Tussen de klemmen 11 en 13 is voorts een eerste schematisch aangeduide bestuurbare schakelaar 28 15 aangebracht. Het circuit 10 omvat een shuntweerstand 15 opdat de stroom die door de generator wordt gegeneerd, via een transformator 16 kan worden gemeten. Voort omvat het circuit 10 een diodebrugschakeling 20 die vier dioden 21, 22, 23 en 24 omvat, waarvan de uitgangen zijn aange-20 sloten op de polen van een opslagcondensator 25. Parallel aan de opslagcondensator 25 is een weerstand 26 aangesloten alsmede een schematisch aangeduide tweede bestuurbare schakelaar 27. Tussen de klemmen 13 en 14 is eveneens een verschilversterker 29 aangesloten.

25 De uitgang van de verschilversterker 29 is aangesloten op de ingang van een circuit 30 voor het opwekken van een voorspanning met een vooraf bepaalde waarde. De uitgang van de verschilversterker 29 is eveneens aangesloten op de ingang van een fasecircuit 40 voor 30 het bepalen en verschuiven van de fase waarop tevens de uitgang van de transformator 16 is aangesloten, op de polen van de condensator 25 is een verschilversterker 51 aangesloten, op de uitgangen waarvan een tweede verschilversterker 52 is aangesloten die als andere ingang de 35 uitgang van het circuit 30 heeft. Op de uitgang van de verschilversterker 52 is een Schmidt-trekkercircuit 53 aangesloten. Op de uitgang van fasecircuit 40 is een EN-poort 54 aangesloten waarvan de andere ingang wordt 1017565 4 gevormd door een 'Logisch Enable Signaal' E. Op de uitgang van de EN-poort 54 zijn versterkers 55 (met invertor) en 56 aangesloten. De uitgang van versterker 56 is aangesloten op de ingang van de bestuurbare schakelaar 5 27. De inverterende uitgang van de versterker 55 is aangesloten op een EN-poort 57 waarvan de uitgang is aangesloten op de bestuurbare schakelaar 28.

Het circuit 30 (fig. 2) omvat een omvormer 31 voor het tot een blokvormig signaal omvormen van het 10 uitgangssignaal van de verschilversterker 29, een fre-quentievermenigvuldiger 32 die op de uitgang van omvormer 31 is aangesloten en waarvan op de tweede ingang een signaal A dat afkomstig is van fasecircuit 40, is aangesloten. Voorts is een teller 34 op de uitgang van de OF-15 poort 33 aangesloten, terwijl de terugstelingang is aangesloten op de uitgang van de omvormer 31. Voorts omvat het circuit 30 een EPROM 35 die op acht parallelle uitgangen (D0-D7) van de teller 34 is aangesloten. Op de acht parallelle uitgangen van de EPROM 35 is een DA-20 omzetter 36 aangesloten.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een fasecircuit 40 (fig. 3) omvat een fasecomparator 41 voor het vergelijken van de fase van de twee ingangen dat wil zeggen de stroom vanaf de klemmen 11 enerzijds en de 25 spanning tussen de klemmen 13 en 14 anderzijds. Het faseverschil wordt doorgegeven aan een schematisch aangeduide microprocessor 42 - 44 waarin een retourlus actief is zolang het faseverschil ongelijk aan nul is. Wanneer het faseverschil (ongeveer) gelijk aan nul is, wordt een 30 logisch signaal naar de EN-poort 54 (fig 1) afgegeven.

Zolang het faseverschil zoals schematisch is aangeduid in blok 44 ongelijk nul is, wordt via een pulsgenerator 45 het logisch signaal A naar circuit 30 afgegeven.

In een andere uitvoeringsvorm van de circuits 35 30 en 40 worden de functies van deze circuits geheel of gedeeltelijk verwezenlijkt in een microprocessor of een digitale signaalprocessor, met onder meer het oogmerk bij bijzondere bedrijfsomstandigheden te kunnen ingrijpen, 1 0 1 7 5 5 5 5 hetgeen mogelijk is omdat met behulp van het uitgangssignaal van EN-poort 54 binnen een tijd die kort is vergeleken met de periodetijd van het net, bijv. binnen 0,2 milliseconde, van netkoppeling kan worden overgescha-5 keld naar de belasting gevormd door condensator 25 en de variabele belasting waarin weerstand 26 is opgenomen.

Aan de hand van de grafieken uit fig. 4A - 5C zal de werking van bovengenoemd circuit nader worden verklaard.

10 Het circuit volgens de onderhavige uitvinding is getest met een Stirling generator voor 350 Watt bij 110 Volt en 60 Hz zoals die wordt vervaardigd door de firma STC uit de Verenigde Staten van Amerika. Het circuit is echter bruikbaar voor alle soorten synchrone, 15 lineaire danwel roterende elektrische generatoren. Bij dergelijke generatoren zal fasevergrendeling worden vastgehouden zolang de fasevariatie tussen machine en het elektriciteitsnet klein genoeg is.

Bij het inschakelen, dat wil zeggen het via 20 schakelaar 28 verbinden van de generator 5 met het elektriciteitsnet 4 dienen frequentie en fase in voldoende mate gelijk te zijn, teneinde te vermijden dat een te grote stroom gaat vloeien die hetzij niet toelaatbaar is in het elektriciteitsnet 4 danwel schade aan de generator 25 5 zal toebrengen.

De Stirling generator 5 levert een in hoofdzaak sinusvormige stroom indien deze wordt aangesloten op een weerstandsbelasting. De met behulp van de transformator 16 gemeten stroom Ιχ is aangeduid in fig. 4A. De door 30 middel van diodeschakeling 20 gelijkgerichte stroom laadt condensator 25. De spanning V1 die daaruit zou resulteren aan de uitgang van verschilversterker 51 is getoond in fig. 4B. De spanning Vj, wordt in verschilversterker 52 vergeleken met de uitgang van circuit 30.

35 Schakelaar 27 wordt gestuurd door de uitgang van de EN-poort 57 die is aangesloten op de Schmidttrek-ker 53. Indien invertor 55 een logisch "waar"signaal levert zal de regellus bestaande uit de componenten 51, 6 52, 53, 57 en 27 actief zijn; bij constante voorspanning V3 wordt uit de condensator afwisselend al dan niet lading onttrokken, waarbij de spanning op de condensator de vorm zal tonen als aangegeven in fig. 4B. De spanning tussen 5 de klemmen 11 en 12 zal de vorm uit fig. 4C krijgen. De positieve en negatieve waarden zullen in grootte ongeveer gelijk zijn aan de elektrische spanning op de condensator 25. In een praktisch circuit hebben bijv. de stroom door de meetweerstand en de amplitude van de spanning tussen 10 klemmen 11 en 12 resp. ongeveer de waarden als in netge-koppeld bedrijf.

Fig. 5A toont een mogelijke golfvorm voor de spanning V3 teneinde de generator te kunnen synchroniseren met het net.

15 In de onderhavige uitvoeringsvoorbeeld heeft spanning V3 een periode die gelijk is aan de helft van de periode van het elektriciteitsnet terwijl de fase is vergrendeld met het net. De waarde varieert bijv. tussen een maximale waarde V en een waarde 0,8V met de halve 20 periode van de gemiddelde periode van het net.

Voor V3 kan bijv. de volgende formule gelden: V = V - 4. (V - 0,8V ) Τ'2 · P2, 3 max max max ' waarin T de periode van het elektriciteitsnet is en voor de variabele P geldt "T/2 s P =s T/2.

25 Een voorbeeld van de variabele P is bijv.

getoond in fig. 5B terwijl in fig. 5C de resulterende spanning V3' bij variërende V3 is getoond.

Zolang de voorspanning V3 constant is, zal de generator vrij lopen en zal er geen fasevergrendeling 30 plaatsvinden. Wanneer echter de spanning varieert, bijv. met een periode T/2 zoals getoond in fig. 5A, dan zal fasevergrendeling snel optreden.

In circuit 30 (fig. 2) wordt allereerst het via verschilversterker 29 van het net verkregen signaal 35 omgevormd tot een blokvormig signaal in omvormer 31. In vermenigvuldiger 32 wordt de frequentie met bijv. 128 vermenigvuldigd. Teller 34 wordt teruggesteld door het blokvormige signaal. Signaal A zal de telling van teller . i ; T.

7 34 beïnvloeden. De uitgangsdatalijnen van de teller 34 zijn aangesloten op de EPROM 35 die via de omzetter 36 bijv. de golfvorm uit fig. 5A genereert.

In circuit 40 (fig. 3) wordt in 41 het fasever-5 schil tussen stroom I1 en spanning van het net gemeten. Zolang het faseverschil niet gelijk aan nul is, is een retourlus actief. Telkens wanneer de retourlus wordt doorlopen, wordt een additionele telling A via pulsgenerator 45 gegenereerd en aan teller 34 via OF-poort 33 10 toegevoerd, waardoor spanning V3 net zolang in fase wordt verschoven totdat de generator is gesynchroniseerd met het elektriciteitsnet. Op dat moment kan schakelaar 25 worden geopend en schakelaar 28 worden gesloten. De generator zal dan energie aan het net leveren in fasever-15 grendeling met het net.

De uitvinding is niet beperkt tot bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvorm daarvan; de gevraagde rechten worden echter bepaald door de navolgende conclusies waar binnen strekking daarvan velerlei modificatie denk-20 baar zijn.

»

Claims (12)

1. Aansluitcircuit voor het aansluiten van een elektrische generator voor het opwekken van elektrische energie op een elektriciteitsnet, omvattende: - een meetcircuit voor het meten van de stroom 5 door het aansluitcircuit; - een opslagelement voor het ten minste gedurende enige tijdsduur opslaan van door de generator geleverde lading; - een tweede meetcircuit voor het meten van de 10 hoeveelheid opgeslagen lading dat is aangesloten op een opslagelement ,· en - een eerste bestuurbare schakelaar voor het in afhankelijkheid van de gemeten stroomsterkte, spanning en opgeslagen lading aansluiten van de generator op het 15 elektriciteitsnet.

2. Aansluitcircuit volgens conclusie 1, waarbij het eerste meetcircuit een transformator omvat.

3. Aansluitcircuit volgens conclusie 1 of 2, waarbij het tweede meetcircuit een verschilversterker 2. omvat.

4. Aansluitcircuit volgens conclusie 1, 2 of 3, voorts omvattende een circuit voor het opwekken van een spanning van een vooraf bepaalde waarde.

5. Aansluitcircuit volgens één van de conclu- 25 sies 1-4, voorst omvattende een fasecircuit voor het bepalen en verschuiven van de fase van de gemeten signalen .

6. Aansluitcircuit volgens conclusie 4, waarbij het circuit een microprocessor en EPROM waarin het sig- 30 naai van vooraf bepaalde waarde in digitale vorm is opgeslagen, en een DA-omzetter omvat.

7. Aansluitcircuit volgens conclusie 6, waarbij op de EPROM een teller is aangesloten voor het in fase verschuiven van de uitgang van de EPROM. ; ' '' c C] ·· - 'j .'·

8. Aansluitcircuit volgens conclusie 5, waarbij het fasecircuit, een fasecomperator, een fasevergrende-ling en een retourlus omvat.

9. Aansluitcircuit volgens één of meer van de 5 conclusies 1-8, waarbij een dissipatief element en een tweede bestuurbare schakelaar parallel aan het opslag-element zijn aangebracht.

10. Werkwijze voor het aansluiten van elektrische generator op een elektriciteitsnet waarbij met 10 behulp van een aansluitcircuit, waarbij de stroom door het aansluitcircuit wordt gemeten, de hoeveelheid opgeslagen lading in een opslagelement van het meetcircuit wordt gemeten, en waarbij de generator op het elektriciteitsnet wordt aangesloten zodra uit meting is gebleken 15 dat de fase van de door de generator opgewekte spanning en de spanning van het elektriciteitsnet ongeveer gelijk zijn.

11. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij een aansluitcircuit volgens één of meer van de conclusies 1-8 20 wordt toegepast.

12. Werkwijze volgens conclusie 10 of 11, waarbij de gemeten waarden volgens conclusies 1-10 worden gebruikt om het aansluiten op het elektriciteitsnet uit te stellen of niet te doen plaatsvinden, dan wel een 25 bestaande aansluiting te onderbreken en terug te keren naar het dissiperen van het opgewekte elektrische vermogen, in een zodanig korte tijd dat mechanische, elektro-mechanische of elektrische schade zal worden vermeden. /; /·'·. V'