DE202012104973U1 - Anordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung, nämlich Online-USV - Google Patents

Anordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung, nämlich Online-USV Download PDF

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Abstract

Anordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung, nämlich Online-USV, mit einem Gleichrichter (1), einem Energiespeicher (22), einem Wechselrichter (3) und einem Gleichspannungsdetektor (4), – wobei der Gleichrichter (1) einen Eingang hat, der mit einem Wechselspannungsnetz verbindbar ist, und einen Ausgang hat, der mit einem Eingang des Energiespeichers (22) und einem Eingang des Wechselrichters (3) verbindbar ist, – wobei der Wechselrichter (3) einen Ausgang hat, der mit einem abzusichernden Netz verbindbar ist, – wobei mittels des Gleichspannungsdetektors (4) ein Gleichspannungsanteil einer am Ausgang des Wechselrichters (3) anliegenden Spannung detektierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordung ein Mittel (8) zum Vergleichen des Gleichspannungsanteils oder eines den Gleichspannungsanteil wiedergebendes Signals mit einem Referenzsignal (ref) und wenigstens einen ersten steuerbaren Schalter (21) aufweist, – wobei der Ausgang des Gleichspannungsdetektors (4) mit einem Eingang des Mittels (8) zum Vergleichen verbunden ist und mittels des Mittels zum Vergleichen ein erstes Signal erzeugbar ist, falls der Gleichspannungsanteil oder ein den Gleichspannungsanteil wiedergebendes Signal größer als das Referenzsignal (ref) ist, – wobei ein Ausgang des Mittels (8) zum Vergleichen mittelbar oder unmittelbar mit dem steuerbaren Schalter (21) verbunden ist, und der steuerbare Schalter (21) in einem Gleichspannungszwischenkreis (2) zwischen dem Gleichrichter (1) und dem Wechselrichter (3) angeordnet ist und der Gleichspannungszwischenkreis (2) mittels des steuerbaren Schalters (21) unterbrechbar ist, falls am Ausgang des Mittels (8) zum Vergleichen das erste Signal anliegt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung, nämlich Online-USV, mit einem Gleichrichter, einem Energiespeicher, einem Wechselrichter und einem Gleichspannungsdetektor,
    • wobei der Gleichrichter einen Eingang hat, der mit einem ungesicherten Wechselspannungsnetz verbindbar ist, und einen Ausgang hat, der mit einem Eingang des Energiespeichers und einem Eingang des Wechselrichters verbindbar ist,
    • wobei der Wechselrichter einen Ausgang hat, der mit einem abzusichernden Netz verbindbar ist,
    • wobei mittels des Gleichspannungsdetektors ein Gleichspannungsanteil einer am Ausgang des Wechselrichters anliegenden Spannung detektierbar ist.
  • Sogenannte Online-USV (USV = unterbrechungsfreie Stromversorgung) sind weit verbreitet. Sie werden zur Absicherung von elektrischen Netzen verwendet, um Verbraucher in diesen Netzen vor Störungen aus dem ungesicherten Wechselspannungsnetz und Störungen des Wechselspannungsnetzes zu schützen.
  • Jede Online-USV weist einen Wechselrichter auf, welcher ständig mit elektrischer Energie versorgt wird, d. h., dass der Wechselrichter ständig online ist. Der Energietransport erfolgt bei ungestörter USV immer über den Wechselrichter in das gesicherte Netz. Je nach dem, ob das ungesicherte Wechselspannungsnetz gestört ist oder nicht, bezieht der Wechselrichter die elektrische Energie aus dem ungestörten Wechselspannungsnetz oder aus dem Energiespeicher.
  • Aus verschiedenen Ursachen kann die Spannung am Ausgang des Wechselrichters einen Gleichspannungsanteil aufweisen. Das kann zum Beispiel bei nicht ganz gleichlangen Schließzeiten der bei der Wechselrichtung verwendeten steuerbaren Schalter des Wechselrichters auftreten. Diese können zum Beispiel auf Toleranzen der verwendeten steuerbaren Schalter zurückgeführt werden. Gleichspannungsanteile in dem gesicherten Netz sind aber unerwünscht und müssen daher vermieden werden.
  • Es ist daher bekannt, Transformatoren zwischen den Ausgang des Wechselrichters und den Ausgang der Anordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung zu schalten. Diese können Gleichspannungsanteile nicht übertragen, haben aber den Nachteil, dass sie verhältnismäßig teuer sind.
  • Ferner ist es bekannt, bei einem Wechselrichter mittels eines Gleichspannungsdetektors ein Gleichspannungsanteil einer am Ausgang des Wechselrichters anliegenden Spannung zu detektieren und das detektierte Signal einem Regler zuzuführen, der den Wechselrichter beeinflusst. Dadurch kann ein Gleichspannungsanteil reduziert werden. Der Beeinflussung durch den Regler sind aber Grenzen gesetzt, insbesondere wenn wegen eines Defekts des Wechselrichters der Wechselrichter sein Verhalten so ändert, dass der Gleichspannungsanteil nicht durch den Regler beseitigt werden kann und so groß wird, das Schäden entstehen können, sei es an der USV, sei es an Geräten im abgesicherten Netz.
  • Es besteht also das Problem, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass sie ausfallsicher wird.
  • Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen, dass die Anordung ein Mittel zum Vergleichen der Gleichspannungsanteile oder ein den Gleichspannungsanteil wiedergebendes Signal mit einem Referenzsignal und wenigstens einem ersten steuerbaren Schalter aufweist,
    • – wobei der Ausgang des Gleichspannungsdetektors mit einem Eingang des Mittels zum Vergleichen verbunden ist und mittels des Mittels zum Vergleichen ein erstes Signal erzeugbar ist, falls der Gleichspannungsanteil oder ein den Gleichspannungsanteil wiedergebendes Signal größer als das Referenzsignal ist,
    • – wobei ein Ausgang des Mittels zum Vergleichen mittelbar oder unmittelbar mit dem steuerbaren Schalter verbunden ist, und der steuerbare Schalter in einem Gleichspannungszwischenkreis zwischen dem Gleichrichter und dem Wechselrichter angeordnet ist und der Gleichspannungszwischenkreis mittels des steuerbaren Schalters unterbrechbar ist, falls am Ausgang des Mittels zum Vergleichen das erste Signal anliegt.
  • Mittels des steuerbaren Schalters wird der Energietransport vom ungesicherten Netz in das gesicherte Netz unterbunden, sobald der Gleichspannungsanteil größer wird als vom Referenzsignal vorgegeben. Über die Anordnung kann dann kein Gleichspannungsanteil mehr in das abgesicherte Netz übertragen werden. Dadurch können Schäden von Verbrauchern in dem gesicherten Netz und von der USV abgewendet werden.
  • Parallel zum Eingang des Wechselrichters kann eine Freilaufdiode angeordnet sein, auf welche ein Strom durch den Eingang des Wechselrichters kommutieren kann.
  • Eine erfindungsgemäße Anordnung kann einen ersten Regler aufweisen, wobei ein Ausgang des Gleichspannungsdetektors mit einem Eingang des ersten Reglers verbunden sein kann. Mit dem ersten Regler können steuerbare Schalter des Wechselrichters ansteuerbar sein, um aus der Gleichspannung am Eingang des Wechselrichters Wechselspannung am Ausgang des Wechselrichters zu erzeugen. Bei den steuerbaren Schaltern kann es sich um IGBT oder andere geeignete steuerbare Schalter handeln.
  • Mittels des ersten Reglers kann ein Gleichspannungsanteil der Spannung am Ausgang des Wechselrichters auf ein Minimum reduzierbar sein oder ganz beseitigt werden. Die Regelgröße dieses ersten Reglers ist der Gleichspannungsanteil der Spannung am Ausgang des Wechselrichters. Die Führungsgröße für den zweiten Regler ist vorteilhaft null. Es ist möglich, dass die Frequenz des Wechselspannungsanteils der Spannung am Ausgang des Wechselrichters eingestellt werden kann.
  • Eine erfindungsgemäße Anordnung kann einen zweiten Regler haben, mit welchem der Gleichrichter ansteuerbar ist. Mittels des zweiten Reglers können die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis und/oder die Spannung am Ausgang des Wechselrichters, insbesondere der Effektivwert und/oder der Scheitelwert des Wechselspannungsanteils der Spannung am Ausgang des Wechselrichters einstellbar sein. Dazu kann die Spannung am Ausgang des Wechselrichters und insbesondere deren Wechselspannungsanteil mittels eines Spannungsdetektors erfasst werden und nach Vergleich mit einer Führungsgröße für den Wechselspannungsanteil am Ausgang des Wechselrichters kann eine Regeldifferenz dem zweiten Regler zugeführt werden.
  • Im Betrieb einer erfindungsgemäßen Anordnung kann die Spannung am Ausgang des Wechselrichters gleich der Spannung am Ausgang der Anordnung sein. Zwischen dem Ausgang des Wechselrichters und dem Ausgang der Anordnung sind dann keine Mittel zur Spannungsänderung, insbesondere zur Spannungserhöhung vorgesehen. Insbesondere ist zwischen dem Ausgang des Wechselrichters und dem Ausgang der Anordnung kein Transformator angeordnet. Eine galvanische Trennung zwischen dem Ausgang des Wechselrichters und dem Ausgang der Anordnung findet vorteilhaft nicht statt.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung kann eine Steuerung aufweisen. Diese Steuerung kann dem ersten Regler und/oder dem zweiten Regler übergeordnet sein. Vorteilhaft hat die Steuerung einen Eingang, der mit dem Ausgang des Mittels zum Vergleichen verbunden sein kann. Mittels der Steuerung können der Gleichrichter und/oder der Wechselrichter abschaltbar sein, falls am Eingang der Steuerung das erste Signal anliegt. Dazu kann die Steuerung die Regler so beeinflussen, dass diese ihren Betrieb einstellen.
  • Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
  • 1 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung
  • Die in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung weist einen Gleichrichter 1 auf, dessen Eingang mit einem ungesicherten Wechselspannungsnetz, zum Beispiel einem Niederspannungsversorgungsnetz verbunden ist.
  • An den Gleichspannungszwischenkreis 2 ist ein Wechselrichter 3 angeschlossen.
  • Der Ausgang des Gleichrichters 1 ist mit einem Gleichspannungszwischenkreis 2 verbunden. In dem Gleichspannungszwischenkreis ist eine Batterie 22 als Energiespeicher, ein steuerbarer Schalter 21 und eine Freilaufdiode 20 vorgesehen. Die Batterie 22 ist parallel zum Ausgang des Gleichrichters geschaltet und die Freilaufdiode 20 parallel zum Eingang des Wechselrichters und zwar in Sperrrichtung zwischen dem positiven und dem negativen Potential des Gleichspannungszwischenkreises. Der steuerbare Schalter 21 ist in einem Zweig des Gleichspannungszwischenkreises zwischen dem negativen Pol der Batterie 22 und dem negativen Anschluss des Ausgangs des Gleichrichters 1 einerseits und der Kathode der Freilaufdiode 20 und dem negativen Anschluss des Eingangs des Gleichrichters 3 angeordnet.
  • An einem Ausgang des Wechselrichters 3 ist ein Gleichspannungsdetektor 4 angeschlossen. An einen Ausgang des Gleichspannungsdetektors 4 ist ein Mittel 8 zum Vergleichen des Gleichspannungsanteils mit einem Referenzsignal Ref verbunden, dass den Gleichspannungsanteil der Wechselspannung am Ausgang des Wechselrichters 3 mit dem Referenzsignal vergleicht. Der Ausgang des Mittels 8 zum Vergleichen ist mit einem Steueranschluss des steuerbaren Schalters 21 verbunden. Der Ausgang des Mittels 8 zum Vergleichen ist außerdem mit einer Steuerung 10 verbunden.
  • Der Ausgang des Gleichspannungsdetektors 4 ist außerdem mit einem Subtrahierer verbunden, an dem vom Gleichspannungsanteil eine Führungsgröße w1 abgezogen wird. Die Führungsgröße hat vorteilhaft den Wert null. Das vom Subtrahierer erzeugte Signal ist eine Regeldifferenz für einen ersten Regler 7, dessen Ausgang mit dem Wechselrichter 3 verbunden ist und über den steuerbare Schalter des Wechselrichters 3 angesteuert werden. Der erste Regler 7 ist ferner mit der Steuerung 10 verbunden.
  • Am Ausgang des Wechselrichters 3 ist ferner ein Spannungsdetektor 5 vorgesehen, um einen Wechselspannungsanteil der Spannung am Ausgang des Wechselrichters 3 zu erfassen. Der Wechselspannungsanteil der Spannung am Ausgang des Wechselrichters 3 wird einem Subtrahierer zugeführt, an welchem eine Führungsgröße w2 für den Wechselspannungsanteil der Spannung am Ausgang des Wechselrichters 3 von dem Wechselspannungsanteil abgezogen wird. Die Differenz wird als Regeldifferenz einem zweiten Regler 9 zugeführt. Über einen Ausgang des zweiten Reglers 9 wird dem Gleichrichter 1 eine Stellgröße zugeführt, mittels welchem der Gleichrichter 1 angesteuert wird. Der zweite Regler 9 hat einen Eingang, der mit der Steuerung 10 verbunden ist.

Claims (10)

  1. Anordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung, nämlich Online-USV, mit einem Gleichrichter (1), einem Energiespeicher (22), einem Wechselrichter (3) und einem Gleichspannungsdetektor (4), – wobei der Gleichrichter (1) einen Eingang hat, der mit einem Wechselspannungsnetz verbindbar ist, und einen Ausgang hat, der mit einem Eingang des Energiespeichers (22) und einem Eingang des Wechselrichters (3) verbindbar ist, – wobei der Wechselrichter (3) einen Ausgang hat, der mit einem abzusichernden Netz verbindbar ist, – wobei mittels des Gleichspannungsdetektors (4) ein Gleichspannungsanteil einer am Ausgang des Wechselrichters (3) anliegenden Spannung detektierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordung ein Mittel (8) zum Vergleichen des Gleichspannungsanteils oder eines den Gleichspannungsanteil wiedergebendes Signals mit einem Referenzsignal (ref) und wenigstens einen ersten steuerbaren Schalter (21) aufweist, – wobei der Ausgang des Gleichspannungsdetektors (4) mit einem Eingang des Mittels (8) zum Vergleichen verbunden ist und mittels des Mittels zum Vergleichen ein erstes Signal erzeugbar ist, falls der Gleichspannungsanteil oder ein den Gleichspannungsanteil wiedergebendes Signal größer als das Referenzsignal (ref) ist, – wobei ein Ausgang des Mittels (8) zum Vergleichen mittelbar oder unmittelbar mit dem steuerbaren Schalter (21) verbunden ist, und der steuerbare Schalter (21) in einem Gleichspannungszwischenkreis (2) zwischen dem Gleichrichter (1) und dem Wechselrichter (3) angeordnet ist und der Gleichspannungszwischenkreis (2) mittels des steuerbaren Schalters (21) unterbrechbar ist, falls am Ausgang des Mittels (8) zum Vergleichen das erste Signal anliegt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Eingang des Wechselrichters (3) eine Freilaufdiode (20) angeordnet ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen ersten Regler (7) aufweist, wobei ein Ausgang des Gleichspannungsdetektors (4) mit einem Eingang des ersten Reglers verbunden ist.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Regler (7) steuerbare Schalter des Wechselrichters (3) ansteuerbar sind.
  5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des ersten Reglers (7) ein Gleichspannungsanteil der Spannung am Ausgang des Wechselrichters (3) auf ein Minimum reduzierbar ist.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen zweiten Regle (9) hat, mit welchem der Gleichrichter (1) ansteuerbar ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des zweiten Reglers (9) die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis (2) und/oder die Spannung am Ausgang des Wechselrichters (3) einstellbar ist.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der Anordnung die Spannung am Ausgang des Wechselrichters (3) gleich der Spannung am Ausgang der Anordnung ist.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Steuerung (10) aufweist, wobei die Steuerung (10) dem ersten Regler (7) und/oder dem zweiten Regler (9) übergeordnet ist und wobei die Steuerung einen Eingang hat, der mit dem Ausgang des Mittels (8) zum Vergleichen verbunden ist.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerung (10) der Gleichrichter (1) und/oder der Wechselrichter (3) abschaltbar ist, falls am Eingang der Steuerung das erste Signal anliegt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102016109866A1 (de) * 2016-05-30 2017-11-30 Hella Kgaa Hueck & Co. Schaltvorrichtung zum Schalten einer elektrischen Verbindung, Energiespeichersystem für ein Fahrzeug sowie Verfahren zum Schalten einer elektrischen Verbindung

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