DE3142168C2

DE3142168C2 - Vorrichtung zum Einspeisen elektrischer Leistung aus einer Gleichspannungsquelle in ein Wechselspannungsnetz

Info

Publication number: DE3142168C2
Application number: DE3142168A
Authority: DE
Inventors: Itaru Dipl.-Ing. Hino Tokyo Asai; Shinobu Fujisawa Kanagawa Kawabata
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1980-10-29
Filing date: 1981-10-23
Publication date: 1984-08-09
Also published as: JPS5775530A; DE3142168A1

Abstract

Eine Gleichspannungsquelle (Solarzelle 1) speist über einen Pulswechselrichter (2) und ein nachgeordnetes Filter (3) mit induktivem Filterwiderstand in ein Wechselspannungsnetz (Inselnetz 4) ein. Die Steuerspannung (U ↓s ↓t) für den Pulswechselrichter wird aus einer zur Netzspannung amplitudengetreuen und phasenstarren Vergleichsspannung (U ↓r ↓e ↓f) gebildet, der über einen Phasenschieber (12) eine phasenverschobene Hilfsspannung mit einem einstellbaren Gewichtsfaktor (Einstelleinrichtung 17, Multiplizierer 13) überlagert wird (Additionsglied 14). Durch Verändern des Gewichtsfaktors kann der Pulswechselrichter-Ausgangsspannung eine Komponente E ↓x gegeben werden, mit der der induktive Filterwiderstand kompensiert und der über das Filter ins Netz eingespeiste Strom steuerbar ist.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

— eine Hilfsspannung (Ut) mit iwa 90° Phasenverschiebung gegenüber der Vergleichsspannung erzeugt wird (Phasenschieber 12), und

— die Steuerspannung aus der Addition der Vergleichsspannung (Uni) zur mit einem eingestellten Faktor gewichteten Hilfsspannung (Uh) erzeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulswechsclrichtersteuerung einen hochfrequenten Dreiecksgenerator (15) konstanter Amplitude und einen Verglcicher (16) enthält, der durch Vergleich der Dreiecksgenerator-Spannung mit der Steuerspannung die Zündimpulse für den Pulswechselrichter erzeugt (F i g. 1).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikationsfaktor eines von der Hilfsspannung beaufschlagten Multiplizierers

(13) an einer Einstelleinrichtung (17) für die Pulswechselrichterausgangsleistung einstellbar ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Einstelleinrichtung (21) die Sollspannung der Gleichspannungsquelle einstellbar ist, daß die Sollspannung und die belastungsabhängige Istspannung der Gleichspannungsquelle einer Regeleinrichtung (22) zugeführt sind, daß der Reglerausgang und die Hilfsspannung einem Multiplizierer (13) zugeführt sind und daß die Steuerspannung an einem von dem Multipliziererausgang und der Vergleichsspannung beaufschlagten Additionsglied

(14) abgegriffen ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspeisen von einer Gleichspannungsquelle, insbesondere einer Solarzelle, entnommener elektrischer Leistung in ein Wechselspannungsnetz mit den Merkmalen des An-Spruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist in F i g. 5 der nicht vorveröffentlichten DE-PS 30 33 034 vorgeschlagen.

Aus der netzsynchronen Vergleichsspannung wird dabei die Steuerspannung mh der eingestellten Phasenverschiebung gegenüber der Netzspannung durch eine Phasenverschiebe-Einrichtung mit einer Phasenregelschleife erzeugt

Eine ähnliche Vorrichtung mit einem impulsbreitenmodulierten Wechselrichter ist auch aus der DE-AS 21 15 Q\% F i g.8 bekannt um eine Gleichstromleistung mit einer einstellbaren kapazitiven oder induktiven Grundwellen-Blindleistung an ein Netz abzugeben. Dazu wird am Netz ein gegenüber der Netzspannung phasenverschobene Vergleichsspannung abgegriffeil. Je größer die Phasenverschiebung ist, umso größer wird die ans Netz abgegebene Leistung und damit auch eine angestrebte Stabiiisierungswirkung für das Wechselstromnetz.
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 bebräuchlicher Solarzellen werden.

Die Erfindung wird angewendet um eine derartige Gleichspannungsquelle geringer Leistung parallel an ein kommerzielles elektrisches Energieerzeugungssystem zu legen und elektrische Leistung in das vom Erzeugungssystem gespeiste Netz einzureisen. Insbesondere in dem Fall, daß das Netz von Energieerzeugern gespeist wird, deren Leistung kleiner ist als die Leistung der Energieerzeuger der üblichen, 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 rasch in Überein-Stimmung mit Spannungsamplitude und Frequenz des Netzes zu bringen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine für diese Zwecke besonders geeignete Phasenverschiebeeinrichtung zu schaffen und dadurch eine entsprechende Wechselrichtervorrichtung zu ermöglichen, die verhältnismäßig preisgünstig herzustellen, einfach im Aufbau und gleichzeitig in der Lage ist, Schwankungen in Amplitude und Frequenz des Wechselspannungsnetzes mit guter Dynamik zu folgen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Anhand von zwei Ausführungsbeispielen und 4 Figuren wird die Erfindung näher erläutert.

In F i g. 1 ist schematisch eine Gleichspannungs-Encrgiequcllc 1 dargestellt, die insbesondere eine Solarzelle sein kann, während ein Wechselspannungsnetz 4 einen

3 4

oder mehrere Verbraucher 5 speist Für Fig. 1 sei zu- Phase und Amplitude gleich der Netzspannung ist In nächst angenommen, daß die Quellengleichspannung diesem Fall fließt wegen des Filterwiderstandes kein konstant ist Zwischen Gleichspannungsquelle und Strom durch den Pulswechselrichter ins Netz, wobei die Wechselspannungsnetz ist ein Pulswechselrichter 2 an- Pulswechselrichter-Ausgangsspannung allen Schwangeordnet, der die Einspeisung der der Gleichspannungs- 5 kungen des Netzes in Frequenz und Amplitude rasch quelle 1 entnommenen Leistung in das Wechselspan- folgt

nungsnetz 4 ermöglichen solL Vom Netz 4 ist z. B, mit- Durch Verändern des Multiplikationsfaktors am Eintels eines Übertragers 11, eine Vergleichsspannung LW gang 17 kann der Pulswechselrichter-Ausgangsspanabgegriffen, die eine der Netzamplitude proportionale nung eine Komponente E_x vorgegeben werden, die zur Amplitude und konstante Phasenlage aufweist Ferner ίο Kompensierung des induktiven Spannungsabfalles im wird eine Hilfsspannung Uh erzeugt die eine konstante Filter dient Mit dieser Anordnung kann die Ausgangs-Phasenverschiebung gegenüber der Vergleichsspan- leistung des Wechselrichters proportional zu dem MuI-nung aufweist Dies kann z. B. mittels eines Phasenschie- tiplikationsfaktor verändert und über das Filter eingebers 12 geschehen. In einen) Bauglied 14 wird die Steu- speist werden.

erspannungi/« aus der Vergleichsspannung LWund der i5 Streng genommen tritt eine Abweichung des Lei-Hilfsspannung Ui, in einem Verhältnis zusammenge- stungsfaktors 1 infolge eines Stromflusses über den FiI-setzt das z. B. über eine Eingabeeinrichtung 17 und ein terkondensator auf. Eine derartige Abweichung ist aber Bauglied 13 eingegeben werden kann. Diese zusammen- normalerweise vernachlässigbar. Wenn eine genaue gesetzte Spannung dient als Steuerspannung für die Steuerung erforderlich ist so kann die Vergleichsspan-Steuerung des Pulswechselrichters 2, um eine pulsbrei- 20 nung zusätzlich mit einem geeigneten Koeffizienten tenmodulierte Wechselrichter-Ausgangsspannung E₀ zu multipliziert werden.

erzeugen, die bei vorgegebener Wechselrichter-Eis- F i g. 2 zeigt eine andere AusführungsfoTn der Erfin-

gangsspannung der Steuerspannung proportional ist dung, wobei in F i g. 2 im wesentlichen nur die neu hin-

(d. h. proportionale Amplitude, gleiche Phase und Fre- zugekommenen Bauteile dargestellt sind. Dieses Aus-

quenz). 25 führungsbeispiel ist für den Fall geschaffen, daß die

Eine derartige Steuerung für einen Pulswechselrich- Gleichsp:*nnungsquelle eine veränderliche Ausgangsleiter mit eingeprägter Eingangsgleichspannung kann z. B. stung aufweist, wie dies bei Solarzellen der Fall ist Wähauf bekannte Weise einen hochfrequenten Dreiecksge- rend das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 eine Gleichnerator 15 konstanter Amplitude und einen Vergleicher Spannungsquelle mit konstanter Ausgangsspannung be-16 enthalten und durch Vergleich der Dreiecksgenera- 30 trifft wird gemäß F i g. 2 durch einen Regler 22 die Austorspannung mit der Steuerspannung die Zündimpulse gangsspannung der Gleichspannungsquelle 1 konstant für den Pulswechselrichter erzeugen. geregelt so daß nunmehr die Anwendung der in F i g. 1

Wie in F i g. 1 dargestellt ist, ist zwischen Pulswechsel- gezeigten Vorrichtung möglich ist Für diese Regelung richterund Wechselspannungsnetz ein Filter3 angeord- wird die Ist-Spannung (oder gegebenenfalls die Ausnet das eine Längsinduktivität 31 enthält wie in F i g. 3 35 gangsleistung) am Ausgang der Gleichspannungsquelle dargestellt ist An dem dort dargestellten Glättungskon- erfaßt (Meßglied 20), während an einer Einstelleinrichdensator 32 liegt die Netzspannung E, an, während bei tung 21 die Soll-Spannung eingestellt wird. Ist- und SoIleinem Stromfluß I₀ durch das Filter an der Längsinduk- spannung sind einer Regeleinrichtung 22 zugeführt, wotivität ein Spannungsabfall E_x entsteht Ströme und bei der Regelausgang und die Hilfsspannung nunmehr Spannungen5tnd Wechselgrößen,die in Fig.4 als Vek- 40 dem Multiplizierer 13 zugeführt sind. Die Steuerspantoren dargestellt sind. Das Filter dient dazu, die Ober- nung ist, wie in Fi g. i, an dem von dem Multipliziererschwingungen in der Wechselrichter-Ausgangsspan- ausgang und der Vergleichsspannung beaufschlagten nung beim Einspeisen in das Wechselstromsystem zu Additionsglied 14 abgegriffen. Der Regler 22 kann z. B. glätten. Um elektrische Leistung durch einen derartigen einen integrierenden Regler enthalten, der fein Anstei-Pulswechselrichter in das Netz einzuspeisen, wird für 45 gen des Ausgangssignals erzeugt, wenn die Ist-Spanden Strom £> ein Leistungsfaktor (cow) von annähernd nung der Gleichspannungsquelle größer ist als der ein-1 bezüglich der Netzwechselspannung E„ angestrebt. gestellte Sollwert, so daß die Ausgangsleistung des PuIs-

Die Vergleichsspannung liegt mit der Netzspannung Wechselrichters über den Multiplizierer 13 angehoben

in Phase, während die Hilfswechselspannung demge- wird. Dabei wächst der Ausgangsstrom der Gleichspan-

genüber um 90° el phasenverschoben ist Die Ausgangs- 50 nungsquelle, während die Ausgangsspannung sinkt, bis

leistung des Wechselrichters kann nun dadurch verän- die Gleichspannungsquelle einen Gleichgewichtszu-

dert werden, daß die Steuerspannung aus der Addition stand erreicht

der Vergleichsspannung mit der im eingestellten Ver- Gemäß der Erfindung ist also der Pulswechselrichter

hältnis gewichteten Hilfsspannung erzeugt wird. von einer sinusförmigen Steuerspannung gesteuert, die

In Fig. 1 wird dabei davon ausgegangen, daß die 55 im wesentlichen von der Netzspannung abgegriffen ist Gleichspannungsquelle eine konstante Ausgangsspan· Es ist daher kein Sinusgenerator notwendig und die ernung erzeugt. An der Einstelleinrichtung 17 wird die findungsgemäße Vorrichtung ist in der Lage, Schwan-Pulswechselrichter-Ausgangsspannung eingestellt, in- kungen in Amplitude und Frequenz der Netzspannung dem für einen von der Hilfsspannung beaufschlagten rasch zu folgen.

Multiplizierer 13 der Multiplikationsfaktor vorgegeben w>

wird. Die Steuerspannung ist an einem von dem Multi- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
pliziererausgang und der Vergleichsspannung beaufschlagten Additionsglied 14 abgegriffen.

Wird über die Einstelleinrichtung 17 der Multiplikationsfaktor zu Null gemacht, so ist die Steuerspannung 65
in Phase mit der Netzspannung. Die Pulswechselsteuerung ist so eingestellt, drJß die Pulswechselrichter-Ausgangsspannung eine Grundschwingung enthält, die in

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einspeisen von einer Gleichspannungsquelle (1), insbesondere einer Solarzelle, entnommener elektrischer Leistung in ein Wechselspannungsnetz (4), wobei

— die Gleichspannungsquelle (1) an das Wechselspannungsnetz (4) über einen Pulswechselrichter (2) angeschlossen ist,

— der Pulswechselrichtersteuerung (15, 16) eine Steuerspannung (U_a) vorgegeben ist zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten, bei vorgegebener Wechselrichtereingangsspannung der Steuerspannung proportionalen Wechselrichterausgangsspannung (Eo),

— vom Netz eine Vergleichsspannung (U_nJi abgegriffen ist (Übertrager 11), die eine der Netzamplitude proportionale Amplitude und gleiche Phasenlage wie die Netzspannung aufweist,

— durch eine Phasenverschiebungseinrichtung (12, 13, 14) aus der Vergleichsspannung die Steuerspannung mit gegenüber der Netzspannung einstellbarer Phasenverschiebung erzeugt wird,

— zwischen Wechselrichter ximL Netz ein Filter (3) mit einer Längsinduktivität (31) angeordnet ist, welches die Phasenverschiebung zwischen der Wechselrichterausgangsspannung und der Netzspannung aufnimmt,