DE3142168C2 - Device for feeding electrical power from a direct voltage source into an alternating voltage network - Google Patents
Device for feeding electrical power from a direct voltage source into an alternating voltage networkInfo
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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.A DC voltage source (solar cell 1) feeds into an AC voltage network (island network 4) via a pulse-controlled inverter (2) and a downstream filter (3) with an inductive filter resistor. The control voltage (U ↓ s ↓ t) for the pulse-controlled inverter is formed from a phase-locked reference voltage (U ↓ r ↓ e ↓ f) that is accurate in amplitude to the mains voltage and which, via a phase shifter (12), provides a phase-shifted auxiliary voltage with an adjustable weight factor (setting device 17, Multiplier 13) is superimposed (adder 14). By changing the weight factor, the pulse-controlled inverter output voltage can be given a component E ↓ x, with which the inductive filter resistance is compensated and the current fed into the network via the filter can be controlled.
Description
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
— eine Hilfsspannung (Ut) mit iwa 90° Phasenverschiebung gegenüber der Vergleichsspannung erzeugt wird (Phasenschieber 12), und- An auxiliary voltage (Ut) with about 90 ° phase shift compared to the reference voltage is generated (phase shifter 12), and
— die Steuerspannung aus der Addition der Vergleichsspannung (Uni) zur mit einem eingestellten Faktor gewichteten Hilfsspannung (Uh) erzeugt wird.- the control voltage is generated from the addition of the comparison voltage (Uni) to the auxiliary voltage (Uh) weighted with a set factor.
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).2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pulse inverter control a Contains high-frequency triangular generator (15) of constant amplitude and a comparator (16) which by comparing the triangular generator voltage with the control voltage, the ignition pulses for the Pulse inverter generated (Fig. 1).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikationsfaktor eines von der Hilfsspannung beaufschlagten Multiplizierers3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the multiplication factor is one of the auxiliary voltage applied to the multiplier
(13) an einer Einstelleinrichtung (17) für die Pulswechselrichterausgangsleistung einstellbar ist(13) on a setting device (17) for the pulse-controlled inverter output power is adjustable
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 Additionsglied4. Apparatus according to claim 2, characterized in that on an adjusting device (21) the Setpoint voltage of the DC voltage source is adjustable that the setpoint voltage and the load-dependent The actual voltage of the DC voltage source is fed to a control device (22) that the controller output and the auxiliary voltage are fed to a multiplier (13) and that the control voltage at an addition element acted upon by the multiplier output and the comparison voltage
(14) abgegriffen ist.(14) is tapped.
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.The invention relates to a device for feeding in from a DC voltage source, in particular one Solar cell, withdrawn electrical power in an alternating voltage network with the features of the claim 1.
Eine derartige Vorrichtung ist in F i g. 5 der nicht vorveröffentlichten DE-PS 30 33 034 vorgeschlagen.Such a device is shown in FIG. 5 of the not pre-published DE-PS 30 33 034 proposed.
Aus der netzsynchronen Vergleichsspannung wird dabei die Steuerspannung mh der eingestellten Phasenverschiebung gegenüber der Netzspannung durch eine Phasenverschiebe-Einrichtung mit einer Phasenregelschleife erzeugtThe control voltage mh of the set phase shift is derived from the network-synchronous comparison voltage compared to the mains voltage by a phase shift device with a phase locked loop generated
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.A similar device with a pulse-width modulated inverter is also known from DE-AS 21 15 Q \% F i g.8 to deliver a direct current power with an adjustable capacitive or inductive fundamental wave reactive power to a network. For this purpose, a comparison voltage that is phase-shifted with respect to the line voltage is tapped on the network. The greater the phase shift, the greater the power delivered to the network and thus also the desired stabilization effect for the alternating current network.
Solar cells deliver, even when they are interconnected to form batteries, an electrical direct voltage of relatively low power. They mostly serve for the direct supply of consumers and it is currently not permitted by the operators of public supply networks to feed excess power from such energy sources installed at the consumer into the public supply network. However, such possibilities have already been considered and developed for the technology of alternative energy sources, so that their application can be expected in the near future as solar cells become more common.
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.The invention is applied to such a low-power DC voltage source in parallel Put a commercial electrical power generation system and put electrical power into that from the generation system to enter the powered network. In particular in the event that the network is fed by energy producers whose output is less than the output the energy producer of the usual, high-performance supply networks, In particular in isolated networks, a control device is required that is simply structured, It is not expensive and easy to handle. It is crucial that the control device of the required for this The inverter allows the output amplitude and frequency of the inverter to be quickly matched with voltage amplitude and frequency of the network.
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.The invention is therefore based on the object of a phase shift device which is particularly suitable for these purposes to create and thereby to enable a corresponding inverter device that relatively inexpensive to manufacture, simple in construction and at the same time able to withstand fluctuations to follow in amplitude and frequency of the AC voltage network with good dynamics.
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.This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous further developments of the invention are characterized in the subclaims.
The invention is explained in more detail with the aid of two exemplary embodiments and 4 figures.
In F i g. 1 ist schematisch eine Gleichspannungs-Encrgiequcllc 1 dargestellt, die insbesondere eine Solarzelle sein kann, während ein Wechselspannungsnetz 4 einenIn Fig. 1 is a schematic of a DC voltage power source 1 shown, which can in particular be a solar cell, while an AC voltage network 4 a
3 43 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- folgtor several consumers 5 feeds For Fig. 1, let phase and amplitude equal to the mains voltage, In next assumed that the DC source voltage does not flow in this case because of the filter resistance is constant between the DC voltage source and the current through the pulse-controlled inverter into the grid, whereby the AC voltage network is a pulse-controlled inverter 2 connected to pulse-controlled inverter output voltage which feeds the DC voltage into the network quickly in terms of frequency and amplitude source 1 into the alternating voltage
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 Ex 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.nungsnetz 4 should allow From the network 4 z. B, with- By changing the multiplication factor on the unit of a transformer 11, a comparison voltage LW gear 17, the pulse-controlled inverter output span can be tapped, the voltage proportional to the network amplitude, a component E x can be specified, which has the amplitude and constant phase position Furthermore ίο compensation of the inductive voltage drop in an auxiliary voltage Uh generated having a constant filter serves with this arrangement, the output phase shift with respect to the Vergleichsspan- power of the inverter is proportional to the voltage MUI this may. B. changed by means of a phase shift multiplication factor and done via the encoder 12 filter. The control will be fed into a component 14.
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.Strictly speaking, there is a discrepancy in the auxiliary voltage Ui, in a ratio of 1 as a result of a current flow across the FiI. B. via an input device 17 and a terkondensator. Such a deviation is, however, component 13 can be entered. These together - usually negligible. If a precisely set voltage serves as the control voltage for the control is required, the comparison span control of the pulse-controlled inverter 2 can also be multiplied by a suitable coefficient of modulated inverter output voltage E 0 in order to obtain a pulse width.
erzeugen, die bei vorgegebener Wechselrichter-Eis- F i g. 2 zeigt eine andere AusführungsfoTn der Erfin-generate which with a given inverter ice F i g. 2 shows another embodiment of the invention
gangsspannung der Steuerspannung proportional ist dung, wobei in F i g. 2 im wesentlichen nur die neu hin-output voltage is proportional to the control voltage, where in FIG. 2 essentially only the new
(d. h. proportionale Amplitude, gleiche Phase und Fre- zugekommenen Bauteile dargestellt sind. Dieses Aus-(i.e. proportional amplitude, equal phase, and fre- quent components are shown.
quenz). 25 führungsbeispiel ist für den Fall geschaffen, daß diequenz). 25 management example is created for the event that the
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. 1Such a control for a pulse inverter DC voltage source a variable output conductor with impressed DC input voltage, z. B. has stung, as is the case with solar cells Wähauf known way, a high-frequency triangle area, the embodiment according to FIG. 1 an equal generator 15 constant amplitude and a comparator voltage source with constant output voltage be-16 and by comparing the triangular generators 30, according to FIG. 2 by a regulator 22, the Ausortvoltage with the control voltage, the ignition pulses output voltage of the DC voltage source 1 constant for the pulse inverter. regulated so that now the application of the 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 Ex 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-As in Fig. 1 is shown, is possible between the pulse alternation device shown is. For this control, a rectifier and AC voltage network, a filter3 is arranged- the actual voltage (or, if applicable, the output voltage that contains a series inductance 31 as in FIG. 3 35 input power) is placed at the output of the DC voltage source is shown at the smoothing monitor shown there (measuring element 20), while the line voltage E, is applied to a setting device 32, while the setpoint voltage is set at device 21. Actual and nominal current flow I 0 through the filter at the series induction voltage are fed to a control device 22, a voltage drop E x arises currents and at the control output and the auxiliary voltage now voltages5tnd alternating quantities, which in FIG. 4 as Vek- 40 to the multiplier 13 are supplied. The control ribs are shown. The filter is used, the top is, as in Fi g. i, tapped from the multiplier oscillations in the inverter output voltage output and the comparison voltage when feeding into the AC system to adder 14. The controller 22 can, for. B. smooth. In order to contain electrical power through such an integrating controller, which feeds the finely rising pulse-controlled inverter into the network, the output signal is generated for 45 times when the actual Spand current £> a power factor (cow) of approximately the voltage of the DC voltage source is greater than the one-1 with respect to the mains alternating voltage E "is aimed at. set target value, so that the output power of the PuIs
Die Vergleichsspannung liegt mit der Netzspannung Wechselrichters über den Multiplizierer 13 angehobenThe comparison voltage is increased with the mains voltage of the inverter via the multiplier 13
in Phase, während die Hilfswechselspannung demge- wird. Dabei wächst der Ausgangsstrom der Gleichspan-in phase, while the auxiliary AC voltage is demge. The output current of the DC voltage increases
genüber um 90° el phasenverschoben ist Die Ausgangs- 50 nungsquelle, während die Ausgangsspannung sinkt, bisThe output 50 voltage source is phase shifted by 90 ° el compared to this, while the output voltage decreases until
leistung des Wechselrichters kann nun dadurch verän- die Gleichspannungsquelle einen Gleichgewichtszu-The power of the inverter can now be changed as a result.
dert werden, daß die Steuerspannung aus der Addition stand erreichtbe changed so that the control voltage was reached from the addition
der Vergleichsspannung mit der im eingestellten Ver- Gemäß der Erfindung ist also der Pulswechselrichterthe comparison voltage with the set voltage according to the invention is the pulse inverter
hältnis gewichteten Hilfsspannung erzeugt wird. von einer sinusförmigen Steuerspannung gesteuert, dieratio-weighted auxiliary voltage is generated. controlled by a sinusoidal control voltage, the
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.In Fig. 1 it is assumed that the 55 is essentially tapped from the mains voltage DC voltage source a constant output voltage · There is therefore no need for a sine wave generator generated. On the setting device 17, the device according to the invention is able to set Schwan pulse-controlled inverter output voltage set, notices in amplitude and frequency of the mains voltage to quickly follow that for one acted upon by the auxiliary voltage.
Multiplizierer 13 der Multiplikationsfaktor vorgegeben w> Multiplier 13 the multiplication factor given w>
wird. Die Steuerspannung ist an einem von dem Multi- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
pliziererausgang und der Vergleichsspannung beaufschlagten Additionsglied 14 abgegriffen. will. The control voltage is on one of the multi-To this 1 sheet of drawings
multiplier output and the addition element 14 applied to the comparison voltage is tapped.
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 inIf the multiplication factor is made zero via the setting device 17, the control voltage is 65
in phase with the mains voltage. The pulse change control is set in such a way that the pulse-controlled inverter output voltage contains a fundamental oscillation which is in
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
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| JP55151679A JPS5775530A (en) | 1980-10-29 | 1980-10-29 | Power supply system |
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| DE3142168A1 DE3142168A1 (en) | 1982-05-27 |
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Family Applications (1)
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