ITFI20130236A1 - Dispositivo di protezione da correnti transitorie per sistemi di conversione di energia elettrica connessi alla rete. - Google Patents

Dispositivo di protezione da correnti transitorie per sistemi di conversione di energia elettrica connessi alla rete.

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ITFI20130236A1
ITFI20130236A1 IT000236A ITFI20130236A ITFI20130236A1 IT FI20130236 A1 ITFI20130236 A1 IT FI20130236A1 IT 000236 A IT000236 A IT 000236A IT FI20130236 A ITFI20130236 A IT FI20130236A IT FI20130236 A1 ITFI20130236 A1 IT FI20130236A1
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Description

DOMANDA DI BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE DAL TITOLO:
“DISPOSITIVO DI PROTEZIONE DA CORRENTI TRANSITORIE PER SISTEMI DI CONVERSIONE DI ENERGIA ELETTRICA CONNESSI ALLA RETE.”
CAMPO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione si riferisce ai sistemi per la conversione di energia elettrica, in particolare, ma non soltanto, la presente invenzione si riferisce ai sistemi di conversione dell’energia elettrica prodotta da impianti di pannelli fotovoltaici e atti ad essere collegati direttamente alla rete di distribuzione di energia elettrica.
STATO DELL’ARTE
Sono noti sistemi di conversione dell’energia elettrica atti a produrre energia elettrica per l’immissione diretta nelle reti di distribuzione a partire da energia elettrica generata, ad esempio, da una o più fonti rinnovabili come impianti fotovoltaici ed eolici.
I suddetti sistemi di conversione dell’energia elettrica comprendono solitamente un apparato invertitore (comunemente indicato con il termine inglese inverter) atto a convertire una tensione in ingresso di tipo continuo (DC – Direct Current) in una tensione alternata in uscita (AC – Alternating Current) dalle caratteristiche di ampiezza e frequenza richieste dalla rete di distribuzione. Questi apparati inverter sono atti ad essere collegati direttamente alla rete di distribuzione dell’energia elettrica in modo da poter fornire l’energia richiesta dai vari utilizzatori, come ad esempio gli elettrodomestici presenti in un’abitazione, oppure riversare l’energia prodotta in rete.
Sistemi di questo tipo sono soggetti a problemi legati ad eventuali fenomeni transitori, presenti sulla rete di distribuzione, che possono momentaneamente alterare le caratteristiche della tensione di rete.
In un comune inverter, connesso in rete, che assolve alla conversione di energia prodotta da una o più sorgenti fotovoltaiche, eoliche etc., infatti, le correnti transitorie risultanti, ad esempio, da una sovratensione sulla rete elettrica, transitano liberamente attraverso i diodi di ricircolo in antiparallelo ai dispositivi di commutazione dell’inverter. Questi diodi di ricircolo, solitamente, non hanno caratteristiche di robustezza tali da resistere alle alte correnti transitorie circolanti, che possono raggiungere anche livelli di centinaia o addirittura migliaia di ampere di ampiezza, risultando letali per i suddetti diodi di ricircolo.
Oltre a ciò, gli stessi dispositivi di commutazione possono trovarsi a dover commutare queste correnti transitorie, con un conseguente elevato stress che molto spesso conduce alla distruzione dei dispositivi interessati dal transitorio descritto.
In riferimento alle figure 1 e 2 allegate, vediamo un esempio della situazione descritta.
Nelle figure 1 e 2 sono illustrati inverter, per il collegamento diretto alla rete di distribuzione, del tipo a singolo e a doppio stadio. Gli inverter a doppio stadio, in generale, possono essere provvisti di uno o più canali di ingresso indipendenti. Quando sulla tensione della rete elettrica 10 si verifica una sovratensione transitoria 11, una corrente transitoria 12 di frequenza molto più alta di quella di rete scorre liberamente attraverso i diodi di ricircolo 13 dell’inverter e attraverso il condensatore di filtro posto sulla tensione continua proveniente dai gruppi fotovoltaici. Questa corrente scorre su un circuito ad impedenza solitamente molto bassa e può raggiungere anche valori di migliaia di Ampere di picco.
E’ chiaro come questa corrente sia molto pericolosa per i dispositivi a semiconduttore presenti nell’inverter, interruttori e diodi di ricircolo in particolare. Scopo della presente invenzione è, pertanto, introdurre un dispositivo atto a risolvere il problema tecnico sopra descritto, consentendo quindi ai dispositivi a semiconduttore dell’inverter, e quindi all’inverter stesso, di sopravvivere a fenomeni transitori presenti sulla rete elettrica.
BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE
Fig. 1 Illustra il circuito schematico di un inverter a singolo stadio interessato da un fenomeno transitorio presente sulla rete elettrica e il cammino della corrente transitoria conseguente.
Fig. 2 Illustra il circuito schematico di un inverter a doppio stadio interessato da un fenomeno transitorio presente sulla rete elettrica e il cammino della corrente transitoria conseguente.
Fig. 3 Illustra il circuito schematico di un inverter a singolo stadio comprendente il dispositivo secondo la presente invenzione, interessato da un fenomeno transitorio presente sulla rete elettrica e il cammino della corrente transitoria conseguente.
Fig. 4 Illustra il circuito schematico di un inverter a doppio stadio comprendente il dispositivo secondo la presente invenzione, interessato da un fenomeno transitorio presente sulla rete elettrica e il cammino della corrente transitoria conseguente.
Fig. 5 Illustra il circuito schematico di un inverter a singolo stadio comprendente il dispositivo secondo la presente invenzione, nella realizzazione provvista di filtri per l’abbattimento delle correnti parassite di modo comune, interessato da un fenomeno transitorio presente sulla rete elettrica e il cammino della corrente transitoria conseguente.
SOMMARIO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione concerne un dispositivo di protezione da correnti transitorie per sistemi di conversione di energia elettrica connessi alla rete comprendente un ponte a diodi collegato tra la rete elettrica e la sezione di potenza di detto inverter, a monte degli induttori principali di filtraggio.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE
L’obiettivo principale della presente invenzione è di introdurre un dispositivo aggiuntivo di protezione per apparati inverter, in particolare per gli apparati inverter da collegare direttamente alla rete di distribuzione dell’energia, atto ad essere disposto tra la rete elettrica e la sezione di potenza di detto inverter, a monte degli induttori principali di filtraggio, in modo da costituire un percorso alternativo per le eventuali correnti transitorie che, pertanto, non potranno più circolare attraverso i diodi di ricircolo dei dispositivi di commutazione né i dispositivi di commutazione. Un altro obiettivo della presente invenzione è di e di introdurre un nuovo apparato inverter, in particolare un apparato inverter da collegare direttamente alla rete di distribuzione dell’energia, munito di detto dispositivo aggiuntivo.
Il dispositivo oggetto della presente invenzione, nella sua realizzazione preferita, comprende un ponte a diodi 15, o ponte di Graetz, collegato tra la sezione di potenza di detto inverter e la rete elettrica 10 , a valle del filtro d’uscita 23 comprendente, di solito, almeno due induttori di filtraggio 16, 17. Il catodo 18 collegato elettricamente al terminale positivo della tensione continua in ingresso all’inverter, a valle del condensatore di filtro, l’anodo 19 al terminale negativo della tensione continua in ingresso all’inverter, a valle del condensatore di filtro e i due terminali intermedi 20, 21 collegati elettricamente ai terminali dell’uscita dell’inverter cioè ai due terminali della rete elettrica.
In riferimento alle figure 3 e 4 allegate vediamo due esempi di applicazione del dispositivo secondo la presente invenzione nei casi di inverter per il collegamento diretto alla rete di distribuzione del tipo a singolo e a doppio stadio.
Quando sulla tensione della rete elettrica 10 si verifica una sovratensione transitoria 11, una corrente transitoria 12 di frequenza molto più alta di quella di rete scorre dalla rete elettrica verso l’inverter ma viene “intercettata” dai diodi del ponte di Graetz che operano da by-pass nei confronti dei diodi di ricircolo 13 dell’inverter e fanno circolare detta corrente attraverso il condensatore di filtro posto sulla tensione continua proveniente, ad esempio, dai gruppi fotovoltaici 14. L’introduzione della circuiteria a ponte di diodi secondo la presente invenzione, interposta tra la rete elettrica e lo stadio di potenza dell’inverter, a monte degli induttori principali di filtraggio, costituisce quindi un percorso alternativo per le correnti transitorie, che non attraverseranno più i diodi di ricircolo dei dispositivi di commutazione proteggendoli.
Per la realizzazione del dispositivo secondo la presente invenzione, si possono selezionare componenti con caratteristiche specifiche di tenuta ai transitori di corrente, indipendentemente dalle esigenze di velocità di commutazione che sono invece di primaria importanza nella scelta dei dispositivi di commutazione a semiconduttori utilizzati nello stadio di potenza dell’inverter.
Il dispositivo secondo la presente invenzione può vantaggiosamente essere realizzato tramite comuni ed economici moduli di rettificazione a ponte di adeguato taglio, in relazione alle correnti transitanti.
In una seconda realizzazione preferita e in riferimento alla figura 5 allegata, il dispositivo secondo la presente invenzione comprende almeno un filtro 22 di blocco delle correnti parassite di modo comune realizzato da una coppia di induttanze mutuamente accoppiate.
Detto filtro 22 viene realizzato preferibilmente da un nucleo ferromagnetico su cui sono avvolti i conduttori elettrici. Il nucleo ferromagnetico deve presentare un alto valore di permeabilità, che deve rimanere più possibile costante nell'intervallo di frequenze di interesse, ad esempio nell’intervallo 150kHZ - 30MHz. Tale valore elevato di permeabilità permette di ottenere un coefficiente di mutua induzione M il più simile possibile al valore L di induttanza.
Detto filtro 22 può essere collegato elettricamente a monte di detto ponte a diodi 15, a valle di detto ponte a diodi 15, oppure ancora sia a monte che a valle di detto ponte a diodi 15. Quando viene collegato a monte di detto ponte a diodi 15, detto filtro è realizzato, ad esempio, da un opportuno nucleo ferromagnetico su cui sono avvolti due conduttori elettrici: un primo conduttore che collega il terminale positivo della tensione continua in ingresso all’inverter, a valle del condensatore di filtro, con il catodo 18 di detto ponte a diodi 15, un secondo conduttore che collega elettricamente l’anodo 19 di detto ponte a diodi 15 al terminale negativo della tensione continua in ingresso all’inverter, a valle del condensatore di filtro.
Quando viene collegato a valle di detto ponte a diodi 15, detto filtro 22 è realizzato, ad esempio, da un opportuno nucleo ferromagnetico su cui sono avvolti due conduttori elettrici che collegano i due terminali intermedi 20, 21 di detto ponte a diodi 15 con i terminali di uscita dell’inverter.
La presente invenzione non si applica soltanto a inverter monofase come quelli illustrati, per semplicità di rappresentazione, nelle figure allegate, ma si applica indifferentemente anche a sistemi trifase e, più in generale, a sistemi multifase, semplicemente impiegando ponti a diodi comprendenti un numero adeguato di rami pari al numero di linee da proteggere.

Claims (8)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di protezione per sistemi di conversione dell’energia elettrica atti ad essere collegati direttamente alla rete di distribuzione di energia elettrica e comprendenti almeno un inverter, comprendente un ponte a diodi (15) atto ad essere collegato elettricamente tra la sezione di potenza di detto inverter, a valle del filtro di uscita (23), e la rete elettrica (10) con il catodo (18) collegato elettricamente al terminale positivo della tensione continua in ingresso all’inverter, l’anodo (19) collegato elettricamente al terminale negativo della tensione continua in ingresso all’inverter, e con i due terminali intermedi (20, 21) collegati elettricamente ai terminali di uscita del filtro di uscita (23) disposto a valle di detto inverter.
  2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 comprendente almeno un filtro (22) di blocco delle correnti parassite di modo comune collegato a monte di detto ponte a diodi (15), oppure a valle di detto ponte a diodi (15), oppure ancora sia a monte che a valle di detto ponte a diodi (15).
  3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2 in cui detto almeno un filtro (22) per l’abbattimento delle correnti parassite di modo comune è realizzato da una coppia di induttanze mutuamente accoppiate.
  4. 4. Dispositivo secondo le rivendicazioni 2 - 3 in cui detto filtro (22) è realizzato, da un opportuno nucleo ferromagnetico su cui sono avvolti due conduttori elettrici.
  5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 in cui detti due conduttori elettrici, quando detto filtro (22) è collegato a monte di detto ponte a diodi (15), comprendono un primo conduttore elettrico che collega il terminale positivo della tensione continua in ingresso all’inverter, con il catodo (18) di detto ponte a diodi (15), un secondo conduttore che collega elettricamente l’anodo (19) di detto ponte a diodi (15) al terminale negativo della tensione continua in ingresso all’inverter.
  6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 in cui detti due conduttori elettrici, quando detto filtro (22) è collegato a valle di detto ponte a diodi (15), collegano i due terminali intermedi (20, 21) di detto ponte a diodi (15) con i terminali di uscita del filtro di uscita (23) a valle di detto inverter.
  7. 7. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 - 2 in cui detto ponte a diodi (15) comprende un numero di rami pari al numero di fasi di detto apparato inverter.
  8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7 in cui detto almeno un filtro (22) di blocco delle correnti parassite di modo comune comprende una pluralità di induttanze mutuamente accoppiate in numero pari al numero di fasi di detto apparato inverter.
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