PL173429B1 - Urządzenie do przetwarzania energii elektrycznej - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do przetwarzania energii elek- trycznej, zawierajace pierwsza petle sprzezenia zwrotnego z wieloma przetwornikami, których wejs- cia sa dolaczone do wyjscia pierwszego wzmacnia- cza uchybu w zasilaczu pradu przemiennego, a wyj- scia sa polaczone równolegle i dolaczone do zespolu akumulatorów i obciazenia, przy czym pierwszy wzmacniacz uchybu ma dwa wejscia, jedno dla na- piecia wytwarzanego przez przetworniki i drugie dla pierwszego napiecia odniesienia, znamienne tym, ze zawiera druga petle sprzezenia zwrotnego zawieraja- ca drugi wzmacniacz (9) uchybu, który ma wyjscie dolaczone do wejscia pierwszego napiecia odniesie- nia (V o d n t) pierwszego wzmacniacza (4) uchybu i ma dwa wejscia, z których pierwsze jest dolaczone do korektora (8) dolaczonego do ukladów sterowa- nia (7), do których wejscia jest dolaczony modul (6) parametrów, dolaczony takze do selektora (11), któ- rego wyjscie jest dolaczone do filtru (10) sprzezenia zwrotnego, którego wyjscie jest dolaczone do dru- giego wejscia drugiego wzmacniacza (9) uchybu. Fig 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do przetwarzania energii elektrycznej w układzie zasilania o modułowej konfiguracji dla urządzeń o charakterystykach liniowych względem zasilanego obciążenia i/lub dla akumulatorów.

Znane są układy zasilania o konfiguracji modułowej spełniającej wymagania obciążenia, wykorzystujące przetworniki do przetwarzania prądu przemiennego, otrzymywanego z sieci zasilającej lub z innego źródła, w prąd stały przy pomocy sterowania prądowego tak, że mogą być one połączone równolegle z innymi przetwornikami. Prąd dostarczany przez ten zespół jest sumą prądów dostarczanych indywidualnie przez każdy z modułów.

Znane modułowe układy zasilania są przedstawione na przykład w artykule zatytułowanym Inteligentne układy zasilania do zastosowań telekomunikacyjnych L. Ruiza i J. Sancho, opublikowanym w Proceedings z XIII International Telecommunications Energy Conference (INTELEC), 1991 Kyoto, Japonia, strony 544-551. Przedstawiono tu modułowy układ zasilania zawierający zespół przetworników, których prądy wyjściowe są dodawane w celu zasilania prądami akumulatora i obciążenia. Dzięki zastosowaniu wzmacniacza uchybu wspólnego dla wszystkich przetworników w pętli regulacji napięcia wyjściowego osiąga się to, że przetworniki pracują równolegle bez problemów związanych z niezgodnością podziału obciążenia. Pierwsze wejście wzmacniacza uchybu odbiera napięcie wyjściowe przetworników, podczas gdy drugie wejście odbiera napięcie odniesienia, które jest wstępnie ustalone i w tym znanym rozwiązaniu jest napięciem odniesienia otrzymywanym przez układ sterowania w wyniku zastosowania zespołu charakterystyk obciążenia akumulatora dla parametrów układu zgodnie z liczbą stanów pracy.

173 429

Chociaż układ sterowania reguluje napięcie odniesienia do wartości optymalnej, aby przeprowadzić regulację napięcia wyjściowego przetworników, zmiany parametrów nie są regulowane i na przykład nic nie robi się dla określenia optymalnych warunków obciążenia akumulatorów, a więc przedłużenia ich żywotności. Czas przyłączenia pętli sterowania jest zbyt długi, skutkiem czego szybkie zmiany obciążenia wymagają pewnego czasu na kompensację i w wyniku tego muszą być tłumione przez inne elementy, takie jak akumulator, przetworniki itd.

Znane urządzenie do przetwarzania energii elektrycznej zawiera pierwszą pętlę sprzężenia zwrotnego z wieloma przetwornikami, których wejścia są dołączone do wyjścia pierwszego wzmacniacza uchybu w zasilaczu prądu przemiennego, a wyjścia są połączone równolegle i dołączone do zespołu akumulatorów i obciążenia. Pierwszy wzmacniacz uchybu ma dwa wejścia, jedno dla napięcia wytwarzanego przez przetworniki i drugie dla pierwszego napięcia odniesienia.

Urządzenie według wynalazku zawiera drugą pętlę sprzężenia zwrotnego zawierającą drugi wzmacniacz uchybu, który ma wyjście dołączone do wejścia pierwszego napięcia odniesienia pierwszego wzmacniacza uchybu i ma dwa wejścia, z których pierwsze jest dołączone do korektora dołączonego do układów sterowania, do których wejścia jest dołączony moduł parametrów dołączony także do selektora, którego wyjście jest dołączone do filtru sprzężenia zwrotnego, którego wyjście jest dołączone do drugiego wejścia drugiego wzmacniacza uchybu.

Druga pętla sprzężenia zwrotnego zawiera przetwornik cyfrowo-analogowy, którego wyjście jest dołączone do wejścia pierwszego napięcia odniesienia pierwszego wzmacniacza uchybu, a wejście jest dołączone do wyjścia mikrosterownika, który ma dwa wejścia, pierwsze dołączone do układów sterowania, a drugie dołączone do przetwornika analogowo-cyfrowego, którego wejścia są dołączone do modułu parametrów.

Przetwornik analogowo-cyfrowy jest przetwornikiem z podwójnym zboczem i stałą całkowania równą okresowi prądu zasilającego.

Mikrosterownik zawiera układ sterowania prądem dostarczanym przez przetworniki.

Zaletą wynalazku jest to, że przy pomocy układu cyfrowego jest możliwe natychmiastowe pamiętanie i sterowanie, a modyfikacja filtrowania sygnałów parametrów jest prostsza. Układ cyfrowy umożliwia sterowanie stanem obciążenia akumulatora, ponieważ przechowuje on zapis prądu wpływającego i wypływającego z akumulatora jak również parametry określone przez producenta, temperaturę i inne.

Dzięki drugiej pętli sprzężenia zwrotnego i uwzględniając stan naładowania akumulatora, przeprowadzane jest ładowanie i utrzymywanie stanu akumulatorów zgodnie z optymalnym kryterium określonym przez producenta i ich zmianą w czasie, poprzez wprowadzenie danych otrzymanych z pomiarów rzeczywistych tak, że w stanie ładowania parametr, który steruję tą pętlc^, jest prądem ładowania akumulatora, utrzymującym wartość dokładnie równą wartości znamionowej, zależnie od rodzaju i pojemności ogniwa. W przypadku, gdy akumulator ma napięcie zmienne ustalające lub jest w stanie ładowania zmiennego ustalającego, to znaczy, że proces ładowania akumulatora zakończył się i osiągnął stan maksymalnego naładowania. W tym stanie prąd ładowania musi być utrzymywany na bardzo niskim poziomie, określonym jako prąd zmienny ustalający, dla przywracania strat ładunku i upływów akumulatora, inaczej akumulator zostałby uszkodzony. Parametrami, które są sterowane, są napięcie i prąd wyjściowy, utrzymywane w funkcji napięcia i prądu zmiennego ustalającego akumulatora.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie, poprzez skuteczne sterowanie dowolnym parametrem lub kombinacją parametrów, niezawodności i przedłużonej żywotności dowolnego elementu urządzenia. Uzyskuje się szybką i dokładną regulację dowolnego parametru lub kombinacji parametrów urządzenia tak, że warunki pracy nie powodują uszkodzenia żadnego elementu urządzenia, przedłużając skutkiem tego jego żywotność i równocześnie zabezpieczając go. .

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia część urządzenia do przetwarzania energii elektrycznej, dostarczającą

173 429 drugie napięcie odniesienia według wynalazku i fig. 2 - bardziej szczegółowo całe urządzenie do przetwarzania energii elektrycznej.

Figura 1 przedstawia część urządzenia do przetwarzania energii elektrycznej, zawierającą dodatkową, cyfrową pętlę sprzężenia zwrotnego według wynalazku. Urządzenie do przetwarzania energii elektrycznej zawiera pokazany na fig. 2 szereg przetworników 1 sterowanych prądowo tak, że jest możliwe połączenie ich wyjść bezpośrednio równolegle. W celu sterowania właściwego dla prawidłowej pracy wszystkich przetworników 1, konieczne jest zastosowanie pierwszego wzmacniacza 4 uchybu wspólnego dla wszystkich przetworników 1 i zapewniającego ten sam sygnał uchybu dla wszystkich komparatorów zawartych w pierwszej analogowej pętli sterowania prądowego przetwornikami 1.

Jeżeli wzmocnienie pierwszego wzmacniacza 4 uchybu jest duże, 'pierwsza pętla sprzężenia zwrotnego dąży do ustalenia napięcia wyjściowego V_b równego pierwszemu· napięciu odniesienia V„d_ni stosowanemu na drugim wejściu pierwszego wzmacniacza 4 uchybu.

Wówczas gdy warunki pracy akumulatorów, takie jak temperatura, prąd ładowania lub rozładowania, stan obciążenia i tym podobne oddziałują na ich żywotność, konieczne jest wzięcie ich pod uwagę przy określeniu pierwszego napięcia odniesienia V_od„1 i w wyniku tego napięcia wyjściowego, które powinno wystąpić. Jest to realizowane przez zastosowanie różnych układów sterowania 7, które wytwarzają optymalną wartość pierwszego napięcia odniesienia V_odn, zgodnie z instrukcją producenta.

Przy zastosowaniu drugiej, cyfrowej pętli sprzężenia zwrotnego jest możliwe sterowanie wymaganym parametrem dokładnie i w pożądany sposób w celu uzyskania optymalnych warunków pracy urządzenia. W tym celu parametr jest wybierany przy pomocy selektora 11 z fig. 1 zgodnie z procedurą, która zależy od sygnału modułu 6 parametrów.

Sygnał modułu 6 parametrów wybrany w selektorze 11 jest filtrowany w filtrze 10 sprzężenia zwrotnego, którego funkcja przenoszenia może być modyfikowana i jest nazywany wybranym parametrem. Sygnał wyjściowy jest dostarczany do drugiego wzmacniacza 9 uchybu, który wzmacnia różnicę pomiędzy napięciem wyjściowym filtru 10 sprzężenia zwrotnego i napięciem odniesienia Vo_d„1 otrzymywanym z układów sterowania 7 zawierających wartości znamionowe określone przez producentów akumulatorów, korygowane w korektorze 8, który uwzględnia pomiary rzeczywiste lub uzyskiwane z wcześniejszych stanów pracy.

Wzmocniony sygnał uchybu z drugiego wzmacniacza 9 uchybu jest dostarczany do pierwszego wzmacniacza 4 uchybu.

Figura 2 przedstawia selektor 11 z fig. 1 wykonany w postaci przetwornika analogowo-cyfrowego 12 z wejściami selekcyjnymi tak, że wszystkie następne elementy, na przykład filtr 13 sprzężenia zwrotnego, który jest także selekcyjny, układy sterowania 7 określone przez producenta na przykład akumulatorów oraz drugi wzmacniacz 9 uchybu pokazany na fig. 1, są wykonane w postaci cyfrowej przy pomocy mikrosterownika 13, a następnie przy użyciu przetwornika cyfrowo-analogowego 14 dla otrzymania pierwszego napięcia odniesienia Vodn1, które zasila pierwszy wzmacniacz 4 uchybu wspólny dla przetworników 1 w celu przeprowadzenia w znany sposób procesu sterowania. W związku z wielką dokładnością wymaganą przy przetwarzaniu analogowo-cyfrowym dla przeprowadzenia dokładnego sterowania oraz faktem, że sieć zasilająca jest głównym źródłem zakłóceń, korzystne jest zastosowanie przetwornika analogowo-cyfrowego z podwójnym zboczem i stałą całkowania równą okresowi prądu zasilającego.

W powyższym urządzeniu jest możliwe sterowanie w sposób dokładny procesem ładowania akumulatora, gdy wybrany parametr stanowi prąd ładowania I_b akumulatora, gdy akumulator 2 jest w stanie ładowania, a prąd ładowania Ib akumulatora jest regulowany do wartości zapewnionej przez producenta dla danego rodzaju ogniwa i pojemności. Wówczas gdy akumulator jest już naładowany czyli ma ładunek zmienny ustalający, nowym parametrem będzie napięcie wyjściowe, które powinno dostosować się do wartości napięcia zmiennego ustalającego akumulatora i prądu ładowania zmiennego ustalającego. Niemniej jeżeli energia dostarczana do zespołu akumulatorów 2 i obciążenia 3 powoduje niebezpieczny wzrost temperatury przetworników 1, jest wtedy możliwe sterowanie całkowitym prądem It dostarczanym

173 429 przez te przetworniki 1 tak, że steruje się dostarczaną mocą, a zatem temperaturą, jaką one osiągają.

Niezależnie od tego mikrosterownik 13 wzbudza potrzebne alarmy i podejmuje kolejne programowane działania w przypadku nieprawidłowości pracy.

173 429

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do przetwarzania energii elektrycznej, zawierające pierwszą pętlę sprzężenia zwrotnego z wieloma przetwornikami, których wejścia są dołączone do wyjścia pierwszego wzmacniacza uchybu w zasilaczu prądu przemiennego, a wyjścia są połączone równolegle i dołączone do zespołu akumulatorów i obciążenia, przy czym pierwszy wzmacniacz uchybu ma dwa wejścia, jedno dla napięcia wytwarzanego przez przetworniki i drugie dla pierwszego napięcia odniesienia, znamienne tym, że zawiera drugą pętlę sprzężenia zwrotnego zawierającą drugi wzmacniacz (9) uchybu, który ma wyjście dołączone do wejścia pierwszego napięcia odniesienia (V_odnl) pierwszego wzmacniacza (4) uchybu i ma dwa wejścia, z których pierwsze jest dołączone do korektora (8) dołączonego do układów sterowania (7), do których wejścia jest dołączony moduł (6) parametrów, dołączony także do selektora (11), którego wyjście jest dołączone do filtru (10) sprzężenia zwrotnego, którego wyjście jest dołączone do drugiego wejścia drugiego wzmacniacza (9) uchybu.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że druga pętla sprzężenia zwrotnego zawiera przetwornik cyfrowo-analogowy (14), którego wyjście jest dołączone do wejścia pierwszego napięcia odniesienia (Vodni) pierwszego wzmacniacza (4) uchybu, a wejście jest dołączone do wyjścia mikrosterownika (13), który ma dwa wejścia, pierwsze dołączone do układów sterowania (7), a drugie dołączone do przetwornika analogowo-cyfrowego (12), którego wejścia są dołączone do modułu (6) parametrów.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że przetwornik analogowo-cyfrowy (12) jest przetwornikiem z podwójnym zboczem i stałą całkowania równą okresowi prądu zasilającego.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że mikrosterownik (13) zawiera układ sterowania prądem (1p) dostarczanym przez przetworniki (1).