[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2012159663A1 - Elektrische speiseeinrichtung - Google Patents

Elektrische speiseeinrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2012159663A1
WO2012159663A1 PCT/EP2011/058438 EP2011058438W WO2012159663A1 WO 2012159663 A1 WO2012159663 A1 WO 2012159663A1 EP 2011058438 W EP2011058438 W EP 2011058438W WO 2012159663 A1 WO2012159663 A1 WO 2012159663A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
udc
connection
transformer
feed
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/058438
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Leu
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to US14/117,880 priority Critical patent/US20140097693A1/en
Priority to CA 2837128 priority patent/CA2837128A1/en
Priority to CN201180070817.0A priority patent/CN103518305A/zh
Priority to PCT/EP2011/058438 priority patent/WO2012159663A1/de
Priority to AU2011369270A priority patent/AU2011369270A1/en
Priority to EP11735600.6A priority patent/EP2697885A1/de
Publication of WO2012159663A1 publication Critical patent/WO2012159663A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/10—The dispersed energy generation being of fossil origin, e.g. diesel generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/30—The power source being a fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the invention relates to an electrical feed device with at least one feed connection, on which
  • electrical energy may electric power fed into the feed device and / or be removed from the feed device, with a converter, the at least one alternating voltage terminal to which an alternating current fed ⁇ or can be removed, and at least one
  • DC terminal to which a direct current can be fed or removed has, and one with the
  • the energy module may be
  • an energy source for example in the form of an energy storage or energy generator act.
  • the invention is based on the object at a feed device of the type described to increase the work area the task.
  • Transformer device is connected, which can transform down the voltage applied to the supply terminal of the feeder input voltage to a lower voltage for the inverter down.
  • An essential advantage of the feed device according to the invention consists in an enlarged operating range for the energy module in comparison to feed devices without switchgear. bare transformer device.
  • the working range of the power module is limited by the operation of the inverter in a feed device without the inventively provided switchable transformer means.
  • the upper limit Udcmax of the DC voltage Udc at the DC voltage connection of the converter is limited by the voltage capacity of the components of the converter; the lower limit Udcmin of the DC voltage Udc at the DC voltage connection of the converter is determined by AC voltage Uac at the AC voltage connection of the converter. It applies here:
  • the DC voltage on the power module can be switched without a switchable power supply
  • the inverter can transform down the voltage applied to the supply terminal of the feeder input voltage as needed to a lower voltage for the inverter down.
  • the operating range of the energy module can be increased, although the operating range of the inverter is limited and remains limited; this will be briefly explained by means of an example. If it is a conventional 2-point inverter based on IGBT, the upper limit Udcmax of the DC voltage Udc at the DC voltage connection of the inverter is limited to approx. 1200V. If, in ⁇ game example of an AC voltage Vac at the AC terminal of 650V, so the lower limit of the DC voltage Udc Udcmin at the output of the inverter is at 650V *
  • the working range of the power module is therefore limited to the range between 1200V and 920V, although the power module may also be in an area below 920 V could be operated. If the transformer device proposed according to the invention is switched on or switched on, for example when the lower voltage limit of 920 V is reached, and the AC voltage is transformed down as required, for example by the factor, the lower limit Udcmin of the DC voltage Udc is reduced
  • the operating range of the energy module thus increases to a range between 1200V and 530V (compared to a range between 1200V and 920V without switchable transformer device).
  • the transformer device can, for example, be switched on and off in order to enable the changeover of the operating range for the energy module as required.
  • the transformer device is switchable, in such a way that, depending on the switching position, optionally at least two different voltage levels are available on the secondary side.
  • a switching position in the case of a high voltage on the power module and another switching position in the case of a contrast lower voltage can be provided on the power module.
  • the switching of the transformer device is preferably carried out with a control device which is in communication with the transformer device.
  • the control device preferably measures the voltage at the power module or the voltage at the DC voltage connection of the converter (or a voltage proportional to the said voltages) and adjusts the switching position of the transformer device as a function of the voltage.
  • the transformer device is preferably three-phase and can be switched on the secondary side optionally in a star connection or in a delta connection. Both in the star connection and in the delta connection, the Transformer advantageously transfer the same power; The transformer device can be switched without having to change anything in the number of turns of the transformer device.
  • the control device is designed such that it switches the transformer device on the secondary side in the star connection when the voltage to the power module or the voltage at the DC voltage terminal of Um ⁇ judge (or one to voltage proportional to said voltages) exceeds a predetermined first threshold, and the transformer means on the secondary side switches to delta connection when the voltage at the power module or the voltage at the DC voltage terminal of the inverter (or a voltage proportional to said voltages) is a predetermined second one Threshold falls below.
  • the first threshold and the second threshold may be identical.
  • the first threshold is greater than the second threshold; This allows a kind of "hysteresis behavior" when switching ⁇ th.
  • the transformer means may be alternatively or additionally also be switched in such that depending on the switching position, are, optionally, at least two different Thussver ⁇ ratios between the primary side and secondary side to Veryog- supply.
  • shape ratio is here, for example, the ratio between the voltage on the primary side and the voltage on the secondary side ver ⁇ stood.
  • the control device is designed such that it increases the transmission ratio when the voltage at the power module or the voltage at the DC voltage Connection of the inverter falls below a predetermined threshold un ⁇ .
  • the primary side of the transformer device is preferably connected in delta connection, although a star connection on the primary side is possible.
  • a filter is preferably electrically connected.
  • the filter preferably suppresses spurious frequencies generated by the inverter.
  • the energy module is preferably an energy source, in particular in the form of an energy store or an energy generator.
  • the energy store is an electric memory such as an electrochemical or an electro-mechanical energy storage.
  • the energy store may comprise at least one primary element, that is to say a non-rechargeable element, and / or at least one secondary element, that is to say a rechargeable element.
  • the energy storage at least also includes one or more of the following types of batteries: lithium-ion battery, lithium iron phosphate battery, Li ⁇ thium polymer battery, lead acid battery, NiCd battery, NiMH Bat- terie, high-temperature battery, NaS battery, zebra battery, sodium air battery.
  • the energy stores are preferably equipped with an individual control algorithm and / or an individual balancing circuit.
  • an energy store may comprise a capacitor, in particular a double-layer capacitor or a hybrid capacitor. If it han ⁇ punched at the power module to a power source, it is considered advantageous if these tovoltaikstrom a Fo and / or comprises a wind generator and / or a fuel cell.
  • the inverter of the feed device it is considered to be advantageous if it is a two-point converter, a three-point converter or a multi-level converter, for example a converter based on the Marquardt topology ,
  • the feeder described above can be used, for example, in electric vehicles to temporarily store energy and then provide for drive purposes.
  • the invention also relates to an energy distribution ⁇ system for supplying a supply area with electrical ⁇ shear energy, the energy distribution system has at least one feed device, as has been described above.
  • the invention also relates to a method of operating a feed device as described above. According to the invention it is provided that the voltage at the power module or the voltage at the DC terminal of the inverter (or to the said Spannun ⁇ gen proportional voltage) is measured and the transformation Gate device is set in dependence on the voltage.
  • the advantages of the method according to the invention reference is made to the above-explained advantages of the feed device according to the invention, since the advantages of the feed device according to the invention essentially correspond to those of the method according to the invention.
  • the transformer device on the secondary side in the star circuit is switched to the delta connection when the voltage at the power module or the voltage at the DC voltage connection of the converter (or a voltage proportional to the said voltages) falls below a predetermined second threshold value.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a
  • Figure 3 shows a second embodiment of a
  • the feed device has a power module, two inverters and two transformers,
  • Figure 4 shows a third embodiment of a
  • the Feeding device has a power module, three inverters and three transformers,
  • Figure 5 shows a fourth embodiment of a
  • the transformer of the feed device on the secondary side has two separate strands, which are each in communication with a plurality of energy modules, and
  • Figure 6 shows a fifth embodiment of a
  • FIG. 1 shows an energy distribution system 10, which is equipped with a feed device 20.
  • the feed ⁇ device 20 serves to feed in and feed out of electrical energy into and out of the Energyverteilstrom 10 and has a feed terminal 21, which is using a switch S to a power supply network Nl in connection. Via the feed port 21 of energy can be fed, or into the SpeI ⁇ se owned 20 from these removed (fed out) will be.
  • the feed device 20 comprises an inverter 30, the DC voltage terminal 31 is attached to an energy module 40 ⁇ closed.
  • the power module 40 may be at ⁇ play an energy store, which has a plurality of memory cells.
  • the power module comprising the cells may each have a voltage between 2V and 4.2V due to technical reasons.
  • the reference numbers Be ⁇ 401, 402 and 40n in FIG. 1 The connection of the power module 40 to the DC voltage terminal 31 of the Um ⁇ judge 30 can be done for example via fuses SI, as shown in the figure 1.
  • a switchable transformer device 50 is connected to its secondary side 51.
  • the primary side 52 of the switchable transformer device 50 is connected to the feed terminal 21 of the feed device 20 in connection.
  • the alternating voltage applied to the AC voltage terminal 32 of the converter 30 and thus to the secondary side 51 of the transformer device 50 is identified in FIG. 1 by the reference symbol Uac.
  • the DC voltage applied to the DC voltage connection 31 and thus to the power module 40 is indicated in FIG. 1 by the reference symbol Udc.
  • Inverter 30 may be equipped with a filter 33 which attenuates the spurious frequencies generated by inverter 30 (typically in the kilohertz range). Such a filter 33 may form part of the inverter 30 (as shown in FIG. 1) or may be a separate component.
  • FIG. 1 additionally shows a control device 60 which measures the DC voltage Udc at the DC voltage connection 31 of the converter 30 and thus the voltage at the power module 40.
  • the control device 60 evaluates the respective voltage measurement value and controls the switchable transformer device 50 accordingly, as will be explained in more detail below in more detail below.
  • the switchable transformer device 50 is connected in delta connection on its primary side 52, as shown in FIG. 1 by a small triangle in the region of the primary side 52 of FIG Transformer device 50 is symbolized.
  • the transformer device 50 is switchable, from a star circuit to a delta circuit and vice versa; This is indicated in the figure 1 by corresponding symbols.
  • the switching of the transformer device 50 from the star connection into the delta connection or from the delta connection into the star connection is initiated by the control device 60 via a corresponding control signal ST.
  • the controller 60 compares the DC voltage Udc in the DC voltage terminal 31 of the inverter 30 or on Ener ⁇ giemodul 40 with a given first and a given second threshold value, and switches the transformer ⁇ device 50 depending on the DC voltage measurement value into the star ⁇ circuit or in the delta connection ,
  • control device 60 will switch the transformer device 50 on the secondary side 51 into the star connection if the DC voltage Udc on the energy module 40 exceeds the predetermined first threshold value.
  • Transformer device 50 preferably switched by the control device 60 when the DC voltage Udc at the power module 40 a predetermined second threshold un ⁇ steps.
  • the first threshold is greater than the second threshold, so that when switching on
  • the transformer device 50 generates an AC voltage Uac in the amount of 650 V in the star connection on account of the mains voltage Un applied to the power supply network N1.
  • the DC voltage Udc should be applied to the DC voltage connection 31 of the converter or to the energy module 40 always be at least as large as the "absolute" pasnikmi ⁇ nimalschreib of 920V, which corresponds to the -fold of 650V. Being a minimum DC voltage for safety reasons
  • the operating range of the memory cells is at star connection of the transformer so between 3.4V and 4.2V.
  • the control device 60 will switch the transformer device 50 from the star connection into the delta connection at the latest when the DC voltage Udc reaches the value of 950 V.
  • the voltage value of 950V thus forms the above-mentioned "second" threshold value.
  • the operating range of the lithium-ion storage cells is therefore a voltage interval between 2V and 4.2V he ⁇ increased.
  • FIG. 2 shows by way of example the secondary side 51 of FIG
  • Transformer device 50 according to Figure 1. It can be seen that the three windings Wl, W2 and W3 are connected to six switches Sl, S2, S3, S4, S5 and S6. If the three switches Sl, S2 and S3 are turned on and the switches S4, S5 and S6 are opened, then the secondary side 51 of the transformer device 50 is operated in star connection. If, in contrast, the switches S1, S2 and S3 are opened and the switches S4, S5 and S6 are closed, the secondary side 51 is operated in a triangular circuit .
  • FIG. 3 shows an embodiment of a power distribution system ⁇ 10, are connected with the 40 two Umrich- ter to a power module 30 and 30 'and two transformer means 50 and 50'.
  • the transformer devices 50 and 50 ' are selectively connected by a control device 60 with control signals ST and ST' in the delta connection or in the star connection, the respective switching state depending on the DC voltage Udc on the energy ⁇ module 40 depends, as related has already been explained with the figure 1.
  • the two transformer means 50 and 50 ' can be connected to feed device 20 according to FIG 3 to two power supply networks Nl and N2 by the entspre ⁇ sponding switches S and S' are switched on or off.
  • the feed device 20 comprises a power module 40 and three inverters 30, 30 'and 30 "as well as three switchable transformer means 50, 50' and 50".
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of an energy ⁇ distribution system 10 in which a feed device 20 comprising a plurality of power modules 40, 41, 42, 43, 44 and 45, which are each connected via associated inverter U at a switchable transformer means 50th
  • a feed device 20 comprising a plurality of power modules 40, 41, 42, 43, 44 and 45, which are each connected via associated inverter U at a switchable transformer means 50th
  • the transformer device according to FIG 5 two secondary sides 51 and 51 'on to which in each case one is connected in ⁇ dividueller feed strand 22 and 23.
  • the three energy modules 40, 41 and 42 are in connection with the left in Figure 5 feed train 22; with the right in Figure 5 feed train 23, the power modules 43, 44 and 45 are in communication.
  • the arrangement according to Figure 5 enables an interrupt ⁇ free switching of the transformer means 50.
  • the two feed lines are namely not switched 22 and 23 simultaneously by a star connection in a triangular scarf ⁇ processing or vice versa of a delta connection into a star connection, but offset in time.
  • a staggered switching of the two secondary sides 51 and 51 ' a voltage dip can be avoided.
  • FIG. 6 shows, by way of example, an arrangement 10 with a feed device 20, in which the transformer device 50 is not moved from the control device 60 by a triangular in a star connection and vice versa is switched, but instead the transmission ratio Ü (for example, by connecting or disconnecting transformer windings) is switched.
  • the transmission ratio Ü for example, by connecting or disconnecting transformer windings
  • the term “gear ratio” is here, for example, the ratio between the voltage on the primary side and the voltage on the secondary side ver ⁇ stood.
  • the transformer means 50 provides, for example, two different transmission ratios UEL and U2 to Ver ⁇ addition, which can be selected by the control device 60 selectively.
  • the transformer device 50 can generate, for example, an AC voltage Uac in the amount of 650 V due to the mains voltage Un applied to the power supply network N1; at a divided period of time t i and t i and t i and t i and t i and t i and t i and t i and t i and t i and t i and t i and t i and a transmission ratio Ul.
  • the transformer device 50 can generate, for example, an AC voltage Uac in the amount of 650 V due to the mains voltage Un applied to the power supply network N1; at a divided period of voltage Un applied to the power supply network N1; at a divided period of the AC voltage Uac, for example, 375V

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Speiseeinrichtung (20) mit mindestens einem Speiseanschluss (21), an dem elektrische Energie in die Speiseeinrichtung (20) eingespeist und/oder elektrische Energie aus der Speiseeinrichtung (20) entnommen werden kann, mit einem Umrichter (30), der zumindest einen Wechselspannungsanschluss (32), an dem ein Wechselstrom eingespeist oder entnommen werden kann, und zumindest einen Gleichspannungsanschluss (31), an dem ein Gleichstrom eingespeist oder entnommen werden kann, aufweist, und einem mit dem Gleichspannungsanschluss (31) des Umrichters (30) in Verbindung stehenden Energiemodul (40). Zwischen den Speiseanschluss (21) der Speiseeinrichtung (20) und den Wechselspannungsanschluss (32) des Umrichters (30) ist elektrisch eine schaltbare Transformatoreinrichtung (50) geschaltet, die die am Speiseanschluss (21) der Speiseeinrichtung (20) anliegende Eingangsspannung auf eine niedrigere Spannung für den Umrichter (30) herunter transformieren kann.

Description

Beschreibung
Elektrische Speiseeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Speiseein¬ richtung mit mindestens einem Speiseanschluss, an dem
elektrische Energie in die Speiseeinrichtung eingespeist und/oder elektrische Energie aus der Speiseeinrichtung entnommen werden kann, mit einem Umrichter, der zumindest einen Wechselspannungsanschluss , an dem ein Wechselstrom einge¬ speist oder entnommen werden kann, und zumindest einen
Gleichspannungsanschluss , an dem ein Gleichstrom eingespeist oder entnommen werden kann, aufweist, und einem mit dem
Gleichspannungsanschluss des Umrichters in Verbindung stehen- den Energiemodul. Bei dem Energiemodul kann es sich
beispielsweise um eine Energiequelle, beispielsweise in Form eines Energiespeichers oder eines Energiegenerators, handeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Speise- einrichtung der beschriebenen Art den Arbeitsbereich zu vergrößern .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Speiseeinrich¬ tung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vor- teilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Speiseeinrichtung sind in Unteransprüchen beschrieben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen den Speiseanschluss der Speiseeinrichtung und den Wechselspan- nungsanschluss des Umrichters elektrisch eine schaltbare
Transformatoreinrichtung geschaltet ist, die die am Speiseanschluss der Speiseeinrichtung anliegende Eingangsspannung auf eine niedrigere Spannung für den Umrichter herunter transformieren kann.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Speiseeinrichtung besteht in einem vergrößerten Arbeitsbereich für das Energiemodul im Vergleich zu Speiseeinrichtungen ohne schalt- bare Transformatoreinrichtung. Der Arbeitsbereich des Energiemoduls wird bei einer Speiseeinrichtung ohne die erfindungsgemäß vorgesehene schaltbare Transformatoreinrichtung durch die Arbeitsweise des Umrichters begrenzt. Die obere Grenze Udcmax der Gleichspannung Udc am Gleichspannungsanschluss des Umrichters wird durch die Spannungsbelastbarkeit der Komponenten des Umrichters begrenzt; die untere Grenze Udcmin der Gleichspannung Udc am Gleichspannungsanschluss des Umrichters wird durch Wechselspannung Uac am Wechselspan- nungsanschluss des Umrichters bestimmt. Es gilt dabei:
Udcmin = fl *Uac
Aufgrund dieser Einschränkungen kann die Gleichspannung am Energiemodul bei einer Speiseeinrichtung ohne schaltbare
Transformatoreinrichtung lediglich in einem Spannungsbereich zwischen Udcmax und *Uac schwanken. Der Spannungsbereich, in dem dem viele Energiemodule arbeiten können, ist jedoch oftmals größer. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, in- dem erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, eine schaltbare
Transformatoreinrichtung vorzusehen, die die am Speisean- schluss der Speiseeinrichtung anliegende Eingangsspannung bedarfsweise auf eine niedrigere Spannung für den Umrichter herunter transformieren kann. Durch ein bedarfsweises Herun- tertransformieren der Spannung Uac am Wechselspannungsan- schluss des Umrichters lässt sich der Arbeitsbereich des Energiemoduls erhöhen, obwohl der Arbeitsbereich des Umrichters begrenzt ist und begrenzt bleibt; dies soll kurz anhand eines Beispiels erläutert werden. Handelt es sich um einen üblichen 2-Punkt-Umrichter auf IGBT-Basis, so ist die obere Grenze Udcmax der Gleichspannung Udc am Gleichspannungsanschluss des Umrichters auf ca. 1200V begrenzt. Geht man bei¬ spielweise von einer Wechselspannung Uac am Wechselspannungs- anschluss von 650V aus, so wird die untere Grenze Udcmin der Gleichspannung Udc am Ausgang des Umrichters auf 650V*
920V festgelegt. Der Arbeitsbereich des Energiemoduls ist also auf den Bereich zwischen 1200V und 920V begrenzt, obwohl das Energiemodul unter Umständen auch in einem Bereich unter 920 V betrieben werden könnte. Wird nun die erfindungsgemäß vorgeschlagene Transformatoreinrichtung - beispielsweise bei Erreichen der unteren Spannungsgrenze von 920V - ein- oder umgeschaltet und die Wechselspannung bedarfsweise herunter transformiert, zum Beispiel um den Faktor so reduziert sich die untere Grenze Udcmin der Gleichspannung Udc am
Gleichspannungsanschluss des Umrichters auf 650V* V2/ 3 = 530V. Durch das Zuschalten oder Umschalten des erfindungsgemäß vorgesehenen Transformators erhöht sich also der Arbeits- bereich des Energiemoduls auf einen Bereich zwischen 1200V und 530V (gegenüber einem Bereich zwischen 1200V und 920V ohne schaltbare Transformatoreinrichtung) .
Die Transformatoreinrichtung kann beispielsweise ein- und ausschaltbar sein, um das bedarfsweise Umstellen des Arbeits¬ bereiches für das Energiemodul zu ermöglichen. Als besonders vorteilhaft wird es jedoch angesehen, wenn die Transformatoreinrichtung umschaltbar ist, und zwar derart, dass je nach Schaltstellung wahlweise zumindest zwei unterschiedliche Spannungsniveaus an der Sekundärseite zur Verfügung stehen.
Bei der letztgenannten Ausgestaltung kann beispielsweise eine Schaltstellung im Falle einer hohen Spannung am Energiemodul und eine andere Schaltstellung im Falle einer demgegenüber niedrigeren Spannung am Energiemodul vorgesehen werden.
Das Umstellen der Transformatoreinrichtung erfolgt vorzugsweise mit einer Steuereinrichtung, die mit der Transformatoreinrichtung in Verbindung steht. Bevorzugt misst die Steuereinrichtung die Spannung an dem Energiemodul oder die Span- nung an dem Gleichspannungsanschluss des Umrichters (oder eine zu den genannten Spannungen proportionale Spannung) und stellt die Schaltstellung der Transformatoreinrichtung in Abhängigkeit von der Spannung ein. Die Transformatoreinrichtung ist bevorzugt dreiphasig und kann auf der Sekundärseite wahlweise in eine Sternschaltung oder in eine Dreieckschaltung geschaltet werden. Sowohl in der Sternschaltung als auch in der Dreieckschaltung kann der Transformator in vorteilhafter Weise dieselbe Leistung übertragen; die Transformatoreinrichtung ist dabei umschaltbar, ohne dass etwas an den Wicklungszahlen der Transformatoreinrichtung verändert werden muss.
Im letztgenannten Fall wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die Transformatoreinrichtung auf der Sekundärseite in die Sternschaltung schaltet, wenn die Spannung an dem Energiemo- dul oder die Spannung an dem Gleichspannungsanschluss des Um¬ richters (oder eine zu den genannten Spannungen proportionale Spannung) einen vorgegebenen ersten Schwellenwert überschreitet, und die Transformatoreinrichtung auf der Sekundärseite in die Dreieckschaltung schaltet, wenn die Spannung an dem Energiemodul oder die Spannung an dem Gleichspannungsanschluss des Umrichters (oder eine zu den genannten Spannungen proportionale Spannung) einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert unterschreitet. Der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert können beispielsweise identisch sein. Vorzugsweise ist der erste Schwellenwert jedoch größer als der zweite Schwellenwert; dies ermöglicht eine Art "Hysterese-Verhalten" beim Umschal¬ ten .
Die Transformatoreinrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch derart umschaltbar sein, dass je nach Schaltstellung wahlweise zumindest zwei unterschiedliche Übersetzungsver¬ hältnisse zwischen Primärseite und Sekundärseite zur Verfü- gung stehen. Unter dem Begriff "Übersetzungsverhältnis" wird hier beispielsweise das Verhältnis zwischen der Spannung an der Primärseite und der Spannung an der Sekundärseite ver¬ standen . Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie das Übersetzungsverhältnis erhöht, wenn die Spannung an dem Energiemodul oder die Spannung an dem Gleichspannungs- anschluss des Umrichters einen vorgegebenen Schwellenwert un¬ terschreitet .
Die Primärseite der Transformatoreinrichtung ist bevorzugt in Dreieckschaltung geschaltet, obwohl auch eine Sternschaltung auf der Primärseite möglich ist.
Zwischen die Sekundärseite der Transformatoreinrichtung und den Wechselspannungsanschluss des Umrichters ist vorzugsweise elektrisch ein Filter geschaltet. Das Filter unterdrückt vorzugsweise Störfrequenzen, die von dem Umrichter erzeugt werden .
Bei dem Energiemodul handelt es sich vorzugsweise um eine Energiequelle, insbesondere in Form eines Energiespeichers oder eines Energiegenerators.
Handelt es sich bei dem Energiemodul um einen Energiespei¬ cher, so wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Energie- Speicher ein elektrischer Speicher, beispielsweise ein elektrochemischer oder ein elektromechanischer Energiespeicher ist. Der Energiespeicher kann beispielsweise mindestens ein Primärelement, also ein nicht wieder aufladbares Element, und/oder mindestens ein Sekundärelement, also ein wieder auf- ladbares Element, umfassen.
Im Falle eines elektrochemischen Energiespeichers wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Energiespeicher eine oder mehrere der folgenden Batteriearten zumindest auch umfasst: Lithium-Ionen-Batterie, Lithium-Eisenphosphatbatterie, Li¬ thium-Polymerbatterie, Bleibatterie, NiCd-Batterie, NiMH-Bat- terie, Hochtemperaturbatterie, NaS-Batterie, Zebrabatterie, Natrium-Luftbatterie . Die Energiespeicher sind vorzugsweise mit einem individuellen Regelalgorithmus und/oder einer individuellen Symmetrier- schaltung ausgerüstet. Alternativ oder zusätzlich kann ein Energiespeicher einen Kondensator, insbesondere einen Doppelschichtkondensator oder einen Hybridkondensator, umfassen. Falls es sich bei dem Energiemodul um eine Energiequelle han¬ delt, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn diese eine Fo- tovoltaikanlage und/oder einen Windgenerator und/oder eine Brennstoffzelle umfasst.
Bezüglich des Umrichters der Speiseeinrichtung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn es sich um einen Zwei-Punkt-Umrichter, um einen Drei-Punkt-Umrichter oder um einen Multile- vel-Umrichter, beispielsweise einen Umrichter auf der Basis der Marquardt-Topologie, handelt.
Die oben beschriebene Speiseeinrichtung kann beispielsweise bei Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, um temporär Energie zu speichern und anschließend zu Antriebszwecken zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Energieverteil¬ anlage zur Versorgung eines Versorgungsgebietes mit elektri¬ scher Energie, wobei die Energieverteilanlage zumindest eine Speiseeinrichtung aufweist, wie sie oben beschrieben worden ist .
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Energieverteilanlage sei auf die oben erläuterten Vorteile der erfindungs¬ gemäßen Speiseeinrichtung verwiesen, da die Vorteile der er- findungsgemäßen Speiseeinrichtung denen der erfindungsgemäßen Energieverteilanlage im Wesentlichen entsprechen.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Betreiben einer Speiseeinrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Spannung an dem Energiemodul oder die Spannung an dem Gleichspannungs- anschluss des Umrichters (oder eine zu den genannten Spannun¬ gen proportionale Spannung) gemessen wird und die Transforma- toreinrichtung in Abhängigkeit von der Spannung eingestellt wird. Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die oben erläuterten Vorteile der erfindungsgemäßen Speiseeinrichtung verwiesen, da die Vorteile der erfindungsgemäßen Speiseeinrichtung denen des erfindungsgemäßen Verfahrens im Wesentlichen entsprechen.
Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Transformatoreinrichtung auf der Sekundärseite in die Sternschaltung geschal¬ tet wird, wenn die Spannung an dem Energiemodul oder die Spannung an dem Gleichspannungsanschluss des Umrichters (oder eine zu den genannten Spannungen proportionale Spannung) einen vorgegebenen ersten Schwellenwert überschreitet, und die Transformatoreinrichtung auf der Sekundärseite in die Dreieckschaltung geschaltet wird, wenn die Spannung an dem Energiemodul oder die Spannung an dem Gleichspannungsanschluss des Umrichters (oder eine zu den genannten Spannungen proportionale Spannung) einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert unterschreitet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine
erfindungsgemäße Energieverteilanlage, die ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Speiseeinrichtung umfasst,
Figur 2 die Sekundärseite eines Transformators der Speise¬ einrichtung gemäß Figur 1 näher im Detail,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine
erfindungsgemäße Energieverteilanlage, bei der die Speiseeinrichtung ein Energiemodul, zwei Umrichter und zwei Transformatoren aufweist,
Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel für eine
erfindungsgemäße Energieverteilanlage, bei der die Speiseeinrichtung ein Energiemodul, drei Umrichter und drei Transformatoren aufweist,
Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel für eine
erfindungsgemäße Energieverteilanlage, bei der der Transformator der Speiseeinrichtung sekundärseitig zwei separate Stränge aufweist, die jeweils mit einer Mehrzahl an Energiemodulen in Verbindung stehen, und
Figur 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel für eine
erfindungsgemäße Energieverteilanlage, bei der der Transformator bezüglich seiner Wicklungsverhältnisse umschaltbar ist.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet . In der Figur 1 erkennt man eine Energieverteilanlage 10, die mit einer Speiseeinrichtung 20 ausgestattet ist. Die Speise¬ einrichtung 20 dient zum Einspeisen und Ausspeisen von elektrischer Energie in bzw. aus der Energieverteilanlage 10 und weist einen Speiseanschluss 21 auf, der über einen Schal- ter S mit einem Energieversorgungsnetz Nl in Verbindung steht. Über den Speiseanschluss 21 kann Energie in die Spei¬ seeinrichtung 20 eingespeist oder aus dieser entnommen (ausgespeist) werden. Die Speiseeinrichtung 20 weist einen Umrichter 30 auf, dessen Gleichspannungsanschluss 31 an ein Energiemodul 40 ange¬ schlossen ist. Bei dem Energiemodul 40 kann es sich bei¬ spielsweise um einen Energiespeicher handeln, der eine Vielzahl an Speicherzellen aufweist. Im Folgenden wird beispiel- haft davon ausgegangen, dass das Energiemodul 40 zweihundert¬ achtzig Lithium-Ionen-Speicherzellen aufweist, die technisch bedingt jeweils eine Zellenspannung zwischen 2V und 4,2V aufweisen können. Von den insgesamt zweihundertachtzig Speicherzellen sind in der Figur 1 stellvertretend drei dargestellt und mit den Be¬ zugszeichen 401, 402 und 40n bezeichnet. Der Anschluss des Energiemoduls 40 an den Gleichspannungsanschluss 31 des Um¬ richters 30 kann beispielsweise über Sicherungen SI erfolgen, wie dies in der Figur 1 gezeigt ist.
An den Wechselspannungsanschluss 32 des Umrichters 30 ist eine schaltbare Transformatoreinrichtung 50 mit ihrer Sekundärseite 51 angeschlossen. Die Primärseite 52 der schaltbaren Transformatoreinrichtung 50 steht mit dem Speiseanschluss 21 der Speiseeinrichtung 20 in Verbindung. Die an dem Wechselspannungsanschluss 32 des Umrichters 30 und damit an der Sekundärseite 51 der Transformatoreinrichtung 50 anliegende Wechselspannung ist in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen Uac gekennzeichnet. Die am Gleichspannungsanschluss 31 und damit am Energiemodul 40 anliegende Gleichspannung ist in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen Udc gekennzeichnet.
Der Umrichter 30 kann mit einem Filter 33 ausgestattet sein, das die vom dem Umrichter 30 generierten Störfrequenzen (üblicherweise im Kilohertz-Bereich) dämpft. Ein solches Filter 33 kann einen Teil des Umrichters 30 bilden (wie in der Figur 1 gezeigt) oder eine separate Komponente sein.
In der Figur 1 lässt sich darüber hinaus eine Steuereinrichtung 60 erkennen, die die Gleichspannung Udc am Gleichspan- nungsanschluss 31 des Umrichters 30 und damit die Spannung am Energiemodul 40 misst. Die Steuereinrichtung 60 wertet den jeweiligen Spannungsmesswert aus und steuert die schaltbare Transformatoreinrichtung 50 entsprechend an, wie nachfolgend weiter unten noch näher im Detail erläutert werden wird.
Die schaltbare Transformatoreinrichtung 50 ist auf ihrer Primärseite 52 in Dreieckschaltung geschaltet, wie in der Figur 1 durch ein kleines Dreieck im Bereich der Primärseite 52 der Transformatoreinrichtung 50 symbolisiert ist. Auf der Sekundärseite 51 ist die Transformatoreinrichtung 50 umschaltbar, und zwar von einer Sternschaltung in eine Dreieckschaltung und umgekehrt; dies ist in der Figur 1 durch entsprechende Symbole angedeutet.
Das Umschalten der Transformatoreinrichtung 50 von der Sternschaltung in die Dreieckschaltung bzw. von der Dreieckschaltung in die Sternschaltung wird über ein entsprechendes Steu- ersignal ST von der Steuereinrichtung 60 veranlasst.
Die Steuereinrichtung 60 vergleicht die Gleichspannung Udc am Gleichspannungsanschluss 31 des Umrichters 30 bzw. am Ener¬ giemodul 40 mit einem vorgegebenen ersten und einem vorgege- benen zweiten Schwellenwert und schaltet die Transformator¬ einrichtung 50 je nach Gleichspannungsmesswert in die Stern¬ schaltung oder in die Dreieckschaltung.
Vorzugsweise wird die Steuereinrichtung 60 die Transformator- einrichtung 50 auf der Sekundärseite 51 in die Sternschaltung schalten, wenn die Gleichspannung Udc an dem Energiemodul 40 den vorgegebenen ersten Schwellenwert überschreitet.
Von der Sternschaltung in die Dreieckschaltung wird die
Transformatoreinrichtung 50 von der Steuereinrichtung 60 vorzugsweise geschaltet, wenn die Gleichspannung Udc an dem Energiemodul 40 einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert un¬ terschreitet. Vorzugsweise ist der erste Schwellenwert größer als der zweite Schwellenwert, so dass beim Schalten ein
Hysterese-Verhalten erreicht wird.
Für die weiteren Erläuterungen wird beispielhaft davon ausgegangen, dass die Transformatoreinrichtung 50 in der Sternschaltung aufgrund der am Energieversorgungsnetz Nl anliegen- den Netzspannung Un eine Wechselspannung Uac in Höhe von 650V erzeugt. In diesem Falle sollte für einen zuverlässigen Betrieb des Umrichters 30 die Gleichspannung Udc am Gleichspannungsanschluss 31 des Umrichters bzw. am Energiemodul 40 stets mindestens so groß wie die "absolute" Zwischenkreismi¬ nimalspannung von 920V sein, was dem -fachen von 650V entspricht . Wird aus Sicherheitsgründen eine minimale Gleichspannung
Udcmin in Höhe von 950 V vorausgesetzt, so können die 280 Li- thium-Ionen-Speicherzellen 401, 402 ... 40n bis zu einer unteren Zellenspannung von 3,4 V (=950V/280) entladen werden. Der Betriebsbereich der Speicherzellen liegt bei Sternschaltung des Transformators also zwischen 3,4V und 4,2V.
Um den Betriebsbereich der Speicherzellen in einen Bereich unter 3,4 V drücken zu können, wird die Steuereinrichtung 60 die Transformatoreinrichtung 50 von der Sternschaltung in die Dreieckschaltung spätestens dann umschalten, wenn die Gleichspannung Udc den Wert von 950 V erreicht. Der Spannungswert von 950V bildet somit den oben genannten "zweiten" Schwellenwert . Durch das Umschalten des Transformators in die Dreieckschal¬ tung wird die resultierende Wechselspannung Uac am Wechsel- spannungsanschluss 32 des Umrichters 30 auf einen Wert von 375V (=650V/ 3 ) herabgesetzt , so dass sich die "absolute" Zwischenkreisminimalspannung entsprechend auf einen Wert von 530V
Figure imgf000013_0001
reduziert. Wird aus Sicherheitsgründen von einer minimalen Betriebszwischenkreisminimalspannung Udcmin von 560V ausgegangen, so können die 280 Lithium-Ionen-Spei- cherzellen bis zu einer Spannung von 2V (=560V/280) entladen werden. Der Betriebsbereich der Lithium-Ionen-Speicherzellen wird also auf ein Spannungsintervall zwischen 2V und 4,2V er¬ höht .
Überschreitet die Gleichspannung Udc am Gleichspannungsan- schluss 31 bei einem nachfolgenden Aufladen der Lithium- Ionen-Speicherzellen des Energiemoduls 40 wieder eine obere Spannungsgrenze von beispielsweise 955V ("erster" Schwellen¬ wert) , so wird die Tranformatoreinrichtung 50 von der Dreieckschaltung wieder in die Sternschaltung zurückgeschaltet, um den oberen Spannungsbereich für die Lithium-Ionen-Spei- cherzellen unter Gewährleistung eines guten Wirkungsgrads der Speiseinrichtung 20 zugänglich zu machen. Die Figur 2 zeigt beispielhaft die Sekundärseite 51 der
Transformatoreinrichtung 50 gemäß Figur 1. Man erkennt, dass die drei Wicklungen Wl, W2 und W3 mit sechs Schaltern Sl, S2, S3, S4, S5 und S6 verbunden sind. Werden die drei Schalter Sl, S2 und S3 eingeschaltet und die Schalter S4, S5 und S6 geöffnet, so wird die Sekundärseite 51 der Transformatorein¬ richtung 50 in Sternschaltung betrieben. Werden hingegen die Schalter Sl, S2 und S3 geöffnet und die Schalter S4, S5 und S6 geschlossen, so wird die Sekundärseite 51 in Dreieckschal¬ tung betrieben.
Zum Umschalten der Transformatoreinrichtung 50 von der Sternschaltung in die Dreieckschaltung und umgekehrt von der Dreieckschaltung in die Sternschaltung werden die sechs Schalter Sl bis S6 über entsprechende Steuersignale ST von der Steuer- einrichtung 60 ein- bzw. ausgeschaltet, wie dies bereits im Zusammenhang mit der Figur 1 erläutert worden ist.
Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Energie¬ verteilanlage 10, bei der an ein Energiemodul 40 zwei Umrich- ter 30 und 30' sowie zwei Transformatoreinrichtungen 50 und 50' angeschlossen sind. Die Transformatoreinrichtungen 50 und 50' werden von einer Steuereinrichtung 60 mit Steuersignalen ST und ST' wahlweise in die Dreieckschaltung oder in die Sternschaltung geschaltet, wobei der jeweilige Schaltzu- stand in Abhängigkeit von der Gleichspannung Udc am Energie¬ modul 40 abhängt, wie dies im Zusammenhang mit der Figur 1 bereits erläutert worden ist.
Durch die beiden Transformatoreinrichtungen 50 und 50' lässt sich die Speiseeinrichtung 20 gemäß Figur 3 an zwei Energieversorgungsnetze Nl und N2 anschließen, indem die entspre¬ chenden Schalter S und S' ein- oder ausgeschaltet werden. In der Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Energie¬ verteilanlage gezeigt, bei der die Speiseeinrichtung 20 ein Energiemodul 40 sowie drei Umrichter 30, 30' und 30" sowie drei schaltbare Transformatoreinrichtungen 50, 50' und 50" aufweist. Über entsprechende Schalter S, S' und S" lässt sich die Speiseeinrichtung 20 wahlweise an insgesamt drei Energie¬ versorgungsnetze Nl, N2 und N3 anschließen. Das Umschalten der schaltbaren Transformatoreinrichtungen 50, 50' und 50" erfolgt über eine in der Figur 4 aus Gründen der Übersicht nicht gezeigten Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Gleichspannung Udc am Energiemodul 40.
Die Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Energie¬ verteilanlage 10, bei der eine Speiseeinrichtung 20 eine Vielzahl an Energiemodulen 40, 41, 42, 43, 44 und 45 aufweist, die jeweils über zugeordnete Umrichter U an eine schaltbare Transformatoreinrichtung 50 angeschlossen sind. Im Unterschied zu den Transformatoreinrichtungen gemäß den Figuren 1 bis 4 weist die Transformatoreinrichtung 50 gemäß Figur 5 zwei Sekundärseiten 51 und 51' auf, an die jeweils ein in¬ dividueller Speisestrang 22 und 23 angeschlossen ist. Mit dem in der Figur 5 linken Speisestrang 22 stehen die drei Energiemodule 40, 41 und 42 in Verbindung; mit dem in der Figur 5 rechten Speisestrang 23 stehen die Energiemodule 43, 44 und 45 in Verbindung.
Die Anordnung gemäß Figur 5 ermöglicht ein unterbrechungs¬ freies Umschalten der Transformatoreinrichtung 50. Vorzugsweise werden nämlich die beiden Speisestränge 22 und 23 nicht gleichzeitig von einer Sternschaltung in eine Dreieckschal¬ tung bzw. umgekehrt von einer Dreieckschaltung in eine Sternschaltung umgeschaltet, sondern zeitlich versetzt. Durch ein versetztes Umschalten der beiden Sekundärseiten 51 und 51' lässt sich ein Spannungseinbruch vermeiden.
Die Figur 6 zeigt beispielhaft eine Anordnung 10 mit einer Speiseeinrichtung 20, bei der die Transformatoreinrichtung 50 von der Steuereinrichtung 60 nicht von einer Dreieck- in einer Sternschaltung und umgekehrt geschaltet wird, sondern stattdessen das Übersetzungsverhältnis Ü (zum Beispiel durch Zu- oder Wegschalten von Transformatorwicklungen) umgeschaltet wird. Unter dem Begriff "Übersetzungsverhältnis" wird hier beispielsweise das Verhältnis zwischen der Spannung an der Primärseite und der Spannung an der Sekundärseite ver¬ standen .
Die Transformatoreinrichtung 50 stellt beispielsweise zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse Ül und Ü2 zur Ver¬ fügung, die von der Steuereinrichtung 60 wahlweise ausgewählt werden können.
Bei einem Übersetzungsverhältnis Ül kann die Transformator- einrichtung 50 aufgrund der am Energieversorgungsnetz Nl anliegenden Netzspannung Un beispielsweise eine Wechselspannung Uac in Höhe von 650V erzeugen; bei einem Übersetzungsverhält¬ nis Ü2 kann die Wechselspannung Uac beispielsweise 375V
(=650V/V3 ) betragen. Es gilt dann also:
Figure imgf000016_0001
Die übrige Funktionsweise der Anordnung gemäß Figur 6 ent¬ spricht der Anordnung gemäß Figur 1, so dass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen verwiesen sei.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurden, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein- geschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Speiseeinrichtung (20) mit
- mindestens einem Speiseanschluss (21), an dem elektrische Energie in die Speiseeinrichtung (20) eingespeist und/oder elektrische Energie aus der Speiseeinrichtung (20) entnommen werden kann, mit
- einem Umrichter (30), der zumindest einen Wechselspannungs- anschluss (32), an dem ein Wechselstrom eingespeist oder entnommen werden kann, und zumindest einen Gleichspannungs¬ anschluss (31), an dem ein Gleichstrom eingespeist oder entnommen werden kann, aufweist, und
- einem mit dem Gleichspannungsanschluss (31) des Umrichters (30) in Verbindung stehenden Energiemodul (40),
- wobei zwischen den Speiseanschluss (21) der Speiseeinrichtung (20) und den Wechselspannungsanschluss (32) des Um¬ richters (30) elektrisch eine schaltbare Transformatoreinrichtung (50) geschaltet ist, die die am Speiseanschluss (21) der Speiseeinrichtung (20) anliegende Eingangsspannung auf eine niedrigere Spannung für den Umrichter (30) herunter transformieren kann.
2. Speiseeinrichtung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Transformatoreinrichtung (50) umschaltbar ist, und zwar derart, dass wahlweise zumindest zwei unterschiedliche Span¬ nungsniveaus an der Sekundärseite (51) zur Verfügung stehen.
3. Speiseeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
mit der Transformatoreinrichtung (50) eine Steuereinrichtung (60) in Verbindung steht, die die Spannung (Udc) am Gleichspannungsanschluss (31) des Umrichters (30) und/oder die Spannung an dem Energiemodul (40) misst und die Schaltstel- lung der Transformatoreinrichtung (50) in Abhängigkeit von der Spannung einstellt.
4. Speiseeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Transformatoreinrichtung (50) dreiphasig ist und auf der Sekundärseite (51) wahlweise in eine Sternschaltung oder eine Dreieckschaltung geschaltet werden kann.
5. Speiseeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Steuereinrichtung (60) derart ausgestaltet ist, dass sie
- die Transformatoreinrichtung (50) auf der Sekundärseite
(51) in die Sternschaltung schaltet, wenn die Spannung
(Udc) an dem Gleichspannungsanschluss (31) des Umrichters (30) oder die Spannung (Udc) an dem Energiemodul (40) einen vorgegebenen ersten Schwellenwert überschreitet, und
- die Transformatoreinrichtung (50) auf der Sekundärseite
(51) in die Dreieckschaltung schaltet, wenn die Spannung
(Udc) an dem Gleichspannungsanschluss (31) des Umrichters (30) oder die Spannung (Udc) an dem Energiemodul (40) einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert unterschreitet.
6. Speiseeinrichtung nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der erste Schwellenwert größer als der zweite Schwellenwert ist .
7. Speiseeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Transformatoreinrichtung (50) derart umschaltbar ist, dass zumindest zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen Primärseite und Sekundärseite wahlweise zur Verfü- gung stehen.
8. Speiseeinrichtung nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Steuereinrichtung (60) derart ausgestaltet ist, dass sie das Übersetzungsverhältnis erhöht, wenn die Spannung (Udc) an dem Gleichspannungsanschluss (31) des Umrichters (30) oder die Spannung (Udc) an dem Energiemodul (40) einen vorgegeben Schwellenwert unterschreitet.
9. Energieverteilanlage (10) zur Versorgung eines Versor¬ gungsgebietes mit elektrischer Energie, wobei die Energiever¬ teilanlage zumindest eine Speiseeinrichtung (20) mit den Merkmalen gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8 aufweist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Speiseeinrichtung (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Spannung (Udc) an dem Gleichspannungsanschluss (31) des Umrichters (30) oder die Spannung (Udc) an dem Energiemodul (40) gemessen wird und
- die Transformatoreinrichtung (50) in Abhängigkeit von der Spannung (Udc) eingestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Transformatoreinrichtung (50) auf der Sekundärseite
(51) in die Sternschaltung geschaltet wird, wenn die Span¬ nung (Udc) an dem Gleichspannungsanschluss (31) des Umrich¬ ters (30) oder die Spannung (Udc) an dem Energiemodul (40) einen vorgegebenen ersten Schwellenwert überschreitet, und
- die Transformatoreinrichtung (50) auf der Sekundärseite
(51) in die Dreieckschaltung geschaltet wird, wenn die
Spannung (Udc) an dem Gleichspannungsanschluss (31) des Um¬ richters oder die Spannung (Udc) an dem Energiemodul (40) einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert unterschreitet.
PCT/EP2011/058438 2011-05-24 2011-05-24 Elektrische speiseeinrichtung WO2012159663A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/117,880 US20140097693A1 (en) 2011-05-24 2011-05-24 Electrical feeding device
CA 2837128 CA2837128A1 (en) 2011-05-24 2011-05-24 Electrical feeding device
CN201180070817.0A CN103518305A (zh) 2011-05-24 2011-05-24 馈电装置
PCT/EP2011/058438 WO2012159663A1 (de) 2011-05-24 2011-05-24 Elektrische speiseeinrichtung
AU2011369270A AU2011369270A1 (en) 2011-05-24 2011-05-24 Electrical feeding device
EP11735600.6A EP2697885A1 (de) 2011-05-24 2011-05-24 Elektrische speiseeinrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2011/058438 WO2012159663A1 (de) 2011-05-24 2011-05-24 Elektrische speiseeinrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012159663A1 true WO2012159663A1 (de) 2012-11-29

Family

ID=44628886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/058438 WO2012159663A1 (de) 2011-05-24 2011-05-24 Elektrische speiseeinrichtung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20140097693A1 (de)
EP (1) EP2697885A1 (de)
CN (1) CN103518305A (de)
AU (1) AU2011369270A1 (de)
CA (1) CA2837128A1 (de)
WO (1) WO2012159663A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3101822B1 (fr) * 2019-10-11 2021-10-22 Nw Joules Dispositif de recharge rapide d’un vehicule automobile

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB568430A (en) * 1942-12-05 1945-04-04 Standard Telephones Cables Ltd Electric battery charging system
US4023090A (en) * 1976-07-06 1977-05-10 Peter Kljucaricek Zagreb electrical circuit
US5999430A (en) * 1998-01-20 1999-12-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Inverter control unit
JP2001154744A (ja) * 1999-11-25 2001-06-08 Nec Eng Ltd 直流電源装置及びシステム
EP1198056A2 (de) * 2000-09-29 2002-04-17 Canon Kabushiki Kaisha Leistungswandlervorrichtung und Energieerzeugungsvorrichtung
US20080180976A1 (en) * 2006-10-13 2008-07-31 Pv Powered, Inc. Selectable line voltage inverters and associated methods
US20090109712A1 (en) * 2007-10-24 2009-04-30 Calloway Randall L Capacitor based energy storage

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2657661A1 (en) * 2006-07-17 2008-01-24 Power Electronics Systems (2006) Ltd. Variable voltage supply system
CN101877486B (zh) * 2009-04-30 2013-04-10 比亚迪股份有限公司 一种用于平衡电网负荷的电池储能电站
CN201478868U (zh) * 2009-09-09 2010-05-19 陈振山 一种供电装置
GB2476278A (en) * 2009-12-17 2011-06-22 Eltek Valere As Resonant circuit with transformer having three sets of windings
US8890373B2 (en) * 2011-04-04 2014-11-18 Eaton Corporation Power distribution systems using distributed current sensing

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB568430A (en) * 1942-12-05 1945-04-04 Standard Telephones Cables Ltd Electric battery charging system
US4023090A (en) * 1976-07-06 1977-05-10 Peter Kljucaricek Zagreb electrical circuit
US5999430A (en) * 1998-01-20 1999-12-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Inverter control unit
JP2001154744A (ja) * 1999-11-25 2001-06-08 Nec Eng Ltd 直流電源装置及びシステム
EP1198056A2 (de) * 2000-09-29 2002-04-17 Canon Kabushiki Kaisha Leistungswandlervorrichtung und Energieerzeugungsvorrichtung
US20080180976A1 (en) * 2006-10-13 2008-07-31 Pv Powered, Inc. Selectable line voltage inverters and associated methods
US20090109712A1 (en) * 2007-10-24 2009-04-30 Calloway Randall L Capacitor based energy storage

Also Published As

Publication number Publication date
EP2697885A1 (de) 2014-02-19
CA2837128A1 (en) 2012-11-29
US20140097693A1 (en) 2014-04-10
AU2011369270A1 (en) 2013-11-14
CN103518305A (zh) 2014-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3501884A1 (de) Transformatorvorrichtung für eine ladestation für das elektrische laden von fahrzeugen mit wenigstens zwei ladepunkten
DE102010062362A1 (de) Schnellladestation
WO2012038188A2 (de) Energieversorgungsnetz und verfahren zum laden mindestens einer als energiespeicher für einen gleichspannungszwischenkreis dienenden energiespeicherzelle in einem energieversorgungsnetz
DE112007002117T5 (de) Umrichter-Steuervorrichtung
EP2994969B1 (de) Anordnung zur kompensation von blindleistung und wirkleistung in einem hochspannungsnetz
EP2673860A1 (de) Laden eines energiespeichers
WO2019144166A1 (de) Stromversorgungsanlage
WO2014063876A1 (de) Schaltungsanordnung und verfahren zum vorladen eines kapazitiven bauelements
WO2016207026A1 (de) Verfahren zur stabilisierung eines elektrischen wechselspannungsnetzes
EP2510601B1 (de) System zur dezentralen speicherung und generierung elektrischer energie
DE102020204336B4 (de) Fahrzeugseitige Hochvolt-Ladeschaltung und Fahrzeugbordnetz
EP3729591A1 (de) Einspeisen von elektrischer leistung einer photovoltaikanlage in ein wechselstromnetz geringer kurzschlussleistung
DE102016200769B4 (de) Verbesserte Stromquellenanordnung mit mehreren Stromquellen
EP3466749A1 (de) Einsatz von zwei dc/dc-stellern in der leistungselektronik einer ladestation bzw. stromtankstelle
WO2020126209A1 (de) Verfahren zur steuerung einer elektrischen anlage mit einer mehrzahl von elektrischen geräten, steuerungseinheit und elektrische anlage mit einer derartigen steuerungseinheit
EP2697885A1 (de) Elektrische speiseeinrichtung
WO2023021156A1 (de) Schaltungsanordnung und verfahren zur elektrischen versorgung
EP2859639A1 (de) Ladungsausgleichsschaltung für einen energiespeicher und verfahren zum ausgleichen von ladungsunterschieden in einem energiespeicher
DE202017007328U1 (de) Lade-/Entladeeinheit zur Anbindung eines mobilen elektrischen Energiespeichers an ein Spannungsnetz
DE102014212930B3 (de) Vorrichtung zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung sowie Antriebsanordnung und Verfahren
EP3656031B1 (de) Anordnung zur frequenzstabilisierung
EP3741023B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum steuern eines lastflusses in einem wechselspannungsnetz
EP3472909B1 (de) Energiemanagementeinheit, energieversorgungssystem und energiemanagementverfahren
DE102020104252A1 (de) Leistungswandler
DE102014100257A1 (de) Modularer Umrichter und Energieübertragungseinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11735600

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013003141

Country of ref document: CL

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011735600

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2011369270

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20110524

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14117880

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2837128

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE