PL226143B1 - Uklad zarzadzania przeplywem energii pradu elektrycznego w systemach odnawialnych zrodel energii - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ zarządzania przepływem energii prądu elektrycznego w systemach odnawialnych źródeł energii, przeznaczony do współpracy z systemami alternatywnych źródeł energii elektrycznej, do zarządzania nadwyżką wytworzonej energii elektrycznej.

W znanym z dokumentacji SOLAR Controls s.r.o.: „Wattrouter M - User Manual For Models: Wattrouter M SSR (WRM 01/06/12 and WT 02/10), Wattrouter M MAX (WRM 01/06/12 And WT 03/11), How To Fit And Setup The Device”, wersja dokumentu: 2.0 z 16 grudnia 2013, rys. 8, s. 14, układzie do zarządzania przepływem energii prądu elektrycznego w systemach odnawialnych źródeł energii przewód fazowy publicznej sieci elektroenergetycznej przechodzi przez rdzeń transformatora czujnika pomiaru natężenia prądu i połączony jest z przewodem fazowym: instalacji elektrycznej budynku i systemu fotowoltaicznego oraz połączony jest z: wejściami zasilającymi fazowymi: pierwszym i drugim sterownika, z końcówkami pierwszych włączników: pierwszego, drugiego i trzeciego, oraz z końcówkami pierwszych zestyków zwiernych przekaźników: pierwszego oraz drugiego, których końcówki drugie zestyków połączone są odpowiednio z końcówkami pierwszymi odbiorników rezystancyjnych: pierwszego oraz drugiego. Sterowane wyjścia fazowe sterownika: pierwsze, drugie, trzecie i czwarte, połączone są odpowiednio z końcówkami pierwszymi odbiorników: rezystancyjnego trzeciego, rezystancyjnego czwartego, indukcyjnego pierwszego oraz indukcyjnego drugiego. Końcówki drugie włączników drugiego oraz trzeciego połączone są z wejściami zasilającymi fazowymi: trzecim i czwartym sterownika. Końcówka druga włącznika pierwszego połączona jest z wejściem zasilającym fazowego piątego sterownika i z końcówką pierwszą cewki sterującej przekaźnika trzeciego, której końcówka druga cewki sterującej połączona jest z linią informacji o drugiej taryfie opłat, publicznej sieci elektroenergetycznej. Końcówka pierwsza zestyku zwiernego przekaźnika trzeciego połączona jest z wyjściem pierwszym czujnika pomiaru natężenia prądu, z wejściem sygnałowym pierwszym sterownika i z wejściem pierwszym miernika zużycia energii elektrycznej, którego wejście drugie połączone jest z wyjściem sygnałowym sterownika. Końcówka druga zestyku zwiernego przekaźnika trzeciego połączona jest z wejściem sygnałowym drugim sterownika. Wyjście sterujące pierwsze sterownika połączone jest z końcówką pierwszą cewki sterującej przekaźnika pierwszego, której końcówka druga cewki sterującej połączona jest z wyjściem sterującym drugim sterownika. Wyjście sterujące trzecie sterownika połączone jest z końcówką pierwszą cewki sterującej przekaźnika drugiego, której końcówka druga cewki sterującej połączona jest z wyjściem sterującym czwartym sterownika. Przewód neutralny publicznej sieci elektroenergetycznej połączony jest z przewodem neutralnym: instalacji elektrycznej budynku i systemu fotowoltaicznego i z wejściem zasilającym neutralnym sterownika oraz z końcówkami drugimi odbiorników rezystancyjnych: pierwszego, drugiego, trzeciego i czwartego, oraz z końcówkami drugimi odbiorników indukcyjnych: pierwszego i drugiego. Przewód ochronny publicznej sieci elektroenergetycznej połączony jest z przewodem ochronnym instalacji elektrycznej budynku i systemu fotowoltaicznego.

Znany układ zarządzania przepływem energii prądu elektrycznego w systemach odnawialnych źródeł energii wprawdzie umożliwia realizację procesu zarządzania energią z odnawialnych źródeł energii, jednak cechuje się złożoną budową, co przekłada się na wysoki koszt budowy systemu oraz jego zwiększoną awaryjność. Dodatkowo znany układ cechuje się skomplikowaną obsługą i wymaga zastosowania rozbudowanej instalacji elektrycznej.

Istota układu zarządzania przepływem energii prądu elektrycznego w systemach odnawialnych źródeł energii według wynalazku polega na tym, że na wejściu fazowym włączone jest wejście fazowe i pierwsze wejście sterujące pierwszego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego oraz drugie wejście sterujące drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego drugiego, a wejście fazowe i pierwsze wejście sterujące drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego połączone są z wyjściem fazowym systemu odnawia lnego źródła energii i z końcówką pierwszą pierwszego odbiornika energii oraz z wyjściem fazowym pierwszego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego. Wyjście fazowe drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego połączone jest z końcówką pierwszą drugiego odbiornika energii. Korzystnie jest, gdy wejście fazowe układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego: pierwszego i drugiego stanowi dren tranzystora pierwszego i katoda diody prostowniczej pierwszej, a bramka tranzystora pierwszego połączona jest z końcówką pierwszą rezystora pierwszego, z katodą kondensatora pierwszego i z katodą diody Zenera pierwszej. Anoda diody Zenera pierwszej połączona jest z anodą kondensatora pierwszego i z końcówką pierwPL 226 143 B1 szą uzwojenia wtórnego transformatora. Końcówka druga uzwojenia wtórnego transformatora połączona jest z anodami diod prostowniczych: pierwszej, drugiej, trzeciej i czwartej oraz ze źródłami tranzystorów: pierwszego i drugiego. Katoda diody prostowniczej pierwszej połączona jest z końcówką drugą rezystora pierwszego, a katoda diody prostowniczej drugiej połączona jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego, którego końcówka druga połączona jest z bramką tranzystora drugiego, z katodą diody Zenera drugiej i z katodą kondensatora drugiego. Anoda diody Zenera drugiej połączona jest z anodą kondensatora drugiego i z końcówką trzecią uzwojenia wtórnego transformatora, którego końcówki pierwsza i druga uzwojenia pierwotnego stanowią wejścia sterujące: pierwsze i drugie. Dren tranzystora drugiego połączony jest z katodą diody prostowniczej drugiej i z wyjściem fazowym.

Układ zarządzania przepływem energii prądu elektrycznego w systemach odnawialnych źródeł energii cechuje się niską złożonością układową, prostą obsługą, niskim kosztem budowy urządzenia oraz wysoką niezawodnością. Układ cechuje się również niewielkimi gabarytami i nie wymaga stosowania złożonej instalacji elektrycznej. Ponadto układ zapobiega wyłączeniu zasilania podłączonych odbiorników energii elektrycznej w przypadku zaniku zasilania prądem z sieci elektroenergetycznej oraz uniemożliwia przepływ energii elektrycznej do wyłączonej sieci elektroenergetycznej.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, którego fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu zarządzania przepływem energii prądu elektrycznego w systemach odnawialnych źródeł energii, a fig. 2 przedstawia schemat ideowy układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego.

Wejście fazowe WeL układu zarządzania przepływem energii prądu elektrycznego w systemach odnawialnych źródeł energii według wynalazku połączone jest z wejściem fazowym pierwszego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod1, oraz z jego pierwszym wejściem sterującym i z drugim wejściem sterującym drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego drugiego Mod2. Wyjście fazowe pierwszego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod1, połączone jest z końcówką pierwszą pierwszego odbiornika energii Odb1, wyjściem fazowym systemu odnawialnego źródła energii PV, wejściem fazowym drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod2 oraz z jego wejściem sterującym pierwszym. Wyjście fazowe drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod2, połączone jest z końcówką pierwszą drugiego odbiornika energii Odb2. Końcówki drugie odbiorników energii: pierwszego Odb1 i drugiego Odb2, wyjście neutralne systemu odnawialnego źródła energii PV, drugie wejście sterujące pierwszego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod1 oraz wejście neutralne WeN układu według wynalazku połączone są z poziomem odniesienia.

W układzie jednokierunkowym przepływu energii prądu elektrycznego: pierwszym Mod1 i drugim Mod2, które są elementami składowymi układu zarządzania przepływem energii prądu elektrycznego w systemach odnawialnych źródeł energii według wynalazku, wejście fazowe WeL stanowi dren tranzystora pierwszego T1 i katoda diody prostowniczej trzeciej D3. Bramka tranzystora pierwszego T1 połączona jest z końcówką pierwszą rezystora pierwszego R1, katodą kondensatora pierwszego C1 i z katodą diody Zenera pierwszej DZ1, której anoda połączona jest z anodą kondensatora pierwszego C1 i z końcówką pierwszą uzwojenia wtórnego transformatora Tr. Końcówka druga uzwojenia wtórnego transformatora Tr połączona jest z anodami diod prostowniczych: pierwszej D1, drugiej D2, trzeciej D3 i czwartej D4 oraz ze źródłami tranzystorów: pierwszego T1 i drugiego T2. Katoda diody prostowniczej pierwszej D1 połączona jest z końcówką drugą rezystora pierwszego R1. Katoda diody prostowniczej drugiej D2 połączona jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego R2, którego końcówka druga połączona jest z bramką tranzystora drugiego T2, z katodą diody Zenera drugiej DZ2 i z katodą kondensatora drugiego C2. Anoda diody Zenera drugiej DZ2 połączona jest z anodą kondensatora drugiego C2 i z końcówką trzecią uzwojenia wtórnego transformatora Tr, którego końcówki pierwsza i druga uzwojenia pierwotnego stanowią wejścia sterujące: pierwsze Ws1 i drugie Ws2. Dren tranzystora drugiego T2 połączony jest z katodą diody prostowniczej czwartej D4 i z wyjściem fazowym WyL.

Przemienne napięcie zasilające podawane jest z sieci elektroenergetycznej na wejścia: fazowe WeL i na neutralne WeN układu zarządzania przepływem energii prądu elektrycznego w systemach odnawialnych źródeł energii według wynalazku. Przemienne napięcie z wejścia fazowego WeL zasila wejście fazowe pierwszego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod1 i jego pierwsze wejście sterujące, powodując włączenie przepływu prądu na jego wyjściu fazowym dla prądu o fazie zgodnej z fazą napięcia podawanego na jego wejście fazowe. Przepływ energii elek4

PL 226 143 B1 trycznej z wyjścia fazowego pierwszego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod1 na jego wejście jest zablokowany.

W trybie pierwszym, gdy wytworzona energia elektryczna w systemie odnawialnego źródła energii PV jest mniejsza od energii wymaganej do zasilania odbiornika energii pierwszego Odb1, prąd z wyjścia fazowego pierwszego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod1 oraz prąd z wyjścia fazowego systemu odnawialnego źródła energii PV zasila pierwszy odbiornik energii Odb1. Przepływ energii elektrycznej z wejścia fazowego drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod2 na jego wyjście jest zablokowany. Odbiornik energii drugi Odb2 nie jest zasilany.

W trybie drugim, gdy wytworzona energia elektryczna w systemie odnawialnego źródła energii PV jest równa energii wymaganej do zasilania odbiornika energii pierwszego Odb1, prąd z wyjścia fazowego systemu odnawialnego źródła energii PV zasila pierwszy odbiornik energii Odb1. Przepływ energii elektrycznej z wejścia fazowego drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod2 na jego wyjście jest zablokowany. Odbiornik energii drugi Odb2 nie jest zasilany. Przepływ energii elektrycznej z wejścia fazowego pierwszego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod1 na jego wyjście jest zablokowany.

W trybie trzecim, gdy wytworzona energia elektryczna w systemie odnawialnego źródła energii PV jest większa od energii wymaganej do zasilania odbiornika energii pierwszego Odb1, prąd z wyjścia fazowego systemu odnawialnego źródła energii PV zasila pierwszy odbiornik energii Odb1. Przepływ energii elektrycznej z wejścia fazowego drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod2 na jego wyjście jest odblokowany. Odbiornik energii drugi Odb2 jest zasilany energią stanowiącą różnicę energii wytworzonej w systemie odnawialnego źródła energii PV oraz energii pobieranej przez odbiornik energii pierwszy Odb1. Przepływ energii elektrycznej z wejścia fazowego drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod2, na jego wyjście jest odblokowany, wskutek podania napięcia na jego wejście sterujące pierwsze oraz drugie zgodnego w fazie, z fazą przepływu prądu płynącego przez wejście fazowe drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod2, na jego wyjście. Przepływ energii elektrycznej z wejścia fazowego pierwszego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego Mod1, na jego wyjście jest zablokowany.

Przemienne napięcie sterujące podawane jest na wejścia sterujące: pierwsze Ws1 oraz drugie Ws2 obu układów jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego: pierwszego Mod1 i drugiego Mod2, powodując przepływ zmiennego prądu przez uzwojenie pierwotne transformatora Tr, oraz indukcję zmiennego niskiego napięcia w jego uzwojeniu wtórnym.

W pierwszej fazie indukcja dodatniego napięcia na końcówce pierwszej uzwojenia wtórnego transformatora Tr względem jego końcówki drugiej powoduje sumowanie napięcia indukcji z napięciem kondensatora pierwszego C1 i spolaryzowanie bramki tranzystora pierwszego T1 napięciem dodatnim względem jego źródła, co skutkuje włączeniem tranzystora pierwszego T1. Jednocześnie indukcja ujemnego napięcia na końcówce trzeciej uzwojenia wtórnego transformatora Tr względem jego końcówki drugiej powoduje przepływ prądu przez uzwojenie wtórne transformatora Tr od końcówki drugiej przez spolaryzowaną w kierunku przewodzenia diodę prostowniczą drugą D2, rezystor drugi R2, równolegle: diodę Zenera drugą Dz2 i kondensator drugi C2 do końcówki trzeciej uzwojenia wtórnego transformatora Tr. Przepływ prądu przez kondensator drugi C2 powoduje jego naładowanie, a połączona z nim równolegle dioda Zenera druga Dz2 ogranicza wartość napięcia na jego elektrodach do napięcia Zenera diody. Spadek napięcia na połączonych szeregowo diodzie prostowniczej drugiej D2 i rezystorze drugim R2 polaryzuje ujemnie bramkę tranzystora drugiego T2 względem jego źródła, co skutkuje wyłączeniem tranzystora drugiego T2. W fazie pierwszej spolaryzowane dodatnio wejście fazowe WeL układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego: pierwszego Mod1 i drugiego Mod2 względem jego wyjścia fazowego WyL powoduje przepływ prądu od wejścia fazowego WeL do drenu tranzystora pierwszego T1, następnie do jego źródła i przez spolaryzowaną w kierunku przewodzenia diodę prostowniczą czwartą D4 do wyjścia fazowego WyL. W fazie pierwszej spolaryzowane ujemnie wejście fazowe WeL układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego: pierwszego Mod1 i drugiego Mod2 względem jego wyjścia fazowego WyL powoduje polaryzację diody trzeciej D3 w kierunku jej przewodzenia i polaryzację złącza dren-źródło wyłączonego tranzystora drugiego T2. W efekcie prąd z wyjścia fazowego WyL do jego wejścia fazowego WeL nie płynie.

PL 226 143 B1

W drugiej fazie, indukcja dodatniego napięcia na końcówce trzeciej uzwojenia wtórnego transformatom Tr względem jego końcówki drugiej powoduje sumowanie napięcia indukcji z napięciem kondensatora drugiego C2 i spolaryzowanie bramki tranzystora drugiego T2 napięciem dodatnim względem jego źródła, co skutkuje włączeniem tranzystora drugiego T2. Jednocześnie indukcja ujemnego napięcia na końcówce pierwszej uzwojenia wtórnego transformatora Tr względem jego końcówki drugiej powoduje przepływ prądu przez uzwojenie wtórne transformatora Tr od końcówki drugiej przez spolaryzowaną w kierunku przewodzenia diodę prostowniczą pierwszą D1, rezystor pierwszy R1, równolegle: diodę Zenera pierwszą Dz1 i kondensator pierwszy C1 do końcówki pierwszej uzwojenia wtórnego transformatora Tr. Przepływ prądu przez kondensator pierwszy C1 powoduje jego naładowanie, a połączona z nim równolegle dioda Zenera pierwsza Dz1 ogranicza wartość napięcia na jego elektrodach do napięcia Zenera diody. Spadek napięcia na połączonych szeregowo diodzie prostowniczej pierwszej D1 i rezystorze pierwszym R1 polaryzuje ujemnie bramkę tranzystora pierwszego T1 względem jego źródła, co skutkuje wyłączeniem tranzystora pierwszego T1. W fazie drugiej spolaryzowane dodatnio wyjście fazowe WyL układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego: pierwszego Mod1 i drugiego Mod2 względem jego wejścia fazowego WeL powoduje przepływ prądu od wyjścia fazowego WyL do drenu tranzystora drugiego T2 i dalej do jego źródła i przez spolaryzowaną w kierunku przewodzenia diodę prostowniczą trzecią D3 do wejścia fazowego WeL układu. W fazie drugiej, spolaryzowane ujemnie wyjście fazowe WyL układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego: pierwszego Mod1 i drugiego Mod2 względem jego wejścia fazowego WeL powoduje polaryzację diody czwartej D4 w kierunku jej przewodzenia i polaryzację złącza drenźródło wyłączonego tranzystora pierwszego T1. W efekcie prąd z wejścia fazowego WeL do jego wyjścia fazowego WyL nie płynie.

Claims (2)

1. Układ zarządzania przepływem energii prądu elektrycznego w systemach odnawialnych źródeł energii, w którym wejście neutralne układu połączone jest z końcówkami drugimi odbiorników energii oraz z wyjściem neutralnym systemu odnawialnego źródła energii, znamienny tym, że na wejściu fazowym (WeL) włączone jest wejście fazowe i pierwsze wejście sterujące pierwszego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego (Mod1) oraz drugie wejście sterujące drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego drugiego (Mod2), a wejście fazowe i pierwsze wejście sterujące drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego (Mod2) połączone są z wyjściem fazowym systemu odnawialnego źródła energii (PV) i z końcówką pierwszą pierwszego odbiornika energii (Odb1) oraz z wyjściem fazowym pierwszego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego (Mod1), zaś wyjście fazowe drugiego układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego (Mod2) połączone jest z końcówką pierwszą drugiego odbiornika energii (Odb2).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wejście fazowe (WeL) układu jednokierunkowego przepływu energii prądu elektrycznego: pierwszego (Mod1) i drugiego (Mod2) stanowi dren tranzystora pierwszego (T1) i katoda diody prostowniczej trzeciej (D3), a bramka tranzystora pierwszego (T1) połączona jest z końcówką pierwszą rezystora pierwszego (R1), z katodą kondensatora pierwszego (C1) i z katodą diody Zenera pierwszej (DZ1), której anoda połączona jest z anodą kondensatora pierwszego (C1) i z końcówką pierwszą uzwojenia wtórnego transformatora (Tr), zaś końcówka druga uzwojenia wtórnego transformatora (Tr) połączona jest z anodami diod prostowniczych: pierwszej (D1), drugiej (D2), trzeciej (D3) i czwartej (D4) oraz ze źródłami tranzystorów: pierwszego (T1) i drugiego (T2), katoda diody prostowniczej pierwszej (D1) połączona jest z końcówką drugą rezystora pierwszego (R1), a katoda diody prostowniczej drugiej (D2) połączona jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego (R2), którego końcówka druga połączona jest z bramką tranzystora drugiego (T2), z katodą diody Zenera drugiej (DZ2) i z katodą kondensatora drugiego (C2), przy czym anoda diody Zenera drugiej (DZ2) połączona jest z anodą kondensatora drugiego (C2) i z końcówką trzecią uzwojenia wtórnego transformatora (Tr), którego końcówki pierwsza i druga uzwojenia pierwotnego stanowią wejścia sterujące: pierwsze (Ws1) i drugie (Ws2), a dren tranzystora drugiego (T2) połączony jest z katodą diody prostowniczej czwartej (D4) i z wyjściem fazowym (WyL).