DE112014001148T5

DE112014001148T5 - Stromrichter und Verfahren zur Erhöhung der Leistungslieferung einer weichen Wechselstrom-Energiequelle

Info

Publication number: DE112014001148T5
Application number: DE112014001148.7T
Authority: DE
Inventors: Edward Fontana; Tab Walter; J. Davis Roy; Palanivel Subramaniam
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Acleap Power Inc Tw
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2015-11-19
Also published as: CN105122619B; US10333299B2; US20140306526A1; CN105122619A; WO2014138008A1

Abstract

Es ist ein Stromrichter geschaffen, der einen Detektionsschaltkreis enthält, der eingerichtet ist, um eine Energiequellenart auf Basis wenigstens einer Eigenschaft von aus einer Energiequelle empfangener Leistung zu bestimmen. Der Detektionsschaltkreis ist ferner eingerichtet, um eine Betriebsgrenze der weichen AC-Quelle durch Überwachung wenigstens eines Parameters zu bestimmen, während sich die weiche AC-Energiequelle einer Leistungsgrenze nähert, und der weichen AC-Energiequelle auf Basis der Betriebsgrenze einen Betriebspunkt zuzuweisen, um die Leistungslieferung der weichen AC-Energiequelle zu erhöhen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US Anmeldung Nr. 61/773,040, die am 5. März 2013 angemeldet wurde, die durch Bezugnahme auf diese in ihrer Gänze hierin aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Das Gebiet der Erfindung betrifft allgemein die Leistungsumwandlung und insbesondere einen Stromrichter und ein Verfahren zur Erhöhung der Leistungslieferung von weichen AC-Energiequellen.
Telekommunikations- und andere auf Gleichstrom (DC) basierende Energieanlagen verwenden typischerweise mehrere Wechselstrom(AC)- und/oder DC-Energiequellen, um Leistung für eine Last zu liefern. Wenigstens einige bekannte AC-Energiequellen verwenden Gleichrichter, um AC-Ausgangsspannungen in geregelte DC-Ausgaben umzuwandeln, und wenigstens einige bekannte DC-Energiequellen verwenden DC-DC-Wandler, um deren Spannungsniveaus auf eine geregelte DC-Ausgabe anzupassen. Ein DC-Bus aggregiert die DC-Ausgaben und ermöglicht, dass diese die Last versorgen. Die Gleichrichter und/oder die DC-DC-Wandler werden typischerweise durch eine Systemsteuerung gesteuert, die die Last auf die mehreren Energiequellen aufteilt.
In Systemanwendungen können Gleichrichter aus dem Versorgungsnetz oder aus „weichen“ AC-Quellen AC-Leistung erhalten. Eine weiche AC-Eingangsenergiequelle ist eine Quelle, die insofern eine begrenzte Stromlieferungsfähigkeit aufweist, als eine ausreichend große Last an einem Ausgang eines Stromrichters die Eingangsspannung herunterziehen und die Quelle veranlassen kann, auszuschalten, in eine Strombegrenzung überzugehen, instabil zu werden, zu oszillieren oder einen Eingangsdetektor auszulösen. Eine weiche AC-Energiequelle ist z.B. eine, die nicht ausreichend Strom liefern kann, um einen Eingangsschwellenwert von 20–30 Ampere zu beseitigen, oder die einen Strom liefert, der kleiner ist als 5% des maximal tolerierten Bereichs. Weiche AC-Eingangsenergiequellen können einen Dieselgenerator (der auch als „Generatoranlage“ bezeichnet wird), einen Wechselrichter, eine Windkraftanlage oder einen beliebigen anderen mit Brennstoff betriebenen Generator enthalten, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Weiche AC-Eingangsenergiequellen sind eingerichtet, um für zuverlässigen Betrieb überschussige Quellenkapazität vorzuhalten. Wenn eine weiche Quelle eine Generatoranlage ist, wird die Summe von Gleichrichterlasten, Batteriewiederaufladung und anderen Lasten, wie z.B. Klimaanlagen-/Heizlast typischerweise bemessen, um ungefähr 80% der Nennwerte der Generatoranlage auf Meereshöhe nicht zu übersteigen. Infolgedessen ist die Wiederaufladegeschwindigkeit begrenzt, und die Generatorlaufzeiten werden ausgedehnt, wenn die Klimaanlage/Heizung nicht benötigt wird. Ausgedehnte Laufzeiten verursachen eine Brennstoffverschwendung. Ein ähnliches Problem mit weichen Quellen tritt auf, wenn Gleichrichter von Windkraftanlagen davonlaufen, bei denen die Quelle zeitlich variabel ist, wenn sich die Windgeschwindigkeit verändert.
KURZDARSTELLUNG
In einem Aspekt ist ein Stromrichter geschaffen. Der Stromrichter enthält einen Detektionsschaltkreis, der eingerichtet ist, um eine Energiequellenart auf Basis wenigstens einer Eigenschaft von aus einer Energiequelle empfangener Leistung zu bestimmen. Der Detektionsschaltkreis ist ferner eingerichtet, um eine Betriebsgrenze der weichen AC-Quelle durch Überwachung wenigstens eines Parameters zu bestimmen, während sich die weiche AC-Energiequelle einer Leistungsgrenze nähert, und um der weichen AC-Energiequelle auf Basis der Betriebsgrenze einen Betriebspunkt zuzuweisen, um die Leistungslieferung der weichen AC-Energiequelle zu erhöhen.
In einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren geschaffen, dass ein Bestimmen einer Energiequellenart auf der Basis wenigstens einer Eigenschaft von aus einer Energiequelle empfangener Leistung und, wenn eine weiche AC-Quelle als die Energiequellenart bestimmt wird, ein Bestimmen einer Betriebsgrenze der weichen AC-Quelle durch Überwachung wenigstens eines Parameters enthält, während sich die weiche AC-Energiequelle einer Leistungsgrenze nähert. Das Verfahren enthält auch ein Zuweisen eines Betriebspunktes an die weiche AC-Energiequelle auf Basis der Betriebsgrenze, um die Leistungslieferung der weichen AC-Energiequelle zu erhöhen.
In einem noch weiteren Aspekt ist ein Stromrichtersystem geschaffen. Das Stromrichtersystem enthält mehrere Energiequellen, einen Gleichstrom(DC)-Bus für die Leistungslieferung an wenigstens eine Last; und einen Stromrichter. Der Stromrichter enthält einen Detektionsschaltkreis, der eingerichtet ist, um eine Energiequellenart auf Basis wenigstens einer Eigenschaft der von einer Energiequelle empfangenen Leistung zu bestimmen. Der Detektionsschaltkreis ist ferner eingerichtet, um eine Betriebsgrenze der weichen AC-Quelle durch Überwachung wenigstens eines Parameters zu bestimmen, während sich die weiche AC-Energiequelle einer Leistungsgrenze nähert, und um der weichen AC-Energiequelle auf Basis der Betriebsgrenze einen Betriebspunkt zuzuweisen, um die Leistungslieferung der weichen AC-Energiequelle zu erhöhen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein elektrisches Diagramm eines Stromrichtersystems in einer Blockdiagramm- und schematischen Form.
2 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm des in 1 gezeigten Stromrichters.
3 ist eine graphische Darstellung, die einen Parametersatz veranschaulicht, der von der in 2 gezeigten Steuerungseinrichtung für eine weiche AC-Quelle verwendet werden kann, um einen Betriebsbereich für eine weiche AC-Eingangsenergiequelle zu bestimmen.
4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Erhöhung von Leistung, die durch eine weiche AC-Energiequelle in dem in 1 gezeigten Stromrichtersystem geliefert wird
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein elektrisches Diagramm eines Stromrichtersystems 1 in einer Blockdiagramm- und schematischen Form. In einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Stromrichtersystem 1 mehrere Stromrichter 5, die mit einer von mehreren verschiedenen verfügbaren Energiequellen 2, 4, 6, 8 verbunden sind. Jeder Stromrichter 5 wandelt von einer der Energiequellen 2, 4, 6, 8 empfangene Leistung um und legt die Leistung an wenigstens eine Last LD an einem Energieausgangsbus Vout an. Obwohl in 1 ein einziger Stromrichter 5 gezeigt ist, wie er mit jeder Energiequelle 2, 4, 6, 8 verbunden ist, wird erwogen, dass mehrere Stromrichter 5 in einer parallelen Gruppe verbunden sein können, um Leistung von beliebigen oder all Energiequellen 2, 4, 6, 8 umzuwandeln. In einigen Ausführungsformen kann jeder Stromrichter 5 beispielsweise mehrere Stromrichter 5 enthalten. Die Last LD kann einer beliebigen Anlage entsprechen, die eine DC-Leistung verbraucht, wie z.B. Sende-/Empfangseinrichtungen, Antennen und andere elektronische Funktionen an einem Mobilfunkturmsystem; Motoren, Beleuchtung, Schaltanlagen und andere Lasten, die in einer häuslichen oder Gewerbeeinrichtung installiert sind; Lasten in Kleinsystemen, wie z.B. Verkehrskreuzungssignalisierungsanlagen, und dergleichen.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die verfügbaren Energiequellen ein elektrisches AC-Versorgungsnetz 2, eine Solarzellengruppe 4, eine Windkraftanlage (d.h. Windturbine) 6, eine Generatoranlage 8 und ein Notstrombatteriesystem 10. Andere Energiequellenarten können ebenfalls in einigen Ausführungsformen verwendet werden, einschließlich geothermischer elektrischer Generatoren, Wasserkraftwerke, Brennstoffzellen und dergleichen. Es können selbstverständlich mehrere oder wenigere Energiequellen innerhalb einer bestimmten Stromrichtersysteminstallation enthalten sein. Das Notstrombatteriesystem 10 ist in diesem Stromrichtersystem optional enthalten, um der Last LD eine Notstrom zuzuführen, wenn alle Energiequellen 2, 4, 6, 8 zu einem Zeitpunkt nicht verfügbar oder unzureichend werden. Wenn es bereitgestellt ist, würde das Notstrombatteriesystem 8 eine Ladeschaltung zur Ladung der verfügbaren Batterien aus dem Energieausgangsbus Vout enthalten, wodurch es faktisch ein Teil der tatsächlichen Last für die Energiequellen 2, 4, 6, 8 und den Stromrichter 5 würde. Im Zusammenhang mit einer gemeinsamen Erzeugung kann die Last LD dem elektrischen AC-Versorgungsnetz selbst entsprechen, wobei in diesem Falle ein (nicht gezeigter) Wandler Leistung aus dem Energieausgangsbus Vout aufnehmen würde und eine AC-Leistung für Streckenanwendung auf AC-Lasten und das Versorgungsnetz erzeugen würde.
aus der folgenden Beschreibung offensichtlich wird, kann jeder Stromrichter 5 seinen Betrieb automatisch steuern. In einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Stromrichtersystem 1 optional eine Stromrichtersystemsteuerung 9. Obwohl der Stromrichter 5 seinen Betrieb steuern kann, kann die Stromrichtersystemsteuerung 9 dennoch für Zwecke der Gesamtsystemüberwachung, der Einrichtung und Anpassung verschiedener Parameter (z.B. der Ziel- DC-Ausgangsspannung jedes Stromrichters 5) und dergleichen vorgesehen sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird das Stromrichtersystem 1 betrieben, um vorzugsweise Strom aus einer oder mehreren Energiequellen 2, 4, 6, 8 im Verhältnis zueinander umzuwandeln, um es beispielsweise vorzuziehen, Leistung zunächst aus erneuerbaren Quellen zu ziehen, Leistung aus dem Versorgungsnetz oder von einem Dieselgenerator zu verwenden, wenn es notwendig ist (z.B. wenn Leistung aus Solar- und Windquellen unzureichend ist), und sich nur in Notfällen auf Notstrombatterieleistung zu stützen. Diese Priorisierung minimiert den Verbrauch der gemessenen Leistung und minimiert im umweltempfindlichen Sinne den Verbraucht von fossilen Brennstoffressourcen. Die Anwendung dieses Priorisierungsschemas auf das System der 1 würde die Verwendung von Leistung aus der Solarzellenanordnung 4 und der Windkraftanlage 6 gegenüber dem elektrischen AC-Versorgungsnetz 2 und anderen mit fossilen Brennstoffen betriebenen oder dosierten Energiequellen, wie z.B. der Generatoranlage 8, vorziehen. Diese Priorisierung kann erzielt werden, indem die Stromrichter, die erneuerbaren und anderen bevorzugten Energiequellen zugeordnet sind, gesteuert werden, eine spezifizierte höhere DC-Ausgangsspannung auszugeben als die DC-Ausgangsspannung aus den Stromrichtern, die weniger bevorzugten Energiequellen zugeordnet sind. Die Energiequelle mit der höchsten Priorität kann beispielsweise den ihr zugeordneten Stromrichter haben, der mit der höchsten DC-Ausgangsspannung (z.B. 54,0 Volt) arbeitet, um vorzugsweise Leistung aus dieser Quelle zu ziehen. Die Energiequelle mit der nächst höheren Priorität kann ihren Stromrichter aufweisen, der gesteuert wird, um eine Leistung bei einer nächst höheren Ausgangsspannung (z.B. 54,0 Volt) auszugeben, und die Energiequelle mit der niedrigsten Priorität kann dann ihren Stromrichter, der die niedrigste Spannung (z.B. 53,9 Volt) ausgibt, aufweisen. Im Kontext des Systems aus 1 und gemäß einigen Ausführungsformen kann dieser priorisierte Betrieb in den Stromrichtern 5 selbst einprogrammiert sein, ohne eine übergeordnete externe Leistungssteuerungseinrichtung 9 zu erfordern. Alternativ kann die Priorisierung mithilfe der Leistungssteuerungseinrichtung 9 implementiert sein. In einigen Ausführungsformen wird die Priorisierung dann umgesetzt, wenn die Ausgangslast oberhalb eines bestimmten durch den Benutzer festgesetzten Schwellenwerts für die Lastbedingung oder für die Zufuhrbedingung liegt. Z.B., wenn sich die Solarenergiequelle oberhalb eines bestimmten Niveaus befindet (z.B. wenn ein sonniger Tag ist und die Solarkollektoren ausreichend Strom liefern).
2 zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm des (in 1 gezeigten) Stromrichters 5. Obwohl der Stromrichter 5 in 2 als ein Einphasenstromrichter 5 gezeigt ist, könnte er ein Dreiphasenstromrichter oder von beliebiger Stromrichterart sein, die dem Stromrichter 5 ermöglichen würde, wie hierin beschrieben zu funktionieren. In einer beispielhaften Ausführungsform nimmt der Stromrichter 5 Leistung von einer zugehörigen Energiequelle 2, 4, 6, 8 am Anschluss Vsrce auf. Der Stromrichter 5 enthält eine Eingangskonditionierungsschaltung 12, die mit dem Anschluss Vsrce verbunden und eingerichtet ist, um elektromagnetische Interferenz (EMI), Überströme und Einschaltströme zu filtern, zu unterdrücken und zu reduzieren. In einer Ausführungsform enthält die Eingangskonditionierungsschaltung 12 Bereiche, die den Eingängen des Typs AC oder DC zugeordnet sind. Der Bereich für DC kann eingerichtet sein, um Eingangsrauschen, Überströme und Einschaltströme und dergleichen zu unterdrücken und zu reduzieren. Er kann optional Schaltungen enthalten, um Bereiche dieser Schaltung auf der Basis der von einem Detektionsschaltkreis 20 angezeigten Eingangsquellenart zu enthalten oder zu isolieren. Abhängig von der Eingangsenergiequellenart, die mit dem Anschluss Vsrce verbunden ist, kann die am Anschluss Vsrce empfangene Leistung eine AC-Leistung, die eine relativ stabile Frequenz (z.B. 50Hz oder 60Hz) aufweist, wie sie z.B. von einem AC-Versorgungsnetz 2 oder einer Generatoranlage 8 empfangen wird, eine AC-Leistung, die entweder eine konstante oder eine etwas veränderliche Frequenz aufweist, wie sie z.B. von einer Windkraftanlage 6 erzeugt wird, oder eine DC-Leistung, wie sie z.B. von einer Solarzellenanordnung 4 erzeugt wird, sein.
Jeder Stromrichter 5 wird den bevorzugtesten Betriebsalgorithmus für die angewandte Quellenart verwenden und arbeiten, um die Energieausbeute und Systemzuverlässigkeit zu optimieren. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Stromrichter 5 ein zweistufiger Stromrichter, der eine erste Verstärkerstufe 14 enthält, gefolgt von einer zweiten (z.B. isolierenden) DC-DC-Wandlerstufe 16. Die Verstärkerstufe 14 und die DC-DC-Wandlerstufe 16 bilden gemeinsam eine Stromrichterschaltung.
In einer beispielhaften Ausführungsform nimmt die Verstärkerstufe 14 konditionierte Eingangsleistung Vin von der Eingangskonditionierungsschaltung 12 auf, die die gleiche allgemeine Form wie die an dem Anschluss Vsrce aufgenommene Leistung aufweist. Die Verstärkerstufe 14 arbeitet, um eine Spannung am DC-Bus Vb zu erzeugen, die typischerweise höher als die Spannung der am Anschluss Vsrce aufgenommen Leistung ist. Die Verstärkerstufe 14 folgt einem herkömmlichen Aufbau für Verstärkerstufen; es wird erwogen, dass die Verstärkerstufe 14 alternativ gemäß einem beliebigen von einer Vielzahl von anderen in der Fachwelt bekannten Entwurfsansätzen oder solchen, wie sie zukünftig für solche Verstärkerstufen entwickelt werden können, konstruiert sein kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Blindleistungskompensations(PFC)-Schaltkreis 25 ein Regelkreis, der sicherstellt, dass die Ausgangsspannung 14 der Verstärkerstufe 14 entsprechend einem Sollwert geregelt wird, und der optional einen hohen Leistungsfaktor sicherstellt, wenn der Detektionsschaltkreis 20 bestimmt, dass die Eingangsquelle eine AC-Energiequelle ist. Der PFC-Schaltkreis 25 ermöglicht ferner einem Pulsweitenmodulator 18, die Verstärkerstufe 14 zu steuern, um die Verstärkerstufenausgangsspannung Vb zu beschränken, wenn die Eingangsart DC ist, oder bei einem Leistungsfaktor nahe Eins zu arbeiten, wenn Leistung aus dem AC-Versorgungsnetz oder aus mit einem Brennstoff betriebenen Generatoren umgewandelt wird. Gemäß diesen offenbarten Ausführungsformen wird in anderen Worten der Betrieb der Verstärkerstufe 14 in einer Weise, die von der Art der am Anschluss Vsrce aufgenommen Leistung abhängt, und somit gemäß der Art der Energiequelle, die diese Energie zuführt, gesteuert.
In einer beispielhaften Ausführungsform nimmt eine DC-DC-Wandlerstufe 16 die Ausgabe der Verstärkerstufe an dem DC-Bus Vb auf. Die DC-DC-Wandlerstufe 16 konditioniert die Ausgabe aus der Verstärkerstufe 14 in eine Form, die für eine bestimmte Last akzeptabel ist. Die Art und Weise, in der eine Stromrichtersteuerungseinrichtung 26 arbeitet, hängt von der Art der am Anschluss Vsrce aufgenommen Leistung ab, und somit hängt sie von der Art der Energiequelle, die diese Energie liefert, wie sie von dem Detektionsschaltkreis 20 detektiert wird und an die DC-DC-Wandlerstufe 16 mithilfe von Steuerungssignalen kommuniziert wird. In einigen Ausführungsformen steuert die Stromrichtersteuerungseinrichtung 26 die DC-DC-Wandlerstufe 16, um eine Regelung zur Regulierung der am Anschluss Vout erscheinenden Ausgangsspannung für einige Leistungsarten (z.B. das AC-Versorgungsnetz und die Generatoranlage) zu verwenden und die DC-DC-Wandlerstufe 16 in einer Weise als „offener Regelkreis“ zu betreiben, z.B. bei der Resonanzfrequenz der Induktivität 36 und der Kapazität 38, und mit einer Regelung der Ausgangsspannung durch die Verstärkerstufe 16 für eine Leistung aus anderen Energiequellen (z.B. erneuerbaren Energiequellen).
Es wird in Erwägung gezogen, dass der (in 2 gezeigte) Stromrichter 5 als eine beliebige aus einer Vielzahl von physikalischen Implementierungen implementiert sein kann. Es wird insbesondere in Erwägung gezogen, dass die Steuerungsschaltung, einschließlich beliebiger oder aller von dem Detektionsschaltkreis 20, dem Blindleistungskompensations(PFC)-Schaltkreis 25, der Stromrichtersteuerungseinrichtung 26 und dem Pulsweitenmodulator 18, in digitaler Form, z.B. durch einen oder mehrere Digitalsignalprozessor(DSP)-Chips 11, wie in 2 angedeutet, realisiert werden kann. Wenn er auf diese Weise implementiert wird, würde der DSP 11 die notwendigen programmierbaren Logikschaltkreise oder andere programmierbare Logik enthalten, wie z.B. eine im Feld programmierbare (Logik-)Gatter-Anordnung (FPGA) zur Ausführung entsprechender Programmanweisungen, um Funktionen auszuführen, die jenen Schaltkreisen entsprechen, wie sie in dieser Beschreibung beschrieben sind; ein flüchtiger und nicht flüchtiger Programm- und Datenspeicher, der diese Programmanweisungen speichert, damit diese ausgeführt werden, kann sich innerhalb des DSP 11 selbst befinden oder kann in einer (nicht gezeigten) zu dem DSP 11 externen Speicherressource gespeichert sein. Andere Funktionen innerhalb des Stromrichters 5, einschließlich der Verstärkerstufe 14 und der isolierenden DC-DC-Wandlerstufe 16 werden typischerweise durch diskrete Bauelemente realisiert, insbesondere wenn man die hohen Leistungsniveaus betrachtet, die Gegenstand der Stromwandlung sind, und die in diesen Stufen implementierten Drosselspulen und Transformatoren.
Wie vorstehend erwähnt, hängt die Art und Weise, in der die Verstärkerstufe 14 und die DC-DC-Wandlerstufe 16 gesteuert werden, von der Art der Energiequelle, mit der der Stromrichter 5 verbunden ist, ab. In einer beispielhaften Ausführungsform bestimmt der Detektionsschaltkreis 20 die Art der Energiequelle an seinem Eingang auf der Basis wenigstens einer Eigenschaft der aufgenommen Quellenleistung. Die wenigstens eine Eigenschaft kann eines oder können mehrere der folgenden sein: eine Spannung, ein Strom, eine Frequenz, eine Phase, ein DC-Offset, eine Impedanz, ein Leistungsfaktor, ein Oberwellenanteil oder eine beliebige andere interessierende Eigenschaft. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Eigenschaft eine Spannung. Der Detektionsschaltkreis 20 ist eingerichtet, um die Art der Energiequelle auf Basis der Eigenschaft zu identifizieren. Beispielsweise erzeugen herkömmliche Solarzellenanordnungen 4 typischerweise DC-Leistung, wobei die Ausgangsleistung von der Intensität der umgewandelten Solarenergie abhängt. Windkraftanlagen 6 erzeugen typischerweise AC-Leistung, aber bei relativ konstanter oder variabler Frequenz, die mit der Windgeschwindigkeit variiert. Ein Spannungssignal aus dem AC-Versorgungsnetz 2 oder aus einer Generatoranlage 8 weist typischerweise eine relativ konstante Frequenz, z.B. 50 Hz oder 60 Hz, auf. Durch die Überwachung des Spannungssignals über eine erhebliche Zeitspanne können Unterbrechungen oder merkliche Frequenzabweichungen auftreten, mit deren Hilfe gefolgert werden kann, ob die Energiequelle ein mit fossilen Brennstoffen betriebener AC-Notstromgenerator oder das kommerzielle elektrische Energieversorgungsnetz ist. Andere Energiequellen können Leistung zuführen, die eine Signatur aufweist, die diesen ähnlich ist, oder können ein Verhalten aufweisen, das von diesen Arten verschieden ist. In einer alternativen Ausführungsform ist der Detektionsschaltkreis 20 eingerichtet, um die Energiequellenart zu identifizieren, indem sie Daten, die die Identität der Energiequelle kennzeichnen, aus einer der Energiequelle zugeordneten Speichervorrichtung oder aus einer von der Energiequelle gesonderten Datenbank empfängt. Außerdem kann die Stromrichtersystemsteuerung 9 durch Generatorüberwachung bestimmen, ob ein Generator in dem System gerade arbeitet. Die Stromrichtersystemsteuerung 9 kann in Verbindung mit dem Detektionsschaltkreis 20 verwendet werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann auf Basis einer Bestimmung der Energiequellenart, wie vorstehend beschrieben, der Detektionsschaltkreis 20 feststellen, ob die Eingangsenergiequelle eine weiche AC-Energiequelle ist, z.B. eine Energiequelle, die nicht ausreichend Strom liefern kann, um Eingangssicherungen mit 20–30 Ampere auszulösen. Eine Windkraftanlage 6 und eine Generatoranlage 8 sind Beispiele von weiche AC-Quellen. In einigen Ausführungsformen kann der Stromrichter 5 die zu der bestimmten weichen AC-Quelle zugehörigen Identifikationsinformationen für eine schnellere zukünftige Identifikation speichern. Wenn der Detektionsschaltkreis 20 bestimmt, dass die Energiequelle von anderer Art ist, fährt der Stromrichter mit der Energienutzung unter Benutzung von auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren fort.
3 zeigt eine graphische Darstellung 50, die einen Parametersatz veranschaulicht, der von dem Detektionsschaltkreis 20 zur Bestimmung eines Betriebsbereichs für eine weiche AC-Eingangsenergiequelle verwendet werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform beobachtet der Detektionsschaltkreis 20 wenigstens einen Betriebsparameter 52 der weichen AC-Quelle, während sich die Energiequelle ihrem Betriebsgrenzwert nähert, um eine Betriebsgrenze der weichen AC-Quelle zu bestimmen. Parameter, die beobachtet werden können, beinhalten Spannung, Frequenz, Periode, Einsatzdauer, Verzerrung und/oder beliebigen anderen Satz von Betriebsschranken, die als Betriebsbereichsgrenzen weitergegeben werden können, sind aber nicht auf diese beschränkt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Ausgangsspannung der Energiequelle auf der y-Achse gezeigt und die Stromlieferungsfähigkeit der Energiequelle ist auf der x-Achse gezeigt. Die Spannung ist ein Parameter, der variiert, wenn sich eine weiche AC-Energiequelle der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit nähert. Im Allgemeinen wird die Ausgangsspannung einer weichen AC-Energiequelle in der Nähe der Grenze für ihren Betrieb einbrechen. Durch Beobachtung dieses Einbruchs kann der Detektionsschaltkreis 20 die höchste Ausgangsspannung der weichen AC-Quelle finden, bevor der Ausgangsstrom merklich abfällt, was üblicherweise als ein „Knie“ 54 bezeichnet wird.
Der Detektionsschaltkreis 20 legt einen maximalen Betriebspunkt des Stromrichters 5 in der Nähe des Knies fest, um die volle Kapazität der weichen AC-Quelle zu verwenden. In einer Ausführungsform bestimmt der Detektionsschaltkreis 20 das Knie und betreibt den Stromrichter 5 bei einem Anteil oder Prozentsatz der weichen AC-Quellenkapazität, z.B. bei 80% der Kapazität. In einer weiteren Ausführungsform bestimmt der Detektionsschaltkreis 20 das Knie und schafft einen Betriebsbereich 56, so dass der Stromrichter 5 die Ausgangsspannung bezüglich der Änderungen der Lastanforderung und/oder bezüglich der Änderungen der von anderen Energiequellen gelieferten Leistung nach oben oder nach unten begrenzen kann. Wenn der beobachtete Parameter beispielsweise der Spannungsabfall ist, kann ein Benutzer spezifizieren, dass die Spannung der weichen AC-Quelle um nicht mehr als 3% abfallen kann. Der Detektionsschaltkreis 20 überwacht die Eingangsspannung und passt seinen Ausgang dem DC-Bus bei Bedarf an. Wenn sie in ein System eingebettet ist, steuert die Stromrichtersystemsteuerung 9 die Stromrichter 5, die eingeschaltet sind, um den Detektionsschaltkreis 20 bei der Bestimmung des Knies zu unterstützen. Die Stromrichtersystemsteuerung 9 erzielt dies durch Steuerung der Last LD an allen Systemwandlern, indem sie diese nach Bedarf herunterregelt.
Parameter, die für die Detektion der Betriebsgrenze verwendet werden, können dem Detektionsschaltkreis 20 aus einer der Energiequelle zugehörigen Datenbank Quelle für Quelle zugeführt werden. Wenn die Energiequelle beispielsweise eine Generatoranlage 8 ist, können die Abfallund/oder Anstiegsraten für diese spezielle Generatoranlage 8 dem Stromrichter 5 zugeführt werden, so dass der Detektionsschaltkreis 20 eine Signatur innerhalb eines eingehenden Spannungssignals der Generatoranlage 8 erkennen kann, wenn sich dieses seiner Betriebsgrenze nähert.
In einer Ausführungsform liefert die weiche AC-Quelle dem Detektionsschaltkreis 20 einen vorbestimmten Abfall- oder optimalen Betriebspunkt für eine vorgegebene Quelle, die einen Satz von erfassten Lasten versorgt. Der vorbestimmte Abfall- oder optimale Betriebspunkt kann in einer Datenbank gespeichert sein, die entweder der weichen AC-Energiequelle oder der Steuerungseinrichtung 9 zugeordnet ist, und von dieser übermittelt werden. Im Betrieb überwacht der Stromrichter 5 die weiche AC-Quelle auf einen Spannungsabfall und liefert Leistung zu der Last nach Bedarf, um den optimalen Betriebspunkt zu halten.
Die folgende Beschreibung ist ein Beispiel für den Betrieb eines Stromrichters 5, bei dem eine Windkraftanlage 6 die weiche AC-Energiequelle ist, die die Leistung dem Stromrichter 5 zuführt. In einer beispielhaften Ausführungsform überträgt die Windkraftanlage 6, wenn sie Leistung zu dem Stromrichter 5 liefert, ein Steuerungssignal, das eine Charakterisierung der Windkraftanlage 6 als eine weiche AC-Quelle und einen vorgeschriebenen Spannungsabfall für die Windkraftanlage 6 enthält, zu dem Detektionsschaltkreis 20. Der Detektionsschaltkreis 20 bestimmt das Knie der Windkraftanlage 6 auf Basis des vorgeschriebenen Spannungsabfalls und betreibt diese in der Nähe des Knies. Um die Ausgangsspannung der Windkraftanlage 6 in der Nähe des Knies in einer Windkraftanlagenanwendung zu halten, passt der Stromrichter 5 eine Trimmung der Rotorblätter, um für die maximale Energieausbeute aus der Windkraftanlage einen optimalen Angriffswinkel bezüglich des Winds zu halten. Zusätzlich zu einem Wechsel der Lastbedingungen kann die Eingangsleistung aus Windkraftanlagen höchst variabel sein, so dass der Stromrichter 5 zur Maximierung der Leistungslieferung von der Windkraftanlage 6 das Knie periodisch neu berechnen und einen neuen Betriebsbereich bestimmen kann. Ein Hinauslaufen über das Knie hinaus wird ein rasches Zurückklappen der Windkraftanlagenblätter zur Folge haben, um einen Strömungsabriss zu vermeiden.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Detektionsschaltkreis 20 ferner zur Steuerung des Betriebs einer Windkraftanlage 6 in einem Pumpmodus eingerichtet, um eine Leistung zu erhöhen, die aufgrund der Trägheit der anhaftenden Luftströmung übertragen wird, während sich ein Blatt der Windkraftanlage 6 dem Strömungsabriss nähert. In dem Pumpmodus ist der Detektionsschaltkreis 20 sowohl mit einem Zeitkonstantenparameter, der die Zeit begrenzt, während der der Windkraftanlage 6 erlaubt ist, über die Kante (Grenze) des Knies hinaus betrieben zu werden, als auch der Zeit, die für Wiederanbindung erforderlich ist, programmiert. Ein Beispiel für eine Parameterliste für den Pumpbetrieb kann enthalten: maximale Leistung = f (Spannungsabfall, max. Zeit über den max. Abfall, Erholungszeit nach dem max. Abfall). Dies würde einen Pumpbetrieb um einen vorgegebenen Wert des Spannungsabfalls zur Folge haben.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 100 zur Erhöhung der Leistung, die in dem (in 1 gezeigten) Stromrichtersystem 1 durch eine weiche AC-Energiequelle geliefert wird. In einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Stromrichtersystem 1 wenigstens einen Stromrichter, der Leistung von einem elektrischen AC-Versorgungsnetz 2, einer Solarzellenanordnung 4, einer Windkraftanlage 6 und einer Generatoranlage 8 empfängt. In einer beispielhaften Ausführungsform bestimmt 102 der Stromrichter 5, dass Leistung aus einer Energiequelle, die dem Stromrichter 5 unbekannt ist, verfügbar ist. Der Detektionsschaltkreis 20 des Stromrichters 5 bestimmt 104, dass die Eingangsenergiequelle eine weiche AC-Quelle ist, und übermittelt ein Steuerungssignal, das den Detektionsschaltkreis 20 benachrichtigt. Zu Erklärungszwecken empfängt der Stromrichter 5 in der vorliegenden Ausführungsform Leistung von der Generatoranlage 8. Anstatt, dass der Stromrichter 5 die Art der Energiequelle bestimmt, kann die (in 1 gezeigte) Stromrichtersystemsteuerung 9 alternativ an den Detektionsschaltkreis 20 ein Befehlssignal mit Anweisungen übermitteln, sich als ein Stromrichter für eine weiche Quellen zu verhalten. Der Detektionsschaltkreis 20 überwacht einen Parameter, z.B. den Spannungsabfall, während sich die Generatoranlage 8 ihrer Betriebsgrenze nähert, um, wie vorstehend beschrieben, das Knie zu bestimmen. Es wird ein Betriebsbereich für die Generatoranlage 8 über dem Knie festgelegt, so dass der Spannung nicht erlaubt ist, über einen spezifizierten Prozentsatz des Knies hinaus einzubrechen.
In einer beispielhaften Ausführungsform misst 106 der Detektionsschaltkreis 20 eine Leerlaufspannung der AC-Eingangsleistung, die von der Generatoranlage 8 unter Verwendung eines beliebigen im Fachgebiet bekannten Verfahrens aufgenommen wird. Weil es mehrere Stromrichter 5 gibt, die miteinander parallel verbunden sind, um Leistung aus verschiedenen Energiequellen aufzunehmen und den DC-Bus zu speisen, legt das Stromrichtersystem 1 in einer kaskadierenden Weise abnehmende Spannungsniveaus auf die Energieversorgungen 2, 4, 6, 8 (54V, 54V, 53V, 53V) an, um den Vorteil der Spannungsabfalleigenschaften zu nutzen um sicherzustellen, dass keine einzige Energiequelle in der Lage sein wird, den gesamten Strom zu der Last LD zu liefern. Die Spannungsniveaus können für verschiedene Anwendungen unterschiedlich sein.
Der Detektionsschaltkreis 20 begrenzt 108 die Ausgangsspannung Vout des Stromrichters 5 relativ zu einer gemessenen DC-Bus-Spannung Vbus. Indem seine Ausgangsspannung Vout nach oben begrenzt wird, ist der Stromrichter 5 für die Generatoranlage 8 in der Lage, mehr Spannung als irgendeine der Energiequellen 2, 4 oder 6 zu liefern, und dementsprechend liefert die Generatoranlage 8 den gesamten Strom für die Last LD. Wenn die Generatoranlage 8 beispielsweise die niedrigste Priorität für die Lieferung von Leistung an die Last LD aufweist, aber eine verfügbare Leistung aufweist, begrenzt der Stromrichter 5 bei der Leistungslieferung die Spannung der Generatoranlage 8 nach oben. Außerdem ermöglicht die Begrenzung nach oben/unten dem Detektionsschaltkreis 20, den Betrieb der Generatoranlage 8 vor und zurück entlang des gesamten Knies innerhalb des Betriebsbereichs der Generatoranlage 8 zu steuern. Die Fähigkeit, seine Ausgangsspannung anzupassen, ermöglicht dem Detektionsschaltkreis 20, eine durch die Generatoranlage 8 verarbeitete Leistungsmenge zu steuern. In einer Systemkonfiguration kann zusätzlich oder alternativ dazu die Stromrichtersystemsteuerung 9 bei der Bestimmung unterstützen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerungseinrichtung 9 zur Bestimmung des Knies durch Erhöhung des Ausgabe mehr Last auf die zu bestimmende Einheit bei der gleichen Spannung anlegen.
In einer beispielhaften Ausführungsform unterbricht 110 der Detektionsschaltkreis 20 die Leistungsaufnahme aus der Generatoranlage 8 beim Auftreten eines von: (1) die Eingangsspannung Vin fällt um einen spezifizierten Prozentsatz (d.h. 5%, 10%, usw.) von der gemessenen Leerlaufspannung ab, (2) wenn die Leistungsgrenze des Stromrichters 5 erreicht ist oder (3) wenn die Ausgangsspannung des DC-Buses um einen spezifizierten Wert (d.h. 0,5V, 1,0V, 2,5V) über die von der Stromrichtersystemsteuerung 9 angewiesene Spannung ansteigt. Alternativ kann dies auf dem Systemniveau durchgeführt werden, indem andere Stromrichter 5 heruntergeregelt werden.
Der Detektionsschaltkreis 20 begrenzt 112 dann die Leistungsübermittlung, um einen Eingangsspannungsabfall innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu halten, z.B. zwischen ungefähr 3% und ungefähr 5%. Die beiden begrenzenden Schwellenwerte sind Parameter, die intern innerhalb des Stromrichters 5 oder durch Kommunikationen mit der Stromrichtersystemsteuerung 9 mittels einer Gleichrichtersteckplatzbasis an einem Gleichrichtersteckplatz angepasst werden können. Dies ermöglicht, dass der Spannungsabfall und die Zeitkonstante für eine gegebene Energiequelle während der Herstellung in einem Labor charakterisiert werden kann. Wenn die Parameter einmal für diese spezielle Quelle eingerichtet sind, können die Parameter im Feld mittels einer Gleichrichtersteckplatzbasis an einem Gleichrichtersteckplatz ausgegeben werden. Die Parameterliste kann enthalten: minimalen Abfallprozentsatz, maximalen Abfallprozentsatz, maximale Anstiegsrate in Prozent pro Sekunde.
Der hierin beschriebene Detektionsschaltkreis 20 wird durch einen Prozessor 50 implementiert, der zur Ausführung von Anweisungen mit einer Speichervorrichtung 51 kommunikationsmäßig verbunden ist. In einigen Ausführungsformen sind die ausführbaren Anweisungen in der Speichervorrichtung 51 gespeichert. Alternativ kann die Steuerungseinrichtung 51 unter Verwendung einer beliebigen Schaltung implementiert sein, die dem Detektionsschaltkreis 20 ermöglicht, den Betrieb des Stromrichters 5, wie hierin beschrieben, zu steuern. Der Detektionsschaltkreis 20 bestimmt beispielsweise einen optimalen Betriebsbereich für eine weiche AC-Quelle und überwacht die weiche AC-Quelle, um sicherzustellen, dass sie innerhalb des Bereichs arbeitet. Der Detektionsschaltkreis 20 kann individuelle Sollwerte für jeden Stromrichter 5 liefern, was erneuerbaren Energiequellen ermöglicht, dem DC-Bus vorrangig Leistung zuzuführen. Der Detektionsschaltkreis 20 bestimmt das „Knie“ der weichen AC-Quelle und legt auf Basis des „Knies“ einen Betriebsbereich fest. In einigen Ausführungsformen, wenn es mehrere Lasten an einer weichen AC-Quelle gibt, kooperiert der Detektionsschaltkreis 20, um die von dieser weichen AC-Quelle verfügbare Leistung zu nutzen, wenn zusätzliche Lasten hinzugefügt werden, und reguliert die Leistungsverteilung, wenn eine weitere Last hinzugefügt wird und die weiche AC-Quelle über ihre Betriebsgrenze hinaus drängt.
In der beispielhaften Ausführungsform führt der Detektionsschaltkreis 20 eine oder mehrere hierin beschriebene Operationen durch einen programmierbaren Prozessor 50 durch. Der Prozessor 50 kann beispielsweise programmiert sein, indem ein Betrieb als eine oder mehrere ausführbare Anweisungen kodiert werden und indem die ausführbaren Anweisungen in der Speichervorrichtung 51 zur Verfügung stehen. Der Prozessor 50 kann eine oder (z. B. in einer Multikernkonfiguration) mehrere Prozessoreinheiten enthalten. Darüber hinaus kann der Prozessor 50 mittels eines oder mehrerer heterogener Prozessorsysteme implementiert werden, in denen ein Hauptprozessor zusammen mit sekundären Prozessoren auf einem einzelnen Chip vorhanden ist. Als ein weiteres der Veranschaulichung dienendes Beispiel kann der Prozessor 50 ein symmetrisches Mehrprozessorsystem beinhalten, das mehrere Prozessoren desselben Typs enthält. Weiter kann der Prozessor 50 mittels einer beliebigen geeigneten programmierbaren Schaltung implementiert sein, die eine oder mehrere Systeme und Mikrocontroller, Mikroprozessoren, Schaltkreise mit reduziertem Befehlssatz (RISC), anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC), programmierbare Logikschaltungen, Im Feld programmierbare Gatter-Anordnungen (FPGA) und beliebige sonstige Schaltkreise enthält, die in der Lage sind, die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. In der beispielhaften Ausführungsform veranlasst der Prozessor 50 den Detektionsschaltkreis 20, weiche AC-Energiequellen, wie hierin beschrieben, zu betreiben.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Speichereinrichtung 51 durch eine oder mehrere Vorrichtungen gebildet, die es ermöglichen, Informationen, beispielsweise ausführbare Anweisungen und/oder sonstige Daten, zu speichern und abzurufen. Die Speichereinrichtung 51 kann eine oder mehrere von einem Computer auslesbare Medien beinhalten, beispielsweise, ohne darauf beschränken zu wollen, einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), einen statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM), ein Festkörperlaufwerk und/oder eine Festplatte. Ohne darauf beschränken zu wollen, kann die Speichereinrichtung 51 dazu eingerichtet sein, Anwendungsquellcode, Anwendungs-Objektcode, interessierende Quellencodeabschnitte, interessierende Objektcodeabschnitte, Konfigurationsdaten, Ausführungsereignisse und/oder beliebige sonstige Daten zu speichern.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Stromrichter 5 als ein einziges Leistungselektronikbauteil (Standardhardware) hergestellt und ist eingerichtet, um Leistungen aus einer beliebigen AC-Energiequelle, einschließlich einer Generatoranlage und einer Windkraftanlage, anzunehmen. Dies reduziert die Anzahl von Teilen, die gelagert werden müssen, um ein Netzwerk am Laufen zu halten, und die für eine Kundenverwendung verfügbar sind. Darüber hinaus kann ein einziger Stromrichter 5 verwendet werden, um Strom aus mehreren Quellenarten zu wandeln, z.B. aus Sonne, Wind, Wasser, Geothermie, kommerziellem Versorgungsnetz, einem Notfallgenerator oder einer Notstrombatterie. Ein Dienstleister muss lediglich die einzige Stromrichterart lagern, um eine Verfügbarkeit einer Stromrichterreserve für eine beliebige Quelle sicherzustellen.
Ein technischer Effekt der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren enthält wenigstens eines der folgenden: (a) Bestimmen einer Energiequellenart auf der Basis wenigstens einer Eigenschaft von aus einer Energiequelle empfangener Leistung; (b) wenn eine weiche AC-Quelle als die Energiequellenart bestimmt wird, Bestimmen einer Betriebsgrenze der weichen AC-Quelle durch Überwachung wenigstens eines Parameters, während sich die weiche AC-Quelle einer Leistungsgrenze nähert; und (c) Empfangen eines Steuerungssignals an einem Detektionsschaltkreis eines Stromrichters, wenn der Stromrichter Leistung von einer weichen AC-Energiequelle aufnimmt.
Verglichen mit wenigstens einigen bekannten Leistungssystemen Unterstützen die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren die Erhöhung der Leistungslieferung von weichen AC-Energiequellen in Stromrichtersystemen durch Optimierung des Betriebsbereichs der weichen AC-Quelle. Ein Stromrichter bestimmt und überwacht einen Parameter nahe einer Leistungsgrenze der weichen AC-Quelle, um die Betriebsgrenze zu bestimmen. Der Stromrichter steuert die einer Last zugeführte Leistung, um den Betrieb der weichen AC-Quelle innerhalb des Betriebsbereichs zu halten. Der hierin beschriebene Stromrichter ermöglicht eine vollständigere Nutzung von weichen AC-Quellen, wie z.B. Windkraftanlagen, Generatoranlagen, Invertern und anderen grünen Energiequellen. Der hierin beschriebene Stromrichter ermöglicht ferner die Verwendung von kleineren, kostengünstigeren Versionen derselben weichen AC-Quellen. Indem sie den hierin beschriebenen Stromrichter verwenden, versorgen beispielsweise kostengünstigere, kleinere Generatoranlagen eine identische Telekommunikationslast.
Beispielhafte Ausführungsformen von Systemen und Verfahren für Stromrichter sind vorstehend detailliert beschrieben. Die Systeme und Verfahren sind nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können stattdessen Komponenten des Systems und/oder Schritte der Verfahren unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Schritten genutzt werden. Ferner können die beschriebenen Komponenten und/oder Schritte in Verbindung mit anderen Systemen, Verfahren und/oder Vorrichtungen definiert und verwendet werden und sind nicht auf die Ausübung mit lediglich den hierin beschriebenen Systemen beschränkt.
Die hierin veranschaulichte und beschriebene Reihenfolge der Ausführung oder Durchführung der Operationen in den Ausführungsformen der Erfindung ist, sofern nicht anderweitig angegeben, nicht wesentlich. Das heißt, die Operationen können in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden, sofern nicht anders spezifiziert, und Ausführungsformen der Erfindung können zusätzliche oder weniger Operationen als die hierin offenbarten beinhalten. Zum Beispiel wird erwogen, dass das Ausführen oder Durchführen einer speziellen Operation vor, gleichzeitig mit oder nach einer weiteren Operation innerhalb des Umfangs der Aspekte der Erfindung liegt.
Obwohl spezielle Eigenschaften der vielfältigen Ausführungsformen der Erfindung in einigen Zeichnungen und nicht in anderen gezeigt sein können, erfolgt dies lediglich aus Zweckmäßigkeitsgründen. Gemäß den Prinzipien der Erfindung kann auf eine beliebige Eigenschaft einer Zeichnung Bezug genommen und/oder diese in Verbindung mit jeder Eigenschaft jeder anderen Zeichnung beansprucht werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich des besten Modus zu beschreiben und um außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente enthalten, die sich von dem Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente enthalten, die nur unwesentlich von dem Wortlaut der Ansprüche abweichen.

Claims

Stromrichter, der aufweist: einen Detektionsschaltkreis, der eingerichtet ist, um: eine Energiequellenart auf Basis wenigstens einer Eigenschaft von aus einer Energiequelle empfangener Leistung zu bestimmen; eine Betriebsgrenze der weichen AC-Quelle durch Überwachung wenigstens eines Parameters zu bestimmen, während sich die weiche AC-Energiequelle einer Leistungsgrenze nähert; und der weichen AC-Energiequelle auf Basis der Betriebsgrenze einen Betriebspunkt zuzuweisen, um die Leistungslieferung der weichen AC-Energiequelle zu erhöhen.
Stromrichter gemäß Anspruch 1, wobei zur Bestimmung der Betriebsgrenze der weichen AC-Quelle der Detektionsschaltkreis ferner eingerichtet ist, um einen Spannungsabfall der weichen AC-Energiequelle zu überwachen, während sich die weiche AC-Energiequelle einer Leistungsgrenze nähert.
Stromrichter gemäß Anspruch 2, wobei zur Überwachung eines Spannungsabfalls der Detektionsschaltkreis ferner eingerichtet ist, um eine höchste Ausgangsspannung der weichen AC-Energiequelle zu bestimmen, bevor der Strom beginnt abzufallen, wenn sich die weiche AC-Energiequelle der Leistungsgrenze nähert.
Stromrichter gemäß Anspruch 1, wobei zur Bestimmung der Betriebsgrenze der weichen AC-Quelle der Detektionsschaltkreis ferner eingerichtet ist, um wenigstens eines von Frequenz, Periodendauer, Einschaltdauer, Frequenzabweichungen, Strom- und Spannungskomponenten des Leistungsfaktors, Phasendifferenzen zwischen Strom und Spannung, Phasenwinkelabweichungen zwischen Strom und Spannung und Verzerrung zu überwachen.
Stromrichter gemäß Anspruch 1, wobei der Detektionsschaltkreis ferner eingerichtet ist, um einen Betriebsbereich für die weiche AC-Energiequelle auf der Basis der bestimmten Betriebsgrenze zu bestimmen.
Stromrichter gemäß Anspruch 1, wobei der Detektionsschaltkreis ferner eingerichtet ist, um einen skalierten Betriebspunkt für die weiche AC-Energiequelle auf der Basis der bestimmten Betriebsgrenze zu bestimmen.
Stromrichter gemäß Anspruch 1, wobei der Detektionsschaltkreis ferner eingerichtet ist, um für eine Leistungslieferung zu einer Last die weiche AC-Energiequelle in dem Betriebspunkt zu betreiben.
Stromrichter gemäß Anspruch 1, wobei die weiche AC-Energiequelle ein Generator für Brennstoff auf Erdölbasis ist.
Stromrichter gemäß Anspruch 1, wobei die weiche AC-Energiequelle eine Windkraftanlage ist.
Stromrichter gemäß Anspruch 9, wobei der Detektionsschaltkreis ferner eingerichtet ist, um zum Halten des Betriebs der Windkraftanlage an der Betriebsgrenze eine Trimmung der Rotorblätter der Windkraftanlage anzupassen.
Stromrichter gemäß Anspruch 9, wobei der Detektionsschaltkreis ferner eingerichtet ist, um zur Erhöhung der Leistung, die aufgrund der Trägheit der Luftströmung übertragen wird, während sich ein Blatt der Windkraftanlage dem Strömungsabriss nähert, für eine vorbestimmte Zeitdauer die Windkraftanlage über der Betriebsgrenze in einem Pumpmodus zu betreiben.
Verfahren, das aufweist: Bestimmen einer Energiequellenart auf der Basis wenigstens einer Eigenschaft von aus einer Energiequelle empfangener Leistung; wenn eine weiche AC-Quelle als die Energiequellenart bestimmt wird, Bestimmen einer Betriebsgrenze der weichen AC-Quelle durch Überwachung wenigstens eines Parameters, während sich die weiche AC-Energiequelle einer Leistungsgrenze nähert; und Zuweisen eines Betriebspunkts zu der weichen AC-Energiequelle auf Basis der Betriebsgrenze, um die Leistungslieferung der weichen AC-Energiequelle zu erhöhen.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei zur Bestimmung der Betriebsgrenze der weichen AC-Energiequelle das Verfahren ferner ein Überwachen eines Spannungsabfalls der weichen AC-Energiequelle aufweist, während sich die weiche AC-Energiequelle einer Leistungsgrenze nähert.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei zur Bestimmung der Betriebsgrenze der weichen AC-Quelle das Verfahren ferner ein Überwachen wenigstens eines von Frequenz, Periode, Einschaltdauer und Verzerrung aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der Stromrichter einen Detektionsschaltkreis enthält, wobei das Verfahren ferner ein Bestimmen der Art der Energiequelle auf Basis wenigstens einer Eigenschaft der aufgenommenen Leistung aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, das ferner ein Bestimmen eines Betriebsbereichs für die weiche AC-Energiequelle auf Basis der bestimmten Betriebsgrenze aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, das ferner aufweist: Messen einer Spannung der aufgenommen AC-Eingangsleistung; und Begrenzen der Ausgangsspannung des Stromrichters relativ zu einer gemessenen DC-Bus-Spannung, um einer Last eine Leistung zuzuführen und dabei einen Betrieb der weichen AC-Energiequelle innerhalb des Betriebsbereichs zu halten.
Stromrichtersystem, das aufweist: mehrere Energiequellen; einen Gleichstrom(DC)-Bus zur Leistungslieferung zu wenigstens einer Last; und einen Stromrichter, der aufweist: einen Detektionsschaltkreis, der eingerichtet ist, um: eine Energiequellenart auf Basis wenigstens einer Eigenschaft von aus einer Energiequelle empfangener Leistung zu bestimmen; eine Betriebsgrenze der weichen AC-Energiequelle durch Überwachung wenigstens eines Parameters zu bestimmen, während sich die weiche AC-Energiequelle einer Leistungsgrenze nähert; und der weichen AC-Energiequelle auf Basis der Betriebsgrenze einen Betriebspunkt zuzuweisen, um die Leistungslieferung der weichen AC-Energiequelle zu erhöhen.
Stromrichter gemäß Anspruch 18, wobei zur Bestimmung der Betriebsgrenze der weichen AC-Quelle der Detektionsschaltkreis ferner eingerichtet ist, um wenigstens eines von Spannungsabfall, Frequenz, 1/Frequenz, Einschaltdauer, Frequenzabweichungen, Strom- und Spannungskomponenten des Leistungsfaktors, Phasendifferenzen zwischen Strom und Spannung, Phasenwinkelabweichung zwischen Strom und Spannung und Verzerrung der weichen AC-Energiequelle, während sich die weiche AC-Energiequelle einer Leistungsgrenze nähert, zu überwachen.
Stromrichtersystem gemäß Anspruch 18, wobei der Detektionsschaltkreis ferner eingerichtet ist, um einen Betriebsbereich der weichen AC-Energiequelle auf Basis der bestimmten Betriebsgrenze zu bestimmen.