DE102015008305A1 - Energy management system for a power generation system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem (10) für eine Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere eine Photovoltaikanlage, umfassend eine Steuereinheit (30), eine Sensoreinheit (32) zur Messung einer elektrischen Bilanz zwischen Verbrauchern (80) der Energieerzeugungsanlage (100) und einem Netzanschluss (20) eines Energieversorgungsnetzes (200), sowie einen DC/DC-Wandler (22), der mit einem ersten Anschluss (24) an eine elektrische Verbindungsleitung (16) der Energieerzeugungsanlage (100) zwischen einem Energiewandler (12) und einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter (14) sowie mit einem zweiten Anschluss (26) an wenigstens eine Energiespeichereinheit (40) angeschlossen ist. Die Steuereinheit (30) ist zur Kommunikationsverbindung mit der Sensoreinheit (32), der Energiespeichereinheit (40) und dem DC/DC-Wandler (22) ausgebildet. Der Energiewandler (12) ist dabei zur Bereitstellung einer variablen Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen vorgesehen. Weiter ist ein Entnehmen oder ein Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler (22) mittels der Steuereinheit (30) steuerbar, wobei die Steuereinheit (30) den DC/DC-Wandler (22) nach der von der Sensoreinheit (32) bestimmten elektrischen Bilanz steuert. Weiter betrifft die Erfindung eine Energieerzeugungsanlage (100) mit einem solchen gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem (10), einen DC/DC-Wandler für ein solches gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem (10), sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Energieerzeugungsanlage (100) mit einem solchen gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem (10).The invention relates to a DC coupled energy management system (10) for a power generation plant (100), in particular a photovoltaic system comprising a control unit (30), a sensor unit (32) for measuring an electrical balance between consumers (80) of the power plant (100) and a grid connection (20) a power supply network (200), and a DC / DC converter (22) connected to a first connection (24) to an electrical connection line (16) of the power generation plant (100) between an energy converter (12) and a power supply coupled inverter (14) and with a second connection (26) to at least one energy storage unit (40) is connected. The control unit (30) is designed for communication with the sensor unit (32), the energy storage unit (40) and the DC / DC converter (22). The energy converter (12) is provided to provide a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions. Furthermore, removal or supply of electrical energy by the DC / DC converter (22) is controllable by means of the control unit (30), wherein the control unit (30) controls the DC / DC converter (22) in accordance with that of the sensor unit (32). certain electrical balance controls. The invention further relates to a power generation plant (100) having such a DC coupled energy management system (10), a DC / DC converter for such a DC coupled energy management system (10), and a method of operating such a power plant (100) with such a DC coupled energy management system (100). 10).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem für eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere eine Photovoltaikanlage, eine Energieerzeugungsanlage mit einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem, einen DC/DC-Wandler für ein gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Energieerzeugungsanlage mit einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem.The invention relates to a DC-coupled energy management system for a power generation plant, in particular a photovoltaic system, a power generation plant with a DC coupled energy management system, a DC / DC converter for a DC coupled energy management system, and a method of operating a power plant with a DC coupled energy management system.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt, Photovoltaik-Module (PV-Module) einer PV-Anlage mittels einer Serien- und/oder Parallelschaltung zu sogenannten Strings einer PV-Einheit elektrisch zu verschalten. Die Spannungslage dieser Strings liegt je nach Größe der PV-Einheit und der verwendeten PV-Module im Bereich von 30 bis 1500 V. Der typische Strom in einer solchen elektrischen Verbindungsleitung liegt im Bereich von 0,1 bis 30 A. Dieser String wird mittels eines DC-Kabels mit einem Stringeingang eines versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters verbunden. Der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter kann ggf. mehrere solcher Stringeingänge aufweisen, an die jeweils ein String angeschlossen werden kann.It is known to electrically connect photovoltaic modules (PV modules) of a PV system by means of a series and / or parallel connection to so-called strings of a PV unit. Depending on the size of the PV unit and the PV modules used, the voltage level of these strings ranges from 30 to 1500 V. The typical current in such an electrical connection line is in the range of 0.1 to 30 A. DC cable connected to a string input of a grid connected inverter. The grid-connected inverter may optionally have several such string inputs, to each of which a string can be connected.
Aus der
Der zweite und dritte DC-Anschluss sind über interne oder externe Schalter derart überbrückbar, dass Strom der Energieerzeugungseinrichtung direkt in den versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter geführt werden kann. Des Weiteren ist zwischen dem DC/DC-Wandler und dem zweiten DC-Anschluss sowie dem dritten DC-Anschluss ein Schalter angeordnet, um den DC/DC-Wandler von dem zweiten DC-Anschluss und dem dritten DC-Anschluss zu entkoppeln, falls z. B. das Solarmodul in abgedunkeltem Zustand bzw. nachts keine externe Spannung verträgt.The second and third DC connection can be bridged via internal or external switches in such a way that the power of the energy generation device can be fed directly into the supply network-coupled inverter. Furthermore, a switch is arranged between the DC / DC converter and the second DC connection and the third DC connection in order to decouple the DC / DC converter from the second DC connection and the third DC connection, if e.g. , B. the solar module in the dark state or at night no external voltage tolerates.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Eine Aufgabe der Erfindung ist daher es, ein gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem zu schaffen, welches auf einfache Weise an eine Energieerzeugungsanlage angekoppelt werden und effizient betrieben werden kann.An object of the invention is therefore to provide a DC coupled power management system which can be easily coupled to a power plant and efficiently operated.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, eine Energieerzeugungsanlage so zu gestalten, dass sie mit einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem effizient betrieben werden kann, einen DC/DC-Wandler für ein solches gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem bereitzustellen, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Energieerzeugungsanlage zu schaffen, welches einen möglichst effizienten Betrieb ermöglicht.Other objects of the invention are to design a power plant to be efficiently operated with a DC coupled power management system, to provide a DC / DC converter for such a DC coupled power management system, and to provide a method of operating such a power plant efficient operation possible.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.The objects are achieved by the features of the independent claims. Favorable embodiments and advantages of the invention will become apparent from the other claims, the description and the drawings.
Die Erfindung geht aus von einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem für eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere eine Photovoltaikanlage, umfassend eine Steuereinheit, eine Sensoreinheit zur Messung einer elektrischen Bilanz zwischen Verbrauchern der Energieerzeugungsanlage und einem Netzanschluss eines Energieversorgungsnetzes, sowie einen DC/DC-Wandler, der mit einem ersten Anschluss an eine elektrische Verbindungsleitung der Energieerzeugungsanlage zwischen einem Energiewandler und einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter sowie mit einem zweiten Anschluss an wenigstens eine Energiespeichereinheit angeschlossen ist.The invention is based on a DC-coupled energy management system for a power generation plant, in particular a photovoltaic system comprising a control unit, a sensor unit for measuring an electrical balance between consumers of the power generation plant and a grid connection of a power supply network, and a DC / DC converter having a first terminal is connected to an electrical connection line of the power generation plant between an energy converter and a supply network coupled inverter and with a second connection to at least one energy storage unit.
Die Steuereinheit steht mit der Sensoreinheit, der Energiespeichereinheit und dem DC/DC-Wandler in Kommunikationsverbindung. Der Energiewandler ist zur Bereitstellung einer variablen Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen vorgesehen. Der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter ist zur Speisung von ein oder mehreren Verbrauchern vorgesehen und mit dem Netzanschluss verbunden. Ferner ist der DC/DC-Wandler bidirektional ausgebildet, so dass elektrische Energie aus der elektrischen Verbindungsleitung entnehmbar und/oder elektrische Energie der elektrischen Verbindungsleitung zuführbar ist. Dabei ist das Entnehmen oder das Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler mittels der Steuereinheit steuerbar, wobei die Steuereinheit den DC/DC-Wandler nach der von der Sensoreinheit bestimmten elektrischen Bilanz steuert.The control unit is in communication with the sensor unit, the energy storage unit and the DC / DC converter. The energy converter is provided for providing a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions. The grid-connected inverter is designed to power one or more loads and connected to the grid connection. Further, the DC / DC converter is bidirectional, so that electrical energy can be removed from the electrical connection line and / or electrical energy can be supplied to the electrical connection line. In this case, the removal or the supply of electrical energy by the DC / DC converter by means of the control unit is controllable, wherein the control unit controls the DC / DC converter according to the electrical balance determined by the sensor unit.
Das Energieversorgungsnetz kann insbesondere ein öffentliches oder privates, insbesondere ein wirtschaftlich bilanziertes Energieversorgungsnetz sein. Im Betrieb, d. h. also bei Sonneneinstrahlung, erzeugt eine PV-Anlage mit PV-Modulen gemäß ihrer spezifischen und gegebenenfalls materialabhängigen Strom/Spannungskennlinie, eine Gleichspannung und einen dem jeweiligen Betriebszustand entsprechenden Gleichstrom, der mittels des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt wird. Der DC-Innenwiderstand des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters wird dabei durch die Steuerungslogik des Wechselrichters jeweils so eingestellt, dass in dem jeweils momentanen Betriebszustand der PV-Module eine maximale elektrische Leistung erzeugt werden kann. Diese Steuerungsstrategie wird als „Maximum Power Point Tracking” (MPPT) bezeichnet. Im Ergebnis führt das MPPT-Verfahren dazu, dass der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter grundsätzlich in der Lage ist, die momentane Istleistung der PV-Module durch Veränderung seines elektrischen Innenwiderstands bis auf eine Leistung von Null zu reduzieren. Der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter ist jedoch nicht in der Lage, mehr elektrische Leistung zu erzeugen, als die PV-Module in ihrem jeweiligen momentanen Betriebszustand bei maximaler Effizienz nach dem MPPT-Verfahren bereitstellen können. Die jeweilige momentane Maximalleistung der PV-Module hängt im Wesentlichen von der Strahlungsintensität, der Modultemperatur und dem Alterungszustand der Module ab. Werden die Module im MPP-Punkt betrieben, ist eine weitere Steigerung der elektrischen Leistung dieser Module nicht möglich. Bei einer üblichen versorgungsnetzgekoppelten PV-Anlage besteht daher zwar die Möglichkeit, die PV-Leistung bis auf Null zu reduzieren, jedoch nicht, mehr AC-Leistung bereitzustellen, als es gemäß der erwähnten Einflussgrößen physikalisch möglich ist.The energy supply network may in particular be a public or private, in particular an economically accounted, energy supply network. In operation, ie in the case of solar radiation, a PV system with PV modules generates according to their specific and if necessary material-dependent current / voltage characteristic, a DC voltage and a DC corresponding to the respective operating state, which is converted into AC by means of the supply-network-coupled inverter. In each case, the DC internal resistance of the supply-network-coupled inverter is set by the control logic of the inverter in such a way that a maximum electrical power can be generated in the respectively current operating state of the PV modules. This control strategy is referred to as Maximum Power Point Tracking (MPPT). As a result, the MPPT process results in the grid-coupled inverter being able to reduce the instantaneous actual power of the PV modules by changing its internal electrical resistance to zero power. The utility-coupled inverter, however, is unable to produce more electrical power than the PV modules can provide in their current operating condition at maximum efficiency by the MPPT process. The respective instantaneous maximum power of the PV modules depends essentially on the radiation intensity, the module temperature and the aging state of the modules. If the modules are operated at the MPP point, a further increase in the electrical power of these modules is not possible. Therefore, in a conventional grid-connected PV system, it is possible to reduce the PV power to zero, but not to provide more AC power than is physically possible according to the factors mentioned above.
Aufgrund dieses Zusammenhangs sind versorgungsnetzgekoppelte PV-Anlagen nicht in der Lage, 24 Stunden pro Tag bedarfsgerecht elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Daher wird vielfach versucht, durch den Einsatz von elektrischen Energiespeichern, insbesondere durch den Einsatz von Batterien, das Problem zu lösen.Due to this connection, grid-connected PV systems are not able to provide electrical energy as needed 24 hours a day. Therefore, it is often attempted to solve the problem by the use of electrical energy storage devices, in particular by the use of batteries.
Dabei besteht die Möglichkeit einer DC-Kopplung des Energiespeichers zwischen der PV-Einheit und dem AC-Ausgang des versorgungsnetzgekoppeltem Wechselrichters. Bei der DC-Kopplung wird in Stromflussrichtung vor dem AC-Ausgang des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters, entweder mittels eines bidirektionalen DC/DC-Wandlers oder zweier parallel geschalteter unidirektionaler DC/DC-Wandler, elektrische Leistung für das Laden bzw. Entladen der Batterie ab- bzw. zugeführt. Der Vorteil dieser Technologie ist ein günstiger höherer Wirkungsgrad im Vergleich zu einer bekannten AC-Kopplung des Energiespeichers. Der Nachteil ist jedoch, dass nach dem Stand der Technik das Laden bzw. Entladen der Batterie eine Kommunikation mit der zentralen Steuerungslogik des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters notwendig macht, da eine ungesteuerte Leistungszufuhr bzw. Leistungsentnahme auf der DC-Seite des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters zu Strom/Spannung-Konstellationen im DC-String zwischen PV-Einheit und versorgungsnetzgekoppeltem Wechselrichter führen kann, die nicht konform mit der im versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter implementierten Strom/Spannungssteuerung gemäß des MPPT-Steuerungsverfahrens sind. Ein ungesteuerter Eintrag von elektrischer Leistung vor dem AC-Ausgang des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters kann zur vollständigen Leistungs-Entkopplung der PV-Einheit führen. Wenn z. B. die Spannung in der elektrischen Verbindungsleitung während des Leistungseintrags aus der Batterie die Stillstandsspannung der PV-Module erreicht, dann wird die Leistung der PV-Module zu Null. Umgekehrt wird bei einem Leistungseintrag deutlich unterhalb des MPPT-Arbeitspunktes der PV-Module, das Leistungspotential der PV-Module nicht vollständig ausgeschöpft, da die Spannung der elektrischen Verbindungsleitung niedriger ist, als es dem MPP-Punkt entsprechen würde. Deshalb ist bei der DC-Kopplung gemäß des Standes der Technik eine Kommunikationsschnittstelle zur Steuerungselektronik des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters notwendig, damit durch den Einsatz einer Batterie die volle Leistungsfähigkeit der PV-Einheit unbeeinträchtigt bleibt.There is the possibility of a DC coupling of the energy storage between the PV unit and the AC output of the grid-connected inverter. In DC coupling, in the current flow direction before the AC output of the grid-connected inverter, either by means of a bidirectional DC / DC converter or two parallel-connected unidirectional DC / DC converter, electrical power for charging or discharging the battery off or supplied. The advantage of this technology is a favorable higher efficiency compared to a known AC coupling of the energy storage. The disadvantage, however, is that in the prior art, charging or discharging the battery necessitates communication with the central control logic of the utility grid coupled inverter because uncontrolled power draw on the DC side of the utility grid coupled inverter is reduced to current / voltage. May cause constellations in the DC string between the PV unit and the grid-connected inverter that are inconsistent with the power-voltage control implemented in the grid-connected inverter in accordance with the MPPT control method. An uncontrolled entry of electrical power in front of the AC output of the utility grid coupled inverter may result in complete de-energizing of the PV unit. If z. B. the voltage in the electrical connection line during the power input from the battery reaches the standstill voltage of the PV modules, then the power of the PV modules to zero. Conversely, with a power input well below the MPPT operating point of the PV modules, the power potential of the PV modules is not fully utilized because the voltage of the electrical connection line is lower than would correspond to the MPP point. Therefore, in the DC coupling according to the prior art, a communication interface to the control electronics of the grid-connected inverter is necessary so that the use of a battery, the full performance of the PV unit remains unaffected.
Dieser Zusammenhang führt dazu, dass die Integration einer Batterie auf der DC-Seite des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters ohne den Zugang zu der zentralen Steuereinheit des Wechselrichters nur unter erheblichen Einbußen der Leistungsfähigkeit der PV-Einheit bzw. des Gesamtwirkungsgrades des Energieerzeugungssystems möglich ist.This relationship means that the integration of a battery on the DC side of the grid-connected inverter without access to the central control unit of the inverter is only possible with significant losses of the performance of the PV unit or the overall efficiency of the power generation system.
Vorteilhaft erlaubt das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem einen Betrieb der Energieerzeugungsanlage auch bei reduzierter Leistung des Energiewandlers, so dass ein Betrieb der Energieerzeugungsanlage auch 24 Stunden pro Tag möglich ist und bei dem die Nachteile der dem Stand der Technik entsprechenden Gleichstromkopplung eines angeschlossenen Energiespeichers vermieden werden.Advantageously, the energy management system according to the invention allows operation of the power generation plant even at reduced power of the energy converter, so that operation of the power generation plant is also possible 24 hours a day and in which the disadvantages of the prior art DC coupling of a connected energy storage can be avoided.
Bei dem erfindungsgemäßen Energiemanagementsystem zur bedarfsgerechten Bereitstellung von elektrischer Energie aus überwiegend erneuerbaren Energiequellen ist an wenigstens eine elektrische Verbindungsleitung. eines Energiewandlers, beispielsweise einer Photovoltaik-Einheit (PV-Einheit), zu einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter, beispielsweise über einen T-förmigen Anschlusspunkt, ein bidirektionaler Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) angeschlossen. Die elektrische Verbindungsleitung wird in einer PV-Anlage auch als PV-String bezeichnet, da die PV-Module zu sogenannten Strings einer PV-Einheit parallel und/oder seriell verschaltet daran angeschlossen sind. Der T-förmige Anschlusspunkt kann zweckmäßigerweise auf der dem Energiewandler zugewandten Seite ein geeignetes unidirektionales Sperrelement aufweisen, das ein unerwünschtes Rückspeisen von der Energiespeichereinheit in den Energiewandler verhindert, insbesondere eine Diode oder eine entsprechende Schaltung, die ein solches Rückspeisen von der Energiespeichereinheit in den Energiewandler verhindert, und das zum Energiewandler hin in Sperrrichtung geschaltet ist.In the energy management system according to the invention for the demand-oriented provision of electrical energy from predominantly renewable energy sources is at least one electrical connection line. an energy converter, such as a photovoltaic unit (PV unit), connected to a power supply-coupled inverter, for example via a T-shaped connection point, a bidirectional DC-DC converter (DC / DC converter). The electrical connection line is installed in a PV Plant also referred to as a PV string, since the PV modules to so-called strings of a PV unit connected in parallel and / or series connected to it. The T-shaped connection point may expediently have a suitable unidirectional blocking element on the side facing the energy converter, which prevents unwanted feedback from the energy storage unit into the energy converter, in particular a diode or a corresponding circuit which prevents such recovery from the energy storage unit into the energy converter , and which is connected to the energy converter in the reverse direction.
Der DC/DC-Wandler weist maximal zwei leistungstragende Anschlüsse für jeweils einen Plus- und einen Minus-Pol auf. Ein leistungstragender elektrischer Anschluss ist mit der. elektrischen Verbindungsleitung verbunden und der zweite leistungstragende elektrische Anschluss ist mit einer Energiespeichereinheit, beispielsweise einem wiederaufladbaren Batteriesystem oder einer Kondensatoreinheit verbunden.The DC / DC converter has a maximum of two power-carrying terminals for one plus and one minus pole. A power-carrying electrical connection is with the. connected electrical connection line and the second power-carrying electrical connection is connected to an energy storage unit, such as a rechargeable battery system or a capacitor unit.
Der bidirektionale DC/DC-Wandler ist auf diese Weise in der Lage, im Energiewandler erzeugte elektrische Energie an die Energiespeichereinheit zu leiten und/oder elektrische Energie aus der wenigstens einen Energiespeichereinheit an den versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter zu leiten. Der DC/DC-Wandler ist dabei zur Spannungsanpassung zwischen der elektrischen Verbindungsleitung und der Energiespeichereinheit vorgesehen. Weiter sind der DC/DC-Wandler und die Energiespeichereinheit über eine Kommunikationsleitung mit der zentralen Steuereinheit des Energiemanagementsystems verbunden. Dabei besteht keine Kommunikationsleitung oder andersgeartete Kommunikationsstruktur zu dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter.In this way, the bidirectional DC / DC converter is able to conduct electrical energy generated in the energy converter to the energy storage unit and / or to conduct electrical energy from the at least one energy storage unit to the grid-coupled inverter. The DC / DC converter is provided for voltage adjustment between the electrical connection line and the energy storage unit. Furthermore, the DC / DC converter and the energy storage unit are connected via a communication line to the central control unit of the energy management system. There is no communication line or other type of communication structure to the grid-coupled inverter.
Die zentrale Steuereinheit ist mit einer geeigneten Sensoreinheit, beispielsweise einem Wechselstrom(AC)-Sensor in Kommunikationsverbindung verbunden. Der AC-Sensor ist dabei in Stromflussrichtung hinter dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter angeordnet, wobei zwischen dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter und dem AC-Sensor wenigstens ein, bevorzugt alle, Verbraucher des relevanten elektrischen Bilanzraumes angeordnet sind. Die Sensoreinheit erfasst mit einer vorgegebenen zeitlichen Auflösung in dem relevanten elektrischen Bilanzraum zwischen den Verbrauchern der Energieerzeugungsanlage und dem Netzanschluss wenigstens die relevanten AC-Netzdaten: Strom und/oder Spannung und/oder Frequenz in jeder Phase. Diese Daten werden über die Kommunikationsleitung zur zentralen Steuereinheit übermittelt. Die Auswertung dieser Daten in der zentralen Steuereinheit ergibt den momentanen elektrischen Energiefluss in der vorgegebenen zeitlichen Auflösung und damit die elektrische Nettobilanz der Energieerzeugungsanlage. Die Steuereinheit ist damit in der Lage, den DC/DC-Wandler nach der von der Sensoreinheit bestimmten elektrischen Bilanz zu steuern. Damit kann der Innenwiderstand des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters über die elektrische Bilanz, auf welche der DC/DC-Wandler geregelt wird, auf geeignete Weise so beeinflusst werden, als ob die gesamte Energie, die dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter eingangsseitig zugeführt wird, aus dem Energiewandler käme.The central control unit is connected to a suitable sensor unit, for example an alternating current (AC) sensor in communication connection. The AC sensor is arranged downstream of the supply-network-coupled inverter in the current flow direction, wherein between the supply network coupled inverter and the AC sensor at least one, preferably all, consumers of the relevant electrical balance space are arranged. The sensor unit detects at a predetermined time resolution in the relevant electrical balance space between the consumers of the power generation plant and the grid connection at least the relevant AC grid data: current and / or voltage and / or frequency in each phase. These data are transmitted via the communication line to the central control unit. The evaluation of these data in the central control unit gives the instantaneous electrical energy flow in the predetermined temporal resolution and thus the net electrical balance of the power generation plant. The control unit is thus able to control the DC / DC converter according to the electrical balance determined by the sensor unit. Thus, the internal resistance of the grid-connected inverter via the electrical balance, to which the DC / DC converter is controlled, can be suitably influenced as if the entire energy that is supplied to the supply network coupled inverter input side, would come from the energy converter.
Mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Energiemanagementsystem können die oben beschriebenen Nachteile eines AC-gekoppelten und eines DC-gekoppelten Energiespeichers vermieden werden, so dass damit eine Betrieb einer Energieerzeugungsanlage auch bei stark reduziertem Betrieb des Energiewandlers möglich ist und so Verbraucher damit trotzdem gespeist werden können.With the energy management system according to the invention described above, the disadvantages of an AC-coupled and a DC-coupled energy storage described above can be avoided, so that thus an operation of a power plant is possible even at greatly reduced operation of the energy converter and so consumers can still be fed with it.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der DC/DC-Wandler ausgebildet sein, bei der Einspeisung elektrischer Energie in die elektrische Verbindungsleitung eine Strom/Spannung-Charakteristik des Energiewandlers nachzubilden. Damit während des Betriebs des DC/DC-Wandlers das MPPT-Verfahren des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters, wie oben beschrieben, nicht ungünstig beeinflusst wird und der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter auch beispielsweise nachts, wenn ein PV-Modul keine Energie erzeugt, weiterläuft, arbeitet der DC/DC-Wandler günstigerweise in Bezug auf die Ziel-Leistungszufuhr bzw. Entnahme, nach dem Zusammenhang von transportiertem Strom als Funktion der Spannung gemäß einer Strom/Spannungscharakteristik des Energiewandlers, also beispielweise einer auf Silizium basierenden photovoltaischen Zelle oder auch anderen geeigneten Materialien mit photovoltaischem Effekt.According to an advantageous embodiment, the DC / DC converter can be designed to emulate a current / voltage characteristic of the energy converter when feeding electrical energy into the electrical connection line. Thus, during operation of the DC / DC converter, the MPPT method of the grid-connected inverter, as described above, is not adversely affected and the grid-coupled inverter continues, for example, at night when a PV module does not generate energy, the DC / DC operates Conveniently in terms of the target power supply or removal, according to the relationship of transported current as a function of voltage according to a current / voltage characteristics of the energy converter, so for example a silicon-based photovoltaic cell or other suitable materials with photovoltaic effect.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die elektrische Verbindungsleitung ein unidirektionales Sperrelement aufweisen, das ein unerwünschtes Rückspeisen von der Energiespeichereinheit in den Energiewandler verhindert, insbesondere eine Diode oder eine entsprechende Schaltung, die ein solches Rückspeisen verhindert, welches zwischen einem Ausgang des Energiewandlers und einem Anschlusspunkt des DC/DC-Wandlers in der elektrischen Verbindungsleitung angeordnet ist und in Sperrrichtung zum Energiewandler hin geschaltet ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die von dem DC/DC-Wandler eingespeiste elektrische Energie zu einer Fehlfunktion des Energiewandlers und/oder des Energiemanagementsystems führen kann, indem dadurch etwa die Ausgangsspannung des Energiewandlers erhöht wird. According to an advantageous embodiment, the electrical connection line may have a unidirectional blocking element, which prevents unwanted feedback from the energy storage unit in the energy converter, in particular a diode or a corresponding circuit that prevents such feedback, which between an output of the energy converter and a connection point of the DC / DC converter is arranged in the electrical connection line and is connected in the reverse direction to the energy converter. In this way, it is possible to prevent the electrical energy fed in by the DC / DC converter from leading to a malfunction of the energy converter and / or of the energy management system, for example, thereby increasing the output voltage of the energy converter.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Sensoreinheit wenigstens einen AC-Sensor umfassen, wobei die Sensoreinheit bevorzugt wenigstens Strom und/oder Spannung und/oder Frequenz der elektrischen Leistung an dem Netzanschluss mit einer zeitlichen Auflösung kleiner als 200 msec, bevorzugt kleiner als 100 msec erfasst.According to an advantageous embodiment, the sensor unit may comprise at least one AC sensor, the sensor unit preferably detecting at least current and / or voltage and / or frequency of the electrical power at the mains connection with a time resolution of less than 200 msec, preferably less than 100 msec.
Die angeschlossenen Verbraucher der Energieerzeugungsanlage arbeiten üblicherweise als wechselstrombetriebene Komponenten, da sie an eine herkömmliche Netzversorgung angeschlossen sind, auf welche die Energieerzeugungsanlage über den versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter aufgeschaltet ist. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn auch die AC-Leistung der Verbraucher mit geeigneter Zeitauflösung erfasst wird, um die elektrische Bilanz der Energieerzeugungsanlage darzustellen.The connected consumers of the power generation plant usually operate as AC powered components because they are connected to a conventional power supply to which the power generation plant is connected via the grid-connected inverter. Therefore, it is advantageous if the AC power of the consumer is detected with a suitable time resolution to represent the electrical balance of the power plant.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Energiespeichereinheit ein wiederaufladbares Batteriesystem und/oder eine Kondensatoreinheit und/oder einen Schwungradspeicher aufweisen. Dabei sind Speichersysteme denkbar, welche es erlauben, elektrische Energie aufzunehmen und in geeigneter Form, möglicherweise auch als mechanische oder chemische Energie, zu speichern sowie die gespeicherte Energie direkt als elektrische Energie abzugeben oder die gespeicherte Energieform wieder in elektrische Energie umzuwandeln und abzugeben.According to an advantageous embodiment, the energy storage unit may have a rechargeable battery system and / or a capacitor unit and / or a flywheel storage. Storage systems are conceivable which allow electrical energy to be absorbed and stored in suitable form, possibly also as mechanical or chemical energy, and to release the stored energy directly as electrical energy or to convert the stored energy form back into electrical energy and release it.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der DC/DC-Wandler über den zweiten Anschluss mit einer oder mehreren Energieerzeugungseinheiten, insbesondere einer Energieerzeugungseinheit aus einem Brennstoffzellensystem, einer AC-Blockheizkraftanlage, einer DC-Blockheizkraftanlage, einem Motorgenerator oder dergleichen verbunden sein. Das Energiemanagementsystem kann zwischen dem DC/DC-Wandler und der Energiespeichereinheit auf einem DC-Bus einen weiteren T-förmigen Anschlusspunkt als elektrische Verbindung zu weiteren elektrischen Energieerzeugungseinheiten aufweisen. Diese Energieerzeugungseinheiten können beispielsweise Windkraftanlagen, Brennstoffzellen, Biogasanlagen, Mikro-Blockheizkraftanlagen oder auch konventionelle fossil betriebene motorische Generatoren sein. Diese Energieerzeugungseinheiten werden vorteilhaft unidirektional, d. h. mit Leistungsfluss zum DC-Bus hin betrieben. Sämtliche dieser Energieerzeugungseinheiten sind mit der zentralen Steuerungseinheit des Energiemanagementsystems verbunden.According to an advantageous embodiment, the DC / DC converter via the second terminal with one or more power generation units, in particular a power generation unit of a fuel cell system, an AC block heating, a DC block heating, a motor generator or the like may be connected. The energy management system may have between the DC / DC converter and the energy storage unit on a DC bus another T-shaped connection point as an electrical connection to further electric power generation units. These power generation units may be, for example, wind turbines, fuel cells, biogas plants, micro-block heating or conventional fossil-powered motor generators. These power generation units are advantageously unidirectional, i. H. operated with power flow to the DC bus out. All of these power generation units are connected to the central control unit of the energy management system.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die eine oder mehreren Energieerzeugungseinheiten als Konstantspannungsquellen betreibbar sein. Der Betrieb der an dem DC-Bus der Energiespeichereinheit angeschlossenen AC/DC- bzw. DC/DC-Wandler der Energieerzeugungseinheiten erfolgt im Hinblick auf die Ausgangsspannung zum DC-Bus der Energiespeichereinheit als Quasi-Konstantspannungsquelle.According to an advantageous embodiment, the one or more power generation units may be operable as constant voltage sources. The operation of the AC / DC or DC / DC converter of the power generation units connected to the DC bus of the energy storage unit takes place with respect to the output voltage to the DC bus of the energy storage unit as a quasi-constant voltage source.
Auf diese Weise ist das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem günstig über den durch die Steuereinheit gesteuerten DC/DC-Wandler zu betreiben.In this way, the energy management system according to the invention is cheap to operate via the controlled by the control unit DC / DC converter.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Energiespeichereinheit und/oder der DC/DC-Wandler und/oder der Wechselrichter für den Betrieb der einen oder mehreren Energieerzeugungseinheiten über die Steuereinheit ansteuerbar sein. Die Energieerzeugungseinheiten sind nicht mit der Steuerungseinheit des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters verbunden und erhalten von dort also auch keine Informationen und senden ebenfalls keine Signale dorthin. Die Steuereinheit steuert dabei den vorteilhaften Einsatz der verschiedenen Energieerzeugungseinheiten gemäß dem aktuellen Betrieb von Energiewandler und Verbrauchern nach der von der Sensoreinheit bestimmten aktuellen elektrischen Bilanz.According to an advantageous embodiment, the energy storage unit and / or the DC / DC converter and / or the inverter for the operation of the one or more power generation units can be controlled via the control unit. The power generation units are not connected to the control unit of the grid-connected inverter and receive from there so also no information and also send no signals there. The control unit controls the advantageous use of the various power generation units according to the current operation of energy converters and consumers according to the current electrical balance determined by the sensor unit.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Energieerzeugungsanlage vorgeschlagen, insbesondere eine Photovoltaikanlage, mit einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem, umfassend einen Energiewandler, insbesondere eine Photovoltaikeinheit, welcher zur Bereitstellung einer variablen Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen vorgesehen ist, sowie einen versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter, welcher zur Speisung von ein oder mehreren Verbrauchern vorgesehen ist und mit einem Netzanschluss eines Energieversorgungsnetzes verbunden ist. Weiter umfasst die Energieerzeugungsanlage eine Steuereinheit, eine Sensoreinheit zur Messung einer elektrischen Bilanz zwischen Verbrauchern und dem Netzanschluss, sowie einen DC/DC-Wandler, der mit einem ersten Anschluss an eine elektrische Verbindungsleitung zwischen dem Energiewandler und dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter sowie mit einem zweiten Anschluss an wenigstens eine Energiespeichereinheit angeschlossen ist. Die Steuereinheit ist zur Kommunikationsverbindung mit der Sensoreinheit, der Energiespeichereinheit und dem DC/DC-Wandler ausgebildet. Der DC/DC-Wandler ist bidirektional ausgebildet, so dass elektrische Energie aus der elektrischen Verbindungsleitung entnehmbar und/oder elektrische Energie der elektrischen Verbindungsleitung zuführbar ist. Dabei ist das Entnehmen oder Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler mittels der Steuereinheit steuerbar, wobei die Steuereinheit den DC/DC-Wandler nach der von der Sensoreinheit bestimmten elektrischen Bilanz steuert.According to a further aspect of the invention, a power generation plant is proposed, in particular a photovoltaic system, with a DC-coupled energy management system, comprising an energy converter, in particular a photovoltaic unit, which is provided for providing a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions, and a power supply coupled inverter , which is provided for feeding one or more consumers and is connected to a grid connection of a power supply network. Furthermore, the power generation plant comprises a control unit, a sensor unit for measuring an electrical balance between consumers and the grid connection, and a DC / DC converter connected to a first connection to an electrical connection line between the energy converter and the grid-coupled inverter and to a second terminal at least one energy storage unit is connected. The control unit is designed for communication with the sensor unit, the energy storage unit and the DC / DC converter. The DC / DC converter is bidirectional, so that electrical energy can be removed from the electrical connection line and / or electrical energy can be supplied to the electrical connection line. In this case, the removal or supply of electrical energy can be controlled by the DC / DC converter by means of the control unit, wherein the control unit controls the DC / DC converter according to the electrical balance determined by the sensor unit.
Die elektrische Verbindungsleitung kann ein unidirektionales Sperrelement, das ein unerwünschtes Rückspeisen von der Energiespeichereinheit in den Energiewandler verhindert, insbesondere eine Diode oder eine entsprechende Schaltung, die ein solches Rückspeisen von der Energiespeichereinheit in den Energiewandler verhindert, aufweisen, welches zwischen einem Ausgang des Energiewandlers und einem Anschlusspunkt des DC/DC-Wandlers in der elektrischen Verbindungsleitung angeordnet ist und in Sperrrichtung zum Energiewandler hin geschaltet ist. The electrical connection line may comprise a unidirectional blocking element which prevents unwanted feeding back of the energy storage unit into the energy converter, in particular a diode or a corresponding circuit which prevents such return from the energy storage unit in the energy converter, which between an output of the energy converter and a Connection point of the DC / DC converter is arranged in the electrical connection line and is connected in the reverse direction to the energy converter.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein DC/DC-Wandler für ein gleichstromgekoppeltes Energiemanagementsystem vorgeschlagen, mit einem ersten Anschluss, der an eine elektrische Verbindungsleitung einer Energieerzeugungsanlage zwischen einem Energiewandler und einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter sowie mit einem zweiten Anschluss, der an wenigstens eine Energiespeichereinheit angeschlossen ist, wobei ein Entnehmen von elektrischer Energie aus der elektrischen Verbindungsleitung oder ein Zuführen von elektrischer Energie zu der elektrischen Verbindungsleitung mittels einer Steuereinheit steuerbar ist. Die Steuereinheit steuert dabei den DC/DC-Wandler nach der von einer Sensoreinheit zwischen Verbrauchern der Energieerzeugungsanlage und einem Netzanschluss bestimmten elektrischen Bilanz. Dabei werden zur Erfassung der elektrischen Bilanz vorteilhaft wenigstens ein Verbraucher der Energieerzeugungsanlage, bevorzugt alle Verbraucher der Energieerzeugungsanlage berücksichtigt.According to a further aspect of the invention, a DC / DC converter for a DC-coupled power management system is proposed, having a first terminal connected to an electrical connection line of a power plant between an energy converter and a grid-coupled inverter and a second terminal connected to at least one energy storage unit is, wherein a removal of electrical energy from the electrical connection line or a supply of electrical energy to the electrical connection line is controllable by means of a control unit. In this case, the control unit controls the DC / DC converter according to the electrical balance determined by a sensor unit between consumers of the power generation system and a mains connection. In this case, at least one load of the power generation plant, preferably all consumers of the power generation plant, are advantageously taken into account for detecting the electrical balance.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Energieerzeugungsanlage mit einem gleichstromgekoppelten Energiemanagementsystem vorgeschlagen, umfassend das Erfassen der elektrischen Bilanz zwischen Verbrauchern der Energieerzeugungsanlage und einem Netzanschluss eines Energieversorgungsnetzes mittels einer Sensoreinheit, das Steuern eines DC/DC-Wandlers, der an wenigstens eine Energiespeichereinheit angeschlossen ist, mittels einer Steuereinheit nach der von der Sensoreinheit bestimmten elektrischen Bilanz, sowie das Entnehmen oder Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler an einer elektrischen Verbindungsleitung zwischen einem Energiewandler und einem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter der Energieerzeugungsanlage.According to a further aspect of the invention, a method for operating a power generation plant with a DC coupled energy management system is proposed, comprising detecting the electrical balance between consumers of the power generation plant and a grid connection of a power supply network by means of a sensor unit, controlling a DC / DC converter, the at least an energy storage unit is connected by means of a control unit according to the electrical balance determined by the sensor unit, and the removal or supply of electrical energy by the DC / DC converter to an electrical connection line between an energy converter and a power supply system coupled to the grid.
Der Betrieb des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems erfolgt wie im Folgenden beschrieben. Die Sensoreinheit, bevorzugt als AC-Sensor ausgebildet, erfasst mit einer zeitlichen Auflösung von insbesondere kleiner als 200 msec, bevorzugt kleiner als 100 msec in dem relevanten elektrischen Bilanzraum zwischen den Verbrauchern der Energieerzeugungsanlage und dem Netzanschluss wenigstens die relevanten AC-Netzdaten: Strom, Spannung, Frequenz in jeder Phase. Diese Daten werden über die Kommunikationsleitung zur zentralen Steuereinheit übermittelt. Die Auswertung dieser Daten in der zentralen Steuereinheit ergibt den momentanen elektrischen Energiefluss in der vorgegebenen zeitlichen Auflösung.The operation of the energy management system according to the invention takes place as described below. The sensor unit, preferably designed as an AC sensor, detects with a temporal resolution of in particular less than 200 msec, preferably less than 100 msec in the relevant electrical balance space between the consumers of the power generation plant and the grid connection at least the relevant AC grid data: current, voltage , Frequency in each phase. These data are transmitted via the communication line to the central control unit. The evaluation of this data in the central control unit gives the instantaneous electrical energy flow in the predetermined temporal resolution.
Die zentrale Steuereinheit wertet neben diesen Daten zusätzlich sämtliche weiteren Zustandsgrößen der an dem DC-Bus der Energiespeichereinheit angeschlossenen weiteren Energiespeicher und Energieerzeugungseinheiten aus und entscheidet dann, welche Operation der DC/DC-Wandler im folgenden Regelintervall durchführen soll. Die Entscheidung der zentralen Steuereinheit beruht dabei auf der Berücksichtigung der Zustandsgrößen der angeschlossenen Komponenten, unter Berücksichtigung der spezifischen momentanen Leistungsfähigkeit der angeschlossenen Komponenten und unter Berücksichtigung der spezifischen Kosten der elektrischen Energie, die die verschiedenen angeschlossenen Komponenten verursachen. Ziel ist dabei, die Gesamtkosten der bedarfsgerechten Bereitstellung von elektrischer Energie aus dem Energiewandler, insbesondere der erneuerbaren Energiequelle, zu minimieren und dadurch die Gesamtwirtschaftlichkeit der Energieerzeugungsanlage zu optimieren.In addition to these data, the central control unit additionally evaluates all further state variables of the further energy storage units and energy generation units connected to the DC bus of the energy storage unit and then decides which operation of the DC / DC converter is to be carried out in the following control interval. The decision of the central control unit is based on the consideration of the state variables of the connected components, taking into account the specific instantaneous performance of the connected components and taking into account the specific costs of the electrical energy caused by the various connected components. The aim is to minimize the total costs of the demand-oriented provision of electrical energy from the energy converter, in particular the renewable energy source, and thereby to optimize the overall economy of the power generation plant.
Durch die über die mittels der Sensoreinheit erfasste elektrische Bilanz erfolgende Steuerung des DC/DC-Wandlers über die Steuereinheit kann der Innenwiderstand des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters auf geeignete Weise so beeinflusst werden, als ob die gesamte Energie, die dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter eingangsseitig zugeführt wird, aus dem Energiewandler käme.By controlling the DC / DC converter via the control unit via the electrical balance, which is detected by means of the sensor unit, the internal resistance of the supply-network-coupled inverter can be suitably influenced as if all the energy supplied to the supply network-coupled inverter on the input side is removed from the power supply Energy converter would come.
Der bidirektional ausgebildete DC/DC-Wandler führt dann die notwendige Operation aus, wobei es zwei Betriebszustände des DC/DC-Wandlers gibt. Diese sind: elektrische Energie aus der elektrische Verbindungsleitung zu entnehmen, elektrische Energie der elektrischen Verbindungsleitung zuzuführen.The bidirectionally formed DC / DC converter then carries out the necessary operation, wherein there are two operating states of the DC / DC converter. These are: to draw electrical energy from the electrical connection line, to supply electrical energy to the electrical connection line.
Damit während des Betriebs des DC/DC-Wandlers das MPPT-Verfahren des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters, wie oben beschrieben, nicht ungünstig beeinflusst wird und der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter auch beispielsweise nachts, wenn ein PV-Modul keine Energie erzeugt, weiterläuft, arbeitet der DC/DC-Wandler in Bezug auf die Ziel-Leistungszufuhr bzw. Entnahme, nach dem Zusammenhang von transportiertem Strom als Funktion der Spannung gemäß einer Strom/Spannungscharakteristik des Energiewandlers, also beispielweise einer Silizium-basierenden photovoltaischen Zelle. Durch diese Steuerungsstrategie des DC/DC-Wandler wird die MPPT-Steuerungslogik des versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichters in keiner Weise negativ beeinflusst, so dass der versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter keinen Unterschied zwischen der „wahren” elektrischen Leistung des Energiewandlers und der durch das Energiemanagementsystem bereitgestellten resultierenden elektrischen Leistung registriert. Dadurch kann für den Einsatz des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems jeder beliebige versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichter zur AC-Einspeisung jeder beliebigen Art von erneuerbaren elektrischen Energie verwendet werden. Die Erfindung ist daher für die weitere Integration von erneuerbaren elektrischen Energieerzeugungseinheiten besonders geeignet, weil keine speziellen Geräte für die DC/AC-Wandlung notwendig sind und die AC-Einspeisung damit auf einer Gerätetechnik beruht, die über viele Jahrzehnte bereits erfolgreich betrieben wurde.Thus, during operation of the DC / DC converter, the MPPT method of the grid-connected inverter, as described above, is not adversely affected and the grid-coupled inverter continues, for example, at night when a PV module does not generate energy, the DC / DC operates With respect to the target power supply or removal, according to the relationship of transported current as a function of voltage according to a current / voltage characteristic of the energy converter, so for example a silicon-based photovoltaic cell. Through this The control strategy of the DC / DC converter in no way adversely affects the MPPT control logic of the grid-connected inverter, so that the grid-connected inverter does not detect a difference between the "true" electrical power of the energy converter and the resulting electrical power provided by the energy management system. As a result, any supply network-coupled inverter can be used for the AC supply of any type of renewable electrical energy for the use of the energy management system according to the invention. The invention is therefore particularly suitable for the further integration of renewable electric power generation units, because no special devices for the DC / AC conversion are necessary and the AC feed is thus based on a device technology that has already been operated successfully over many decades.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Betrieb des DC/DC-Wandlers parallel zum Betrieb des Energiewandlers erfolgen. Dabei können insbesondere beide Betriebszustände des DC/DC-Wandlers, nämlich das Entnehmen von elektrischer Energie aus der elektrischen Verbindungsleitung, sowie das Zuführen von elektrischer Energie in die elektrische Verbindungsleitung, parallel zum Betrieb des Energiewandlers ausgeführt werden, so dass die von dem versorgungsnetzgekoppelten Wechselrichter gewandelte Energie zu einem Teil aus der von dem Energiewandler gelieferten Energie und zum Teil aus der von der Energiespeichereinheit gelieferten Energie bestehen kann.According to an advantageous embodiment, the operation of the DC / DC converter can take place in parallel with the operation of the energy converter. In this case, in particular both operating states of the DC / DC converter, namely the removal of electrical energy from the electrical connection line, as well as the supply of electrical energy in the electrical connection line, be carried out in parallel to the operation of the energy converter, so that the converted from the supply network inverter Energy may consist partly of the energy supplied by the energy converter and partly of the energy supplied by the energy storage unit.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Energiemanagementsystem wenigstens einen der Betriebszustände (i) Erzeugen elektrischer Energie durch den Energiewandler und Zuführen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler an die elektrische Verbindungsleitung, (ii) Erzeugen elektrischer Energie durch den Energiewandler und Entnehmen elektrischer Energie durch den DC/DC-Wandler aus der elektrischen Verbindungsleitung, oder (iii) Zuführen elektrischer Energie an die elektrische Verbindungsleitung durch den DC/DC-Wandler, ausführen. Diese Betriebszustände des Energiemanagementsystems resultieren insbesondere im Hinblick auf den gemeinsamen Betrieb von Energiewandler und DC/DC-Wandler und dabei insbesondere auf die beiden Betriebszustände des DC/DC-Wandlers zum Entnehmen von elektrischer Energie aus der elektrische Verbindungsleitung, sowie dem Zuführen von elektrischer Energie in die elektrische Verbindungsleitung. Der dritte Betriebszustand des Energiemanagementsystems (iii) Zuführen elektrischer Energie an die elektrische Verbindungsleitung durch den DC/DC-Wandler stellt insbesondere den Nachtbetrieb der Energieerzeugungsanlage dar.According to an advantageous embodiment, the energy management system can at least one of the operating states (i) generating electrical energy by the energy converter and supplying electrical energy through the DC / DC converter to the electrical connection line, (ii) generating electrical energy by the energy converter and removing electrical energy perform the DC / DC converter from the electrical connection line, or (iii) supplying electrical energy to the electrical connection line through the DC / DC converter. These operating states of the energy management system result in particular with regard to the joint operation of energy converters and DC / DC converters, and in particular to the two operating states of the DC / DC converter for removing electrical energy from the electrical connection line, as well as the supply of electrical energy in the electrical connection line. The third operating state of the energy management system (iii) supplying electrical energy to the electrical connection line through the DC / DC converter in particular represents the night mode of the power generation plant.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Steuereinheit den DC/DC-Wandler mit dem Ziel einer von der Sensoreinheit bestimmten elektrischen Nettobilanz von Null steuern. Ein solcher Betrieb ist vorteilhaft, weil so die von den Verbrauchern genutzte Energie vollständig aus dem Betrieb der Energieerzeugungsanlage entnommen wird und keinerlei Energie aus dem Energieversorgungsnetz, beispielsweise einem öffentlichen oder privaten, insbesondere wirtschaftlich bilanzierten Netz, entnommen werden muss. Dadurch ist der Betrieb der Verbraucher bezogen auf die Energieerzeugungseinheit autark. Auf der anderen Seite wird auch keine Energie an das Energieversorgungsnetz abgegeben, was unter bestimmten Randbedingungen, die von entsprechenden Energieversorgungsverträgen abhängen können, günstig sein kann. Alternativ ist auch denkbar, statt der Zielgröße einer elektrischen Nettobilanz von Null eine andere Zielgröße zu wählen.According to an advantageous embodiment, the control unit can control the DC / DC converter with the goal of a zero net electrical balance determined by the sensor unit. Such an operation is advantageous because the energy used by the consumers is completely removed from the operation of the power generation plant and no energy from the power grid, such as a public or private, especially economically balanced network must be removed. As a result, the operation of the consumer with respect to the power generation unit is self-sufficient. On the other hand, no energy is supplied to the power grid, which can be favorable under certain conditions, which may depend on corresponding energy supply contracts. Alternatively, it is also conceivable to choose a different target variable instead of the target quantity of a net electrical balance of zero.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung kann die Steuereinheit den DC/DC-Wandler auch mit dem Ziel eines maximalen Leistungsertrags der Energieerzeugungsanlage auf der Basis der zur Verfügung stehenden Gleichspannungsleistung am Eingang des versorgungsnetzgekoppelte Wechselrichters steuern.According to another advantageous embodiment, the control unit can also control the DC / DC converter with the aim of maximum power output of the power generation plant on the basis of the available DC power at the input of the supply-network-coupled inverter.
Eine solche Betriebsweise des Energiemanagementsystems kann vorteilhaft sein, wenn aus der Energieerzeugungsanlage die zu dem Zeitpunkt unter den gegebenen Randbedingungen, beispielsweise aktuelles Wetter, Zustand der Anlage, aktuelle Stromkosten, maximal lieferbare Leistung entnommen werden, soll. Damit kann möglicherweise ein kostenoptimaler Betrieb der Energieerzeugungsanlage realisiert werden.Such an operation of the energy management system may be advantageous if from the power generation plant at the time under the given boundary conditions, such as current weather, condition of the system, current electricity costs, maximum deliverable power to be taken should. Thus, possibly a cost-optimal operation of the power generation plant can be realized.
Zeichnungdrawing
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Es zeigt beispielhaft:It shows by way of example:
Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention
Die Figur zeigt lediglich ein Beispiel und ist nicht beschränkend zu verstehen.The figure shows only an example and is not intended to be limiting.
Die einzige
Die Energieerzeugungsanlage
Das gleichstromgekoppelte Energiemanagementsystem
Die Energiespeichereinheit
Die elektrische Verbindungsleitung
Der DC/DC-Wandler
Der DC/DC-Wandler
Weiter ist der DC/DC-Wandler
Das Verfahren zum Betrieb der Energieerzeugungsanlage
Das Energiemanagementsystem
Die Steuereinheit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- EnergiemanagementsystemEnergy Management System
- 1212
- Energiewandlerenergy converters
- 1414
- Wechselrichterinverter
- 1616
- Verbindungsleitungconnecting line
- 1818
- Ausgangoutput
- 2020
- Netzanschlussmains connection
- 2222
- DC/DC-WandlerDC / DC converter
- 2424
- erster Anschlussfirst connection
- 2626
- zweiter Anschlusssecond connection
- 2828
- Eingangentrance
- 3030
- Steuereinheitcontrol unit
- 3232
- Sensoreinheitsensor unit
- 3434
- Kommunikationsleitungcommunication line
- 3636
- Kommunikationsleitungcommunication line
- 3838
- Kommunikationsleitungcommunication line
- 4040
- EnergiespeichereinheitEnergy storage unit
- 4141
- BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
- 4242
- AC-WärmekraftanlageAC thermal power plant
- 4343
- DC-WärmekraftanlageDC-thermal power plant
- 4444
- Motorgeneratormotor generator
- 5252
- unidirektionales Sperrelementunidirectional blocking element
- 5454
- Anschlusspunktconnection point
- 5656
- Leitungmanagement
- 5858
- Anschlusspunktconnection point
- 6060
- Leitungmanagement
- 6262
- Ausgangoutput
- 7070
- DC/DC-WandlerDC / DC converter
- 7272
- Wechselrichterinverter
- 8080
- Verbraucherconsumer
- 8181
- erster Verbraucherfirst consumer
- 8282
- zweiter Verbrauchersecond consumer
- 8383
- dritter Verbraucherthird consumer
- 100100
- EnergieerzeugungsanlagePower generation plant
- 200200
- EnergieversorgungsnetzPower grid
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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