ITRM20120493A1 - POWER SUPPLY MANAGEMENT SYSTEM AND ITS RELATED POWER SUPPLY METHOD. - Google Patents
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Description
Apparato di gestione dell'alimentazione relativo metodo di gestione dell'alimentazione Power management apparatus related power management method
La presente invenzione riguarda un sistema capace di gestire una pluralità di sorgenti elettriche e generare, con esse in un apparato inverter, linea elettrica i cui elementi sorgenti energetici che la compongono sono predefinibili e gestite in automatico. The present invention relates to a system capable of managing a plurality of electric sources and generating, with them in an inverter apparatus, an electric line whose energy source elements that compose it can be predefined and managed automatically.
In particolare, l'invenzione riguarda un sistema di gestione selettivo-prelattivo e compensativo di una pluralità di sorgenti elettriche, generante in circuito inverter, da multicomponente, singola linea di corrente elettrica. In particular, the invention relates to a selective-pre-active and compensatory management system of a plurality of electric sources, generating in an inverter circuit, from a multicomponent, single electric current line.
Più dettagliatamente, l'invenzione concerne un apparato multi-sorgente, studiato e realizzato in particolare per gestire la potenza proveniente da più sorgenti elettriche, siano esse tradizionali o alternative-rinnovabili, con un sistema selettivoprelattivo e compensativo di energia che, in automatico, compone e genera linea elettrica in uscita sfruttando al massimo l'energia delle sorgenti alternative-rinnovabili, compensando, l'eventuale componente energetica mancante, con le sorgenti tradizionali. More in detail, the invention relates to a multi-source apparatus, designed and built in particular to manage the power coming from several electrical sources, whether traditional or alternative-renewable, with a selective, protective and compensating energy system which automatically composes and generates an outgoing electricity line by making the most of the energy from alternative-renewable sources, compensating for any missing energy component with traditional sources.
Com'è ben noto, l'inverter è un apparecchio in grado di convertire una corrente continua in una corrente alternata che, nella sua configurazione di base, viene impiegato nell'ambito dei sistemi "soccorritori di energia elettrica". Questi intervengono nel caso di mancata erogazione di corrente dalla rete elettrica principale di alimentazione in corrente alternata, generando, con l'ausilio di batterie, una corrente equivalente (per forma d'onda, frequenza ed ampiezza) a quella interrotta, assicurando così la continuità di funzionamento delle utenze elettriche ad esso collegate. As is well known, the inverter is an apparatus capable of converting a direct current into an alternating current which, in its basic configuration, is used in the context of "electrical energy rescuers" systems. These intervene in the event of a power failure from the main AC power supply network, generating, with the help of batteries, an equivalent current (in terms of waveform, frequency and amplitude) to the interrupted one, thus ensuring continuity of operation of the electrical consumers connected to it.
Per spiegare il funzionamento di un soccorritore elettrico (detto, secondo la funzione che offre, anche gruppo di continuità o, appunto, inverter), è possibile considerare due condizioni principali di funzionamento: To explain the operation of an electric rescuer (called, according to the function it offers, also an uninterruptible power supply or, indeed, an inverter), it is possible to consider two main operating conditions:
(a) una condizione normale di funzionamento, che prevede la presenza di corrente elettrica dalla rete di alimentazione; (a) a normal operating condition, which foresees the presence of electric current from the supply network;
(b) una seconda condizione di funzionamento, che prevede l'assenza di corrente elettrica dalla rete di alimentazione, definita di blackout. (b) a second operating condition, which provides for the absence of electric current from the power supply network, defined as a blackout.
Un circuito soccorritore di energia elettrica presenta in genere: morsetti collegati alla rete di alimentazione; morsetti collegati alle utenze elettriche (ovvero ai carichi che devono essere alimentati); morsetti collegati a delle batterie (solitamente a bassa tensione [12-24Vcc]); e un inverteritore, che è un circuito elettronico, interno al gruppo di continuità, capace di trasformare la sorgente elettrica continua, a bassa tensione fornita dal gruppo batterie, in una tensione alternata, solitamente di forma molto simile a quella sinusoidale presente normalmente sulla rete elettrica di distribuzione, con caratteristiche equivalenti, che in Italia, ad esempio, sono per una utenza domestica le seguenti: linea monofase forma sinusoidale con frequenza di 50 Hz e d.d.p. pari a 220-240 Vca. An electric power backup circuit generally has: terminals connected to the power supply network; terminals connected to electrical users (i.e. to the loads that must be powered); terminals connected to batteries (usually low voltage [12-24Vdc]); and an inverter, which is an electronic circuit, inside the UPS, capable of transforming the continuous low voltage source supplied by the battery pack into an alternating voltage, usually with a very similar shape to the sinusoidal one normally present on the electrical network distribution, with equivalent characteristics, which in Italy, for example, are the following for domestic users: sinusoidal single-phase line with frequency of 50 Hz and d.d.p. equal to 220-240 Vac.
All'interno del gruppo di continuità sono previsti altri circuiti, o stadi, che lo compongono, quali sono: caricabatterie, (atto, durante la suddetta condizione di funzionamento normale definita al punto (a) suindicato, a mantenere efficiente il livello energetico delle batterie); un commutatore elettronico (durante la transizione da condizione normale a condizione di blackout della rete di distribuzione, e in modo praticamente istantaneo, commuta l'uscita utenze dalla linea di rete al circuito inverter); un circuito di sincronismo, atto a garantire la perfetta sovrapposizione e medesima forma d'onda della corrente elettrica di rete rispetto a quella prodotta dall'inverter, ad ogni commutazione delle utenze elettriche dalla rete di alimentazione all'inverter e viceversa. Inside the UPS there are other circuits, or stages, which compose it, such as: battery charger, (act, during the aforementioned normal operating condition defined in point (a) above, to keep the energy level of the batteries efficient ); an electronic switch (during the transition from a normal condition to a blackout condition of the distribution network, and practically instantaneously, it switches the user output from the network line to the inverter circuit); a synchronism circuit, designed to ensure the perfect overlap and same waveform of the mains electricity with respect to that produced by the inverter, at each switching of the electrical utilities from the mains to the inverter and vice versa.
Pertanto, nel caso della prima condizione di funzionamento indicata sopra con (a), definita "normale", si ha che le utenze elettriche o carichi sono alimentate (attraverso il commutatore elettronico interno al gruppo di continuità) esclusivamente dalla rete, la quale, a sua volta alimenta anche il circuito caricabatterie in modo da mantenere efficienti il livello energetico delle batterie. Therefore, in the case of the first operating condition indicated above with (a), defined as "normal", the electrical users or loads are powered (through the electronic switch inside the UPS) exclusively from the mains, which, at in turn it also powers the battery charger circuit in order to keep the energy level of the batteries efficient.
Nella condizione indicata sopra con (b) di blackout si ha invece che il circuito inverter, alimentato dalle batterie, genera corrente elettrica analoga a quella di rete, garantendo il continuo funzionamento delle utenze o dei carichi ad esso collegati, fino al raggiungimento del livello minimo di carica delle batterie o finché l'erogazione della corrente di rete non viene ripristinata, facendo ritornare le condizioni normali (a) di funzionamento. In the condition indicated above with (b) of blackout, on the other hand, the inverter circuit, powered by the batteries, generates electric current similar to that of the grid, guaranteeing the continuous operation of the utilities or loads connected to it, until the minimum level is reached. battery charge or until mains power supply is restored, returning normal operating conditions (a).
Oltre che soccorritore, 1'inverter è quindi anche un "convertitore di corrente", capace cioè di produrre corrente elettrica alternata da una fonte di corrente elettrica continua. Ciò ne ha reso maggiore utilizzo nell'impiego di impianti fotovoltaici, dove la corrente continua, generata da un pannello solare viene trasformata in corrente alternata che può essere sia utilizzata per alimentare normali utenze elettriche, che essere "immessa" nel circuito di distribuzione pubblica della rete elettrica, rendendone possibile lo "scambio in consumi" o la "vendita" con l'ente pubblico erogatore di energia elettrica. Tra l'altro, gli incentivi statali degli ultimi anni hanno particolarmente stimolato la diffusione proprio di questo tipo di impianto, sebbene legato a diversi vincoli tecnici e legali che lo rendono alquanto oneroso, tra cui i seguenti: In addition to being a rescuer, the inverter is therefore also a "current converter", ie capable of producing alternating electric current from a direct electric current source. This has made it more used in the use of photovoltaic systems, where the direct current, generated by a solar panel is transformed into alternating current which can be used both to power normal electrical users, and be "fed" into the public distribution circuit of the electricity network, making it possible to "exchange consumption" or "sale" with the public body supplying electricity. Among other things, state incentives in recent years have particularly stimulated the diffusion of this type of plant, although linked to various technical and legal constraints that make it somewhat onerous, including the following:
- l'impianto non può produrre energia elettrica, anche se ne avesse la capacità (e.g. presenza di luce solare ed impianto efficiente) in caso di black-out della rete elettrica alla quale è allacciato (ciò è necessario a mantenere in sicurezza la rete di distribuzione, ad esempio, in caso di manutenzione o guasto della stessa); - the system cannot produce electricity, even if it has the capacity (e.g. presence of sunlight and efficient system) in the event of a black-out of the electricity grid to which it is connected (this is necessary to keep the distribution, for example, in case of maintenance or failure of the same);
per un ragionevole ammortamento dell'investimento, considerando la diversità di costi, imposta per i chilowattora utilizzati dalla rete rispetto a quelli prodotti ed immessi dall'impianto fotovoltaico, la grandezza dell'impianto dovrà essere tale da garantire energia il più equivalente possibile a quella consumata; for a reasonable amortization of the investment, considering the difference in costs, imposed for the kilowatt hours used by the grid compared to those produced and introduced by the photovoltaic system, the size of the system must be such as to guarantee energy as equivalent as possible to that consumed ;
- la rete pubblica obbliga l'utente a mantenere efficiente e a non variare l'assetto dell'impianto per almeno 12 anni. - the public network obliges the user to keep efficient and not to change the structure of the system for at least 12 years.
C'è inoltre da considerare che non tutti gli utenti dispongono di spazio sufficiente (e.g. terrazzi, tetti, terreni) o capacità economiche di investimento per installare un appropriato impianto fotovoltaico. It must also be considered that not all users have sufficient space (e.g. terraces, roofs, land) or economic investment capacity to install an appropriate photovoltaic system.
Alla luce di quanto sopra, è, pertanto, scopo della presente invenzione quello di proporre una apparecchiatura che possa produrre energia elettrica prelevandola, in modo prelattivo da più sorgenti predefinite (e.g. rinnovabili) o accumulatori di energia (e.g. batterie), per soddisfare le esigenze d'utenza elettrica, e solo successivamente, qualora fosse questa insufficiente a sostenerne il carico, possa prelevare dalla rete di alimentazione la componente energetica mancante. In the light of the above, it is, therefore, the purpose of the present invention to propose an equipment that can produce electricity by drawing it, in a preliminary way from several predefined sources (e.g. renewables) or energy accumulators (e.g. batteries), to meet the needs of electrical users, and only subsequently, if this is insufficient to support the load, can it take the missing energy component from the power supply network.
Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un apparato di gestione dell'alimentazione di almeno un carico, comprendente uno stadio di rete collegato a una o più sorgenti di alimentazione principale, atto a rettificare la corrente alternata proveniente da una di dette sorgenti di alimentazione principale, così da ottenere una prima corrente continua di alimentazione, uno stadio ausiliario, atto a miscelare l'energia di una o più sorgenti di alimentazione ausiliarie, come un impianto fotovoltaico, un impianto eolico e simili, ad esso collegate, così da ottenere una seconda corrente continua di alimentazione, uno stadio di controllo, comprendente una unità di selezione, aventi collegati all'ingresso detto stadio di rete e detto stadio ausiliario, atto a selezionare, dietro opportuno comando, detta prima o detta seconda corrente di alimentazione, detto stadio di controllo comprendendo ulteriormente una unità di controllo e gestione di detta unità di selezione, e uno stadio di uscita, collegato a uno o più carichi o utenze da alimentare, comprendente un circuito inverter, atto a trasformare detta prima o detta seconda corrente di alimentazione selezionata da detta unità di selezione in corrente alternata, per alimentare detto carico, e un dispositivo di misura dei parametri elettrici dell'alimentazione in uscita da detto inverter, collegato a detta unità di controllo e gestione, in modo che detta unità di controllo e gestione selezioni detta prima o detta seconda corrente di alimentazione mediante detta unità di selezione, secondo la misura di detti parametri elettrici di detto carico rilevati da detto dispositivo di misura dei parametri elettrici dell'alimentazione in uscita da detto inverter. Therefore, the specific object of the present invention is an apparatus for managing the power supply of at least one load, comprising a network stage connected to one or more main power sources, adapted to rectify the alternating current coming from one of said main power sources, so as to obtain a first direct power supply current, an auxiliary stage, suitable for mixing the energy of one or more auxiliary power sources, such as a photovoltaic system, a wind power plant and the like, connected to it, so as to obtain a second current continuous power supply, a control stage, comprising a selection unit, having said network stage and said auxiliary stage connected to the input, adapted to select, upon suitable command, said first or said second supply current, said control stage further comprising a control and management unit of said selection unit, and a stage output, connected to one or more loads or users to be powered, comprising an inverter circuit, capable of transforming said first or said second supply current selected by said selection unit into alternating current, to supply said load, and a measuring device of the electrical parameters of the output power supply from said inverter, connected to said control and management unit, so that said control and management unit selects said first or said second supply current by means of said selection unit, according to the measurement of said electrical parameters of said load detected by said device for measuring the electrical parameters of the output power supply from said inverter.
Sempre secondo l'invenzione, detto stadio di rete può comprendere un dispositivo di misura dei parametri elettrici di rete, collegato a detta unità di controllo e gestione, atto a rilevare i parametri della sorgente di alimentazione principale selezionata da detta unità di selezione, ed un rettificatore, atto a trasformare detta corrente alternata di detta sorgente di alimentazione principale selezionata da detto selettore di rete in detta prima corrente continua di alimentazione, detto rettificatore essendo collegato, inoltre, a detta unità di selezione. Always according to the invention, said network stage can comprise a device for measuring the electrical network parameters, connected to said control and management unit, able to detect the parameters of the main power source selected by said selection unit, and a rectifier, adapted to transform said alternating current of said main power source selected by said network selector into said first direct power supply current, said rectifier being also connected to said selection unit.
Ancora secondo l'invenzione, detto stadio di uscita può comprendere un limitatore di corrente, collegato a detto inverter, ed un filtro antidisturbo, collegato a detto limitatore di corrente ed a detto dispositivo di misura dei parametri elettrici dell'alimentazione in uscita da detto inverter. Still according to the invention, said output stage can comprise a current limiter, connected to said inverter, and an anti-interference filter, connected to said current limiter and to said device for measuring the electrical parameters of the power supply at the output of said inverter. .
Vantaggiosamente secondo l'invenzione, detto stadio ausiliario può comprendere un livellatore di tensione per ciascuna di dette una o più sorgenti di alimentazione ausiliarie, un miscelatore, atto a sovrappone le correnti in uscita da detti livellatori di tensione di ciascuna sorgente di energia ausiliaria, e una unità di regolazione e accumulatore, collegata a detto miscelatore e a detta a detta unità di selezione, detta unità di regolazione e accumulatore essendo provvista di batterie o accumulatori, per l'erogazione di detta seconda corrente continua di alimentazione, detta unità di regolazione e accumulatore essendo in grado di regolare le fasi di carica e scarica delle batterie e/o degli accumulatori. Advantageously according to the invention, said auxiliary stage can comprise a voltage leveler for each of said one or more auxiliary power sources, a mixer, adapted to superimpose the output currents from said voltage levelers of each source of auxiliary energy, and a regulation and accumulator unit, connected to said mixer and to said selection unit, said regulation and accumulator unit being provided with batteries or accumulators, for the delivery of said second continuous supply current, said regulation and accumulator unit being able to regulate the charging and discharging phases of the batteries and / or accumulators.
Preferibilmente secondo l'invenzione, detto rettificatore può essere collegato a detta unità di regolazione e accumulatore, così da caricare dette batterie o accumulatori. Preferably according to the invention, said rectifier can be connected to said regulating and accumulator unit, so as to charge said batteries or accumulators.
Ulteriormente secondo l'invenzione, detto stadio ausiliario può comprendere un dispositivo di misura dei parametri elettrici di uscita di detto miscelatore. Furthermore, according to the invention, said auxiliary stage can comprise a device for measuring the electrical output parameters of said mixer.
Sempre secondo l'invenzione, detto stadio ausiliario può comprendere un dispositivo di misura dei parametri elettrici di dette batterie o accumulatori di detta unità di regolazione e accumulatore, detta unità di controllo e gestione selezionando detta prima o detta seconda corrente di alimentazione mediante detta unità di selezione ulteriormente in base al livello di carica di dette batterie o accumulatori. Always according to the invention, said auxiliary stage can comprise a device for measuring the electrical parameters of said batteries or accumulators of said regulating and accumulator unit, said control and management unit selecting said first or said second supply current by means of said control unit further selection based on the charge level of said batteries or accumulators.
Ancora secondo l'invenzione, detto stadio di uscita può comprendere un convertitore corrente continua - corrente continua, atto a trasformare la corrente elettrica continua, ricevuta da detta unità di regolazione e accumulatore, in corrente continua con livelli di tensione predefinibili. Still according to the invention, said output stage can comprise a direct current - direct current converter, adapted to transform the direct electric current received by said regulating and accumulator unit into direct current with predefined voltage levels.
Vantaggiosamente secondo l'invenzione, detto stadio di rete può comprendere un dispositivo di rilevamento di sincronismo collegato a detta unità di controllo e gestione, e detto stadio di uscita può comprendere una unità di unità di sincronismo, collegata a detta unità di selezione e a detta unità di controllo e gestione, detta unità di controllo e gestione essendo collegata a detto inverter ed essendo atta a pilotarlo in modo che la corrente alternata in uscita da detto inverter sia sincronizzata con la fase di detta almeno una sorgente di alimentazione principale. Advantageously according to the invention, said network stage can comprise a synchronism detection device connected to said control and management unit, and said output stage can comprise a synchronism unit unit, connected to said selection unit and to said unit. control and management unit, said control and management unit being connected to said inverter and being able to drive it so that the alternating current output from said inverter is synchronized with the phase of said at least one main power source.
Forma anche oggetto specifico della presente invenzione un metodo di gestione dell'alimentazione comprendente le seguenti fasi: (a) prevedere una o più sorgenti di alimentazione principali in corrente alternata; (b) rettificare la corrente di una di dette sorgenti di alimentazione principali, così da ottenere una prima corrente continua di alimentazione; (c) prevedere una o più sorgenti di alimentazione ausiliarie; (d) sovrappone le correnti generate da dette una o più sorgenti di alimentazione ausiliarie, così da ottenere una seconda corrente continua di alimentazione; (e) prevedere un carico da alimentare; (f) misurare i parametri elettrici per l'alimentazione di detto carico; e (g) selezionare detta prima o detta seconda corrente di alimentazione, in base alla misura rilevata di detti parametri elettrici di detto carico rilevato in detta fase (f). The specific object of the present invention also forms a power management method comprising the following steps: (a) providing one or more main AC power sources; (b) rectifying the current of one of said main power sources, so as to obtain a first direct power supply current; (c) provide one or more auxiliary power sources; (d) superimposes the currents generated by said one or more auxiliary power sources, so as to obtain a second direct power supply current; (e) provide for a load to be fed; (f) measuring the electrical parameters for powering said load; and (g) selecting said first or said second supply current, on the basis of the detected measurement of said electrical parameters of said load detected in said step (f).
Sempre secondo l'invenzione detto metodo può comprendere la seguente fase ulteriore: (h) trasformare detta prima o detta seconda corrente di alimentazione selezionate in detta fase (g) da corrente continua in corrente alternata. Still according to the invention, said method can comprise the following further step: (h) transforming said first or said second selected supply current in said phase (g) from direct current into alternating current.
Ancora secondo l'invenzione detto metodo può comprendere detto metodo può comprendere la seguente fase ulteriore: (i) sincronizzare la corrente alternata ottenuta in detta fase (h) con la fase di una di dette sorgenti di alimentazione principale di detta fase (a). Still according to the invention, said method may comprise said method may comprise the following further step: (i) synchronizing the alternating current obtained in said step (h) with the phase of one of said main power sources of said step (a).
La presente invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, secondo le sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alla figura del disegno allegato, in cui è mostrato uno schema dell'apparato di gestione dell'alimentazione multi-sorgente secondo la presente invenzione. The present invention will now be described for illustrative but not limitative purposes, according to its preferred embodiments, with particular reference to the figure of the attached drawing, in which a diagram of the multi-source power supply management apparatus according to the present invention is shown. invention.
Facendo riferimento alla figura, è mostrato un apparato di gestione dell'alimentazione 1 secondo la presente invenzione. Referring to the figure, a power management apparatus 1 according to the present invention is shown.
L'apparato di gestione dell'alimentazione 1 comprende uno stadio di controllo 2, uno stadio di rete 3, uno stadio ausiliario 4 ed uno stadio di uscita 5. The power management apparatus 1 comprises a control stage 2, a network stage 3, an auxiliary stage 4 and an output stage 5.
Lo stadio di controllo 2 comprende una unità di controllo e gestione 21 dotata di un microprocessore programmabile (non visibile in figura), in grado di effettuare diverse funzioni, che saranno meglio descritte nel seguito, e una unità di selezione 22, collegato detta unità di controllo e gestione 21, la cui funzione sarà meglio descritta nel seguito. The control stage 2 comprises a control and management unit 21 equipped with a programmable microprocessor (not visible in the figure), capable of performing various functions, which will be better described below, and a selection unit 22, connected to said control unit control and management 21, the function of which will be better described below.
Detto stadio di controllo 2 comprende anche mezzi di interfaccia, come un display 23' e una interfaccia di ingresso I/O 23", per permettere la programmazione delle diverse funzionalità dell'unità di controllo e gestione 21. Said control stage 2 also comprises interface means, such as a display 23 'and an I / O input interface 23 ", to allow programming of the various functions of the control and management unit 21.
Lo stadio di rete 3 è collegato ad una o più sorgenti di alimentazione principali, che nel caso in esame sono la rete elettrica ordinaria SOI, la rete preferenziale S02 e un eventuale gruppo elettrogeno S03, mediante, rispettivamente le linee di collegamento 31', 31" e 31''', su ciascuna delle quali è previsto un fusibile di protezione 32', 32" e 32'''. Dette linee di collegamento 31', 31" e 31''' sono collegate ad un selettore di rete 33, atto a selezionare la rete elettrica ordinaria SOI, la rete preferenziale S02 o l'eventuale gruppo elettrogeno S03. The grid stage 3 is connected to one or more main power sources, which in the case in question are the ordinary electricity grid SOI, the preferential grid S02 and a possible generator set S03, by means of, respectively, the connection lines 31 ', 31 "and 31 '' ', on each of which there is a protection fuse 32', 32" and 32 '' '. Said connection lines 31 ', 31 "and 31' '' are connected to a network selector 33, adapted to select the ordinary electrical network SOI, the preferential network S02 or the possible generator S03.
Il selettore di rete 33 è collegato ad un filtro di rete 34, al quale sono collegati, a loro volta, ad un limitatore di sovraccarico 35, una unità rilevamento di sincronismo 36, collegato, a sua volta, a detta unità di controllo e gestione 21 ed un dispositivo di misura dei parametri di rete 37, quali, in particolare, tensione, corrente, potenza e frequenza, collegato anch'esso a detta unità di controllo e gestione 21. The mains selector 33 is connected to a mains filter 34, to which are connected, in turn, to an overload limiter 35, a synchronism detection unit 36, connected, in turn, to said control and management unit. 21 and a device for measuring the network parameters 37, such as, in particular, voltage, current, power and frequency, also connected to said control and management unit 21.
Il circuito di circuito di rilevamento di sincronismo 36 e l'apparato di misura dei parametri di rete 37 sono rispettivamente atti a rilevare e fornire a detta unità di controllo e gestione 21 la fase della sorgente di alimentazione principali Si, S2 o S3 selezionata mediante detto selettore di rete 33, e le caratteristiche elettriche dell'alimentazione. The synchronism detection circuit 36 and the network parameter measuring apparatus 37 are respectively adapted to detect and supply to said control and management unit 21 the phase of the main power source Si, S2 or S3 selected by said network selector 33, and the electrical characteristics of the power supply.
Il limitatore di sovraccarico 35 è collegato ad un rettificatore 38, per la trasformazione della tensione alternata Vca in tensione continua Vcc, così da ottenere una prima corrente continua di alimentazione li. Detto rettificatore 38 è collegato, infine, a detta unità di selezione 22. The overload limiter 35 is connected to a rectifier 38, for the transformation of the alternating voltage Vca into direct voltage Vcc, so as to obtain a first direct supply current li. Finally, said rectifier 38 is connected to said selection unit 22.
Lo stadio ausiliario 4, mediante i collegamenti 41' e 41" e rispettivi fusibili 42' e 42" è collegato a una o più sorgenti di alimentazione alternative. Nel caso in esame dette sorgenti di alimentazione ausiliarie sono due e sono un impianto fotovoltaico SAI ed un impianto eolico SA2. The auxiliary stage 4, by means of the connections 41 'and 41 "and respective fuses 42' and 42", is connected to one or more alternative power sources. In the case in question, said auxiliary power sources are two and they are a photovoltaic plant SAI and a wind power plant SA2.
Ciascuna sorgente ausiliaria SAI e SA2, mediante detti collegamenti 41' e 41", è collegata a un rispettivo livellatore di tensione 43' e 43", per livellare e stabilizzare la tensione proveniente dalla sorgente di alimentazione ausiliaria SAI o SA2. Ciascun livellatore di tensione 43' e 43" è collegato sia a un rispettivo dispositivo di misura dei parametri elettrici 44' e 44", quali tensione, corrente e potenza; sia ad un miscelatore 45, atto a sovrappone le correnti generate dai rispettivi livellatori di tensione 43' e 43" di ciascuna sorgente di energia ausiliaria SAI o SA2. Each auxiliary source SAI and SA2, by means of said connections 41 'and 41 ", is connected to a respective voltage leveler 43' and 43", to smooth and stabilize the voltage coming from the auxiliary power source SAI or SA2. Each voltage leveler 43 'and 43 "is connected both to a respective device for measuring the electrical parameters 44' and 44", such as voltage, current and power; and to a mixer 45, adapted to superimpose the currents generated by the respective voltage levelers 43 'and 43 "of each source of auxiliary energy SAI or SA2.
Lo stadio ausiliario 4 comprende anche un ulteriore dispositivo di misura dei parametri elettrici 46, collegato a detto circuito miscelatore 45 e a detta unità di controllo e gestione 21, per fornire a quest'ultima la misura della potenza che le sorgenti ausiliarie SOI ed S02 sono in grado di erogare. The auxiliary stage 4 also comprises a further device for measuring the electrical parameters 46, connected to said mixer circuit 45 and to said control and management unit 21, to provide the latter with the measurement of the power that the auxiliary sources SOI and S02 are in. able to deliver.
Detto miscelatore 45 è anche collegato ad una unità di regolazione e accumulatore 47, provvista di batterie o accumulatori (non mostrate in figura), in grado di regolare le fasi di carica e scarica delle batterie e/o degli accumulatori ed a sua volta collegato ad una unità di protezione 48, atta ad evitare sovraccarichi di alimentazione alle batterie o agli accumulatori di detta unità di regolazione e accumulatore 47. Detta unità di protezione 48 viene prelevata una seconda corrente continua di alimentazione I2ed è collegato a detta unità di selezione 22. Inoltre, detta unità di regolazione e accumulatore 47 è collegata a detto rettificatore 38 di detto stadio di rete 3. In tal modo, le batterie o gli accumulatori potrebbero essere caricati dalla corrente rettificata continua in uscita da detto rettificatore 38 di detto stadio di rete 3, anche nel caso in cui le sorgenti di energia ausiliaria SAI o SA2 non fossero in grado di caricarle. Said mixer 45 is also connected to a regulating and accumulator unit 47, equipped with batteries or accumulators (not shown in the figure), capable of regulating the charging and discharging phases of the batteries and / or accumulators and in turn connected to a protection unit 48, suitable for avoiding power supply overloads to the batteries or accumulators of said regulating and accumulator unit 47. Said protection unit 48 a second direct supply current I2 is drawn and is connected to said selection unit 22. Moreover , said regulating and accumulator unit 47 is connected to said rectifier 38 of said network stage 3. In this way, the batteries or accumulators could be charged by the rectified continuous current output from said rectifier 38 of said network stage 3, even if the auxiliary power sources SAI or SA2 are unable to charge them.
Lo stadio ausiliario 4 comprende anche un altro dispositivo di misura dei parametri elettrici 49 (tensione, corrente e potenza) collegato a detto circuito di regolazione e accumulatore 47 e a detta unità di controllo e gestione 21, che permette di comunicare a quest'ultimo lo stato di carica e quindi le capacità di alimentazione, di dette batterie o degli accumulatori. The auxiliary stage 4 also comprises another device for measuring the electrical parameters 49 (voltage, current and power) connected to said regulating and accumulator circuit 47 and to said control and management unit 21, which allows to communicate to the latter the status of charge and therefore the power supply capacities of said batteries or accumulators.
L'apparato di gestione dell'alimentazione 1 comprende anche uno stadio di uscita 5, comprendente una unità di sincronismo 51, collegata a detta unità di selezione 22, a detto circuito di controllo e gestione 21 e ad un circuito inverter 52 di detto apparato di gestione dell'alimentazione 1. Detta unità di sincronismo 51 è atto a pilotare un inverter 52, in modo da ottenere, sui morsetti di uscita 55, che possono essere prese elettriche e simili, per utenze a 220 Vca, cui detto inverter 52 è collegato per mezzo di un limitatore di corrente 53 ed un filtro antidisturbo 54, una corrente con forma d'onda sinusoidale identica e in fase a quella fornita dalla rete alimentazione ordinaria a 50 o 60 Hz. Infatti, l'inverter 52 trasforma la corrente elettrica continua, ricevuta dal circuito selettivo 22 e dall'unità di sincronismo 51, in corrente alternata avente la medesima fase di quella proveniente da rete elettrica ordinaria SOI, S02 o S03 selezionata da detto selettore di rete 33. The power management apparatus 1 also comprises an output stage 5, comprising a synchronism unit 51, connected to said selection unit 22, to said control and management circuit 21 and to an inverter circuit 52 of said control apparatus power management 1. Said synchronism unit 51 is able to drive an inverter 52, so as to obtain, on the output terminals 55, which can be electrical sockets and the like, for 220 Vac users, to which said inverter 52 is connected by means of a current limiter 53 and an anti-interference filter 54, a current with a sinusoidal waveform identical and in phase to that supplied by the ordinary power supply at 50 or 60 Hz. In fact, the inverter 52 transforms the direct electric current , received by the selective circuit 22 and by the synchronism unit 51, in alternating current having the same phase as that coming from the ordinary electrical network SOI, S02 or S03 selected by said network selector 33.
Detto stadio di uscita 5 comprende un dispositivo di misura dei parametri elettrici 56' dell'alimentazione in uscita da detto filtro antidisturbo 54, che sono poi comunicati a detta unità di controllo e gestione 21. Detto stadio di uscita 5 comprende anche un convertitore 57 corrente continua -corrente continua (Vcc - Vcc), atto a trasformare la corrente elettrica continua, ricevuta dall'unità di regolazione e accumulatore 47 e dall'unità di protezione 48, in corrente continua con livelli di tensione predefinibili per usi domestici, che nella presente forma di realizzazione sono stabiliti in 5 e 12 Vcc. Detto convertitore 57 è collegato a un limitatore di corrente continua 58, al quale sono collegati i morsetti di uscita 59. Said output stage 5 comprises a device for measuring the electrical parameters 56 'of the output power supply from said anti-interference filter 54, which are then communicated to said control and management unit 21. Said output stage 5 also comprises a current converter 57 direct current - direct current (Vcc - Vcc), suitable for transforming the direct electric current received by the regulation and accumulator unit 47 and by the protection unit 48, into direct current with predefined voltage levels for domestic uses, which in the present embodiment are set in 5 and 12 Vdc. Said converter 57 is connected to a direct current limiter 58, to which the output terminals 59 are connected.
Infine, è previsto un ulteriore dispositivo di misura dei parametri elettrici 56" dell'alimentazione in uscita da detto limitatore di corrente continua 58, che sono poi comunicati, anche in questo caso, a detto circuito di controllo e gestione 21. Finally, a further device is provided for measuring the electrical parameters 56 "of the output power supply from said direct current limiter 58, which are then communicated, also in this case, to said control and management circuit 21.
Il funzionamento dell'apparato di gestione dell'alimentazione 1 sopra descritto si svolge nel modo seguente. The operation of the power management apparatus 1 described above takes place as follows.
Partendo dalla configurazione in cui il selettore di rete 33 ha selezionato una delle sorgenti di alimentazione principali, SOI, S02 o S03 e le sorgenti di alimentazione ausiliarie SAI ed SA2 sono in grado di generare potenza, l'unità di controllo e gestione 21, grazie al dispositivo di misura dei parametri di rete 37 è in grado di rilevare la potenza generata dalla sorgente di alimentazione ausiliaria selezionata e per mezzo di detto dispositivi di misura dei parametri elettrici 44', 44" e 49 è in grado di rilevare sia la potenza erogata da ciascuna di dette sorgenti di alimentazione ausiliarie SAI ed SA2, sia lo stato di carica delle batterie o degli accumulatori di detta unità do regolazione e accumulatore 47. Nello stesso tempo, detta unità di controllo e gestione 21 rileva per mezzo di detto dispositivo di misura dei parametri elettrici 56' dell'alimentazione in uscita da detto filtro antidisturbo 54, la potenza richiesta dal carico collegato a detti morsetti di uscita 55. Starting from the configuration in which the mains selector 33 has selected one of the main power sources, SOI, S02 or S03 and the auxiliary power sources SAI and SA2 are able to generate power, the control and management unit 21, thanks the network parameter measuring device 37 is able to detect the power generated by the selected auxiliary power source and by means of said electrical parameter measuring devices 44 ', 44 "and 49 it is able to detect both the delivered power from each of said auxiliary power sources SA1 and SA2, both the state of charge of the batteries or accumulators of said regulating and accumulator unit 47. At the same time, said control and management unit 21 detects by means of said measuring device of the electrical parameters 56 'of the output power supply from said anti-interference filter 54, the power required by the load connected to said output terminals 55.
In tal modo, detta unità di controllo e gestione 21 pilota detta unità di selezione 22, che seleziona una sorgente di alimentazione (in corrente continua) tra detto stadio di rete 3 e detto stadio ausiliario 4, i.e. seleziona una tra dette prima li e seconda I2corrente continua di alimentazione. Supponendo che selezioni lo stadio ausiliario 4, la corrente continua proveniente da dette batterie di detta unità di regolazione e accumulatore 47(tenute in carica da detto miscelatore 45), i.e. la seconda corrente di alimentazione I2, viene trasformata in una corrente alternata con una fase identica a quella della sorgente di alimentazione principale SOI, S02 o S03 selezionata da detto inverter 52, opportunamente pilotato da detta unità di controllo e gestione 21. Il dispositivo di misura dei parametri elettrici 56 ' collegato all'alimentazione in uscita da detto filtro antidisturbo 54, crea un circuito di feedback a detta unità di controllo e gestione 21, così da confrontare sostanzialmente in tempo reale la fase dell'alimentazione in uscita sui morsetti 55 con quella del segnale della sorgente di alimentazione principale SOI, S02 o S03 selezionata e rilevare la potenza richiesta dal carico. Infatti, nel caso in cui il carico collegato ai morsetti 55 variasse, anche temporaneamente, oppure le batterie di detta unità di regolazione e accumulatore 47 avessero raggiunto un livello di carica insufficiente ad alimentare detto carico, l'unità di controllo e gestione 21 potrebbe selezionare, sempre mediante detta unità di selezione 22, l'alimentazione (sempre in corrente continua) di detto stadio di rete 3, i.e. detta prima corrente continua di alimentazione li. Nello stesso tempo, le batterie o gli accumulatori sarebbero soggetti a ricarica sia mediante dette sorgenti di alimentazione ausiliarie SAI e SA2, sia mediante detto stadio di rete 3, poiché detta unità di regolazione e accumulatore 47 è, come detto, collegata a detto rettificatore 38. In this way, said control and management unit 21 drives said selection unit 22, which selects a power source (in direct current) between said network stage 3 and said auxiliary stage 4, i.e. selects one of said first and second I2 continuous supply current. Assuming that the auxiliary stage 4 is selected, the direct current coming from said batteries of said regulating and accumulator unit 47 (held in charge by said mixer 45), i.e. the second power supply current I2 is transformed into an alternating current with a phase identical to that of the main power source SOI, S02 or S03 selected by said inverter 52, suitably piloted by said control and management unit 21. The measuring device of the electrical parameters 56 'connected to the output power supply from said anti-interference filter 54, creates a feedback circuit to said control and management unit 21, so as to substantially compare in real time the phase of the output power supply on terminals 55 with that signal of the selected main power source SOI, S02 or S03 and detect the power required by the load. In fact, in the event that the load connected to terminals 55 changes, even temporarily, or the batteries of said adjustment and accumulator unit 47 have reached an insufficient charge level to power said load, the control and management unit 21 could select , again by means of said selection unit 22, the power supply (always in direct current) of said network stage 3, i.e. said first direct current of supply li. At the same time, the batteries or accumulators would be subject to recharging both by means of said auxiliary power sources SA1 and SA2, and by means of said network stage 3, since said regulating and accumulator unit 47 is, as said, connected to said rectifier 38 .
Il circuito selettivo 22 prevede generalmente dei dispositivi a stato solido che hanno tempi di transizione anche molto veloci. Pertanto, nel caso in cui l'unità di regolazione e accumulatore 47 fosse dotata di accumulatori, in particolare di condensatori, l'unità di controllo e gestione 21 sarebbe in grado di pilotare detto circuito selettivo 22, in modo da selezionare l'alimentazione proveniente da detto stadio ausiliario 4, per una porzione di onda alternata di alimentazione in corrente continua, scaricando l'energia potenziale accumulata in detti condensatori, e l'alimentazione proveniente da detto stadio di rete 3, per la restante porzione d'onda. The selective circuit 22 generally provides solid state devices which also have very fast transition times. Therefore, if the regulating and accumulator unit 47 were equipped with accumulators, in particular with capacitors, the control and management unit 21 would be able to drive said selective circuit 22, so as to select the power supply from from said auxiliary stage 4, for a DC power supply alternating wave portion, discharging the potential energy accumulated in said capacitors, and the power supply coming from said network stage 3, for the remaining wave portion.
In genere, le capacità di detti condensatori e le relative costanti di tempo di carica e scarica sono progettate in modo che l'alimentazione fornita da detto stadio ausiliario 4 sia atta a realizzare una o più semionde del periodo di corrente alternata, per evitare problemi di sincronismo. Generally, the capacitances of said capacitors and the related charging and discharging time constants are designed so that the power supply supplied by said auxiliary stage 4 is suitable for realizing one or more half-waves of the period of alternating current, to avoid problems of synchronism.
L'apparato di gestione dell'alimentazione 1 è in grado di alimentare in ogni momento carichi in corrente continua mediante detto convertitore 57, come modem ADSL, monitor/TV a LCD, telefoni cellulari, lettori multimediali, centraline antifurto, etc., i.e. utenze che funzionano a basse tensioni (e.g. tra 5 Vcc e 12 Vcc). The power management apparatus 1 is capable of supplying direct current loads at any time by means of said converter 57, such as ADSL modem, LCD monitor / TV, mobile phones, multimedia players, burglar alarm units, etc., i.e. utilities operating at low voltages (e.g. between 5 Vcc and 12 Vcc).
In una preferita forma di realizzazione, detto apparato di gestione dell'alimentazione 1 è provvisto di ulteriori accessori quali una interfaccia di rete, che ne permette il controllo anche in remoto, via WEB. In a preferred embodiment, said power management apparatus 1 is provided with further accessories such as a network interface, which allows it to be controlled even remotely, via WEB.
Un vantaggio della presente invenzione è che l'impianto può produrre energia elettrica anche in caso di black-out della rete, i.e. nel caso in cui nessuna delle sorgenti di alimentazione principale, SOI, S02 o S03 fosse in grado di funzionare An advantage of the present invention is that the plant can produce electricity even in the event of a network blackout, i.e. in case none of the main power sources, SOI, S02 or S03 is able to work
In questo caso l'apparato di gestione dell'alimentazione 1 si comporta come un normale gruppo di continuità, con la funzione aggiuntiva di attingere prevalentemente energia da detto stadio ausiliario 4, i.e. da dette sorgenti di alimentazione ausiliarie, come l'impianto fotovoltaico SAI e/o l'impianto eolico SA2, o dall'energia accumulata nelle batterie di detto circuito di regolazione e accumulatore 47. In this case the power management apparatus 1 behaves like a normal UPS, with the additional function of drawing mainly energy from said auxiliary stage 4, i.e. from said auxiliary power sources, such as the photovoltaic system SAI and / or the wind system SA2, or from the energy accumulated in the batteries of said regulation and accumulator circuit 47.
Inoltre, non sussiste alcun vincolo d'investimento, perché l'apparato di gestione dell'alimentazione 1, avendo al suo interno un sistema automatico di livellamento ed accumulo di energia, può essere allacciato a più fonti energetiche ausiliarie, di diversa natura e caratteristica elettrica di potenza. Ciò implica che l'utente può avere un impianto ausiliario, per esempio fotovoltaico, anche di modesta potenza, piuttosto che di un costoso e ingombrante impianto, con la differenza che nel primo caso, a parità di carico, troverà meno vantaggio perché costretto ad attingere più energia di compensazione dalla rete elettrica ordinaria. Furthermore, there is no investment constraint, because the power management apparatus 1, having an automatic leveling and energy storage system inside, can be connected to several auxiliary energy sources, of different nature and electrical characteristics. of power. This implies that the user can have an auxiliary system, for example photovoltaic, even of modest power, rather than an expensive and bulky system, with the difference that in the first case, with the same load, he will find less advantage because he is forced to draw on more offset energy from the ordinary electricity grid.
Tra l'altro, la gestione automatica e dinamica delle funzioni dell'apparato di gestione dell'alimentazione 1 secondo l'invenzione lo rende flessibile, in quanto, ad esempio, in assenza di energia da detti sorgenti di alimentazione principali, detto apparato di gestione dell'alimentazione 1 si comporta come un normale gruppo di continuità, assicurando con la carica accumulata dalle batterie, energia elettrica all'utenza in caso di blackout. Among other things, the automatic and dynamic management of the functions of the power management apparatus 1 according to the invention makes it flexible, since, for example, in the absence of energy from said main power sources, said management apparatus power supply 1 behaves like a normal UPS, ensuring with the charge accumulated by the batteries, electricity to the user in the event of a blackout.
La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo le sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modi fiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. The present invention has been described for illustrative, but not limitative purposes, according to its preferred embodiments, but it is understood that variations and / or modifications may be made by those skilled in the art without thereby departing from the relative scope of protection. as defined by the appended claims.
Claims (12)
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