RU2707084C1 - Electric power distribution and conversion device - Google Patents

Electric power distribution and conversion device Download PDF

Info

Publication number
RU2707084C1
RU2707084C1 RU2018143337A RU2018143337A RU2707084C1 RU 2707084 C1 RU2707084 C1 RU 2707084C1 RU 2018143337 A RU2018143337 A RU 2018143337A RU 2018143337 A RU2018143337 A RU 2018143337A RU 2707084 C1 RU2707084 C1 RU 2707084C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transformer
conversion
cim
inverters
inverter
Prior art date
Application number
RU2018143337A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Original Assignee
Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитрий Валерьевич Хачатуров filed Critical Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Priority to RU2018143337A priority Critical patent/RU2707084C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2707084C1 publication Critical patent/RU2707084C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electronic equipment.
SUBSTANCE: invention relates to converting electronic equipment and can be used in designing inverters for alternative power sources. Essence of the claimed invention consists in the fact that the complete electric power distribution and conversion device, connected by means of the input switching units with photoelectric modules (PHEM) arrays, includes a central inverter module (CIM) with a set of power cells of inverters with sine filters, a transformer whose primary winding is connected to the network through an output switching cell, wherein the number of secondary windings corresponds to the number of CIM inverters.
EFFECT: improved functionality, increased reliability due to implementation of multichannel circuit with synchronous operation of channels and possibility of load redistribution between channels, due to which increase in efficiency is also provided.
8 cl, 4 dwg

Description

Техническое решение относится к области преобразовательной электронной техники и может быть использовано при создании инверторов для альтернативных источников электроэнергии.The technical solution relates to the field of converting electronic equipment and can be used to create inverters for alternative sources of electricity.

Солнечные инверторы хорошо известны из уровня техники. Стандартными элементами для таких устройств являются: модуль постоянного тока (входной сигнал), инверторный модуль и модуль переменного тока (выходной сигнал) связанные с трансформатором.Solar inverters are well known in the art. Standard elements for such devices are: DC module (input signal), inverter module and AC module (output signal) connected to the transformer.

Модуль постоянного тока включает в себя ряд фотоэлектрических элементов, которые обеспечивают вход постоянного тока (DC) на силовые инверторы. В модуле силовых инверторов используется ряд электронных ключей, в частности изолированных биполярных транзисторов (IGBT), для преобразования постоянного тока на входе в переменный ток (AC) на выходе.The DC module includes a number of photovoltaic cells that provide direct current (DC) input to power inverters. The power inverter module uses a series of electronic switches, in particular isolated bipolar transistors (IGBTs), to convert direct current at the input to alternating current (AC) at the output.

Для инверторов, подающих электроэнергию в электрическую сеть, модуль переменного тока обеспечивает выход переменного тока в форме, соответствующей току электрической сети общественного потребления.For inverters supplying electricity to the electric network, the AC module provides an alternating current output in the form corresponding to the current of the public consumption electric network.

Очень часто солнечные электростанции устанавливают на значительных территориях со сложными климатическими условиями, что вызывает определенные сложности в их обслуживании и требует использования оборудования приспособленного к непрерывной автономной работе в сложных условия эксплуатации.Very often, solar power plants are installed in large areas with difficult climatic conditions, which causes certain difficulties in their maintenance and requires the use of equipment adapted for continuous autonomous operation in difficult operating conditions.

На данный момент используются множество подходов для повышения КПД работы фотоэлектрических элементов солнечных панелей, в частности управление инверторными устройствами на основании определения точки максимальной мощности (ТММ). Currently, many approaches are used to increase the efficiency of the photovoltaic elements of solar panels, in particular, control inverter devices based on the determination of the maximum power point (TMM).

Из уровня техники известна стринговая технология, которая базируется на многоканальности системы с определением ТММ для каждого канала. Преимуществами такой системы является повышенная надежность с увеличенным коэффициентом полезного действия за счет определения ТММ для каждого массива солнечных панелей, при этом большое количество отдельных каналов позволяет снизить зависимость системы от выхода одного или нескольких каналов из строя.String technology is known from the prior art, which is based on a multi-channel system with TMM definition for each channel. The advantages of such a system are increased reliability with an increased efficiency due to the determination of TMM for each array of solar panels, while a large number of individual channels can reduce the dependence of the system on the failure of one or more channels.

Еще одним известным вариантом технологии, применяемой в современных солнечных электростанциях, является использование комплектных устройств распределения и преобразования электроэнергии с центральным инвертором. Даная технология позволяет работать с большими массивами фотоэлектрических модулей (ФЭМ) но имеет существенный недостаток, связанный с использованием не большого количества каналов, что существенной снижает надежность системы, так как при отключении одного канала теряется 30-50% мощности системы.Another well-known version of the technology used in modern solar power plants is the use of complete power distribution and conversion devices with a central inverter. This technology allows you to work with large arrays of photovoltaic modules (FEM) but has a significant drawback associated with the use of a small number of channels, which significantly reduces the reliability of the system, since when you turn off one channel, 30-50% of the system power is lost.

Настоящее изобретение принципиально объединяет в себе два указанных подхода, обеспечивая многоканальность с большим количеством независимых каналов, каждый из которых работает с отдельным массивом ФЭМ, и объединен в единую систему со связью с общественной сетью посредством многообмоточного трансформатора с расщепленными вторичными обмотками. При всем этом устройство является мобильным и защищенным от воздействия внешних климатических факторов, что существенно упрощает его эксплуатацию.The present invention fundamentally combines these two approaches, providing multichannel with a large number of independent channels, each of which works with a separate array of FEM, and is combined into a single system with communication with a public network via a multi-winding transformer with split secondary windings. With all this, the device is mobile and protected from external climatic factors, which greatly simplifies its operation.

Ведущие производители солнечных инверторов преимущественно помещают свои устройства в защищенный корпус в виде блок-бокса, что позволяет использовать комплектное устройство распределения и преобразования электроэнергии в различных климатических условиях, обеспечивая защиту от воздействия вредоносных факторов окружающей среды.Leading manufacturers of solar inverters mainly place their devices in a protected case in the form of a block box, which allows the use of a complete device for the distribution and conversion of electricity in various climatic conditions, providing protection against the effects of harmful environmental factors.

Из уровня техники известен многоуровневый повышающий трехфазный преобразователь постоянного напряжения в трехфазное промышленной частоты, патент РФ №2537506 от 19.11.2012, МПК H02M 7/497. Описанное в патенте №2537506 устройство содержит общий источник постоянного напряжения в виде солнечной батареи, соединенный с однофазным мостовым автономным инвертором, и трехфазный преобразователь частоты ячейкового типа, состоящий из многообмоточного трансформатора, выпрямительно-инверторных ячеек, системы управления, датчиков тока, напряжения и задатчика регулируемой величины. Однофазный мостовой автономный инвертор выполнен высокочастотным, к его выходу подключен трехфазный преобразователь частоты ячейкового типа, трансформатор которого выполнен высокочастотным однофазным многообмоточным и его вторичные обмотки соответственно соединены с входами однофазных выпрямительно-инверторных ячеек, состоящих из последовательно соединенных однофазных выпрямителя и инвертора. Вторичные обмотки согласующего трансформатора предназначены для подключения к электросети энергосистемы.The prior art multilevel step-up three-phase converter of constant voltage to three-phase industrial frequency, RF patent No. 2537506 from 11/19/2012, IPC H02M 7/497. The device described in patent No. 2537506 contains a common DC voltage source in the form of a solar battery connected to a single-phase bridge autonomous inverter, and a three-phase cell-type frequency converter, consisting of a multi-winding transformer, rectifier-inverter cells, a control system, current sensors, voltage and an adjustable regulator quantities. A single-phase bridge autonomous inverter is made high-frequency, a three-phase cell-type frequency converter is connected to its output, a transformer of which is made by a high-frequency single-phase multi-winding and its secondary windings are respectively connected to the inputs of single-phase rectifier-inverter cells consisting of series-connected single-phase rectifier and inverter. The secondary windings of the matching transformer are designed to be connected to the power grid of the power system.

К недостаткам указанного технического решения можно отнести использование однофазных выпрямителя и инвертора с их последовательным соединением, что может привести к значительной потере мощности устройства при выходе из строя одного из указанных элементов конструкции.The disadvantages of this technical solution include the use of a single-phase rectifier and inverter with their series connection, which can lead to a significant loss of device power in the event of failure of one of these structural elements.

Также из патента на изобретение №2606383 от 01.09.2015, МПК H02M7/493 известен инвертор для солнечных электростанций содержащий блок солнечных батарей, подключенных к преобразователю энергии. Первый параллельно подключенный силовой модуль преобразователя энергии соединен с первой первичной обмоткой трансформатора, второй параллельно подключенный силовой модуль преобразователя энергии соединен с второй первичной обмоткой трансформатора, первичные обмотки трансформатора включены встречно по отношению друг к другу. Вторичная обмотка трансформатора параллельно подключена к последовательно соединенным резистору и суперконденсатору.Also, from the patent for the invention No. 2606383 of 09/01/2015, IPC H02M7 / 493, an inverter for solar power plants is known containing a block of solar batteries connected to an energy converter. The first parallel-connected power module of the energy converter is connected to the first primary winding of the transformer, the second parallel-connected power module of the energy converter is connected to the second primary winding of the transformer, the primary windings of the transformer are connected counter to each other. The secondary winding of the transformer is connected in parallel to a series-connected resistor and supercapacitor.

К недостаткам описанного технического решения можно отнести низкую надежность устройства, так как при выходе из строя одного из силовых модулей, инвертор теряет 50 % мощности.The disadvantages of the described technical solution include the low reliability of the device, because when one of the power modules fails, the inverter loses 50% of the power.

В качестве ближайшего аналога взято техническое решение известное из заявки на изобретение DE102011083330A1 от 28.03.2013 МПК H02M7/497, согласно которому, устройство распределения и преобразования электроэнергии связанное посредством вводных блоков коммутации с массивами фотоэлектрических модулей (ФЭМ), включает центральный инверторный модуль (ЦИМ) с набором силовых ячеек инверторов с синусными фильтрами, трансформатор первичная обмотка которого, включена в сеть через выходную коммутационную ячейку, при этом вторичные обмотки соединены с соответствующими инверторами ЦИМ, посредством соединения в звезду со сдвигом по фазам. Указное устройство содержит 4 инвертора включенных со смещением фаз на 15°.As the closest analogue, a technical solution was taken, known from the application for invention DE102011083330A1 dated 03/28/2013 IPC H02M7 / 497, according to which, a power distribution and conversion device connected via input switching blocks to arrays of photovoltaic modules (FEM) includes a central inverter module (CIM) with a set of power cells of inverters with sinus filters, the transformer of which the primary winding is connected to the network through the output switching cell, while the secondary windings are connected to CIM uyuschimi inverters, by connecting a star-shifted phases. The pointing device contains 4 inverters connected with a phase shift of 15 °.

Недостатком указанного технического решения можно считать реализацию трансформатора с вторичными обмотками, выполненными со сдвигом фаз, что не позволяет реализовать синхронную работу отдельных каналов при разности токов на каждом из них, таким образом, при отключении одного канала устройство может потерять более 25% мощности.The disadvantage of this technical solution can be considered the implementation of a transformer with secondary windings made with a phase shift, which does not allow the synchronous operation of individual channels with a difference of currents on each of them, thus, when a single channel is turned off, the device can lose more than 25% of power.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание комплектного, многофункционального устройства распределения и преобразования электроэнергии, выполненного с возможностью работы нескольких независимых каналов с повышенным КПД, а также надежного и удобного в эксплуатации.The technical problem to which the claimed invention is directed is the creation of a complete, multi-functional device for the distribution and conversion of electricity, made with the possibility of several independent channels with increased efficiency, as well as reliable and convenient to use.

Технический результат, достигнутый от реализации заявляемого изобретения, заключается в расширении функциональности, увеличении надежности за счет реализации многоканальной схемы с синхронной работой каналов и возможностью перераспределения нагрузки между каналами, за счет чего, также обеспечивается повышение КПД.The technical result achieved from the implementation of the claimed invention is to expand the functionality, increase reliability by implementing a multi-channel circuit with synchronous operation of the channels and the possibility of redistributing the load between the channels, due to which, an increase in efficiency is also provided.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что комплектное устройство распределения и преобразования электроэнергии связанное посредством вводных блоков коммутации с массивами фотоэлектрических модулей (ФЭМ), включает центральный инверторный модуль (ЦИМ) с набором силовых ячеек инверторов с синусными фильтрами, трансформатор первичная обмотка которого, включена в сеть через выходную коммутационную ячейку, при этом число вторичных обмоток соответствует числу инверторов ЦИМ.The essence of the claimed invention lies in the fact that the complete device for the distribution and conversion of electricity connected through input switching blocks with arrays of photovoltaic modules (FEM) includes a central inverter module (CIM) with a set of power cells inverters with sinus filters, the transformer of which the primary winding is included in network through the output switching cell, while the number of secondary windings corresponds to the number of inverters CIM.

Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения, каждый массив ФЭМ связан, с по меньшей мере, одним инвертором ЦИМ, каждый инвертор ЦИМ, связан с отдельной вторичной обмоткой из числа расцепленных синфазных вторичных обмоток трансформатора, образуя независимые каналы, выполненные с возможностью одновременной работы с токами разной величины и перераспределения токов между каналами, при этом одна из вторичных низковольтных обмоток связана с устройством предварительного пуска трансформатора, и выполнена с возможностью подключения периферийных устройств.According to a preferred embodiment of the invention, each FEM array is connected to at least one CIM inverter, each CIM inverter is connected to a separate secondary winding from among the uncoupled common-mode secondary windings of the transformer, forming independent channels configured to simultaneously operate with currents of different sizes and redistributing currents between the channels, while one of the secondary low-voltage windings is connected with the device for pre-starting the transformer, and is configured to connect peripheral devices.

Также согласно возможным вариантам реализации изобретения одна из вторичных низковольтных обмоток связана с устройством предварительного пуска трансформатора и обеспечивает питание внутреннего оборудования всего устройства.Also, according to possible embodiments of the invention, one of the secondary low-voltage windings is connected to the transformer pre-start device and provides power to the internal equipment of the entire device.

Независимые каналы обработки токов разной величины включают элементы снижения взаимного влияния обмоток трансформатора.Independent channels for processing currents of various sizes include elements to reduce the mutual influence of transformer windings.

Вводные блоки коммутации содержат двойную систему фильтров от высокочастотных электромагнитных помех.The input switching blocks contain a dual filter system for high-frequency electromagnetic interference.

Вводные блоки коммутации содержат систему защиты от перенапряжения, основанную на варисторной схеме.The input switching blocks contain a surge protection system based on a varistor circuit.

По входу и выходу инверторных ячеек установлены коммутационные устройства обеспечивающие выключение из работы отдельных каналов.At the input and output of the inverter cells, switching devices are installed that ensure that individual channels are turned off.

Согласно предпочтительному варианту реализации, первичная высоковольтная обмотка включена в сеть посредством соединения в звезду с возможностью перекоммутации в треугольник при переходе на сеть с другим номинальным напряжением.According to a preferred embodiment, the primary high-voltage winding is connected to the network by connecting to a star with the possibility of switching in the triangle when switching to a network with a different rated voltage.

Независимые каналы обработки токов разной величины выполнены с возможностью работы с токами с разным сдвигом фаз относительно основной гармоники сетевого напряжения.Independent channels for processing currents of different sizes are made with the possibility of working with currents with different phase shifts relative to the main harmonic of the mains voltage.

Сущность заявляемого изобретения поясняется, но не ограничивается следующими графическими материалами:The essence of the claimed invention is illustrated, but not limited to the following graphic materials:

фиг.1 – комплектное устройство распределения и преобразования электроэнергии, общий вид;figure 1 - a complete device for the distribution and conversion of electricity, General view;

фиг.2 – принципиальная схема комплектного устройства распределения и преобразования электроэнергии;figure 2 - schematic diagram of a complete device for the distribution and conversion of electricity;

фиг.3 – суммирующий трансформатор с расщепленными обмотками;figure 3 - summing transformer with split windings;

фиг.4 – схема устройства предварительного заряда трансформатора.4 is a diagram of a device for pre-charging a transformer.

Комплектное устройство распределения и преобразования электроэнергии предназначено для преобразования электрической энергии, получаемой от источника постоянного тока, в переменный ток для передачи его в энергетическую систему частотой 50 Гц, напряжением 10 кВ и более.A complete device for the distribution and conversion of electricity is designed to convert electric energy received from a direct current source into alternating current for transferring it to an energy system with a frequency of 50 Hz, voltage of 10 kV and more.

В качестве источника напряжения могут быть использованы:As a voltage source can be used:

• солнечные батареи на базе фотоэлектрических модулей;• solar panels based on photovoltaic modules;

• аккумуляторные батареи;• rechargeable batteries;

• батареи суперконденсаторов;• supercapacitor batteries;

• генераторы постоянного тока.• DC generators.

Техническое решение может применяться на электрогенерирующих станциях. Конструкция описанного варианта реализации технического решения оптимизирована по трудозатратам на монтаж, ввод в эксплуатацию и обслуживание. Исполнение блок-бокса не требует дополнительной строительной документации и проведения экспертиз для установки на объекте.The technical solution can be applied at power generating stations. The design of the described embodiment of the technical solution is optimized for labor costs for installation, commissioning and maintenance. The execution of the block box does not require additional construction documentation and expertises for installation at the facility.

Заявляемое устройство осуществляет преобразование постоянного тока напряжением 680...975 В, в трехфазное напряжение 10 кВ и более, промышленной частоты.The inventive device converts direct current voltage of 680 ... 975 V, in a three-phase voltage of 10 kV or more, industrial frequency.

В техническом решении реализован принцип «постоянный-переменный ток» с одним выходным силовым трансформатором. Преобразование из постоянного в переменный ток выполняется силовыми блоками (ячейками), построенными на IGBT транзисторах. The technical solution implements the principle of "direct-alternating current" with one output power transformer. Conversion from direct to alternating current is performed by power units (cells) built on IGBT transistors.

Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения, корпус устройства реализован в виде блок – бокса 1 состоящего из основания 2 рамной конструкции с навесными стеновыми сендвич-панелями.According to a preferred embodiment of the invention, the device body is implemented as a block box 1 consisting of a base 2 of a frame structure with wall mounted sandwich panels.

Корпус устройства разделен на отсеки:The device case is divided into compartments:

• оператора 3;• operator 3;

• вводной коммутации 4;introductory switching 4;

• выводной ячейки 5; output cell 5;

• силовых ячеек инверторов 6 и трансформатора 7 с общей системой обогрева и вентиляции и микропроцессорной системой регулирования;• power cells of inverters 6 and transformer 7 with a common heating and ventilation system and microprocessor control system;

• вентиляции инверторов 8 и трансформатора 9.• ventilation of inverters 8 and transformer 9.

Один из возможных вариантов функциональной схемы заявляемого технического решения изображен на фиг.2. Согласно приведенному варианту схемы ее условно можно разделить на четыре блока.One of the possible variants of the functional diagram of the claimed technical solution is depicted in figure 2. According to the given variant of the scheme, it can be conditionally divided into four blocks.

Первым по входу со стороны массивов ФЭМ 10 является блок коммутационных вводов 11, который содержит двойную систему фильтров 12 от высокочастотных электромагнитных помех (ЭМС), датчики измерения входного тока 13, реле 14 контроля изоляции цепи постоянного тока, защитные устройства 15 от перенапряжения, основанные на варисторной схеме, обеспечивающие защиту от удара молнии. The first at the input from the side of the FEM 10 arrays is the switching input block 11, which contains a dual system of filters 12 from high-frequency electromagnetic interference (EMC), input current measurement sensors 13, DC isolation isolation control relay 14, and overvoltage protection devices 15 based on varistor circuitry providing protection against lightning strike.

Вторым от массивов ФЭМ в схему включен блок 16 инверторов, который содержит коммутационные устройства 17, установленные по входу и выходу инверторных ячеек 18, обеспечивающие выключение из работы отдельных каналов. Такое выполнение дает возможность перераспределять токовую нагрузку между инверторами при их неполной загрузке, приблизив ее к номинальным значениям, используя, таким образом, часть инверторных модулей с оптимальной загрузкой и обеспечивая повышение КПД.The second from the FEM arrays includes the inverter unit 16, which contains switching devices 17 installed at the input and output of the inverter cells 18, which ensure that individual channels are turned off. This embodiment makes it possible to redistribute the current load between the inverters when they are not fully loaded, bringing it closer to the nominal values, using, thus, part of the inverter modules with optimal load and providing increased efficiency.

Силовые ячейки инверторов связаны с синусными фильтрами 19. Блок инверторов 16 связан с блоком суммирующего трансформатора 20 (фиг.2,3) первичная высоковольтная обмотка 21, которого включена в сеть посредством соединения в звезду с возможностью перекоммутации в треугольник при переходе на сеть с другим номинальным напряжением. Вторичная низковольтная обмотка 22 трансформатора выполнена расщепленной и содержит n потенциально отделенных друг от друга синфазных вторичных обмоток, причем n≥3 и соответствует числу силовых инверторов центрального инверторного модуля (ЦИМ). Каждый массив ФЭМ 10 связан, с по меньшей мере, одним инвертором ЦИМ представленными силовыми инверторными ячейками 18 и ячейками синусного фильтра 19, каждый инвертор ЦИМ, связан с отдельной вторичной обмоткой 22 из числа расцепленных синфазных вторичных обмоток трансформатора, образуя независимые каналы, выполненные с возможностью одновременной работы с токами разной величины, при этом входное напряжение поступающее от массивов ФЭМ является общим для всех каналов. Независимые каналы обработки токов разной величины включают элементы 23 снижения взаимного влияния обмоток трансформатора, путем увеличения индуктивности отдельно взятых обмоток. Указанные элементы 23 согласно одному из возможных вариантов реализации, представленные в виде катушек индуктивности, магнитно не связанных между собой. Такой вариант выполнения позволяет обеспечить стабильную синхронную работу всех каналов независимо от значения тока в каждом из них.The power cells of the inverters are connected to the sinus filters 19. The inverter block 16 is connected to the block of the summing transformer 20 (Fig. 2,3), the primary high-voltage winding 21, which is connected to the network by connecting to a star with the possibility of switching into a triangle when switching to a network with another voltage. The secondary low-voltage winding 22 of the transformer is split and contains n potential in-phase secondary windings, n≥3 corresponding to the number of power inverters of the central inverter module (CIM). Each FEM array 10 is connected to at least one CIM inverter represented by power inverter cells 18 and a sinus filter cell 19, each CIM inverter is connected to a separate secondary winding 22 from the number of decoupled common-mode secondary windings of the transformer, forming independent channels configured to simultaneous operation with currents of different sizes, while the input voltage coming from the FEM arrays is common to all channels. Independent channels for processing currents of various sizes include elements 23 for reducing the mutual influence of transformer windings by increasing the inductance of individual windings. These elements 23 according to one of the possible options for implementation, presented in the form of inductors, magnetically not interconnected. This embodiment allows to ensure stable synchronous operation of all channels, regardless of the current value in each of them.

Одна из вторичных обмоток 24 связана с устройством 25 предварительного пуска трансформатора, схема которого приведена на фиг.4 и выполнена с возможностью подключения периферийных устройств и обеспечивает питание всего внутреннего оборудования. Указанное устройство 25 при пуске обеспечивает на выходе трансформатора те же напряжения, что и со стороны питающей сети, чем способствует безударному включению трансформатора в сеть общественного питания.One of the secondary windings 24 is connected to the transformer pre-start device 25, the circuit of which is shown in Fig. 4 and is configured to connect peripheral devices and provides power to all internal equipment. The specified device 25 at startup provides the same voltage at the output of the transformer as that from the supply network, which contributes to the shock-free inclusion of the transformer in the catering network.

Применение многоканального инвертора в сочетании с многообмоточным выходным трансформатором под общим управлением центрального контроллера допускает одновременную работу каналов инвертирования в разных режимах, с разными заданиями по активному и реактивному току. Эти возможности реализуются при проверках и испытаниях оборудования блок-бокса прямо на месте установки и эксплуатации. The use of a multi-channel inverter in combination with a multi-winding output transformer under the general control of a central controller allows simultaneous operation of invert channels in different modes, with different tasks for active and reactive current. These capabilities are realized during inspections and tests of the equipment of the block-box directly on the site of installation and operation.

На выходе устройства в функциональную схему включен блок 26 выходной коммутации, который содержит измерительный трансформатор 27 позволяющий измерять напряжение сети, а также измеритель высокого напряжения 28.At the output of the device, a block 26 of output switching is included in the functional circuit, which contains a measuring transformer 27 allowing to measure the mains voltage, as well as a high voltage meter 28.

Реализация заявляемой схемы устройства в ходе эксплуатации позволяет реализовать, по меньшей мере, следующие возможности:The implementation of the claimed device circuit during operation allows you to implement at least the following features:

- определение основной гармоники напряжения с реализацией регулирования и синхронизации с сетью напряжения общественного потребления, при этом независимые каналы обработки токов разной величины выполнены с возможностью работы с токами с разным сдвигом фаз относительно основной гармоники сетевого напряжения;- determination of the main voltage harmonic with the implementation of regulation and synchronization with the public consumption voltage network, while the independent channels for processing currents of different sizes are configured to work with currents with different phase shifts relative to the main harmonic of the mains voltage;

- безударный пуск трансформатора на холостом ходу, при котором, за время не более t ≤ 2с, происходит намагничивание сердечника трансформатора при одновременном ограничении пусковых токов. После этого, трансформатор подключается к сети 10 кВ с помощью высоковольтного выключателя;- shock-free start-up of the transformer at idle, in which, for a time not exceeding t ≤ 2s, the transformer core is magnetized while limiting the starting currents. After that, the transformer is connected to a 10 kV network using a high-voltage switch;

- точную синхронизацию инверторов и системы генерации в целом, по высоковольтной и низковольтной сторонам силового трансформатора;- accurate synchronization of inverters and the generation system as a whole, on the high-voltage and low-voltage sides of the power transformer;

- коммутацию силовых аппаратов в нейтральных режимах посредством чего реализуют, оперативное отключение силовых коммутационных аппаратов без бросков тока, при перекоммутации силовых ячеек инверторов. Включения контакторов постоянного тока выполняются при равенстве напряжений на выводах массива ФЭМ и напряжений на входах ячеек инверторов без существенных бросков тока. Принцип нейтрального режима позволяет уменьшить длительность переходных процессов в силовой части при сборке/разборке силовой схемы или переходах из режима в режим. В целом, это продлевает срок службы оборудования устройства преобразования и распределения энергии.- switching power devices in neutral modes, whereby they realize, operational shutdown of power switching devices without inrush currents, when switching power cells of inverters. Inclusions of DC contactors are performed when the voltages at the terminals of the FEM array are equal to the voltages at the inputs of the inverter cells without significant inrush currents. The principle of neutral mode allows you to reduce the duration of transients in the power unit during assembly / disassembly of the power circuit or transitions from mode to mode. In general, this extends the life of the equipment of the energy conversion and distribution device.

Согласно описанному варианту реализации, заявляемое техническое решение выполнено с возможностью работы по двум входам ТММ, работая с двумя массивами ФЭМ, также возможны варианты работы устройства с количеством массивов ФЭМ равным N, где N – количество каналов ЦИМ соответствующих количеству низковольтных вторичных обмоток трансформатора n.According to the described implementation option, the claimed technical solution is made with the possibility of working on two TMM inputs, working with two FEM arrays, device variants are also possible with the number of FEM arrays equal to N, where N is the number of CIM channels corresponding to the number of low-voltage secondary windings of the transformer n.

Реализация заявляемого изобретения способствует достижению указанного технического результата, обеспечивая повышение функциональности, предоставляя широкие возможности работы преобразования энергии с генерацией, передачей и поглощением активной и реактивной мощности. Также заявляемое техническое решение позволяет повысить надежность за счет реализации многоканальной схемы с синхронной и независимой работой каналов, при этом наличие возможности перераспределения токовой нагрузки между каналами, обеспечивается повышение коэффициента полезного действия (КПД).The implementation of the claimed invention contributes to the achievement of the specified technical result, providing increased functionality, providing ample opportunities for energy conversion with the generation, transmission and absorption of active and reactive power. Also, the claimed technical solution allows to increase reliability due to the implementation of a multi-channel circuit with synchronous and independent operation of the channels, while the presence of the possibility of redistributing the current load between the channels provides an increase in the coefficient of efficiency (COP).

Claims (8)

1. Комплектное устройство распределения и преобразования электроэнергии, связанное посредством вводных блоков коммутации с массивами фотоэлектрических модулей (ФЭМ), включающее центральный инверторный модуль (ЦИМ) с набором силовых ячеек инверторов с синусными фильтрами, трансформатор, первичная обмотка которого включена в сеть через выходную коммутационную ячейку, при этом число вторичных обмоток соответствует числу инверторов ЦИМ, отличающееся тем, что каждый массив ФЭМ связан, с по меньшей мере, одним инвертором ЦИМ, каждый инвертор ЦИМ связан с отдельной вторичной обмоткой из числа расцепленных синфазных вторичных обмоток трансформатора, образуя независимые каналы, выполненные с возможностью одновременной работы с токами разной величины, при этом одна из вторичных обмоток связана с устройством предварительного пуска трансформатора и выполнена с возможностью подключения периферийных устройств.1. A complete device for the distribution and conversion of electricity, connected through input switching blocks with arrays of photovoltaic modules (PEM), including a central inverter module (CIM) with a set of power cells of inverters with sinus filters, a transformer, the primary winding of which is connected to the network through the output switching cell wherein the number of secondary windings corresponds to the number of CIM inverters, characterized in that each FEM array is associated with at least one CIM inverter, each inverter CIM is connected with a separate secondary winding of the number of decoupled in-phase secondary windings of the transformer, forming independent channels, capable of simultaneous operation with currents of varying magnitude, with one of the secondary windings associated with the prior starter transformer and configured to connect peripheral devices. 2. Комплектное устройство распределения и преобразования электроэнергии по п.1 отличается тем, что одна из вторичных обмоток связана с устройством предварительного пуска трансформатора и обеспечивает питание внутреннего оборудования всего устройства.2. The complete device for the distribution and conversion of electricity according to claim 1 is characterized in that one of the secondary windings is connected to the device for pre-starting the transformer and provides power to the internal equipment of the entire device. 3. Комплектное устройство распределения и преобразования электроэнергии по п.1 отличается тем, что независимые каналы обработки токов разной величины включают элементы снижения взаимного влияния обмоток трансформатора.3. The complete electric power distribution and conversion device according to claim 1 is characterized in that the independent channels for processing currents of different sizes include elements for reducing the mutual influence of the transformer windings. 4. Комплектное устройство распределения и преобразования электроэнергии по п.1 отличается тем, что вводные блоки коммутации содержат двойную систему фильтров от высокочастотных электромагнитных помех.4. The complete device for the distribution and conversion of electricity according to claim 1 is characterized in that the input switching blocks contain a dual filter system from high-frequency electromagnetic interference. 5. Комплектное устройство распределения и преобразования электроэнергии по п.1 отличается тем, что вводные блоки коммутации содержат систему защиты от перенапряжения, основанную на варисторной схеме.5. The complete electric power distribution and conversion device according to claim 1 is characterized in that the input switching units comprise a surge protection system based on a varistor circuit. 6. Комплектное устройство распределения и преобразования электроэнергии по п.1 отличается тем, что по входу и выходу инверторных ячеек установлены коммутационные устройства, обеспечивающие выключение из работы отдельных каналов.6. The complete device for the distribution and conversion of electricity according to claim 1 is characterized in that switching devices are installed at the input and output of the inverter cells, which ensure that individual channels are turned off. 7. Комплектное устройство распределения и преобразования электроэнергии по п.1 отличается тем, что первичная высоковольтная обмотка включена в сеть посредством соединения в звезду с возможностью перекоммутации в треугольник при переходе на сеть с другим номинальным напряжением.7. The complete electric power distribution and conversion device according to claim 1 is characterized in that the primary high-voltage winding is connected to the network by connecting to a star with the possibility of switching into a triangle when switching to a network with a different rated voltage. 8. Комплектное устройство распределения и преобразования электроэнергии по п.1 отличается тем, что независимые каналы обработки токов разной величины выполнены с возможностью работы с токами с разным сдвигом фаз относительно основной гармоники сетевого напряжения.8. The complete electric power distribution and conversion device according to claim 1 is characterized in that the independent channels for processing currents of different sizes are configured to operate with currents with different phase shifts relative to the main harmonic of the mains voltage.
RU2018143337A 2018-12-06 2018-12-06 Electric power distribution and conversion device RU2707084C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018143337A RU2707084C1 (en) 2018-12-06 2018-12-06 Electric power distribution and conversion device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018143337A RU2707084C1 (en) 2018-12-06 2018-12-06 Electric power distribution and conversion device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2707084C1 true RU2707084C1 (en) 2019-11-22

Family

ID=68653251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018143337A RU2707084C1 (en) 2018-12-06 2018-12-06 Electric power distribution and conversion device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2707084C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798867C1 (en) * 2022-06-06 2023-06-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина" Multi-contact switching system with independent control of six power contact groups having a common connection point

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2331151C1 (en) * 2007-03-28 2008-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Магнит" Method of output voltage control in multi-cell frequency converter
DE102011083330A1 (en) * 2011-09-23 2013-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Inverter arrangement for photovoltaic system, has transformer provided with windings corresponding to number of inverters, and phase-shifted from each other by specific degree
RU143104U1 (en) * 2013-11-29 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) SOLAR ENERGY CONVERTER
RU2606383C1 (en) * 2015-09-01 2017-01-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва Inverter for solar power plants

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2331151C1 (en) * 2007-03-28 2008-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Магнит" Method of output voltage control in multi-cell frequency converter
DE102011083330A1 (en) * 2011-09-23 2013-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Inverter arrangement for photovoltaic system, has transformer provided with windings corresponding to number of inverters, and phase-shifted from each other by specific degree
RU143104U1 (en) * 2013-11-29 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) SOLAR ENERGY CONVERTER
RU2606383C1 (en) * 2015-09-01 2017-01-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва Inverter for solar power plants

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798867C1 (en) * 2022-06-06 2023-06-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина" Multi-contact switching system with independent control of six power contact groups having a common connection point

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Briz et al. Modular power electronic transformers: Modular multilevel converter versus cascaded H-bridge solutions
US9190920B2 (en) H-bridge micro inverter grid-connected device
US20150365003A1 (en) Power Conversion System
US9293946B2 (en) Systems and methods for uninterruptible power supplies with bidirectional power converters
US20130155747A1 (en) High-efficiency, three-level, single-phase inverter
JPH06133556A (en) Inverter for system interconnection
US11722001B2 (en) Pre-charging circuit, inverter, and power generation system
Tang et al. An interlinking converter for renewable energy integration into hybrid grids
RU2321133C1 (en) Balancing three-phased to one-phased voltage transformer
US9379627B2 (en) Power conversion circuit arrangements utilizing resonant alternating current linkage
US20230208150A1 (en) Single stage charger for high voltage batteries
Maharjan et al. Development and verification test of the 6.6-kV 200-kVA transformerless SDBC-based STATCOM using SiC-MOSFET modules
JP6454540B2 (en) Power converter
Mazumder et al. A low-device-count single-stage direct-power-conversion solar microinverter for microgrid
CA2758567A1 (en) Combined dc power source and battery power converter
Mohamad et al. The effects of number of conducting switches in a cascaded multilevel inverter output
RU2513547C1 (en) Static reversible converter for power supply of alternating and direct-current consumers
US10205407B2 (en) Inverter device, energy storage system and method of controlling an inverter device
KR101297080B1 (en) Half bridges multi-module converter using series compensation
KR20210004589A (en) Multi-level converter
RU2707084C1 (en) Electric power distribution and conversion device
JP2010110056A (en) Power distribution system
Asa et al. A novel three-phase oak ridge ac/ac converter for wireless mobility energy storage system (WMESS) connectivity
Bilakanti et al. Single stage soft-switching tri-port converter for integrating renewable source and storage with grid through galvanic isolation
CN102522813A (en) Photovoltaic power generation voltage stabilizer