Koncepcja interfejsu energoelektronicznego dla mikroinstalacji prosumenckiej

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICH WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI, NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO I ROBOTYKI Koncepcja interfejsu energoelektronicznego dla mikroinstalacji prosumenckiej Dr. inż Marcin Zygmanowski Dr. inż Jarosław Michalak Prof. dr inż. Jan Popczyk Konferencja Energetyka Prosumencka w Wymiarach Zrównoważonego Rozwoju, Koszęcin,

2 2 / 18 PLAN PRENTJI 1. Wprowadzenie i cel badań 2. Schemat mikroinstalacji z interfejsem energoelektronicznym 3. Topologie przekształtników składowych 4. Działanie interfejsu - scenariusze 5. Wnioski

3 3 / 18 WPROWADNIE Interfejs energoelektroniczny integruje urządzenia mikroinstalacji prosumenckiej (10 kva, 3x400 V) Omawiany interfejs cechuje się wspólnym obwodem napięcia stałego Zalety: zredukowana liczba przekształceń energii -, - względem rozwiązań bazujących na gotowych przekształtnikach Na świecie nie są znane podobne rozwiązania Koszęcin,

4 4 / 18 CEL PROJEKTU Badania prowadzone są w ramach projektu GEKON I: Rewitalizacja prosumenckich mikroinstalacji energoelektrycznych Projekt finansowany przez NCBiR i NFOŚiGW Konsorcjum: Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie, Euro-Centrum Katowice, Politechnika Śląska w Gliwicach Uniwersytet Zielonogórski Cel I: budowa interfejsu energoelektronicznego dla mikroinstalacji prosumenckich. Cel II: zwiększenie wykorzystania energii z O w gospodarstwach prosumenckich

5 5 / 18 SCHEMAT MIKROINSTALJI PME Z INTERFEJSEM Sieć zasilająca Wyłącznik sieciowy WS Odbiorniki prądu przemiennego Przekształtnik sieciowy Interfejs energoelektroniczny mikroinstalacji prosumenckiej Przekształtnik odbiornikowy Odbiorniki prądu stałego O Obwód napięcia stałego Przekształtnik solarny Przekształtnik wiatrowy Przekształtnik zasobnikowy G Ogniwa fotowoltaiczne Mikroturbina wiatrowa Zasobnik energii elektrycznej Koszęcin,

6 6 / 18 PRKTAŁTNIK SIECIOWY Schemat obwodów mikroinstalacji prosumenckiej Sieć zasilająca Wyłącznik sieciowy (tyrystorowy) Odbiorniki prądu przemiennego Filtr sieciowy LCL Czterogałęziowy przekształtnik sieciowy Obwód dc i S i O L 1 L 2 i A i B i C i N C L N Przekształtnik sieciowy jest niezbędnym elementem interfejsu energoelektronicznego PME. Przekształtnik sieciowy jest dwukierunkowy i powinien pracować przy asymetrii prądu, dlatego jest czterogałęziowy. Koszęcin,

7 7 / 18 PRKTAŁTNIK SIECIOWY - TOPOLOGIA JEDNEJ FAZY Analizuje się trzy topologie przekształtników - a) b) c) A A A 2L 3L-NPC 3L-NPC typu T V dc /2 v A0 t V dc /2 v A0 t V dc /2 v A0 t -V dc /2 -V dc /2 -V dc /2

8 8 / 18 PRKTAŁTNIK ZASOBNIKOWY Przekształtnik zasobnikowy jest dwukierunkowym przekształtnikiem - a) b) Zasobnik Transformator Zasobnik 1:n Z uwagi na duży współczynnik wzmocnienia napięciowego preferowaną topologią jest przekształtnik DAB

9 9 / 18 PRKTAŁTNIK SOLARNY Przekształtnik solarny jest jednokierunkowym przekształtnikiem - o współczynniku wzmocnienia napięciowego zależnym od liczby ogniw fotowoltaicznych a) Ogniwo fotowoltaiczne b) Ogniwo fotowoltaiczne Transformator Preferowane są proste topologie przekształtników beztransformatorowe, jednak w zależności od mocy ogniw topologia przekształtnika może być inna

10 10 / 18 PRKTAŁTNIK WIATROWY Przekształtnik wiatrowy jest opcjonalny i jest jednokierunkowym przekształtnikiem -- Mikroturbina wiatrowa G Prostownik diodowy jest rozwiązaniem tańszym niż prostownik tranzystorowy, ale może być stosowany jedynie z generatorem synchronicznym z magnesami trwałymi (PMSG).

11 11 / 18 PRKTAŁTNIK ODBIORNIKOWY Przekształtnik odbiornikowy jest jednokierunkowym przekształtnikiem - np. bazującym na topologii przekształtnika typu FORWARD Wyjściowe obwody napięcia stałego Separacja galwaniczna jest konieczna ze względów bezpieczeństwa użytkowników odbiorników prądu stałego. Przewiduje się, że w przyszłych PME coraz więcej urządzeń będzie mogło być zasilanych z sieci napięcia stałego. Koszęcin,

12 12 / 18 DZIAŁANIE INTERFEJSU ENERGOELEKTRONICZNEGO a) O O brak przesyłu energii z/do sieci WS 1 5 brak magazynowania energii O 2 6 magazynowanie energii 3 7 sprzedaż energii 4 8

13 13 / 18 DZIAŁANIE INTERFEJSU ENERGOELEKTRONICZNEGO Brak przesyłu energii z/do sieci P = 0 WS O O 1 5 O P P PO P P TW Zasobnik energii pełni rolę buforującą 5 1 P ODB - P O < 0 ładowanie (1) P ODB - P O > 0 rozładowywanie (5)

14 14 / 18 DZIAŁANIE INTERFEJSU ENERGOELEKTRONICZNEGO Brak magazynowania energii 6 2 WS O O 2 6 O P P PO P P TW P = 0 Bilansowanie mocy odbywa się przy wykorzystaniu sieci zasilającej P ODB - P O < 0 sprzedaż do sieci (6) P ODB - P O > 0 pobór z sieci (2)

15 15 / 18 DZIAŁANIE INTERFEJSU ENERGOELEKTRONICZNEGO Magazynowanie energii 7 3 WS O O 3 7 O P P P P P P O TW 3 7 Magazynowanie energii ma najwyższy priorytet P ODB - P O -P < 0 sprzedaż do sieci (3) P ODB - P O -P > 0 pobór z sieci (7)

16 16 / 18 DZIAŁANIE INTERFEJSU ENERGOELEKTRONICZNEGO Sprzedaż energii 4 8 WS O O 4 8 O P P P P P P O TW Sprzedaż energii ma najwyższy priorytet 8 4 P ODB - P O -P < 0 ładowanie zas. (4) P ODB - P O -P > 0 rozładowanie zas. (8)

17 17 / 18 WNIOSKI 1. Interfejs energoelektroniczny może być zbudowany z kilku przekształtników połączonych wspólnym obwodem napięcia stałego. To redukuje liczbę konwersji i strat mocy. 2. Do budowy przekształtników składowych interfejsu używa się przekształtników o różnych topologiach. 3. Omówiono działanie interfejsu na przykładzie różnych scenariuszy rozpływu mocy wewnątrz interfejsu. 4. Interfejs energoelektroniczny jest jednym z podstawowych elementów infrastruktury inteligentnych sieci.

18 18 / 18 Dziękuję za uwagę