專利名稱：用于將發(fā)電機(jī)連接到電網(wǎng)的連接電路及方法
背景技術(shù)：
對電力供應(yīng)的限制范圍放寬的結(jié)果，其中使得也能向電網(wǎng)供電，地方發(fā)電，即例如在具有加熱設(shè)備的家庭或其它建筑物中實現(xiàn)的發(fā)電，成為有效的。這種連接的例子在未預(yù)先公開的荷蘭專利申請1015319中描述了，這里附上該專利申請的副本，并且應(yīng)當(dāng)認(rèn)為該專利申請的內(nèi)容也被包括在本說明中。在中央發(fā)電中，借助于改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速直到發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)電壓之間的相位差足夠小時，使同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)相連。這種處理在地方發(fā)電中一般是不夠的，并且在上述的利用斯特林發(fā)電機(jī)作為(線性)發(fā)電機(jī)的組合中確實是不夠的。
如果在發(fā)電機(jī)的相位和頻率與電網(wǎng)的相位和頻率相差較大時使發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)相連，則將發(fā)生大的電流，這在電網(wǎng)中是不允許的，或者將在一個短的時間內(nèi)使(斯特林)發(fā)電機(jī)破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于使得能夠利用相當(dāng)簡單的裝置使發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)實現(xiàn)可靠的連接，并克服上述的問題。
本發(fā)明提供一種用于將產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)連入電網(wǎng)的連接電路，包括-測量電路，用于測量通過所述連接電路的電流；-儲能裝置，用于在至少某時間周期內(nèi)存儲所述發(fā)電機(jī)提供的電荷；-第二測量電路，用于測量存儲的電荷的量，所述電路和一個存儲元件相連；以及-第一可控開關(guān)，用于以測量的電流強(qiáng)度、電壓和存儲的電荷為條件把所述發(fā)電機(jī)連接到所述電網(wǎng)。
在同步期間，在發(fā)電機(jī)上存在以阻尼方式作用的電負(fù)載。在斯特林發(fā)電機(jī)的情況下，發(fā)電機(jī)的機(jī)械振幅被限制，因而避免機(jī)械破壞；在旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的情況下，可以避免過量的發(fā)電機(jī)的角速度。只要發(fā)生相位鎖定，便可被繼續(xù)被維持在某個限制內(nèi)。
優(yōu)選地，和所述存儲元件并聯(lián)設(shè)置有消耗元件和第二可控開關(guān)，只要發(fā)電機(jī)不和電網(wǎng)相連，所述第二開關(guān)便閉合，借以使得可以使用具有相當(dāng)小的電容(微法數(shù)量級)的存儲元件快速地發(fā)生同步。
本發(fā)明的其它的優(yōu)點、特征和細(xì)節(jié)通過下面結(jié)合附圖對按照本發(fā)明的電路和方法的優(yōu)選實施例進(jìn)行的說明將會更加清楚地看出。


圖1是按照本發(fā)明的電路的第一優(yōu)選實施例的原理圖；圖2表示圖1的電路圖的一部分的優(yōu)選實施例；圖3表示圖1的電路圖的另一部分的優(yōu)選實施例；圖4A-4C表示在圖1-3的電路圖中發(fā)生的各個信號的曲線；以及圖5A-5C表示在圖1-3的電路圖中發(fā)生的各個信號的曲線。
具體實施例方式
按照本發(fā)明的電路10的優(yōu)選實施例被連接在斯特林發(fā)電機(jī)5(例如350-5000W，分別為230V，50Hz和110V，60Hz)的端子11和12之間，具有匹配電容器6，用于提供正確的匹配，以便實現(xiàn)電阻負(fù)載，例如功率因數(shù)大約為0.9-1.0，以及示意地表示的電網(wǎng)4的端子13和14。此外，示意地表示的第一可控開關(guān)28被設(shè)置在端子11和13之間。電路10包括分流電阻15，使得發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流可以通過互感器16被測量。電路10還包括由4個二極管21，22，23，24構(gòu)成的二極管橋式電路20，其輸出和存儲電容器25的極相連。電阻26和存儲電容器25并聯(lián)，并示意地示出了第二可控開關(guān)27。在端子13和14之間還連接有差動放大器29。
差動放大器29的輸出和電路30的輸入相連，用于產(chǎn)生一個等于預(yù)定值的偏置電壓。差動放大器29的輸出還和相位電路40的輸入相連，用于確定和移動相位電路40的相位，互感器16的輸出也和所述相位電路相連。差動放大器51和電容器25的兩個極相連，差動放大器51的輸出和第二差動放大器52相連，差動放大器52具有和電路30的輸出相連的另一個輸入。施密特觸發(fā)器電路53和差動放大器52的輸出相連。與門54和相位電路40的輸出相連，與門54的另一個輸入由“邏輯選通信號”E構(gòu)成。放大器55(具有反相器)和56和與門54的輸出相連。放大器56的輸出和可控開關(guān)27的輸入相連。放大器55的反相輸出和與門57相連，所述與門的輸出和可控開關(guān)28相連。
電路30(圖2)包括變換器31，用于把來自差動放大器29的輸出信號變換成塊狀信號；頻率乘法器32，其和變換器31的輸出相連，并且來自相位電路40的信號A和其第二個輸入相連。此外，計數(shù)器34和或門33的輸出相連，同時復(fù)位輸入和變換器31的輸出相連。電路30還包括和計數(shù)器34的8個并行輸出(D0-D7)相連的EPROM 35。DA變換器36和EPROM 35的8個并行輸出相連。
相位電路40(圖3)的優(yōu)選實施例包括相位比較器41，用于比較兩個輸入的相位，即，在一方面，來自端子11的電流，在另一方面，在端子13和14之間的電壓。相位差被傳遞到示意地表示的微處理器42-44，其中只要相位差不為0，一個返回環(huán)路便是有效的。當(dāng)相位差大致為0時，便對與門54(圖1)產(chǎn)生一個邏輯信號。只要示意地表示的在方塊44中相位差不為0，便通過脈沖發(fā)生器45對電路30產(chǎn)生邏輯信號A。
在電路30和40的另一個實施例中，這些電路的功能被全部或者部分地在微處理器或數(shù)字信號處理器中實現(xiàn)，以便在異常操作情況下能夠進(jìn)行干預(yù)，這是可能的，因為，利用來自與門54的輸出信號，便能夠在比電網(wǎng)的周期時間短的時間內(nèi)，例如在0.2毫秒內(nèi)，從電網(wǎng)連接轉(zhuǎn)換到由電容器25和包括電阻26的可變負(fù)載構(gòu)成的負(fù)載。
下面根據(jù)圖4A-5C進(jìn)一步說明上述電路的操作。
利用例如由USA的STC公司制造的110V，350W，60Hz的斯特林發(fā)電機(jī)對按照本發(fā)明的電路進(jìn)行了試驗。不過，本發(fā)明的電路可以用于所有類型的同步直線或旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)。在這種發(fā)電機(jī)中，只要在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間的相位改變足夠小，便保持相位鎖定。
在接通時，即，在發(fā)電機(jī)5通過開關(guān)28和電網(wǎng)4相連時，頻率和相位必須完全相等，以便避免開始流過太大的電流，太大的電流在電網(wǎng)4中是不允許的，或者將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)5的破壞。
斯特林發(fā)電機(jī)5如果和電阻負(fù)載相連，則產(chǎn)生基本上是正弦形狀的電流。使用互感器16測量的電流I1示于圖4A。借助于二極管電路20整流的電流對電容器25充電。在差動放大器51的輸出端得到的電壓V1示于圖4B。電壓V1在差動放大器52中和電路30的輸出比較。
開關(guān)27由和施密特觸發(fā)器53相連的與門57的輸出控制。如果反相器55提供一個邏輯“真”信號，則由元件51，52，53，57和27構(gòu)成的控制環(huán)有效；在恒定的偏置電壓V3下從電容器交替地進(jìn)行充電或不充電，其中電容器上的電壓具有如圖4B所示的形狀。在端子11和12之間的電壓將具有圖4C所示的形狀。其中正值和負(fù)值的幅值大致等于電容器25上的電壓。在實際的電路中，通過測量電阻的電流和在端子11和12之間的電壓例如分別大致具有被連接的電網(wǎng)操作時具有的值。
圖5A表示能夠使發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)同步的電壓V3的可能的波形。
在本實施例中，電壓V3具有等于電網(wǎng)的周期的一半的周期，同時相位被鎖定在電網(wǎng)的相位上。例如其值在最大值Vmax和0.8Vmax之間改變，去周期是電網(wǎng)的平均周期的一半。
例如可以應(yīng)用下式求得V3V3＝Vmax-4.(Vmax-0.8Vmax)T-2·P2，其中T是電網(wǎng)的周期，并且對于變量P應(yīng)用-T/2≤P≤T/2。
例如變量P的例子如圖5B所示，而在改變V3時所得的電壓V1’如圖5C所示。
只要V3是常數(shù)，發(fā)電機(jī)便空載，并且不進(jìn)行相位鎖定。不過，當(dāng)電壓改變時，例如具有圖5A所示的周期T/2，則快速地發(fā)生相位鎖定。
在電路30(圖2)中，通過差動放大器從電網(wǎng)獲得的信號首先在變換器31中被轉(zhuǎn)換成塊狀信號。在乘法器32中，頻率例如乘以128。計數(shù)器34利用塊狀信號復(fù)位。信號A將影響計數(shù)器34的計數(shù)。計數(shù)器34的輸出數(shù)據(jù)線和EPROM 35相連，其通過變換器36例如產(chǎn)生圖5A所示的波形。
在電路40(圖3)中，電流I1和電網(wǎng)的電壓之間的相位差在41中被測量。只要相位差不等于0，返回環(huán)路便有效。每當(dāng)完成所述返回環(huán)路時，便通過脈沖發(fā)生器45產(chǎn)生一個增加的計數(shù)A，并通過或門33送給計數(shù)器34，借以使電壓V1的相位移動，直到發(fā)電機(jī)最后和電網(wǎng)同步為止。在那個時刻，可以把開關(guān)25打開，把開關(guān)28閉合。然后發(fā)電機(jī)在被鎖定在電網(wǎng)的相位上的狀態(tài)下向電網(wǎng)提供電能。
本發(fā)明不限于上述的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由下面的權(quán)利要求書限定，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以作出許多改變。
權(quán)利要求
1.一種連接電路，用于將產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)連入電網(wǎng)，包括-測量電路，用于測量通過所述連接電路的電流；-存儲元件，用于在至少一些時間內(nèi)存儲著所述發(fā)電機(jī)提供的電荷；-第二測量電路，用于測量存儲電荷的數(shù)量，所述第二測量電路與存儲元件相連；以及-第一可控開關(guān)，用于在已測量的電流強(qiáng)度、電壓和存儲電荷條件下把所述發(fā)電機(jī)連接到所述電網(wǎng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的連接電路，其中所述第一測量電路包括互感器。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的連接電路，其中所述第二測量電路包括差動放大器。
4.按照權(quán)利要求1或2或3所述的連接電路，還包括用于產(chǎn)生預(yù)定值電壓的電路。
5.按照權(quán)利要求1-4中任何一項所述的連接電路，還包括相位電路，用于確定和移動測量信號的相位。
6.按照權(quán)利要求4所述的連接電路，其中所述電路包括微處理器；EPROM，其中以數(shù)字形式存儲著所述預(yù)定值的信號；以及D/A變換器。
7.按照權(quán)利要求6所述的連接電路，其中一個計數(shù)器與所述EPROM相連，用于相移所述EPROM的輸出。
8.按照權(quán)利要求5所述的連接電路，其中所述相位電路包括相位比較器，鎖相和返回環(huán)路。
9.按照權(quán)利要求1-8中一項或幾項權(quán)利要求所述的連接電路，其中所述消耗元件和所述第二可控開關(guān)設(shè)置成與所述存儲元件并聯(lián)。
10.一種用于將發(fā)電機(jī)連接到電網(wǎng)的方法，其中使用一種連接電路，其中測量通過所述邏輯電路的電流，測量在所述測量電路的存儲元件中存儲的電荷的數(shù)量，并且其中只要測量表示由所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓的相位和電網(wǎng)的電壓的相位大致相等時，立刻把所述發(fā)電機(jī)連接到所示電網(wǎng)。
11.按照權(quán)利要求9所述的方法，其中應(yīng)用按照權(quán)利要求1-8中一項或幾項所述的連接電路。
12.按照權(quán)利要求10或11所述的方法，其中按照權(quán)利要求1-10所述的測量值被用于延遲與所述電網(wǎng)的連接或不發(fā)生與所述電網(wǎng)的連接，或者用于中斷現(xiàn)有的連接，并在短的時間內(nèi)返回到消耗所述發(fā)生的電功率，使得可以避免發(fā)生機(jī)械的、機(jī)電的、或者電的破壞。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將發(fā)電機(jī)連入電網(wǎng)的連接電路，包括測量電路，用于測量通過所述連接電路的電流；儲能元件，用于在至少一些時間內(nèi)存儲所述發(fā)電機(jī)提供的電荷；第二測量電路，用于測量存儲的電荷的數(shù)量，所述電路和存儲元件相連；以及第一可控開關(guān)，用于在已測量的電流強(qiáng)度、電壓和存儲電荷條件下把所述發(fā)電機(jī)連接到所述電網(wǎng)。
文檔編號H02J3/40GK1500304SQ02807268
公開日2004年5月26日 申請日期2002年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月12日
發(fā)明者蓋雷杜斯·J·J·貝克斯, 德克·L·貝克林, 威廉·A·萬肯佩, 伯恩德·J·萬肯佩, 約翰尼斯·S·里伯迪恩克, 雅各布斯·G·M·楚特, J 萬肯佩, A 萬肯佩, L 貝克林, 斯 G M 楚特, 斯 S 里伯迪恩克, 蓋雷杜斯 J J 貝克斯 申請人:伊耐泰克電力熱力有限公司