FOTO HERA SPA

PROPOSTA PER CONFIGURARE IN MODO INNOVATIVO UN CAMPO FOTOVOLTAICO DI MEDIA/GRANDE POTENZA AD ALTA CONCENTRAZIONE SUNFLOWER CPV

 

                                                          PREMESSA

Questa proposta molto performante soprattutto se rivolta ad “Impianti Fotovoltaici a- Concentrazione” prova a descrivere come modificare/innovare le attuali architetture di configurazione, al fine di migliorarne le prestazioni, l’affidabilità ed il tempo di installazione. Osservando le architetture che vengono attualmente utilizzate, si nota che da parte dei costruttori c’è molta attenzione al fine di scegliere/proporre “il meglio” che oggi il mercato offre nei vari settori: Inverter, Movimentazione, Trasmissione, Trasduttori e quant’altro.

Esaminando però con maggiore attenzione l’architettura nel suo insieme, una serie di incongruenze appaiono palesi e ci hanno portano a trarre le seguenti conclusioni:

1.\ Una “Architettura-Finale” che mette insieme “Ottimi Prodotti Singoli”, non è assolutamente certo che risulterà una “Architettura-Eccellente”. Questo perché, nel suo insieme, manca di una “Visione Unificata” e ciò può portare a ridurre la valenza del risultato finale.

2.\ È errato approcciare l’innovazione di un progetto considerando per partito preso alcune tecnologie “obsolete e/o inadatte”, a volte un cambio di tecnologia (anche in un “habitat” diverso), può modificare dei concetti e rendere delle soluzioni, precedentemente ritenute superate/antiquate, nuovamente capaci di essere innovative ed offrire ottime performance. Un esempio eclatante in merito è l’applicazione dei motori-sincroni nel settore ascensoristico, dove è bastato l’ingresso sul mercato dei Sistemi-VVVF - affinché tutto venisse rapidamente rivisto ed adeguato.

3.\ La “Innovazione” non può convivere con la “Conservazione” (è un ossimoro). Introdurre “Innovazione per Sezioni” (metodo dei piccoli passi), spesso produce solo dei pessimi risultati (per le ragioni illustrate al Punto-1). Quando una “Proposta Innovativa” è supportata da oggettivi Dati-Tecnico/Economici che ne dimostrano la valenza, occorre essere consapevoli dei positivi risultati che riuscirà a permettere e di conseguenza: “supportarla e farla propria”.

COSA RITENIAMO NON OTTIMIZZATO NELLE ATTUALI

PROPOSTE DI CONFIGURAZIONI FOTOVOLTAICHE

P1.1\ La Connessione dei Pannelli-Fotovoltaici in Parallelo.

I Pannelli Fotovoltaici, se vengono connessi in parallelo, non riescono ad operare in modo ottimizzato, si può discutere sul parametro di “perdita della resa” (certamente più evidente nelle versioni a Concentrazione), ma certamente un impianto “ben realizzato” dovrebbe evitare questa configurazione.

Non osservare questa regola porta certamente a delle soluzioni vantaggiose, se valutate sotto un profilo “economico-immediato”, ma portano ad un risultato svantaggioso se il calcolo viene effettuata su un profilo “economico di medio/lungo termine”,

P1.2\ La Configurazione con la Sezione DC/AC Multi-Distribuita. Questa proposta, opera in modo esattamente opposto alla precedente; cioè per evitare perdite di rendimento su ogni Piccola Sezione, si inserisce un Piccolo Inverter DC/AC corredato di controllo MPPT.

È una soluzione, apparentemente performante, poiché operando ogni elemento in modo indipendente, l’insieme degli elementi lavorano in modo ottimizzato. Anche questa soluzione come avremo modo di evidenziare presentando la nostra proposta  risulta meno ottimale di una architettura che effettua l’equalizzazione e la ricerca del punto MPPT in Corrente Continua.

P1.3\ La Connessione dei Comandi e delle Misure in Radio-Frequenza e/o con numerosi Inter-Cablaggi.

Sotto questo profilo la nostra azienda ha dedicato molte delle sue energie (in tempo/investimenti) ed ha realizzando i seguenti brevetti:

a.\ Pubblicazione: ITCS20080013 (A1) - 2008-09-23 - Avente per oggetto:

Sistema e dispositivo di trasmissione/ricezione dati ad onde convogliate

b.\ Pubblicazione: CS2011A000019 - 2011-07-14 - Avente per oggetto:

Sistema e dispositivo di trasmissione/ricezione dati su linea di alimentazione in corrente continua.

Sono delle soluzioni fortemente mirate per risolvere in modo ottimale queste tipologie di applicazioni, come avremo modo di evidenziare illustrando la nostra proposta.

 

NOTA: Ci sono, infine, una serie di esigenze, non ancora “molto percepite e normate” da parte dei “Gestori degli Elettrodotti”, dove disponiamo di una buona e specifica esperienza; acquisita anche attraverso varie collaborazioni che ci hanno spinto fino a progettazioni di Tipo-Militare in Grade-A Classe-I. Aspetti che, in linea di massima, interessano:

La Power-Quality.

La Modularità dislocabile su più punti.

La Compensazione delle Armoniche presenti su rete ottenuta utilizzando il nostro Sistema DHC; vedasi brevetto:

 

LE SOLUZIONI/PROPOSTE TECNOLOGICHE

CHE RITENIAMO PIÙ PERFORMANTI

INTRODUZIONE: Volendo dare alla nostra proposta un carattere “molto concreto” man mano che evidenzieremo le nostre scelte, li adatteremo ad un Sistema Fotovoltaico a Concentrazione molto innovativo prodotto(con alcune immagini prelevate dal loro file:

Inoltre, rivolgendoci a Sistemi di Media/Grande Potenza, analizziamo questa proposta mirandola alla sola Configurazione-Trifase, riferita allo Standard-Europeo (Tensione = 400 Volt); ovviamente il metodo non presenta difficoltà ad adattarsi su altri Standard/Normative.

 

La nostra proposta, come visibile nel Diagramma-Generale riportato in Fig.1, ha operato al fine di ottenere una configurazione semplificata e molto funzionale; allo scopo il sistema è stato così strutturato:

1\. Una “Unità di Controllo” che opera correlando le quattro sezioni fondamentali del Sistema.

2\. Un “Dispositivo Interfaccia” che permette al Sistema di funzionare rispettando la normativa vigente.

3\. Un “Inverter DC/AC” (o un parallelo di inverter DC/AC – in base alla potenza da generare), alimentato da una unica linea in Corrente Continua.

4\. Una Serie di “Inverter DC/DC” che si interpongono fra la Linea DC (positiva/negativa) ed i vari “Frame-Set” per come meglio evidenzieremo in seguito.

5\. Una “Unità di Trasmissione/Ricezione” per connettere il Sistema con l’esterno al fine di poterne effettuare il Tele-monitoraggio/Tele-gestione secondo i vari standard esistenti; nello specifico: GSM, GPRS, LAN.

6\. Una “Unità di Acquisizione Dati”, da non intendersi come “Parametri Elettrici” (a cui già provvedono i circuiti elettronici installati sugli Inverter DC/DC e DC/AC), bensì i parametri che rilevano le condizioni atmosferiche. Ad esempio la figura a fianco riportata, attua una accurata analisi di questi parametri rilevando: pressione atmosferica, velocità e direzione del vento, temperatura, umidità, indice UV, tasso di pioggia, radiazione solare, punto di rugiada, etc. Un insieme di dati molto utili per stabilire se il Sistema opera in modo ottimale, se occorre predisporre condizioni di “messa in sicurezza” o quant’altro.

Questa nostra analisi di ottimizzazione non è comunque, rivolta ad migliorare la “Logica Funzionale” delle “Unità di Controllo” poiché, normalmente, sono già realizzate in modo diligente ed accurato; si propone, invece, di illustrare i vantaggi che si ottengono inserendo alcuni Up-Grade capaci di rendere più agevoli ed economiche le fasi di: installazione, conversione, controllo ed efficienza. Qui di seguito descriviamo come proponiamo di variare l’attuale configurazione, evidenziando man mano i vantaggi che ne conseguono:

 

 

UG-1\. INVE RTER DC/AC

UG-1-A\. INVERTER FOTOVOLTAICO A SINGOLA CONVERSIONE

 

Attualmente vengono utilizzati Inverter Standard caratterizzati da un doppio sistema di conversione DC/DC e DC/AC. In una configurazione, come quella proposta in Fig.1, dove l’ottimizzazione del parametro MPPT avviene negli Inverter DC/DC presenti nei vari “Frame-Set”, appare evidente che si dispone di una doppia ed inutile conversione DC/DC. La nostra proposta, come riportato in Fig.2, punta a realizzare un Inverter Fotovoltaico a singolo stadio, più economico e di migliore rendimento.

 

UG-1-B\. INVERTER FOTOVOLTAICO A TECNOLOGIA INTERLACCIATA

 

Attualmente gli Inverter vengono realizzati generando degli impulsi PWM, di ampiezza opportunamente modulata, al fine di ottenere in uscita il valore desiderato nella sua ampiezza e forma. Ad integrare questi impulsi provvede un apposito filtro L/C il cui valore è tanto maggiore quanto più basso si vuole mantenere il ripple (vedasi Fig.3 – Inverter Normale). Disponendo di una buona esperienza nel settore (maturata fondamentalmente con progettazioni in ambito militare), la nostra proposta è quella di operare utilizzando la “tecnica interlacciata” (come in modo semplificato è visibile in Fig-3), un metodo che permette di ridurre dimensionalmente i filtri e lo sfasamento che li caratterizza, pur fornendo un’onda in uscita con un ripple fortemente ridotto.

 

UG-1-C\. INVERTER FOTOVOLTAICO ALIMENTATO DA UNA TENSIONE DC PROPORZIONALE ALLA TENSIONE DI RETE-ESTERNA CHE OCCORRE FORNIRE

Un ulteriore aspetto che viene trascurato negli Inverter fotovoltaici standard è quello di alimentare la sua sezione DC/AC con una tensione fissa e necessariamente “abbastanza elevata” per poter fornire energia anche quando la tensione di rete risulta più alta del suo valore nominale. La Fig.4 evidenzia invece come sarebbe ottimale disporre di una tensione in DC (positiva/negativa) abbastanza correlata al valore della tensione presente sulla rete. La nostra proposta ottimizza la configurazione anche sotto questo profilo permettendo al Sistema di Conversione DC/AC di operare sempre in perfette condizioni, con un elevato  rendimento, una sezione magnetica di dimensioni contenute ed uno sfasamento fra comando effettuato e tensione di uscita molto più ridotto.

 

UG-2\. INVERTER DC/DC

Su questa sezione abbiamo maggiormente concentrato la nostra attenzione e crediamo di aver realizzato, anche sotto questo profilo una proposta abbastanza interessante. La configurazione che noi riteniamo più performante si presenta per come schematizzato in Fig.5 e può così sintetizzarsi:

UG-2-A\. CONCEZIONE DELLA SEZIONE DC/DC

Ogni FRAME-SET viene connesso all’ INVERTER-DC/AC attraverso la Linea-DC (Positivo/Negativo). Linea che connette in parallelo tutti i Frame-Set Fotovoltaici. Questo inverter è strutturato in modo da potersi stabilizzare sul valore di tensione che gli viene programmato, in base all’algoritmo di ottimizzazione descritto al Punto UG-1-C e, su questo valore di tensione, generare la massima corrente (quindi potenza-fornita) che il controllo MPPT gli assegna. Da questa stesse linea il sistema può alimentarsi (utilizzando una tensione più ridotta), al fine di poter attivare movimentazione e/o controlli, anche in caso di assenza di generazione fotovoltaica (ad esempio durante la notte). Questo Inverter potrebbe costruirsi, anche in modo “unificato” cioè valido per molteplici applicazioni; la nostra analisi tecnico/economica, ci orienta però a preferire la realizzazione di questi Inverter DC/DC in base allo Standard della Rete-Esterna su cui andrà ad operare; ad esempio la versione che opera con lo Standard-Europeo, avrebbe un hardware diverso da quello che opererà con lo Standard-USA. Proprio per soddisfare al meglio questa necessità hardware le alimentazioni di ingresso all’Inverter-DC/DC: “Alimentazione DC-1” ed Alimentazione DC-2”, sono connesse in modo separato ed ognuna raccoglie una serie di 2.5 Pannelli-Elementari. Evidenziamo, infine, che essendo ogni Frame-Set capace di generare una potenza di circa 5.7 kW, per realizzare un Sistema da 1 MW occorre attuare una configurazione che gestisce circa 175 Frame-Set. Volendo realizzare un prodotto molto affidabile sotto tutti i profili, un apposito algoritmo ottimizza la configurazione del Sistema ed assegna ai vari Inverter-DC/DC delle frequenze leggermente diverse fra loro al fine di mantenere le emissioni di Radio-Frequenza (EMI), prive di sovrapposizione/picchi e meglio distribuiti sulla Banda-Frequenza su cui si vuole operare.

 

UG-2-B\. CONCEZIONE DELLA SEZIONE MPPT

Come già anticipato al Punto UG-2-A, il sistema MMPT opera stabilizzandosi sulla tensione DC assegnata e generando su questo livello la massima corrente possibile. Essendo questo elemento molto importante per il rendimento complessivo del Sistema, molta cura abbiamo posto al fine di offrire un prodotto di elevate prestazioni anche sotto questo aspetto allo scopo:

UG-2-B-1\. La variazione del contributo in corrente dei singoli inverter, che formano il Parco-Fotovoltaico, viene regolata con step di incremento di tensione estremamente ridotti (70 microVolt a passo); una prestazione che permette di individuare/generare in qualsiasi modalità operativa la più performante condizione funzionale anche se si è in presenza di impedenze di linea molto basse (come avviene in questa tipologia di sistemi). UG-2-B-2\. La movimentazione ottimale necessaria ai vari Pannelli-Elementari, anche se appartenenti allo stesso Frame-Set, può essere leggermente diversa per compensare eventuali centrature/disuguaglianze. Allo scopo la nostra proposta prevede di memorizzare sull’Inverter DC/DC il coefficiente di disallineamento dei vari Pannelli-Elementari connessi. In questo modo ricevute le “Coordinate Teoriche di Posizionamento” ogni Unità Elementare può ottimizzarsi sulla migliore posizione da raggiungere, in base al disallineamento che gli è proprio. UG-2-B-3\. Il disallineamento delle singole unità può essere periodicamente verificata con un apposito algoritmo capace valutare se i precedenti coefficienti di ottimizzazione del loro allineamento sono ancora corretti. Una vera e propria concezione funzionale ad “Autoapprendimento” automatico e continuo”.

 

UG-2-C\. CONCEZIONE DELLA SEZIONE PLM

Già al Punto-2 della Premessa abbiamo evidenziato come alcune tecnologie valutate obsolete, se utilizzano nuovi componenti e/o nuove strutture schematiche, possono diventare nuovamente delle interessanti soluzioni. In questa specifica applicazione di controllo per Sistemi Fotovoltaici, certamente questa soluzione è da considerarsi molto performante, come meglio evidenzieremo nel successivo Punto UG-3-A, dove forniamo la Documentazione ed i Dati-Tecnici di supporto. Sotto il profilo puramente installativo, come visibile dalla Fig.1, appare evidente che una Linea-DC (Positivo/Negativo) che nel proprio interno contiene/trasporta le varie informazioni necessari al funzionamento ottimale dell’intero sistema (fino a distanze anche di 10 KM) e permettendo all’Unità di Controllo un facile dialogo con tutti i Frame-Set collegati, risulta essere un punto di notevole vantaggio.

 

UG-2-D\. CONCEZIONE DELLA SEZIONE CROSS-LESS

La Figura-5 mostra un tipico Frame-Set, dove è facile evidenziare come, nei sistemi a concentrazione, uno dei problemi che occorre affrontare/risolvere è la movimentazione ed il controllo delle Singole-Unità. Nella stessa figura sull’Inverter del Frame-Set viene indicata la “Linea Cross-Less”, un nostro sistema brevettato che permette, utilizzando due soli conduttori, sia di alimentare che di trasmettere dati sulle varie unità connesse. Un vero vantaggio in una applicazione di questo tipo dove occorre effettuare una serie di verifiche e di movimentazioni. Nel successivo Punto UG-3-B è fornita la Documentazione-Tecnica che evidenzia il suo principio di funzionamento. Anche in questo caso, come nel precedente, appare evidente che il Sistema viene fortemente semplificato in molte sue parti, un aspetto positivo che si riflette a vantaggio del rapporto costo/prestazioni, insieme ad una fase installativa estremamente semplificata.

 

UG-3\. CONCLUSIONI E DATI-TECNICI

 

Nelle figure sopra-riportate, che si rivolgono al Sistema-Sunflower della HCPV d.o.o., appare evidente come i sistemi a concentrazione possiedono un insieme di vantaggi che permettono a questa nuova tecnologia di affermarsi: maggiore rendimento, maggiore con- tributo sull’energia prodotta, etc., in questa fase conclusiva documentiamo meglio la nostra proposta integrandola con i relativi dati-tecnici di supporto.

 

UG-3-A\. CARATTERISTICHE DEL NOSTRO SISTEMA-PLM MULTICANALE

Il nostro “Sistema-PLM”, brevettato per come indicato al Punto P1.3, rappresenta certamente la migliore soluzione in affidabilità e semplicità installativa in questa tipologia di applicazione. Le ottime performance che caratterizzano il Metodo sono fondamentalmente dovute: UG-3-A-a\. Alla sua elevata affidabilità nel riconoscere i comandi provenienti dall’Unità-Master rispetto ai vari segnali in transito provenienti dalle Unità-Slave. UG-3-A b\. Al suo continuo riferirsi nel corso della ricezione al rapporto segnale/rumore che riesce agevolmente ad identificare. I Dati-Tecnici che caratterizzano il dispositivo sono così sintetizzabili:

UG-3-A-1\. Attenuazione rispetto alla Frequenza Centrale = 3dB con +1,25 KHz

UG-3-A-2\. Attenuazione rispetto alla Frequenza Centrale = 3dB con -1,27 KHz

UG-3-A-3\. Attenuazione rispetto alla Frequenza Centrale = 30dB con +2,5 KHz

UG-3-A-4\. Attenuazione rispetto alla Frequenza Centrale = 30dB con -2,5 KHz

Utilizzando il Sistema in versione Multi-Canale come visibile in Fig. 6, si evidenzia tutta la potenzialità del Sistema che nella versione completa, con 7 canali in trasmissione contemporanea, permette – se è necessario -una velocità di trasmissione complessiva che può raggiungere i 9,6 kBaud.

Si evidenzia infine che il Protocollo che supporta la rete di trasmissione è molto performante perché divide i comandi in tre “Macro-Aree” così concepite: UG-3-A-J\. Macro-Area dei “ Comandi-Generali” .

Sono i comandi che interessano tutti i Frame-Set presenti sull’ Impianto-Fotovoltaico e che vengono attuati in contemporanea da tutte le Unità. Appartengono a questa tipologia i comandi che: assegnano il valore della Tensione DC, il posizionamento rovesciato durante la notte, etc. UG-3-A-K\. Macro-Area dei “ Comandi-di-Gruppo” .Sono i comandi che interessano uno Specifico-Gruppo dei Frame-Set presenti sull’ Impianto-Fotovoltaico. UG-3-A-W\. Macro-Area dei “ Comandi-Singoli”. Sono i comandi che interessano un singolo Frame-Set. Appartengono a questa tipologia i comandi di monitoraggio (potenza fornita, valori presenti sulle singole unità, etc.), oppure quelli attuativi (modifica di puntamento, etc.).

 

UG-3-B\. CARATTERISTICHE DEL NOSTRO SISTEMA CROSS-LESS

Il nostro “Sistema-CROSS-LESS”, anch’esso brevettato per come indicato al Punto P1.3, permette in modo veramente efficace e con un ottimo rapporto costo/prestazioni di risolvere problemi che la gestione di un Sistema come il Frame-Set Fotovoltaico presenta. In questi Sistemi, infatti, occorre:

UG-3-B-1\. Alimentare e gestire le varie periferiche di trasduzione.

UG-3-B-2\. Alimentare e gestire le varie movimentazioni.

UG-3-B-3\. Avere la verifica delle varie azioni attuate.

È un metodo molto innovativo perché permette di riconoscere le varie Slave senza operare a “concezione polling”, ma in una modalità più rapida ed efficace.

 

UG-3-C\. IL CABLAGGIO DELLA LINEA-DC E DEI FRAME-SET

Appare evidente che l’installazione di un Impianto-Fotovoltaico a Concentrazione, caratterizzato da un insieme di peculiarità abbastanza complesse; ad esempio:

UG-3-C-1\. Un valore di Tensione-DC ottimizzato al valore dinamico della Tensione presente sulla Rete.

UG-3-C-2\. Un MPPT ottimizzato per ogni singolo Frame-Set

UG-3-C-3\. Un posizionamento ottimizzato per ogni Singola-Unità. Etc.

volendolo realizzare con tecnologia standard è attuabile in modo abbastanza complesso. Questa nostra proposta, proprio per le peculiarità che la contraddistinguono permette una agevole installazione ed un facile controllo dell’insieme, ottimizzando i tempi attuativi senza che questo comprometta (anzi le migliora) la qualità della Installazione e la sua funzionalità.

 

UG-3-D\. L’UNITA’ DI CONTROLLO E LE SUE PERFORMANCE

Tipicamente il Cliente a cui ci rivolgiamo dispongono già di questa Unità e siamo noi ad adeguarci al loro Protocollo ed alla concezione del Sistema nel suo insieme. Qualora si desidera il “Sistema-Completo”, possiamo personalizzarlo per come viene ritenuto più opportuno dal Cliente; la configurazione tipica è comunque caratterizzato da:

UG-3-D-1\. Possibilità di interfaccia: GSM/GPRS/LAN.

UG-3-D-2\. Calendario con autonomia di 30 gg, e precisione +/- 1 minuto/anno

UG-3-D-3\. Orologio astronomico con massimo errore sulla Latitudine/Longitudine assegnata 2 minuti.

UG-3-D-4\. Memorizzazione di tutti i parametri operativi degli ultimi 30 giorni.

UG-3-D-5\. Controllo antifurto per Singolo-Dispositivo.

NOTA: Nella proposta HCPV d.o.o. la Velocità/Direzione del Vento è effettuato con un sistema di tipo ad Ultrasuoni.

CONTESTO INVENZIONE SUNFLOWER

Il concetto di serie di PFC (Correzione Factoring Power), è stato per anni in questione con lo sfasamento tra tensione e corrente, dal momento che questo parametro sviluppato oltre il potere reale (misurata in watt), una potenza reattiva (misurata in VAR), una specie di potere che, anche se non ha usato l'energia, ha aumentato la corrente totale effettuata sulla linea di alimentazione, impegnandosi di più generatori e tutti i attrezzature intermedie (intensificare e dimettersi trasformatori, ecc.)
Tuttavia, il problema è stato risolto immediatamente, perché è stato causato da un componente reattiva della natura induttiva (vedi Tabella-A -. Sec. Effetto di un carico induttivo), che era facilmente compensata da una componente reattiva dello stesso valore, fuori PHASEIN inverso natura (capacitivo), collegato alla fine utente (rifasamento del sistema).
Gli utenti con una tipologia di lineare assorbimento di corrente, contribuiscono notevolmente a modificare questa condizione funzionale "normale", privo di distorsioni armoniche (quindi facilmente risolvibile); tre esempi classici sono: lampade a scarica di gas; su ogni fase (con SCR / controlli TRIAC); alimentatore, in genere.
Pertanto, vi è un gruppo di utenti, collegato alla rete di distribuzione, il cui vero problema di correzione, è non introdurre uno sfasamento tra tensione e corrente (un problema di facile soluzione), ma di introdurre, sulla rete stessa, a large quantità di armoniche, che gli utenti connessi produce in modo intrinseco.
Table-A nel sec. "Distorsioni armoniche per un qualche tipo di utenti", sottolinea esattamente alcuni carichi con questo tipo di problema. La tabella indica, per ciascuno di loro, sia il grafico della corrente, e la quantizzazione dei suoi più considera harmonics (analisi in tempo-e-dominio della frequenza), i casi descritti sono: una lampada al neon (il fenomeno è simile per tutte le lampade a scarica di gas), un tipico gruppo di alimentazione monofase (senza PFC), un tipico gruppo di alimentazione trifase (senza PFC).
Questo è, ovviamente, un problema serio hanno cercato di ridurre attraverso diverse norme, in Europa, per esempio, la norma n EN-61003 è in vigore. I suoi limiti (in particolari condizioni di potere / uso) sono riportati nella Tabella-B - Sez. Regola EN61003.
Quindi la norma citata non riesce a risolvere il problema, ma può solo ridurre la portata. E, come l'elettronica-di-energia-conversione diventa sempre più competitivo (comandi motore con sistemi di VVVF, di conversione energetica con PWM technique), e, di conseguenza, il numero di armoniche introdotte sulla rete si innalza, lo stesso problema si espande, e la "qualità della forma d'onda in dotazione alla User" è sempre più ridotto (vedere Tabella B -. Sec "grafico tipico delle correnti for distorted tensione").
La presente invenzione si basa sulle seguenti problemi: la produzione di energia elettrica alternativa di piccola / media potenza, integrata sulla rete esterna di alimentazione; la conversione / uso di energia con sistemi di tecnica PWM. Pertanto, esce il problema (vedi Tabella-B -. Sec "Esempi di forme d'onda ottimale che compensano la distorsione armonica in generazione / uso") di stabilire se sia vantaggioso / utile, ad un generatore / utilizzatore di non operare con correnti sinusoidali, ma con correnti exactly distorted, in grado di correggere le distorsioni armoniche sulla rete.
Il nostro progetto è in grado di: fornire, sulle vie di distribuzione interessati, e con tutti i vantaggi che questo produce, un "qualitativamente" migliore energia. Dare ai convertitori di energia alternativa (lavorando con tecnica PWM), anche un corretto / fattore di miglioramento della qualità della forma d'onda, per la linea elettrica a cui sono collegati, migliorare le prestazioni degli utenti (lavorando con tecnica PWM), in modo che non sono più la causa della distorsione d'onda, ma di the correction / miglioramento dell'onda stessa.
Tabella-B - Sez. "Esempi di forme d'onda ottimale che compensano la distorsione armonica in generazione / uso"), descrive, in via preliminare (in seguito, affronteremo il punto di vista tecnico), come che può essere realizzato, infatti: il primo grafico showsan metà ciclo della tensione, con distorsione tipica di un'onda, sottolineando l'errore che la caratterizza, rispetto al valore teorico che dovrebbe avere, il secondo grafico mostra la distorsione ottimale un generatore dovrebbe avere, quando, collegato a power linea, ha per attenuare le distorsioni armoniche sulla linea di alimentazione stessa. In quel caso, come è descritto nel grafico, si dovrebbe generare una piccola energia sui valori inferiori della sinusoide, e concentrarla sulle ampiezze superiori, si abbassa exactly where la forma d'onda, infine, il terzo grafico mostra la distorsione ottimale un utente dovrebbe avere quando, collegato ad una linea di alimentazione, deve attenuare le distorsioni armoniche presenti sulla linea di alimentazione stessa. In quel caso, come points out grafico, dovrebbe assorbire una grande quantità di energia sui bassi valori della sinusoide, e ridurlo sulle ampiezze superiori, esattamente dove si abbassa la forma d'onda;

SINTESI DELLA INVENZIONE

Questa sezione descrive come l'architettura del dispositivo è strutturato, per trasformare l '"idea-patent" in un "industriale-prodotto", è implicita una serie di processi riassunti come segue:

A.        Prima di tutto, in modo che "a-parte" delle armoniche thenetwork possibile compensare in modo ottimale ed automatico, devono essere trasformati in parametri misurabili-;

B.        Come mostrato nella Tabella-C, un convertitore analogico-digitale, seguito da un convertitore FFT ( Fast Fourier Transform), prevede per questo compito;

C.        Ora, il sistema trasporta i parametri nel dominio della frequenza, e analizza / elabora i parametri, considerando: Le correzioni armoniche già compiendo; La forza che può essere utilizzato come generatore / utilizzatore; Il valore del in output / input fase tensione ( a seconda che funziona come generatore o utente), e stabilendo che è la migliore prestazione funzionale, con riferimento alla specifica condizione di dinamiche funzionali che progrediscono;

D.        Dopo di che, il dispositivo traduce again the varie elaborazioni nel dominio del tempo, attraverso un conversione che utilizza la "anti-trasformata di Fourier";

E.        Ultima azione da fare, è la disposizione dei dati, trasferiti nel "tempo-dominio", in segnali utili per guidare il convertitore di potenza PWM, in order to realizzare, sulla la rete esterna, la correzione programmata appropriata.

F.         Tabella C-oltre a presentare, nel par. "Elaborazione sequenza", il processo degli eventi / lavorazioni, come è stato descritto in precedenza, presenta, nel sec. "Blocco circuiti off unctional diagramma", lo schema a blocchi di circuiti elettronici, che realizzano i vari processi. Ciò che caratterizza questi circuiti, come punti Tabella C-out, è:

G.        Un sistema di controllo di frequenza / fase, al fine di generare comandi correttamente correlati rete esterna to the;

H.        Un VCO (Voltage Controlled Oscillator), al fine di generare una frequenza sincronizzata alla rete, ma di un valore molto più elevato, coordinando così / controllo del processo PWM entrata in vigore;

I.          Un PWM-Contatore, seguito da ACounter TRIFASE, al fine di correlat il comando PWM con quello della fase, e lavorare ad alta stabilità (basso jitter);

J.         Un elaboratore FFT, collegato ad una sezione che elabora / ottimizza i vari parametri di distorsione armonica, seguita da una FFT-1processor, completato con un traduttore comando a PWM (in breve volta, analizzeremo in dettaglio questo circuito);

K.        Un processore PWM che traduce i parametri di comando in ampiezze di impulso, già predisposto; L. Un buffer di uscita che aumenta comando / arranges the giusto per le parti di potenza.
Ora, facciamo attenzione al circuito descritto in "Point-I", considerando come funziona, e le sue peculiarità, inoltre, nella descrizione, si segnala l'analisi che il circuito viene eseguito, quando si controlla un sistema che produces energy : è ovvio che l'utilizzo di questo circuito su un utente che ha bisogno di essere riforniti di energia (carico), inverte la somma / sottrazione dei parametri.

Il blocco definito come "FFT / DATA PROCESSING/FFT-1/PWM" funziona in base al trattamento-sequenza descritta nella Tabella D, che possiamo indicare come segue:

1.         La tensione di ingresso, campionata mediante un convertitore analogico-digitale, che è, a sua volta, controllata da un sistema PLL (Phase Locked Loop - al fine di ottenere un perfetto bloccaggio di fase), si trasforma in una serie di dati digitali , i cui tempi di acquisizione sono perfettamente calibrate e correlato al periodo stesso.

2.         I dati di conversione di The Point 1, sono inviati ad un processore FFT (Fast-Fourier-Transform), che esegue la traduzione dal "dominio del tempo" al "dominio della frequenza".
Pertanto si ottiene lo spettro discreto del segnale di rete, come indicato Pr (k) nel diagramma.

3.         Ora Pr (k) subisce la prima trasformazione in Elb.1. Lo scopo di questa elaborazione, è quello di testare "come-much" lo spettro discreto della network signal Pr (k), è differente dallo spettro del segnale discreto teorica Pt (k). Pertanto si ottiene lo spettro discreto del segnale di errore, indicato come Pe (k) nel diagramma.

4.         Questo segnale di errore (che si riferisce alla precedente p riodo), indicata come Pe (k) viene al Elb.2. Qui subisce una trasformazione correlazione, realizzata confrontando l'errore che è ancora sulla rete (Pe (k)), con la correzione (Mem-B) che il dispositivo eseguito sulla rete stessa al momento del campionamento stiamo considerando ( vale a dire il periodo precedente).
Il Elb.2processing è essenziale per la convergenza del sistema verso una situazione di ottima generazione energetica. Essa deve eseguire la successiva lavorazione finale, "considerato" che il risultato della misurazione, che subisce il (k) analisi Pr, non è un risultato "neutro", ma un risultato ottenuto "anche" grazie al contributo energetico di questo dispositivo, che ha una programmazione parallela in rete, e aumenta di un tipo di energia / correzione, dobbiamo prendere in considerazione prima di stabilire i seguenti executive commands; quindi una lavorazione che permette di: Collegare il dispositivo in parallelo ad altre reti, non conoscendo il rapporto tra la sua propria parte di contributo energetico e l'intero sistema, pertanto, può funzionare da sola, o collegati in parallelo to generators con una molto più grande potenza rispetto al suo massimo. Anche così, il dispositivo non ha difficoltà a rapidamente e con precisione "convergenti" verso la sua condizione ottimale di generazione. Eliminare tutti i problemi che la distribuzione dei line sinvolves elettrici: resistenze di linea, maggiore / minore vicinanza dei carichi perturbazione, ecc, il sistema, proprio perché si correla ciò Esso misura dinamicamente con l'esecuzione correttiva-azione (i parametri memorizzati nella memoria), è sempre in grado di fare un action immediately corretto, senza procedere a "passo di approssimazioni successive": così si realizza un eccellente dinamica di funzionamento. Ovviamente, in modo che il dispositivo può funzionare correttamente, è necessario che essa per memorizzare i dati di comando, al fine di carry out loro successiva valutazione; questa sezione di circuito, indicato come Mem-A-Mem & B nel diagramma, è realizzata con un sistema Shift-memoria, che memorizza i dati di comando, e li traduce di un periodo, fornendo l'elaborazione Elb-2 con loro. Thereforewe avere la spettro discreto del sistema di correzione, indicato con Pc (k) nel diagramma.

5.         Tuttavia, il segnale Pc (k) non è ancora utilizzabile  come attuatore comando da inviare alla FFT-1 (descritta in seguito), infatti, se il sistema aveva solo the se controls, essa potrebbe raggiungere circostanze operative / comandi di "guasti" e qui il termine "guasto" deve essere interpretato in un senso molto ampio, ad esempio: Nel tentativo di rendere massima correzione armonica, il sistema potrebbe dare comando an executive superiore propria massima potenza generabile. Nel tentativo di generare la massima potenza disponibile, potrebbe aumentare la tensione del convertitore DC / AC fino a fornire all'utilizzatore una tensione superiore agli standard di accettazione.
La sezione di elaborazione (Elb-3), che funziona confrontando il Pc (k) del segnale con il segnale Pp (k), prevede che.

Il segnale Pp (k) è un segnale complesso, che contiene tutta la "limiti" che il dispositivo deve soddisfare nel suo ciclo funzionale. Alcuni di questi limiti sono fissati al hardware (massima potenza generabile, il picco massimo energetico che può be supplied, ecc), alcuni sono attaccati agli standard (massima tensione, frequenza di funzionamento, ecc,), altri alle dinamiche di funzionamento (massimo disponibile energia Eolie, massima energia fotovoltaica a disposizione, ecc.)
Uscire da Elb-3 uno finalmente ottiene lo spettro discreto del segnale adempimento, indicate come Pa (k) Nel diagramma, uno spettro che si acquisisce anche da "Mem-A" per aggiornare la memoria "Mem-B" verso il lavorazioni successive.

6.         The discrete spettro del segnale Pa (k), è ora inviato alla FFT-1 processore (Inverse-Fast-Fourier Transform), che ci riporta dal "dominio della frequenza" al "dominio del tempo". Pertanto, avremo una sequenza di segnali, uscendo dalla FFT-1, che, opportunamente correlare con le sequenze in PLL, e dopo un tratto di corrispondenza / sviluppo (buffer di uscita), dà il segnale di comando corretto, che deve essere inviato al circuito di potenza PWM (Pulse With Modulation) Questo metodo permette di operare:

Sotto una circostanza di totale assenza di oscillazioni, infatti, ogni periodo è generato da una trasformazione che analizza nei suoi parametri globali; In una modalità automatica totale, quindi in grado di "auto-converge" towards the esercizio ottimale condizione, e in qualsiasi circostanza di utilizzo (se in unico di programmazione, o collegato in parallelo ai grandi generatori); Con un ottimo rapporto costo / prestazioni. Si può, infatti, essere strutturato come Up-Grade, su qualsiasi control section, operare in tal modo su attrezzature già disponibili, un notevole risparmio se si considera che la sezione di potenza è la parte più costosa, di qualsiasi altro dispositivo di conversione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE REALIZZAZIONI PREFERENZIALI

Prima di tutto, si segnala, che il sistema di controllo / correzione "has-a-obiettivo" per lavorare con le più possibile dinamica: da questo punto di vista, il massimo possibile è di rintracciare le componenti armoniche di un periodo, e rendere le relevant corrections, già nel periodo successivo, e tutto ciò che è certamente possibile, se ci sistemi tecnologici adatti struttura Per quanto riguarda il nostro prototipo, il cui obiettivo è solo per testare il funzionamento del sistema, si è preferito lavorare su tre periodi, collegando periodo / azione come è mostrato nella Tabella D-(un periodo di rilevazione dati, un altro di trasformazione, e un altro di correzione). Anche in queste circostanze, abbiamo ottenuto dei buoni risultati, in ogni caso, abbiamo intenzione di aumentare la correzione dinamica, per themodels di produzione in serie, (che riguarda le caratteristiche del dispositivo, ma non riguarda la sua 'concezione funzionale e, quindi, il progetto di questo brevetto).
Per dare prominance per il ciclo di lavoro del prototipo che abbiamo elaborato, abbiamo organizzato il diagramma della tabella-E, seguendolo si può sottolinea i vari circuiti e le loro correlazioni.
La parte superiore del diagramma th, mostra la sezione di potenza, e, come w può verificare, è abbastanza simile a una sezione di conversione PWM normale in corrente alternata in modo che gli elementi le relazioni diagramma, sono: I trasduttori di misura per i parametri di

tensione and current (nella sezione alternata e continua); La sezione di potenza con IGBT e l'integrazione di filtro, i piloti di comando / controllo, sia per la IGBT collegato al positivo (driver-Up), e per l'IGBT collegato al negativo (senza driver dw).

La parte inferiore del diagramma, mostra la "sezione di controllo", questa è la parte che indica la concezione funzionale del dispositivo, che si può descrivere come segue (da ora in poi, noi usiamo "PCC", in riferimento al trattamento / controllo Computer): tensione The network (insieme ad altre misure), va in "PCC", che mette alla prova la sua accettazione-parametri (limiti di frequenza / tensione / fase che il sistema è in grado di soddisfare). Se i parametri-accettazione obbediscono alla regola del progetto, il "PCC" activates il circuito PLL (Phase Locked Loop), essendo caratterizzato da un rilevatore di angolo di fase, e da un VCO (Voltage Controlled Oscillator), genera la frequenza più conveniente, in modo che il contatore PWM (Ctrl-CK-PWM) e il contatore di fase (Ctrl-CK-fase), Cango su in modo completamente sincrono, con la frequenza e la fase dell'ingresso rete Questo circuito è molto importante perché, la precisione / stabilità raggiunge, è un parametro che definisce le prestazioni del dispositivo / qualitativo nel suo complesso. It's plain che, per correggere, per esempio, la nona armonica, si ha la necessità di un sistema molto più stabile rispetto alla componente armonica che deve essere corretto (In questo caso nove volte più grande della fondamentale). Da questo circuito PLL, otteniamo entrambi i comandi PWM (Ctrl-CK-PWM), e il comando che informa il microcomputer del-di-fase Step, che nel periodo ha raggiunto (Ctrl-CK-Phase).
Questo circuito può essere strutturata con diverse frequenze funzionali, dal momento che l'unico vincolo che impone, è di avere "l'azzeramento del contatore fase" perfettamente sincronizzato con "il completamento del periodo esimo sulla rete esterna". E 'clear that il più grande è il numero di campionamenti selezionati (sia PWM e, come Phase), quindi migliori sono le prestazioni che il dispositivo offre. Dobbiamo prendere con attenzione le questa scelta, considerando circuito th nel suo complesso; infatti: l'aumento del prelievo (così frequency the PWM), i circuiti di potenza minore è l'efficienza, al contrario, il costo dei elettronica di controllo si erge, a causa di le prestazioni avanzate. Al tempo stesso della sezione PLL, e in una modalità perfettamente sincronico, il "PCC" activa tesa circuito di conversione analogico-digitale, che campiona la tensione di rete, e memorizza le diverse ampiezze e angoli del periodo in cui sono ottenuti.

Questo parametro è molto importante anche perché più grande è il numero della misura effettuata, minore è l'errore del sistema Nelle lavorazioni; ma dobbiamo ancora premuroso che maggiore è il numero delle misurazioni, più ci avere lavorazioni complesse, quindi è necessario avere una più rapida elaborazione / sistema qualificato, quindi più costosi.
Il "PCC" può essere strutturato in diversi modi, ma-ha a operare secondo tre diversi concetti elaborativi: deve rendere il campionamento dei dati e di memorizzarle, correlandole alle varie sequenze in fase; Esso deve realizzare la trasformazione della FFT, del FFT1 e del ELB-1/2/3, come è mostrato nella Tabella-D; Deve disporre i comandi del "PWM-Comando-Controller", come tabella -E spettacoli;

Un fatto di pianificazione che può essere realizzato solo con un microprocessore (e farlo lavorare per la parte a varie azioni di trasformazione, con tecniche di Allarmi / trappola), o l'assegnazione di "Parallel-architetture" assegnare "PCC" in Modo Distribuito.

Nel prototipo realizzato, abbiamo preferito usare tre microprocessori che lavorano contemporaneamente (per quanto riguarda la produzione di massa, pensiamo che sia necessario ricorrere ad un "silicio fonderia", e la struttura della "PCC" on "dedicato-chip") , e assegnare fasi di lavorazione the mthe come segue: Un primo microprocessore controlla la conversione delle diverse misure, la stabilità della rete in fase / frequenza, e memorizza in un'area di memoria il valore della tensione di rete, unitamente a fase angle con cui la provvedimento è stato ottenuto; Un secondo microprocessore elabora i segnali come Table-D mostra (vedere le sezioni FFT, ELB-1, ELB-2). In quel caso, abbiamo lasciato la Intercat microprocessore con un coprocessore matematico-, e utilizzando l'algoritmo DELL'UNIONE DFT (Discrete Fourier Transform), al fine di ridurre fortemente i tempi di lavorazione (crediamo, in quel caso, che per la produzione di massa esso è necessario utilizzare un  coprocessore matematico-opportunamente strutturato); Infine, la terza Microprocessore carries fuori le lavorazioni, come è mostrato nella Tabella-D (vedi sezioni ELB-3, FF1), e capisce i comandi che deve essere inviata al l'Up / Dw / Driver. Anche in questo caso abbiamo lasciato il microprocessore interagire con un coprocessore matematico-, in orderto ridurre i tempi di elaborazione (e, anche in questo caso, si ritiene che per la produzione di massa, è necessario utilizzare un coprocessore matematico-strutturati adeguatamente). Si segnala inoltre che questa sezione, al fine di elaborare i comandi che hasto essere assegnato al PWM-Driver, interagisce strettamente con il controller di fase (Ctrl-CK-Fase del segnale) e con il controller PWM (segnale Ctrl-Ck-PWM ). Pertanto, il suo funzionamento è strutturato come segue: Dopo aver eseguito la DFT1, il circuito knowsthe vari componenti armoniche che devono essere compensate, in quanto ha le fasi di fase della frequenza fondamentale (Ctrl-Ck-Phase), può avere la contributo che i vari componenti armoniche danno, per ciascuna PWM step attivato; Inoltre, correlando con il segnale di riferimento PWM (Ctrl-Ck-PWM), può sincronizzare perfettamente i comandi ed evitare ogni possibile fenomeno di instabilità (basso jitter). Ultima sezione è composta dal PWM-Controller e Up / Dw / Driver, il cui obiettivo è ToGuide i circuiti di potenza, con i comandi che la sezione di elaborazione assegnare a loro.
Il teorema del campionamento afferma che, i-segnali strettamente limitato in banda sono rappresentati dai propri campioni, quando è soddisfatta la condizione di Nyquist (fsamp ≥ 2fmax): la dualità time-domain/frequency-domain, suggerisce che un risultato simile ha tobe valido per lo spettro dei segnali limitati. Per quanto riguarda le sequenze in, con una durata finita, con questo suggerimento raggiungiamo una rappresentazione dello spettro alternativa, conosciuta come Discrete Fourier Trasforma (DFT).
L'interesse per questo tipo di trasformata di è dovuto alla esistenza di algoritmi che sono particolarmente efficienti per la sua valutazione, noto come FFT algoritmi (Fast Fourier Trasform), che ci permettono di calcolare il loro spettro molto rapidamente. Al fine to experiment nostro prototipo abbiamo preparato una matrice i cui calcoli sono pre-elaborato (Tabella F-mostra la loro struttura); questa matrice fa notare, in base ai seguenti dati di input: il numero di campioni per periodo (Num-Samp); Il numero di livelli the quantization (ADC); Il numero dell'armonica che deve essere calcolato (N).
Il sistema realizza le seguenti tre fasi di lavorazione: un primo passo per valutare le componenti reali e immaginarie (box-reale e box-imag della Tavola-F). Un secondo passo per realizzare la somma delle parti reale ed immaginaria ottenuti (box-Sreal andbox-Simag di Tabella-F). Una terza fase, con il quale si ottiene l'ampiezza di ogni armonica, dai valori S real e S imag ottenuti. Si tratta, come si può vedere, scoprono invece un metodo rapido, che è in grado di fornire i nuovi dati di correzione, esattamente quando the analized periodo termina, quindi, è una dinamica di controllo che possono essere realizzati in "tempo reale", exeeding il regime proposto nella Tabella-D, dove le sequenze in periodo furono: uno di misurazione, un altro di trasformazione, e un altro di correzione. E questo è afurther notevole vantaggio del sistema dinamica e del controllo / correzione che offre.

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