DE102007054647A1 - Solarwechselrichter mit mehreren parallel geschalteten Einzelwechselrichtern und mit einer übergeordneten elektronischen Steuereinheit - Google Patents

Solarwechselrichter mit mehreren parallel geschalteten Einzelwechselrichtern und mit einer übergeordneten elektronischen Steuereinheit Download PDF

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Abstract

Ein Solarwechselrichter (1) weist mehrere parallel geschaltete Einzelwechselrichter (11-13) mit jeweils einem Leistungsteil (6) zur Umsetzung einer eingangsseitigen Feldspannung (UF) in eine ausgangsseitige Netzspannung (UN) sowie eine übergeordnete elektronische Steuereinheit (7) auf. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit (7) zur Durchführung sämtlicher übergeordneter sowie den jeweiligen Einzelwechselrichtern (11-13) zuordenbarer Regel- und Steuerfunktionen ausgebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Solarwechselrichter mit mehreren parallel geschalteten Einzelwechselrichtern mit jeweils einem Leistungsteil zur Umsetzung einer eingangsseitigen Feldspannung in eine ausgangsseitige Netzspannung sowie mit einer übergeordneten elektronischen Steuereinheit.
  • Die betrachteten Solarwechselrichter wandeln die von einem Solarfeld oder von einem oder mehreren Solarmodulen bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung um. Der Solarwechselrichter kann beispielsweise ausgangsseitig in ein einphasiges 50 Hz/230 V-Stromversorgungsnetz oder in ein 60 Hz/120 V-Stromversorgungsnetz eines Energieversorgungsunternehmens einspeisen. Für große Solarfelder kommen vorzugsweise Drehstromwechselrichter zum Einsatz, welche in ein entsprechendes dreiphasiges Stromversorgungsnetz, wie z. B. in ein 50 Hz/400 V-Stromversorgungsnetz, einspeisen. Es können auch mehrere Solarwechselrichter mit einer gemeinsamen Sammelschiene verbunden sein, in welche das Solarfeld bzw. die Solarmodule einspeisen.
  • Solarwechselrichter, die eingangsseitig an ein Solarfeld angeschlossen sind, weisen üblicherweise mehrere parallel geschaltete Einzelwechselrichter auf, die bei steigender Intensität der Sonneneinstrahlung einzeln zugeschaltet werden. Bei Zuschaltung aller Einzelwechselrichter kann eine maximale elektrische Leistung in das Stromversorgungsnetz zurückgespeist werden. Die stufenweise Zuschaltung verbessert den Wirkungsgrad des gesamten Solarwechselrichters bzw. der gesamten Photovoltaikanlage bei kleineren Einstrahlungswerten.
  • Jeder Einzelwechselrichter verfügt neben einem Leistungsteil über eine eigene Regelelektronikeinheit, in der die Wechsel richterfunktionen, wie z. B. die Ansteuerung der Leistungshalbleiter, Strom- und Spannungsregelung, Schutzfunktion und Überwachung, für den jeweiligen Einzelwechselrichter realisiert werden. Eine übergeordnete Steuerung, insbesondere eine elektronische Steuereinheit, übernimmt die Koordination des gesamten Solarwechselrichters und schaltet unter anderem die Einzelwechselrichter je nach Betriebszustand der Anlage zu und ab. Die elektronische Steuereinheit gibt zudem die Sollwerte für die Einzelwechselrichter, insbesondere eine Netzspannung oder einen Netzstrom, vor. Die erforderlichen Regel- und Steuerfunktionen des Solarwechselrichters werden verteilt auf verschiedenen Elektronikbaugruppen abgearbeitet. Die jeweiligen Einzelwechselrichter sind untereinander zum Datenaustausch verbunden. Die Regelelektronikeinheiten der Einzelwechselrichter sind üblicherweise über einen Kommunikationsbus mit der übergeordneten Steuereinheit verbunden. Diese Busverbindung kann beispielsweise ein paralleler oder ein serieller Bus sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Daten- bzw. Signalaustausch zwischen den jeweiligen Einzelwechselrichtern und der übergeordneten elektronischen Steuereinheit über digitale oder analoge Signalleitungen erfolgen.
  • Nachteilig bei den zuvor beschriebenen Solarwechselrichtern ist die aufwändige Programmierung der mehreren Regelelektronikeinheiten sowie der übergeordneten elektronischen Steuereinheit. Dies erfordert die Anwendung verschiedener Programmierwerkzeuge, die jeweils auf die übergeordnete Steuereinheit sowie auf die Regelelektronikeinheiten der Einzelwechselrichter zugeschnitten sind. Ein weiterer Nachteil ist die komplexe Datenhaltung und Archivierung der Quell- und Objektdateien sowie das zugehörige Änderungsmanagement der entwickelten Software. Ein weiterer Nachteil ist die aufwändige Fehlersuche, falls bei einer der Regelelektronikeinheiten der Einzelwechselrichter fehlerhaft sein sollte.
  • Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, einen modular aufgebauten Solarwechselrichter mit mehreren Einzelwechselrich tern anzugeben, welcher die zuvor genannten Nachteile nicht mehr aufweist.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Solarwechselrichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Solarwechselrichters sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 genannt.
  • Erfindungsgemäß ist die elektronische Steuereinheit zur Durchführung sämtlicher übergeordneter sowie den jeweiligen Einzelwechselrichtern zuordenbarer Regel- und Steuerfunktionen ausgebildet.
  • Damit ist der große Vorteil verbunden, dass anstelle einer Vielzahl von Regelelektronikeinheiten in den Einzelwechselrichtern und der übergeordneten elektronischen Steuereinheit nur noch eine (einzige) zentrale Steuer- und Regeleinheit verwendet wird, die alle Regel- und Steuerfunktionen des aus mehreren Einzelwechselrichtern aufgebauten Solarwechselrichters übernimmt. Mit anderen Worten findet in den jeweiligen Einzelwechselrichtern keine Regelung mehr statt. Damit ist der weitere Vorteil verbunden, dass die Einzelwechselrichter nicht mehr konfigurierbar sein müssen und folglich als „black box" ausgeführt sein können.
  • Der erfindungsgemäße Aufbau des Solarwechselrichters führt weiterhin vorteilhaft zu einer vereinfachten Montage sowie zu einem geringeren Gesamtstromverbrauch aufgrund des Vorhandenseins nur einer einzigen zentralen Steuer- und Regeleinheit. Ein weiterer Vorteil ist die höhere Zuverlässigkeit, da nur noch eine einzige elektronische Steuereinheit vorhanden ist. Dadurch reduzieren sich vorteilhaft die Hardwarekosten sowie die Entwicklungs- und Projektierungskosten für den gesamten Solarwechselrichter. Zudem vereinfachen sich die Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Solarwechselrichters sowie der Zeitaufwand zur Fehlersuche im Solarwechselrichter aufgrund der stark reduzierten Anzahl von möglichen Fehlerquellen.
  • Nach einer Ausführungsform sind die elektronische Steuereinheit und alle Einzelwechselrichter über einen Kommunikationsbus miteinander verbunden. Der Kommunikationsbus kann beispielsweise ein serieller oder ein paralleler Kommunikationsbus sein. Er kann z. B. ein CAN-Bus, ein Feldbus oder ein so genannter „DRIVE-CLiQ" sein.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die elektronische Steuereinheit erste Mittel zur Netzstromregelung und zur überlagerten Netzspannungsregelung für jeden Einzelwechselrichter auf. Die Einzelwechselrichter weisen jeweils einen Strommesser und einen Spannungsmesser zur Erfassung eines Netzstromistwertes und eines Netzspannungsistwertes auf. Die Einzelwechselrichter weisen jeweils eine Signalaufbereitungseinheit zur Signalaufbereitung und Weiterleitung der erfassten Istwerte an die Steuereinheit auf. Die Einzelwechselrichter weisen jeweils die Signalaufbereitungseinheit zur Umsetzung eines jeweiligen von der Steuereinheit zugeführten Netzstromsollwertes und eines jeweiligen Netzspannungssollwertes in eine entsprechende Impulsfolge zur Ansteuerung von Schaltelementen des jeweiligen Leistungsteils auf.
  • Die Signalaufbereitungseinheit jedes Einzelwechselrichters dient dabei (ausschließlich) dazu, den jeweiligen Stromsollwert oder Spannungssollwert ohne regelungstechnische Rückwirkung in die jeweilige entsprechende Impulsfolge zur Ansteuerung der Leistungshalbleiter umzusetzen. Vorzugsweise bildet die Signalverarbeitungseinheit den jeweiligen, in Form von Datenwörtern übertragenen Sollwert nach einem in einem Programmspeicher der Signalverarbeitungseinheit hinterlegten Algorithmus in entsprechende binäre Signalfolgen ab. Alternativ können die übertragenen Datenwörter einen Festwertspeicher in der Signalverarbeitungseinheit adressieren, welcher dann mehrere korrespondierende binäre Impulswerte bereitstellt. Letztere bilden vorzugsweise ein dem jeweiligen Sollwert entsprechendes Ein-/Ausschaltverhältnis des jeweiligen anzusteuernden Schaltelementes ab. Die binären Impuls werte werden als binäre Signalfolgen zur Erzeugung der ausgangsseitigen ein- oder mehrphasigen Netzspannung zyklisch wiederholt. Die binären Signalfolgen können mittels nachgeschalteter Treiber oder Verstärker auf ein erforderliches Spannungsniveau zur Ansteuerung der vorzugsweise auf Halbleiter basierenden Schaltelemente angehoben werden.
  • In umgekehrter Richtung dient die Signalaufbereitungseinheit dazu, die erfassten analogen Strom- und Spannungsistwerte zu digitalisieren und diese in Form von Datenwörtern über den Kommunikationsbus an die zentrale Steuer- und Regelungseinheit auszugeben. Zur Digitalisierung dient vorzugsweise ein Analog/Digital-Umsetzer.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform weist die elektronische Steuereinheit zweite Mittel zur Netzstromregelung und überlagerten Netzspannungsregelung sowie zur Phasenstromregelung und Phasenspannungsregelung der Einzelwechselrichter für jeden Einzelwechselrichter auf. Die Solarwechselrichter weisen jeweils einen Strommesser und einen Spannungsmesser zur Erfassung eines Netzstromistwertes und eines Netzspannungsistwertes sowie jeweils zumindest einen Phasenstrommesser und zumindest einen Phasenspannungsmesser zur Erfassung von jeweiligen Phasenstromistwerten und jeweiligen Phasenspannungsistwerten auf. Die Einzelwechselrichter weisen jeweils eine Signalverarbeitungseinheit zur Signalaufbereitung und Weiterleitung der erfassten Istwerte an die Steuereinheit auf. Die zweiten Mittel der elektronischen Steuereinheit setzen dann die aufbereiteten Istwerte in einer Regelschleife in eine entsprechende Impulsfolge zur Ansteuerung von Schaltelementen des jeweiligen Leistungsteils um.
  • Im Vergleich zur vorherigen Ausführungsform ist die Funktion der Signalaufbereitungseinheit dahin gehend beschränkt, dass die vorzugsweise über den Kommunikationsbus übertragenen digital kodierten Ansteuerimpulse direkt in binäre Ansteuerimpulse für die jeweiligen Schaltelemente umgesetzt werden. Im einfachsten Fall werden fortlaufend zwei Datenbits je Wechselrichterphase übertragen, welche mit den binären Schaltzuständen der einer jeweiligen Phase zugeordneten Schaltelemente korrespondieren.
  • Auf umgekehrtem Wege erfolgt die Digitalisierung aller von den Strom- und Spannungsmessern erfassten Spannungs- und Stromistwerte. Die entsprechenden digital kodierten Istwerte werden als Datenwörter an den Kommunikationsbus ausgegeben.
  • Für den alternativen Fall, dass die Strom- und Spannungsmesser die erfassten Strom- und Spannungsistwerte bereits digital bereitstellen, ist die Signalaufbereitungseinheit dafür vorgesehen, die bereits digitalisierten Istwerte gemäß einem festgelegten Busprotokoll an den Kommunikationsbus auszugeben.
  • Insbesondere weist die elektronische Steuereinheit ein Multitasking- und/oder Echtzeitbetriebssystem auf. Dadurch ist gewährleistet, dass eine Vielzahl paralleler Einzelwechselrichter zuverlässig angesteuert werden kann. Das Betriebssystem ist vorzugsweise dahin gehend ausgelegt, dass eine Vielzahl von modularen Einzelwechselrichtern in dafür vorgesehene Einbauplätze im Solarwechselrichter steuerungs- und regelungstechnisch automatisch eingebunden und betrieben werden kann.
  • Einer weiteren Ausführungsform zufolge weisen die Einzelwechselrichter jeweils ein eingangsseitiges Schaltmittel zum Schalten der jeweiligen Einzelwechselrichter an die Feldspannung und/oder jeweils ein ausgangsseitiges Schaltmittel zum Schalten der jeweiligen Einzelwechselrichter an die Netzspannung auf. Die elektronische Steuereinheit ist zum individuellen Ansteuern der Schaltmittel mit den Schaltmitteln verbunden. Damit ist der Vorteil verbunden, dass je nach Einstrahlungsintensität eine entsprechende Anzahl von Einzelwechselrichtern zu- bzw. abgeschaltet werden kann. Dadurch erhöht sich der Gesamtwirkungsgrad eines derartigen Solarwechsel richters. Vorzugsweise ist das Schaltmittel ein Relais oder ein Schütz.
  • Im Besonderen weisen die Einzelwechselrichter jeweils ein dreiphasiges Leistungsteil zur Umsetzung der eingangsseitigen Feldspannung in eine ausgangsseitige dreiphasige Netzspannung auf. In entsprechender Weise sind die Signalaufbereitungseinheiten für den dreiphasigen Fall ausgeführt.
  • Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 einen prinzipiellen Aufbau eines Solarwechselrichters mit beispielhaft drei Einzelwechselrichtern mit jeweils einer Regelelektronikeinheit und mit einer übergeordneten Steuereinheit,
  • 2 beispielhaft einen erfindungsgemäßen Solarwechselrichter mit drei Einzelwechselrichtern und mit einer übergeordneten zentralen Steuer- und Regeleinheit,
  • 3 beispielhaft ein Prinzipschaltbild einer Signalaufbereitungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 4 beispielhaft ein Prinzipschaltbild einer Signalaufbereitungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
  • 5 ein Prinzipschaltbild eines beispielhaften Einzelwechselrichters mit einer Signalaufbereitungseinheit und mit einem Leistungsteil gemäß der Erfindung.
  • 1 zeigt einen Solarwechselrichter 1 mit beispielhaft drei parallel geschalteten Einzelwechselrichtern 1113 mit jeweils einem Leistungsteil 6 zur Umsetzung einer eingangsseitigen Feldspannung UF in eine ausgangsseitige Netzspannung UN sowie mit einer übergeordneten elektronischen Steuereinheit 70.
  • Die jeweiligen Einzelwechselrichter 1113 können mittels eingangsseitiger Schaltmittel 4 einzeln an Gleichspannungsleitungen 21 geschaltet werden, die ihrerseits mit einem Solarfeld 2 oder mit einem oder mehreren Solarmodulen verbunden sind. Mit UF ist eine Feld- oder Zwischenkreisspannung bezeichnet, die auf ein erstes Bezugspotential 22 bezogen ist. Weiterhin sind die jeweiligen Einzelwechselrichter 1113 mittels ausgangsseitiger Schaltmittel 5 einzeln an ein Stromversorgungsnetz 3 anschließbar. Die gezeigten Schaltmittel 4, 5 sind beispielhaft Relais. Mit S1–S6 sind Steuersignale zur Ansteuerung der Schaltmittel 4, 5 bezeichnet, die von der übergeordneten Steuereinheit 70 ausgegeben werden. Über die Steuersignale S1–S6 können die Einzelwechselrichter 1113 je nach Sonneneinstrahlung gezielt zu- und abgeschaltet werden.
  • Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Einspeisung dreiphasig. Sie kann alternativ einphasig erfolgen. Mit dem Bezugszeichen 31 sind korrespondierende Netzeinspeisungsleitungen bezeichnet. Mit UN ist eine dreiphasige Netzspannung bezeichnet, die auf ein zweites Bezugspotential 32, wie z. B. Erdpotential, bezogen ist. Die elektronische Steuereinheit 70 ist beispielhaft über einen Kommunikationsbus 9 zum Austausch von Daten mit den jeweiligen Regelelektronikeinheiten 80 der Einzelwechselrichter 1113 verbunden. Über diesen Kommunikationsbus 9 gibt die elektronische Steuereinheit 70 einen jeweiligen Netzspannungssollwert UNS1–UNS3 oder einen jeweiligen Netzstromsollwert INS1–INS3 an die jeweiligen Regelelektronikeinheiten 80 entweder zur übergeordneten Spannungsregelung oder zur übergeordneten Stromregelung vor. Mit D1–D3 sind weitere Daten, wie z. B. Diagnosedaten, bezeichnet. Sie dienen unter anderem zur Überwachung bzw. zur Statusermittlung der Einzelwechselrichter 1113.
  • 2 zeigt ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Solarwechselrichters 1, welcher beispielhaft drei Einzelwechselrichter 1113 sowie eine übergeordnete zentrale Steuer- und Regeleinheit 7 als elektronische Steuereinheit aufweist.
  • Die elektronische Steuereinheit 7 weist nicht weiter bezeichnete erste Mittel zur überlagerten Netzstromregelung oder Netzspannungsregelung für jeden Einzelwechselrichter 1113 auf. Die elektronische Steuereinheit 7 ist mit allen Einzelwechselrichtern 1113 über einen Kommunikationsbus 9 verbunden. Die Datenübertragung kann parallel oder seriell erfolgen. Die Steuereinheit 7 gibt über diesen Kommunikationsbus 9 einen jeweiligen Netzstromsollwert INS1–INS3 oder einen jeweiligen Netzspannungssollwert UNS1–UNS3 an eine jeweilige Signalaufbereitungseinheit 8 der Einzelwechselrichter 1113 aus. Auf umgekehrtem Wege gibt die jeweilige Signalaufbereitungseinheit 8 entsprechende, im jeweiligen Einzelwechselrichter 1113 erfasste Netzspannungsistwerte UNI1–UNI3 sowie dort erfasste Netzstromistwerte INI1–IN13 an den Kommunikationsbus 9 zur Regelrückführung an die elektronische Steuereinheit 7 aus.
  • Zur übergeordneten Steuerung und Regelung der Einzelwechselrichter 1113 weist die elektronische Steuereinheit 7 vorzugsweise ein Multitasking- und/oder Echtzeitbetriebssystem auf. Dadurch sind ein zuverlässiger Betrieb und eine einfache Erweiterung des erfindungsgemäßen Solarwechselrichters 1 um weitere Einzelwechselrichter 1113 möglich.
  • 3 zeigt ein Prinzipschaltbild einer beispielhaften Signalaufbereitungseinheit 8 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • Die gezeigte Signalaufbereitungseinheit 8 dient zur Umsetzung eines jeweiligen, von der Steuereinheit 7 über den Kommunikationsbus 9 zugeführten Netzstromsollwertes INS oder eines jeweiligen Netzspannungssollwertes UNS in eine entsprechende Impulsfolge P1–P6 zur Ansteuerung von Schaltelementen des jeweiligen Leistungsteils. Im Beispiel der 3 erfolgt die Umsetzung dreiphasig, wobei für jede Netzphase ein eigener Pulserzeuger 83 vorhanden ist.
  • Im Beispiel der 3 ist die Verarbeitung des jeweiligen Netzstromsollwertes INS oder Netzspannungssollwertes UNS in einer Teileinheit 81 der Signalaufbereitungseinheit 8 zusammengefasst. Im unteren Teil der 3 ist eine zweite Teileinheit 82 der Signalaufbereitungseinheit 8 dargestellt. Sie dient zur Signalaufbereitung und Weiterleitung der erfassten Istwerte INI, UNI an die Steuereinheit 7. Die Ausgabe erfolgt wiederum an den Kommunikationsbus 9. Insbesondere weist die Signalaufbereitungseinheit einen Analog/Digital-Umsetzer 84 auf, welcher die üblicherweise analog zugeführten Istwerte INI, UNI digitalisiert und diese als digital kodierte Werte INI', UNI' an den Kommunikationsbus 9 ausgibt.
  • Zusätzlich können insbesondere zu Schutzzwecken, wie im Beispiel der 3 gezeigt, jeweilige erfasste Feldspannungsistwerte UFI und/oder Feldstromistwerte IFI mittels des Analog/Digital-Umsetzers 84 in korrespondierende digital kodierte Werte UFI', IFI' umgesetzt werden.
  • 4 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Signalaufbereitungseinheit 8 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • Im Beispiel der 4 weist die Signalaufbereitungseinheit 8 einen weiteren Pulserzeuger 85 auf, welcher die von der zentralen Steuer- und Regeleinheit 7 über den Kommunikationsbus 9 übertragenen digital kodierten Ansteuersignale P1'–P6' in entsprechende Ansteuersignale P1–P6 zur insbesondere direkten Ansteuerung der Schaltelemente des Leistungsteils umsetzt. So können z. B. die dargestellten sechs digital kodierten Ansteuersignale P1'–P6' als ein Datenwort über den Kommunikationsbus 9 übertragen werden, wobei ein Bit dieses Datenwortes den entsprechenden Schaltzustand eines Schaltelementes repräsentiert. So kann beispielsweise eine logische „1" des entsprechenden Bits ein positives Ansteuersignal für das anzusteuernde Schaltelement darstellen, während eine logische „0” dieses Datenwortes ein Sperrsignal für das anzusteuernde Schaltmittel darstellt.
  • Im unteren Teil der 4 ist wiederum zur Übertragung der Istwerte UFI, IFI, IRI, ITI, USTI, URSI eine zweite Teileinheit 82 der Signalaufbereitungseinheit 8 dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 84 ist ein Analog/Digital-Umsetzer bezeichnet, welcher neben einem Feldspannungsistwert UFI und einem Feldstromistwert IFI zusätzlich zwei Phasenstromistwerte IRI, ITI sowie zwei Phasenspannungsistwerte USTI, URSI digitalisiert. Die Signalverarbeitungseinheit 8 setzt diese in „busfähige" digital kodierte Istwerte UFI', IFI', IRI', ITI', USTI', URSI' zur Weiterleitung an den Kommunikationsbus 9 um. Im Beispiel der 4 werden lediglich zwei Phasenstromistwerte IRI, ITI sowie zwei Phasenspannungsistwerte USTI, URSI digitalisiert. Die verbleibenden dritten Phasengrößen lassen sich jeweils aus den beiden ersten errechnen.
  • Im Beispiel der 5 ist ein Prinzipschaltbild eines Einzelwechselrichters 1113 gemäß der Erfindung dargestellt. Im oberen Teil der 5 ist die Signalaufbereitungseinheit 8, im unteren Teil der 5 das Schaltbild des zugehörigen Leistungsteils 6 dargestellt. Das Leistungsteil 6 weist im linken Teil der 5 einen mit dem Bezugszeichen 60 bezeichneten Spannungszwischenkreis auf. An diesem Spannungszwischenkreis 60 liegt die Feldspannung UF an. Die Feldspannung UF kann folglich auch als Zwischenkreisspannung bezeichnet werden. Mit dem Bezugszeichen IF ist der zugehörige, in den Zwischenkreis 60 hineinfließende Feldstrom bezeichnet. Der Zwischenkreis 60 weist zur Pufferung der Eingangsspannung UF einen Zwischenkreiskondensator 69 auf. Zur Messung der Zwischenkreisspannung bzw. der Feldspannung UF ist ein Spannungsmesser 91 vorhanden. Dieser gibt einen korrespondierenden Feldspannungsistwert UFI an die Signalaufbereitungseinheit 8 aus. Weiterhin ist im Zwischenkreis 60 ein Strommesser 92 vorhanden, welcher zur Messung des Feldstroms IF dient und einen entsprechenden Istwert IFI an die Signalaufbereitungseinheit 8 ausgibt.
  • Im rechten unteren Teil der 5 ist eine dreiphasige Wechselrichtereinheit 68 dargestellt. Sie setzt durch entsprechende Ansteuerung ihrer jeweiligen Schaltelemente 6166 die dort anliegende Zwischenkreisspannung UF in eine dreiphasige Netzspannung UN um. Im Beispiel der 5 sind die Schaltelemente 6166 Halbleiterschalter. Bei den gezeigten Halbleiterschaltern 6166 handelt es sich um so genannte IGBT-Transistoren (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor). Antiparallel zu den jeweiligen Transistoren 6166 ist eine Freilaufdiode 67 geschaltet. Zur Messung der ausgangsseitigen Phasenströme IPR, IPS, IPT sind zwei Phasenstrommesser 93, 94 vorhanden. Der fehlende Phasenstrom IPS lässt sich aus den beiden bereits erfassten Phasenströmen IPR, IPT herleiten. Die korrespondierenden Phasenstromistwerte IRI, ITI werden der zugehörigen Signalaufbereitungseinheit 8 zugeführt. Zur Phasenspannungsmessung sind zwei Phasenspannungsmesser 95, 96 vorhanden. Die verbleibende Phasenspannung lässt sich gleichfalls aus den bereits erfassten Phasenspannungen herleiten. Die korrespondierenden Phasenspannungsistwerte USTI, URSI werden der Signalaufbereitungseinheit 8 zugeführt.
  • Die Signalaufbereitungseinheit 8 weist weiterhin eine Busanschaltung 86 auf, welche den Datenverkehr von und zu dem Kommunikationsbus 9 in entsprechende binäre Daten zur Weiterverarbeitung in der Signalaufbereitungseinheit 8 umsetzt. Mit dem Bezugszeichen 87 ist beispielhaft ein Multiplexer bezeichnet, welcher die von einem Datenwort des Kommunikationsbusses 9 stammenden binären Informationen in parallele Einzelsignale umsetzt. Mit dem Bezugszeichen 88 sind Verstärker bezeichnet, welche die entsprechenden Signale P1–P6 auf das erforderliche Spannungsniveau zur Ansteuerung der Halbleiterelemente 6166 umsetzen. Im unteren Teil der Signalaufbereitungseinheit 8 erfolgt wiederum die Analog/Digital-Umsetzung der Istwerte UFI, IFI, IRI, ITI, USTI, URSI in entsprechende Daten zur Übertragung über den Kommunikationsbus 9.

Claims (7)

  1. Solarwechselrichter mit mehreren parallel geschalteten Einzelwechselrichtern (1113) mit jeweils einem Leistungsteil (6) zur Umsetzung einer eingangsseitigen Feldspannung (UF) in eine ausgangsseitige Netzspannung (UN) sowie mit einer übergeordneten elektronischen Steuereinheit (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) zur Durchführung sämtlicher übergeordneter sowie den jeweiligen Einzelwechselrichtern (1113) zuordenbarer Regel- und Steuerfunktionen ausgebildet ist.
  2. Solarwechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die elektronische Steuereinheit (7) erste Mittel zur überlagerten Netzstromregelung oder Netzspannungsregelung für jeden Einzelwechselrichter (1113) aufweist, – dass die Einzelwechselrichter (1113) jeweils einen Strommesser (92) und einen Spannungsmesser (91) zur Erfassung eines Netzstromistwertes (INI) und eines Netzspannungsistwertes (UNI) aufweisen und – dass die Einzelwechselrichter (1113) jeweils eine Signalaufbereitungseinheit (8) zur Signalaufbereitung und Weiterleitung der erfassten Istwerte (INI, UNI) an die Steuereinheit (7) sowie zur Umsetzung eines jeweiligen von der Steuereinheit (7) zugeführten Netzstromsollwertes (INS) oder eines jeweiligen Netzspannungssollwertes (UNS) in eine entsprechende Impulsfolge zur Ansteuerung von Schaltelementen (6166) des jeweiligen Leistungsteils (6) aufweisen.
  3. Solarwechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die elektronische Steuereinheit (7) zweite Mittel zur überlagerten Netzstromregelung oder Netzspannungsregelung sowie zur Phasenstromregelung und Phasenspannungsregelung der Einzelwechselrichter (1113) für jeden Einzelwechselrichter (1113) aufweist, – dass die Solarwechselrichter (1113) jeweils einen Strommesser (92) und einen Spannungsmesser (91) zur Erfassung eines Feldstromistwertes (IFI) und eines Feldspannungsistwertes (UFI) sowie jeweils zumindest einen Phasenstrommesser (93, 94) und zumindest einen Phasenspannungsmesser (95, 96) zur Erfassung von jeweiligen Phasenstromistwerten (IRI, ITI) und jeweiligen Phasenspannungsistwerten (USTI, URSI) aufweisen, – dass die Einzelwechselrichter (1113) jeweils eine Signalaufbereitungseinheit (8) zur Signalaufbereitung und Weiterleitung der erfassten Istwerte (IFI, UFI, IRI, ITI, USTI, URSI) an die Steuereinheit (7) aufweisen und – dass die zweiten Mittel der elektronischen Steuereinheit (7) die aufbereiteten Istwerte (IFI, UFI, IRI, ITI, USTI, URSI) in eine entsprechende Impulsfolge zur Ansteuerung von Schaltelementen (6166) des jeweiligen Leistungsteils (6) umsetzen.
  4. Solarwechselrichter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (7) und alle Einzelwechselrichter (1113) über einen Kommunikationsbus (9) miteinander verbunden sind.
  5. Solarwechselrichter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (7) ein Multitasking- und/oder Echtzeitbetriebssystem aufweist.
  6. Solarwechselrichter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass die Einzelwechselrichter (1113) jeweils ein eingangsseitiges Schaltmittel (4) zum Schalten der jeweiligen Einzelwechselrichter (1113) an die Feldspannung (UF) und/oder jeweils ein ausgangsseitiges Schaltmittel (5) zum Schalten der jeweiligen Einzelwechselrichter (1113) an die Netzspannung (UN) aufweisen und – dass die elektronische Steuereinheit (7) zum individuellen Ansteuern der Schaltmittel (4, 5) mit den Schaltmitteln (4, 5) verbunden ist.
  7. Solarwechselrichter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelwechselrichter (1113) jeweils ein einphasiges oder dreiphasiges Leistungsteil (6) zur Umsetzung der eingangsseitigen Feldspannung (UF) in eine ausgangsseitige einphasige oder dreiphasige Netzspannung (UN) aufweisen.
DE200710054647 2007-11-15 2007-11-15 Solarwechselrichter mit mehreren parallel geschalteten Einzelwechselrichtern und mit einer übergeordneten elektronischen Steuereinheit Withdrawn DE102007054647A1 (de)

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