DE102011121197B4

DE102011121197B4 - Verfahren zur Inbetriebnahme eines Wechselrichters und Wechselrichter

Info

Publication number: DE102011121197B4
Application number: DE102011121197A
Authority: DE
Inventors: Tobias Müller; Jens Birger Hertkorn
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2031-12-17
Also published as: CN103166245B; DE102011121197A1; CN103166245A

Abstract

Verfahren zur Inbetriebnahme eines Wechselrichters (10), wobei der Wechselrichter (10) einen ersten Hochsetzsteller (110) mit einem ersten Eingangsanschluss (117) zum Anschließen eines ersten Generators und einen zweiten Hochsetzsteller (120) mit einem zweiten Eingangsanschluss (127) zum Anschließen eines zweiten Generators aufweist, mit den Schritten: – Ansteuern eines ersten Hochsetzstellerschalters (112) des ersten Hochsetzstellers (110) mit einem ersten Testschaltmuster (200, 300), – Bestimmen einer elektrischen Kenngröße, die ein Maß für einen Entladefortschritt einer ersten Eingangskapazität (116) am ersten Eingangsanschluss (117) während des Ansteuerns mit dem ersten Testschaltmuster (200, 300) ist, – Inbetriebnahme des ersten Hochsetzstellers (110), falls die elektrische Kenngröße einen ersten Schwellenwert übersteigt, oder Kurzschließen des ersten Eingangsanschlusses (117) mittels des ersten Hochsetzstellerschalters (112), falls die elektrische Kenngröße den ersten Schwellenwert nicht übersteigt, wobei eine Dauer von Einschaltphasen des ersten Hochsetzstellerschalters (112) innerhalb des Testschaltmusters (200, 300) so kurz gewählt wird, dass eine Überlastung des ersten Hochsetzstellerschalters (112) vermieden wird, und wobei der erste Schwellenwert so gewählt ist, dass durch Vergleich mit der elektrischen Kenngröße entschieden werden kann, ob ein Generator am ersten Eingangsanschluss (117) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Wechselrichters, wobei der Wechselrichter einen ersten Hochsetzsteller mit einem ersten Eingangsanschluss zum Anschließen eines ersten Generators und einen zweiten Hochsetzsteller mit einem zweiten Eingangsanschluss zum Anschließen eines zweiten Generators aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Wechselrichter mit einer Ansteuereinheit, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist.
Energiegewinnung mithilfe von erneuerbaren Energieformen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Hierbei spielt die Stromerzeugung durch photovoltaische (PV-)Anlagen eine wesentliche Rolle. Solche Anlagen weisen eine Vielzahl von PV-Modulen auf, die zur Energiegewinnung miteinander zu sogenannten Strings verschaltet werden. Um eine flexible und gleichzeitig effiziente Anlagenkonfiguration bereitstellen zu können, ist es erforderlich, dass ein mit dem PV-Modulen verbundener Wechselrichter die Möglichkeit bietet, mehrere Strings an getrennten Eingangsanschlüssen des Wechselrichters anzuschließen. Hierbei ist es wünschenswert, den Arbeitspunkt der angeschlossenen Strings unabhängig voneinander einstellen zu können, um deren individuelle Leistungsabgabe zu maximieren. Aus diesem Grunde weisen Wechselrichter häufig mehrere Hochsetzsteller auf, um den Arbeitspunkt in Form einer Generatorspannung des angeschlossenen Strings auf einen Spannungswert eines Zwischenkreises hoch zusetzen, an dem die Hochsetzsteller gemeinsam angeschlossen sind. Hierbei ist es zum Betrieb des Wechselrichters nicht unbedingt notwendig, dass an jedem Hochsetzsteller auch ein String angeschlossen ist. Um nur diejenigen Hochsetzsteller zu betreiben, an denen auch wirklich Strings angeschlossen sind, prüft ein Wechselrichter bei der Inbetriebnahme im Rahmen eines Aufstartvorgangs, ob an den jeweiligen Eingängen der Hochsetzsteller auch Generatoren in Form von Strings angeschlossen sind. Sofern festgestellt wird, dass kein Generator angeschlossen ist, bleibt der entsprechende Hochsetzsteller während des Betriebs des Wechselrichters deaktiviert.
Jetzt kann es bei Wechselrichtern, in denen mehrere Hochsetzsteller zum Einsatz kommen, zum Beispiel aufgrund von Leckströmen durch den deaktivierten Hochsetzsteller, dazu kommen, dass eine Eingangskapazität, die zwischen den Kontakten eines Eingangsanschlusses des entsprechenden Hochsetzstellers angeordnet ist, im Laufe der Zeit auf eine Spannung geladen wird, die die Höhe der gemeinsamen Zwischenkreisspannung, d. h. mehrere 100 V, erreichen kann. Diese Spannung wird im Folgenden als Phantomspannung bezeichnet. Der vorgeschriebene Effekt kann zum einen dazu führen, dass im Laufe des Betriebs des Wechselrichters eine Überwachung der Eingangsspannung an dem entsprechenden Eingangsanschluss zu dem Ergebnis führt, dass an dem Eingangsanschluss fälschlicherweise ein angeschlossener Generator erkannt wird. Dies kann dazu führen, dass von den Kommunikationseinrichtungen des Wechselrichters falsche Zustandsgrößen übermittelt oder angezeigt werden, es kann aber auch zur Folge haben, dass der Wechselrichter sich entweder aus Sicherheitsgründen vom Netz trennt oder aber durch beim Aufstartvorgang des Wechselrichters ablaufende Testprozeduren ein Zuschalten des Wechselrichters zum Netz verhindert wird. All diese Konsequenzen sind nicht akzeptabel.
Aus der Schrift EP 2104200 A1 ist ein Ansteuerverfahren für einen Wechselrichter mit mehreren Generatoreingängen bekannt, bei dem elektrische Kenngrößen an DC/DC-Wandlern der einzelnen Eingänge gemessen werden, und in Abhängigkeit der Messung verschiedene Betriebszustände der DC/DC-Wandler gewählt werden, um den Wirkungsgrad zu erhöhen.
Darüber hinaus offenbart die Druckschrift EP 1914857 A1 einen Wechselrichter mit einem parallel zu einem Generator angeordneten Kurzschlusselement, welches zur Überspannungsvermeidung den Generator bzw. die Anschlussklemmen in einen Kurzschlussbetrieb bringen kann.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Eingangskapazitäten eines Wechselrichters mithilfe eines parallel geschalteten Widerstandes kontinuierlich zu entladen, oder diese Entladung mittels eines so genannten Widerstands-Choppers, der aus einer Serienschaltung eines Widerstandes mit einem vom Wechselrichter angesteuerten Schalter besteht, kontrolliert durchzuführen. Im ersten Fall wird in Kauf genommen, dass ein dauerhafter Entladestrom zu einem Ertragsverlust des Wechselrichters führt, im zweiten Fall werden durch den Einsatz zusätzlicher Bauteile die Kosten des Wechselrichters erhöht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das ohne den Einsatz zusätzlicher Komponenten im Wechselrichter einen Betrieb des Wechselrichters gestattet, bei dem Eingangsanschlüsse, an denen keine Generatoren angeschlossen sind, zum einen bei der Inbetriebnahme zuverlässig erkannt werden, zum anderen diese im laufenden Betrieb sicher spannungsfrei gehalten werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches 1 offenbart. Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt. Weiterhin wird im nebengeordneten Anspruch 12 ein Wechselrichter mit einer Ansteuereinheit beansprucht, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur Inbetriebnahme eines Wechselrichters, der einen ersten Hochsetzsteller mit einem ersten Eingangsanschluss zum Anschließen eines ersten Strings und einem zweiten Hochsetzsteller mit einem zweiten Eingangsanschluss zum Anschließen eines zweiten Strings aufweist, die folgenden Schritte:
Ein erster Hochsetzstellerschalter des ersten Hochsetzstellers wird mit einem ersten Testschaltmuster angesteuert, wobei während des Ansteuerns mit dem ersten Testschaltmuster ein Leistungskennwert am Eingangsanschluss des ersten Hochsetzstellers bestimmt wird. Ein solcher Leistungskennwert kann beispielsweise einen Stromwert umfassen, der über den Eingangsanschluss fließt, oder ein Wert sein, der unter Berücksichtigung dieses Stromwertes bestimmt oder berechnet wird Ebenso kann der Leistungskennwert eine Spannung, die am Eingangsanschluss anliegt, umfassen oder unter deren Berücksichtigung bestimmt werden. Falls der Leistungskennwert einen ersten Schwellenwert übersteigt, wird der erste Hochsetzsteller normal in Betrieb genommen, andernfalls erfolgt ein Kurzschließen des Eingangsanschlusses mittels des ersten Hochsetzstellerschalters.
Der Schwellenwert wird derart gewählt, dass durch den Vergleich mit dem Leistungskennwert zuverlässig unterschieden werden kann, ob eine Energiequelle, insbesondere ein String, oder ein durch eine Parallelschaltung mehrerer Strings gekennzeichneter PV-Generator, am Eingangsanschluss angeschlossen ist. Die Inbetriebnahme erfolgt nur bei erkanntem Anschluss der Energiequelle. Die Bestimmung des Leistungskennwert kann in einer einzelnen Messung oder in einer Folge von Messungen bestimmt werden. Zwischen den Folgemessungen kann insbesondere gemittelt werden, oder der Leistungskennwert kann als zeitlicher Trend der Messgröße, einschließlich einer Differenz von Einzelmesswerten, bestimmt werden. Grundsätzlich ist jede Bestimmung eines Leistungskennwertes geeignet, die es erlaubt, auf einen Ladezustand oder eine Entladbarkeit einer zwischen den Kontakten des Eingangsanschluss angeordneten Eingangskapazität zu schließen.
Das Testschaltmuster kann eine Folge von Einschaltphasen aufweisen, wobei eine Dauer von Einschaltphasen vorzugsweise kurz genug gewählt wird, um eine Überlastung des ersten Hochsetzstellerschalters durch eine Entladung der Eingangskapazität, gegebenenfalls in Verbindung mit einem zusätzlichen Strom der Energiequelle, zu vermeiden. Insbesondere kann ein Stromsensor eingesetzt werden, um die Höhe eines Stromes über den Schalter beziehungsweise über den Eingangsanschluss unterhalb eines Maximalstromwertes zu begrenzen, indem die Einschaltdauer durch den Stromsensor gesteuert oder begrenzt wird. Die Dauer der Einschaltphasen kann hierbei konstant sein, sie kann aber auch zwischen den Einschaltphasen erhöht werden. In jedem Fall ist das Testschaltmuster so zu wählen, dass eine vollständige Entladung der Eingangskapazität bei einem an den Eingangsanschluss verbundenen String unmöglich ist. Die Ansteuerung über das Testschaltmuster kann in Zeitintervallen wiederholt werden. Auf diese Weise kann ohne eine Überlastung des Hochsetzstellerschalters eine Eingangskapazität zwischen den Kontakten des Eingangsanschlusses des Wechselrichters probeweise entladen werden. Sofern diese Entladung gelingt, kann zuverlässig darauf geschlossen werden, dass keine Energiequelle mit dem Eingangsanschluss verbunden ist, und durch das Kurzschließen des Hochsetzstellerschalters kann in diesem Fall zuverlässig der weitere Aufbau einer Phantomspannung unterbunden werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Anschluss einer Energiequelle am ersten Hochsetzsteller überprüft. Das Verfahren kann anschließend oder gleichzeitig in entsprechender Form auch am zweiten oder auch weiteren Hochsetzstellern des Wechselrichters durchgeführt werden, um die elektrische Verbindung der zugeordneten Eingangsanschlüsse mit zugeordneten Energiequellen ebenfalls zu überprüfen. Die Testschaltmuster oder die Schwellenwerte des an den weiteren Hochsetzstellern eingesetzten Verfahrens können sich von denen des am ersten Hochsetzsteller eingesetzten Verfahrens unterscheiden, insbesondere dann wenn deren Nennwandlerleistung unterschiedlich ist. Das Ergebnis der jeweiligen Verfahren kann im Wechselrichter gespeichert werden, beispielsweise in Form einer Zustandsmeldung oder eines Fehlersignals, und über die Kommunikationseinrichtungen des Wechselrichters übertragen oder angezeigt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung wird hierbei das Ergebnis des Verfahrens mit dem Ergebnis früherer Verfahren verglichen, um eine Änderung des Verbindungszustandes des Eingangsanschlusses mit einer Energiequelle zu ermitteln. Bei abweichendem Ergebnis kann dann eine Fehlermeldung erzeugt oder der Wechselrichter in einen sicheren Zustand überführt werden. Durch nach bestimmten Zeitabständen wiederkehrende Messungen und Vergleich des aktuellen Ergebnisses mit Ergebnissen früherer Messungen lässt sich insbesondere auch eine einfache Methode zur Diebstahlerkennung eines Strings oder eines einzelnen PV Moduls aus einem String realisieren. Desweiteren lassen sich auch Kontaktfehler, die erst nach dem Installieren einer PV-Anlage innerhalb eines Strings auftreten, auf einfache Weise erkennen.
Sofern der Hochsetzstellerschalter als Folge der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kurzgeschlossen ist, ist es in einer vorteilhaften Ausführungsform denkbar, weiterhin kontinuierlich oder in Form von Einzelmessungen den Strom am Eingangsanschluss zu überwachen. Wird zu einem späteren Zeitpunkt eine Energiequelle angeschlossen, wird der Strom am Eingangsanschluss steigen. Übersteigt der Stromwert einen für die Verbindung einer Energiequelle an den Eingangsanschluss spezifischen Schwellenwert, wird der Hochsetzstellerschalter wieder geöffnet. Es ist dann denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren erneut durchzuführen. Ebenso ist es denkbar, dass der Wechselrichter eine Fehlermeldung erzeugt, oder sich sogar ganz abschaltet. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Inbetriebnahme des Hochsetzstellers, um die von der Energiequelle bereitgestellte Energie in einen gemeinsamen Zwischenkreis des Wechselrichters einzuspeisen. Die letztere Vorgehensweise bietet den Vorteil, dass ein Generator, der aufgrund einer schlechten elektrischen Kontaktierung zunächst nicht als verbunden erkannt wird, zu einem späteren Zeitpunkt noch zur Energiegewinnung aktiviert werden kann. Unnötige Ertragsverluste werden auf diese Weise vermieden.
Entsprechend umfasst die Erfindung auch einen Wechselrichter, der einen ersten Hochsetzsteller mit einem ersten Eingangsanschluss zum Anschließen eines ersten Strings und einen zweiten Hochsetzsteller mit einem zweiten Eingangsanschluss zum Anschließen eines zweiten Strings aufweist. Weiterhin weist der Wechselrichter eine Ansteuereinheit auf, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren im Detail beschrieben, wobei die Figuren in nicht einschränkender Weise verschiedene Ausgestaltungen illustrieren. Es zeigen:
1 einen Wechselrichter mit mehreren Hochsetzstellern,
2 einen zeitlichen Verlauf eines Testschaltmusters und zugeordnete Drosselstrom- und Spannungsverläufe an einer Eingangskapazität des Wechselrichters, wobei das Teilbild 2a auf den Fall eines nicht angeschlossenen, und Teilfigur 2b auf den Fall eines angeschlossenen Generators abstellt,
3 einen zeitlichen Verlauf eines weiteren Testschaltmusters und zugeordnete Drosselstrom- und Spannungsverläufe an einer Eingangskapazität des Wechselrichters, und
4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt einen Wechselrichter 10, der einen ersten Hochsetzsteller 110 und einen zweiten Hochsetzsteller 120 aufweist. Der erste Hochsetzsteller 110 ist über einen ersten Eingangsanschluss 117 mit einem Generator 100 verbunden. Die Eingangskapazität 116, die zwischen den Kontakten des Eingangsanschlusses 117 angeordnet ist, dient zur Stabilisierung der Generatorspannung. Der zweite Hochsetzsteller 120 ist ebenfalls mit einem Eingangsanschluss 127 zum Anschluss eines Generators samt zugeordneter Eingangskapazität 126 verbunden, an den in diesem Fall jedoch kein Generator angeschlossen ist. Die beiden Hochsetzsteller 110, 120 sind ausgangsseitig parallel mit einem gemeinsamen Zwischenkreiskondensator 130 und weiter mit einem Eingang einer Wandlerbrücke 140 verbunden. Die Wandlerbrücke 140 weist ausgangsseitig einen Netzanschluss 150 auf, mit dem der Wechselrichter 10 an ein Netz angeschlossen werden kann.
Der erste Hochsetzsteller 110 ist in diesem Fall wie ein herkömmlicher Hochsetzsteller aufgebaut und umfasst eine Drossel 111, einen ersten Hochsetzstellerschalter 112, sowie eine Diode 115. Der erste Hochsetzstellerschalter 112 verbindet in schaltbarer Weise die beiden Eingangsanschlüsse 117 über die Drossel 111. Ein Stromsensor 113 dient zur Bestimmung eines Eingangsstroms I₁ in den Hochsetzsteller 110. Der zweite Hochsetzsteller 120 ist in entsprechender Weise aufgebaut, und umfasst ebenfalls eine Drossel 121, eine Diode 125, einen zweiten Hochsetzstellerschalter 122 sowie einen Stromsensor 123. Eine Ansteuereinheit 160 dient zum Betrieb der beiden Hochsetzsteller 110, 120 und ist geeignet, den ersten Hochsetzstellerschalter 112 und den zweiten Hochsetzstellerschalter 122 mit Steuersignalen zu schalten.
Weiterhin sind optional mit dem ersten Eingangsanschluss 117 und dem zweiten Eingangsanschluss 127 jeweils Spannungssensoren (nicht gezeigt) verbunden, die zur Bestimmung einer Generatorspannung eines angeschlossenen Generators 100 geeignet sind.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die nachfolgend beschriebenen Verfahrensweisen nicht nur mit der in 1 gezeigten Topologie durchführbar sind, sondern ebenso geeignet sind, in Verbindung mit anderen DC/DC-Wandlern eingesetzt zu werden. Zur Vereinfachung des Verständnisses wird aber die Durchführung des Verfahrens anhand der in 1 gezeigten Topologie im Detail erläutert.
4 zeigt ein Flussdiagramm für einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf. Zur Inbetriebnahme des Wechselrichters 10 mit dem ersten Hochsetzsteller 110 und dem zweiten Hochsetzsteller 120 wird in einem ersten Verfahrensschritt 400 der Hochsetzstellerschalter 112 mit einem ersten Testschaltmuster angesteuert. Diese Ansteuerung führt zu einem Entladestrom der ersten Eingangskapazität 116 über die Drossel 111 des ersten Hochsetzstellers 110.
Während des Ansteuerns des ersten Hochsetzstellerschalters 112 mit dem ersten Testschaltmuster wird in einem zweiten Verfahrensschritt 410 ein Leistungskennwert am Eingangsanschluss 117 des ersten Hochsetzstellers 110 bestimmt. Ein solcher Leistungskennwert kann beispielsweise ein mit dem ersten Stromsensor 113 bestimmter Stromwert des Entladestroms oder ein Spannungswert am Eingangsanschluss 117 sein. Jede andere elektrische Kenngröße, die ein Maß für den Fortschritt einer Entladung der Eingangskapazität 116 darstellt, kann ebenfalls als Leistungskennwert verwendet werden.
Der bestimmte Leistungskennwert wird in einem dritten Verfahrensschritt 420 mit einem ersten Schwellenwert verglichen. Der erste Schwellenwert kann ein vorgegebener Festwert, zum Beispiel ein Konfigurationsparameter, oder ein mathematisch bestimmter Wert sein. Insbesondere kann der erste Schwellenwert auch dadurch bestimmt werden, dass Leistungskennwerte während des Ansteuerns mit dem ersten Testschaltmuster laufend erfasst werden, und die jeweils bestimmten Leistungskennwerte zur Berechnung eines Schwellenwertes herangezogen werden. Beispielsweise kann der Schwellenwert aus einer Differenzbildung zwischen vorher bestimmten Leistungskennwerten berechnet werden.
Übersteigt der Leistungskennwert den ersten Schwellenwert, so wird darauf geschlossen, dass eine angeschlossene Stromquelle, beispielsweise ein Generator 100, einer effektiven Entladung der ersten Eingangskapazität 116 entgegenwirkt, und der Entladungsvorgang mithilfe des Ansteuerns des ersten Hochsetzstellerschalters 112 mit dem ersten Testschaltmuster wird beendet. Stattdessen wird in einem vierten Verfahrensschritt 430 der erste Hochsetzsteller 110 in Betrieb genommen.
Übersteigt der Leistungskennwert den ersten Schwellenwert nicht, ist es also möglich, die erste Eingangskapazität 116 zu entladen, so wird in einem fünften Verfahrensschritt 440 der erste Eingangsanschluss 117 mittels des ersten Hochsetzstellerschalters 112 kurz geschlossen. Gegebenenfalls wird das Ansteuern des ersten Hochsetzstellerschalters 112 mit dem ersten Testschaltmuster solange fortgesetzt, bis die erste Eingangskapazität 116 ausreichend entladen ist, um eine Überlastung des ersten Hochsetzstellerschalters 112 oder der ersten Drossel 111 durch das Kurzschließen zu verhindern. Ob zu einem bestimmten Zeitpunkt ein gefahrloses Kurzschließen des ersten Eingangsanschlusses 117 ohne Überlastung des ersten Hochsetzstellerschalters 112 bzw. der Drossel 111 möglich ist, kann ebenfalls über einen Leistungskennwert ermittelt werden. Es liegt daher im Rahmen der Erfindung, einen weiteren Schwellenwert zu definieren. Unterschreitet der aktuelle Leistungskennwert an dem ersten Eingangsanschluss 117 den weiteren Schwellenwert, so kann ein gefahrloses Kurzschließen des ersten Eingangsanschlusses 117 erfolgen,
Das Ergebnis des Vergleichs des Leistungskennwertes mit dem ersten Schwellenwert kann vom Wechselrichter 10 gespeichert und gegebenenfalls über die Kommunikationseinrichtungen des Wechselrichters an externe Datenempfänger übermittelt werden.
Optional ist es in einem sechsten Verfahrensschritt 452 denkbar, den ersten Eingangsanschluss 117 während des Betriebs des Wechselrichters 10 weiterhin zu überwachen, wobei zunächst der Fall betrachtet wird, dass an den ersten Eingangsanschluss 117 kein Generator 100 angeschlossen ist und der erste Eingangsanschluss 117 über den ersten Hochsetzstellerschalter 112 zunächst kurzgeschlossen ist. Hier ist es insbesondere von Interesse, den Fall detektieren zu können, dass nachträglich eine Stromquelle, beispielsweise ein Generator 100, mit dem ersten Eingangsanschluss 117 verbunden wird. Dies ist insbesondere sinnvoll, um zu vermeiden, dass bei einer nachträglich herbeigeführten elektrischen Verbindung eines Generators mit dem ersten Eingangsanschluss 117 der erste Hochsetzstellerschalter 112 oder die erste Drossel 111 durch den sich in diesem Moment ergebenden Kurzschlussstrom beschädigt oder zerstört wird. Hierzu kann ein Leistungskennwert am ersten Eingangsanschluss 117, beispielsweise der mit dem ersten Stromsensor 113 bestimmte Eingangsstrom I₁ kontinuierlich bestimmt werden, und in dem Falle, dass der Leistungskennwert einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, kann das Kurzschließen des ersten Eingangsanschlusses 117 durch Öffnen des ersten Hochsetzstellerschalters 112 beendet werden. In diesem Fall wird mithilfe der kontinuierlichen Überwachung des Leistungskennwertes erkannt, dass sich das aktuelle Testergebnis (Leistungskennwert größer als erster Schwellenwert) plötzlich von einem zuvor bestimmten Testergebnis (Leistungskennwert kleiner als erster Schwellenwert) unterscheidet. Nach Öffnen des ersten Hochsetzstellerschalters 112 ist es nun denkbar, den zugeordneten ersten Hochsetzsteller 110 in Betrieb zu nehmen, um die Leistung der detektierten Stromquelle auf den gemeinsamen Zwischenkreis 130 zu übertragen, was einer Weiterverzweigung zum vierten Verfahrensschritt 430 entspricht. Ebenso ist es denkbar, durch Weiterverzeigung zum ersten Verfahrensschritt 400 zunächst durch erneutes Ansteuern des ersten Hochsetzstellerschalters 112 mit dem ersten Testschaltmuster den elektrischen Anschluss eines Generators 100 mit den Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verifizieren. Auch denkbar ist es, in einem siebten Verfahrensschritt 460 eine Fehlermeldung zu erzeugen, und gegebenenfalls den Wechselrichter 10 in diesem Fall in einen sicheren Zustand zu versetzen, beispielsweise durch Trennen des Wechselrichters 10 vom angeschlossenen Netz.
In einem zweiten Fall ist an den ersten Eingangsanschluss 117 ein Generator 100 angeschlossen und eine Inbetriebnahme des ersten Hochsetzstellers 110 ist erfolgt. Auch hier ist eine weitere Überwachung 451 des ersten Eingangsanschlusses 117 während des Betriebs des Wechselrichters 10 sinnvoll. Auch in diesem Fall kann zur weiteren Überwachung 451 ein Leistungskennwert des ersten Eingangsanschlusses 117, beispielsweise ein über den Stromsensor 113 bestimmter Eingangsstrom I₁ kontinuierlich bestimmt werden. Von Interesse ist hier insbesondere das Auftreten eines nachträglichen Kontaktproblems des Generators 100 oder eine Diebstahlerkennung eines Strings bzw. eines PV-Moduls des Generators 100. Beide Situationen führen zu einer Unterbrechung der Verbindung des Generators 100 zu dem ersten Eingangsanschluss 117 und der Leistungskennwert sinkt plötzlich unter den ersten Schwellenwert. Auch hier ist somit das aktuelle Testergebnis (Leistungskennwert kleiner als erster Schwellenwert) plötzlich unterschiedlich zu einem vorangegangenen Testergebnis (Leistungskennwert größer als erster Schwellenwert). Analog zum ersten Fall ist nun denkbar, mit verschiedenen Optionen auf diesen Unterschied des Testergebnisses zu reagieren. Einerseits kann der Hochsetzstellerschalter 112 den Eingangsanschluss 117 kurzschließen, also es kann zum fünften Verfahrensschritt 440 verzweigt werden. Gegebenenfalls wird das Ansteuern des ersten Hochsetzstellerschalters 112 mit dem ersten Testschaltmuster solange fortgesetzt, bis die erste Eingangskapazität 116 ausreichend entladen ist, um eine Überlastung des ersten Hochsetzstellerschalters 112 oder der ersten Drossel 111 durch das Kurzschließen zu verhindern. Andererseits kann durch Weiterverzweigung zum ersten Verfahrensschritt 400 über das Ansteuern des ersten Hochsetzstellerschalters 112 mit dem ersten Testschaltmuster eine nochmalige Verifikation des Ergebnisses erfolgen, Desweiteren ist es auch denkbar, gemäß des siebenten Verfahrensschrittes 460 eine Fehlermeldung zu erzeugen, und gegebenenfalls den Wechselrichter 10 in einen sicheren Zustand zu versetzen, beispielsweise durch Trennen des Wechselrichters 10 vom angeschlossenen Netz.
Es ist dem Fachmann klar, dass das Verfahren durch eine zentrale Ansteuereinheit 160 des Wechselrichters 10 durchgeführt und für den zweiten Hochsetzsteller 120, sowie für eventuell vorhandene weitere Hochsetzsteller des Wechselrichters 10 das vorstehend beschriebene Verfahren entsprechend angewendet werden kann, um festzustellen, ob an den zugeordneten Eingangsanschlüssen Generatoren angeschlossen sind.
2 zeigt zwei Beispiele für ein Testschaltmuster, sowie zeitliche Strom- und Spannungsverläufe innerhalb des zugeordneten Hochsetzstellers. Im Fall der 2a wird ein entsprechender Hochsetzstellerschalter mit einem Testschaltmuster 200 angesteuert, das periodisch auftretende Einschaltphasen 201, 202, 203 mit im Wesentlichen gleichen Schaltdauern aufweist. Jede der Einschaltphasen 201, 202, 203 erzeugt eine zugeordnete Entladestromspitze 221, 222, 223 in einem Drosselstromverlauf 220. Als Folge sinkt die Spannung 210 an der Eingangskapazität von einem ersten Spannungswert 211 auf einen zweiten Spannungswert 212 als Folge der ersten Entladestromspitze 221, auf einen dritten Spannungswert 213 als Folge der zweiten Entladestromspitze 222, und so weiter. Ist ein Leistungskennwert, beispielsweise die Höhe der Entladestromspitze oder die Spannung an der Eingangskapazität, ausreichend niedrig, unterschreitet also einen ersten Schwellenwert, wird erkannt, dass kein Generator am Eingangsanschluss angeschlossen ist, und das Testschaltmuster geht in eine Kurzschlussphase 204 über, in der der Hochsetzstellerschalter dauerhaft geschlossen ist, so dass er den Eingangsanschluss über die Drossel kurzschließt.
2b illustriert den Fall, dass am Eingangsanschluss eine Energiequelle, zum Beispiel ein Generator, angeschlossen ist. Das Testschaltmuster 200 weist ebenfalls gleich lange, periodische Einschaltphasen 201', 202', 203' auf. Der ersten Einschaltphase 201' ist ebenfalls eine Entladestromspitze 221' zugeordnet, während die Spannung an der Eingangskapazität 210 einen hier nicht weiter relevanten, geringfügigen Einbruch zeigt, wobei der Spannungswert nach der Entladestromspitze 221' im Wesentlichen auf den gleichen Spannungswert 211' zurückkehrt, der an der Eingangskapazität vor der Entladestromspitze 221' bereits präsent war. Auch die zweite Einschaltphase 202' mit der zugeordneten zweiten Entladestromspitze 222, deren Höhe im Wesentlichen der Höhe der ersten Entladestromspitze 221' entspricht, führt hierbei nicht zu einer wesentlichen Reduktion des Spannungswertes an der Eingangskapazität, ebenso die dritte Einschaltphase 203'. Ein entsprechender Leistungskennwert, beispielsweise die Spannung an der Eingangskapazität oder die Höhe der Entladestromspitze, sinkt hierbei nicht unter einen vorgegebenen Schwellenwert, so dass ein angeschlossener Generator auf diese Weise zuverlässig detektiert werden kann. Als Folge kann der Hochsetzsteller ordnungsgemäß in Betrieb genommen werden.
Ein weiteres Testschaltmuster 300 ist in 3 mitsamt einem zeitlichen Drosselstromverlauf 320, sowie einem zeitlichen Spannungsverlauf 310 an der Eingangskapazität dargestellt. In diesem Fall ist die Einschaltdauer des Hochsetzstellerschalters nicht konstant, sondern ergibt sich aus der Forderung, dass der Drosselstrom einen kritischen Spitzenwert 330 nicht übersteigen darf. Hier führt eine erste Einschaltphase 301 zu einer ersten Entladestromspitze 321, die einen Spitzenwert 330 erreicht. Als Folge sinkt der Spannungsverlauf von einem ersten Spannungswert 311 auf einen zweiten, niedrigeren Spannungswert 312. Eine zweite Einschaltphase 302 kann gegenüber der ersten Einschaltphase 301 deutlich verlängert werden, bevor die zugeordnete Entladestromspitze 322 wiederum den Spitzenwert 330 erreicht. Als Folge wird die Eingangskapazität bis auf einen dritten Spannungswert 313 entladen, der gegenüber dem in 2a dargestellten Fall mit gleicher Einschaltdauer aller Einschaltphasen erniedrigt ist. Entsprechend kann die dritte Einschaltphase 303 gegenüber der zweiten Einschaltphase 302 weiter verlängert werden, wobei hierbei die zugeordnete Entladestromspitze 323 den Spitzenwert 330 gar nicht mehr erreicht. Durch die Verlängerung der jeweiligen Einschaltphasen kann die Zeitdauer zur vollständigen Entladung der Eingangskapazität erheblich reduziert werden, ohne den Hochsetzsteller zu überlasten. Entsprechend sinkt ein geeignet gewählter Leistungskennwert aufgrund der schnelleren Entladung früher unter einen vorgegebenen Schwellenwert, so dass die Tatsache, dass kein Generator am entsprechenden Eingangsanschluss angeschlossen ist, früher festgestellt wird. Das Testschaltmuster 300 geht als Folge dessen in eine Kurzschlussphase 304 über, in der der Eingangsanschluss mittels des Hochsetzstellerschalters kurzgeschlossen wird.
Im nicht gezeigten Fall eines angeschlossenen Generators würden die Dauern der Einschaltphasen bis zum Erreichen des Spitzenwertes 330 nicht sukzessive gesteigert werden können, und die Eingangskapazität könnte mithilfe des Testschaltmusters nicht oder zumindest nicht vollständig entladen werden. Daher könnte man an dieser Stelle anstatt eines Leistungskennwertes auch die Dauer der Einschaltphasen als Kriterium zur Detektion eines angeschlossenen Generators verwenden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt und fachmännisch ergänzt werden können. Insbesondere ist es möglich, die genannten Merkmale auch in anderen als den genannten Kombinationen auszuführen, und um weitere vorbekannte Verfahrensweisen oder Komponenten zu ergänzen, um den Erfindungsgedanken umzusetzen.
Bezugszeichenliste

10: Wechselrichter
100: Generator
110: Hochsetzsteller
111: Drossel
112: Hochsetzstellerschalter
113: Stromsensor
115: Diode
116: Eingangskapazität
117: Eingangsanschluss
120: Hochsetzsteller
121: Drossel
122: Hochsetzstellerschalter
123: Stromsensor
125: Diode
126: Eingangskapazität
127: Eingangsanschluss
130: Zwischenkreiskapazität
140: Wandlerbrücke
150: Netzanschluss
160: Ansteuereinheit
200: Testschaltmuster
201–203, 201'–203': Einschaltphasen
204: Kurzschlussphase
210: Spannungsverlauf
211–213, 211': Spannungswerte
220: Drosselstromverlauf
221–224, 221'–223': Entladestromspitzen
300: Testschaltmuster
301–303: Einschaltphasen
304: Kurzschlussphase
310: Spannungsverlauf
311–313: Spannungswerte
320: Drosselstromverlauf
321–323: Entladestromspitzen
330: Spitzenwert
400–460: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zur Inbetriebnahme eines Wechselrichters (10), wobei der Wechselrichter (10) einen ersten Hochsetzsteller (110) mit einem ersten Eingangsanschluss (117) zum Anschließen eines ersten Generators und einen zweiten Hochsetzsteller (120) mit einem zweiten Eingangsanschluss (127) zum Anschließen eines zweiten Generators aufweist, mit den Schritten: – Ansteuern eines ersten Hochsetzstellerschalters (112) des ersten Hochsetzstellers (110) mit einem ersten Testschaltmuster (200, 300), – Bestimmen einer elektrischen Kenngröße, die ein Maß für einen Entladefortschritt einer ersten Eingangskapazität (116) am ersten Eingangsanschluss (117) während des Ansteuerns mit dem ersten Testschaltmuster (200, 300) ist, – Inbetriebnahme des ersten Hochsetzstellers (110), falls die elektrische Kenngröße einen ersten Schwellenwert übersteigt, oder Kurzschließen des ersten Eingangsanschlusses (117) mittels des ersten Hochsetzstellerschalters (112), falls die elektrische Kenngröße den ersten Schwellenwert nicht übersteigt, wobei eine Dauer von Einschaltphasen des ersten Hochsetzstellerschalters (112) innerhalb des Testschaltmusters (200, 300) so kurz gewählt wird, dass eine Überlastung des ersten Hochsetzstellerschalters (112) vermieden wird, und wobei der erste Schwellenwert so gewählt ist, dass durch Vergleich mit der elektrischen Kenngröße entschieden werden kann, ob ein Generator am ersten Eingangsanschluss (117) angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend die Schritte: – Ansteuern eines zweiten Hochsetzstellerschalters (122) des zweiten Hochsetzstellers (120) mit einem zweiten Testschaltmuster (200, 300), – Bestimmen einer zweiten elektrischen Kenngröße, die ein Maß für einen Entladefortschritt einer zweiten Eingangskapazität (126) am zweiten Eingangsanschluss (127) während des Ansteuerns mit dem zweiten Testschaltmuster (200, 300) ist, – Inbetriebnahme des zweiten Hochsetzstellers (120), falls die zweite elektrische Kenngröße einen zweiten Schwellenwert übersteigt oder Kurzschließen des zweiten Eingangsanschlusses (127) mittels des zweiten Hochsetzstellerschalters (122), falls die zweite elektrische Kenngröße den zweiten Schwellenwert nicht übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Ansteuerns des ersten Hochsetzstellerschalters (112) und/oder des zweiten Hochsetzstellerschalters (122) in Zeitintervallen wiederholt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrische Kenngröße unter Berücksichtigung einer Spannung am Eingangsanschluss (117, 127) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrische Kenngröße unter Berücksichtigung eines Stromes (I₁, I₂) am Eingangsanschluss (117, 127) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zusätzlich während des Kurzschließens des Eingangsanschlusses (117, 127) ein Strom am Eingangsanschluss (I₁, I₂) bestimmt wird, und wobei der dem Eingangsanschluss (117, 127) zugeordnete Hochsetzstellerschalter (112, 122) geöffnet wird, wenn der Strom am Eingangsanschluss (I₁, I₂) einen Stromschwellenwert übersteigt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ansteuern des zweiten Hochsetzstellerschalters (122) mit dem zweiten Testschaltmuster (200, 300) nach dem Ansteuern des ersten Hochsetzstellerschalters (112) mit dem ersten Testschaltmuster (200, 300) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wechselrichter (10) ein Fehlersignal erzeugt, falls die elektrische Kenngröße am ersten Eingangsanschluss (117) und/oder die zweite elektrische Kenngröße am zweiten Eingangsanschluss (127) die zugeordneten Schwellenwerte unterschreiten.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ansteuern eines der Hochsetzstellerschalter (112, 122) mit einem der Testschaltmuster (200, 300) in dem Fall, dass die dem Hochsetzstellerschalter (112, 122) zugeordnete elektrische Kenngröße den zugeordneten Schwellenwert nicht übersteigt, solange fortgesetzt wird, bis eine Spannung am Eingangsanschluss (117, 127) einen weiteren Spannungsschwellenwert unterschreitet, bevor der Eingangsanschluss (117, 127) kurzgeschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einschaltzeitdauern des ersten Hochsetzstellerschalters (112) innerhalb des ersten Testschaltmusters (300) derart gewählt werden, dass ein vorgegebener Spitzenstromwert (330) am Eingangsanschluss (117) nicht überschritten wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Inbetriebnahme eines der Hochsetzsteller (110, 120) oder das Kurzschließen des zugeordneten Eingangsanschlusses (117, 127) als Prüfergebnis gespeichert wird, und wobei ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn das Prüfergebnis von einem Prüfergebnis einer früheren Durchführung des Verfahrens zur Inbetriebnahme des Wechselrichters (10) abweicht.
Wechselrichter (10), umfassend: – einen ersten Hochsetzsteller (110) mit einem ersten Eingangsanschluss (117) zum Anschließen eines ersten Generators und – einen zweiten Hochsetzsteller (120) mit einem zweiten Eingangsanschluss (127) zum Anschließen eines zweiten Generators, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (10) eine Ansteuereinheit (160) aufweist, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.