DE102012010015B4 - Verfahren zum Rückspeisen von Energie aus einem Zwischenkreis in ein Wechselspannungsnetz mittels ansteuerbarer Halbleiterschalter - Google Patents

Verfahren zum Rückspeisen von Energie aus einem Zwischenkreis in ein Wechselspannungsnetz mittels ansteuerbarer Halbleiterschalter Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Rückspeisen von Energie aus einem Zwischenkreis in ein Wechselspannungsnetz mittels ansteuerbarer Halbleiterschalter,wobei die den Schaltzeitpunkten zugeordneten Schaltwinkelwerte der Halbleiterschalter ein Schaltmuster bilden,wobei die Netzphasenspannungen erfasst werden und aus den erfassten Signalen Komponenten eines Spannungsraumzeigers bestimmt werden,wobei die Komponenten jeweils einem Bandpassfilter (20, 21) zugeführt werden,wobei aus den Ausgangssignalen der Bandpassfilter (20, 21) die Phase (p) der Netzspannung wiederkehrend bestimmt wird, also abgetastet wird zu einem jeweiligen Zeitpunkt (t1),wobei aus der jeweils bestimmten Phase ein jeweiliger zeitlich nächstliegender Schaltzeitpunkt (t2) vorausbestimmt wird, an welchem die zu diesem nächstliegenden Schaltzeitpunkt (t2) zugehörige vorausbestimmte Phase den Schaltwinkelwert (n × 60°) erreicht,wobei bei der Bestimmung vorausgesetzt wird, dass zwischen zwei Abtastpunkten, also Erfassungs-Zeitpunkten der Erfassung der jeweiligen Phasenspannungen, der Netzspannungsphasenwinkel proportional mit der Zeit wächst,wobei die Proportionalitätskonstante die Netzfrequenz und/oder die gestellte Mittenfrequenz ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rückspeisen von Energie aus einem Zwischenkreis in ein Wechselspannungsnetz mittels ansteuerbarer Halbleiterschalter.
  • Aus der DE 10 2009 049 934 A1 ist ein Verfahren zur Fehlererkennung bei einem Elektrogerät bekannt. Aus der dortigen 3 ist bekannt, wie Netzphasenspannungen eines Drehstromnetzes umgerechnet werden in einen Spannungsraumzeiger, der als komplexer Zeiger dargestellt ist.
  • Aus der DE 10 2008 019 294 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik eine Versorgungseinheit für elektrische Antriebe und ein Verfahren zur Steuerung dieser Versorgungseinheit bekannt. Dabei wird Energie in ein Wechselspannungsnetz rückgespeist aus einem Zwischenkreis mittels ansteuerbarer Schalter. Die Schaltzeitpunkte bilden ein zeitliches Muster, wobei keine direkte Bezugnahme auf Schaltwinkelwerte vorgesehen ist. Die Netzphasenspannungen des Wechselspannungsnetzes werden erfasst und davon die größte Gegenspannung ermittelt, um die Zwischenkreisspannung auf die entsprechende Phase aufzuschalten. Ein Drehspannungsraumzeiger wird also nicht ermittelt!
  • Aus der DE 10 2009 049 934 A1 ist eine Netzausfallerkennung bekannt, bei der eine Spannung mit ihrem bandgefilterten Wert verglichen wird. Dabei wird die Mittenfrequenz des Bandes derart gestellt, dass die Differenz zwischen Spannung und bandgefiltertem Wert auf Null geregelt wird.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein blockförmiges Rückspeisen in einfacher Weise weiterzubilden.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass das Verfahren zum Rückspeisen von Energie aus einem Zwischenkreis in ein Wechselspannungsnetz mittels ansteuerbarer Halbleiterschalter vorgesehen ist,
    wobei die Schaltzeitpunkte der Halbleiterschalter ein Schaltmuster bilden,
    wobei die Netzphasenspannungen erfasst werden und aus den erfassten Signalen Komponenten eines Spannungsraumzeigers bestimmt werden,
    wobei die Komponenten jeweils einem Bandpassfilter zugeführt werden,
    wobei aus den Ausgangssignalen der Bandpassfilter fortlaufend die Phase, insbesondere Phasenlage, der Netzspannung bestimmt wird, insbesondere also zu den Abtastzeitpunkten einer Abtastfolge mit Periodendauer T,
    wobei aus der bestimmten Phasenlage das Schaltmuster vorausbestimmt wird.
  • Von Vorteil ist dabei, dass durch die Bandpassfilterung die Schaltzeitpunkte nicht abhängen von den Auswirkungen der blockförmigen Rückspeisung auf die Netzspannung. Wenn also durch das blockförmige Rückspeisen die Versorgungsnetzspannung verändert wird, insbesondere die zugehörige Sinusspannung stark verformt wird, ist trotzdem ein zum Netz phasengleiches Rückspeisen, also ein Einspeisen in der zur Netzspannung richtigen Phasenlage ermöglicht. Hierzu wird nach jedem Bestimmen des Netzphasenwinkels der nächste Schaltzeitpunkt eines Halbleiterschalters bestimmt, wenn er innerhalb der nächsten Abtastperiode liegt, also innerhalb der auf den abtastzeitpunkt folgenden Abtastperiode.
  • Vorzugsweise werden die Halbleiterschalter nur zu den bestimmten Schaltzeitpunkten betätigt, wobei die Schaltzeitpunkte jeweils vorausbestimmt sind. Die Genauigkeit der Schaltzeitpunkte hängt dabei nicht nur von der Genauigkeit des zum Abtastzeitpunkt bestimmten Netzspannungsphasenwinkels, sondern auch von der Genauigkeit der zugrundeliegenden Uhr oder des verwendeten Timers des Elektrogeräts ab.
  • Weiter vorteilig ist, dass das Rückspeisen unabhängig von den im Netz bewirkten Rückwirkungen des Rückspeisens ausführbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bilden die Halbleiterschalter ein Rückspeiseteil, das zwischen dem Zwischenkreis und dem Wechselspannungsnetz angeordnet ist,
    wobei die Halbleiterschalter an den Schaltzeitpunkten geöffnet beziehungsweise gesperrt werden,
    wobei die Schaltzeitpunkte das Schaltmuster bilden,
    wobei das Rückspeiseteil Halbbrücken aufweist, welche jeweils aus in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern gebildet sind,
    wobei der Zwischenkreis ein unipolarer Zwischenkreis und/oder ein DC-Zwischenkreis ist, insbesondere wobei ein Glättungskondensator im DC-Zwischenkreis angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass bei motorischem Betrieb des über einen Wechselrichter aus dem Zwischenkreis versorgten Elektromotors Energie vom Netz über den Zwischenkreis zum Motor führbar ist und bei generatorischem Betrieb des Motors die von diesem erzeugte Energie über den Wechselrichter zum Zwischenkreis und von dort über die Halbleiterschalter zum Wechselspannungsnetz führbar ist. Somit ist ein aus dem Zwischenkreis bei Überspannung zu speisender Bremswiderstand verzichtbar oder zumindest kleiner auslegbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die einem jeweiligen Halbleiterschalter zugeordneten Schaltzeitpunkte einen zeitlichen Abstand auf, der einem Netzspannungsphasenwinkel von n x 60° entspricht, wobei n eine ganze Zahl oder Null ist. Der Schalter wird jeweils für 120° eingeschaltet, also geschlossen, und für insgesamt 240° pro Netzperiode gesperrt, also geöffnet. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei verzerrter Netzspannung das optimale Schaltmuster vorgebbar ist. Somit ist die Rückspeisung unabhängig von den Auswirkungen der Rückspeisung auf das Wechselspannungsnetz und dessen Spannungsverlauf.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Mittenfrequenz des jeweiligen Bandpasses Stellgröße eines Reglers, dem als Regelabweichung eine zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal des Reglers bestimmte Netzspannungsphasendifferenz zugeführt wird,
    insbesondere wobei der Regler ein linearer Regler ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Netzperiode der eigentlichen Netzfrequenz nachführbar ist. Somit ist der Phasenwinkel zum Abtast-Zeitpunkt hochgenau bestimmbar und dann mit der entsprechend bestimmten Netzfrequenz der jeweilige Schaltzeitpunkt des Schaltmuster vorausbestimmbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Wechselspannungsnetz ein Drehstromnetz. Von Vorteil ist dabei, dass bei generatorischem Betrieb eine hohe Leistung vom Netz aus dem Zwischenkreis aufnehmbar ist. Ebenso ist bei motorischem Betrieb eine hohe Leistung vom Netz über den Zwischenkreis an den Elektromotor weiterleitbar. Außerdem sind die Spannungsschwankungen im Zwischenkreis im Vergleich zu einem einphasigen Netz geringer.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Quartz als Zeitbasis verwendet. Von Vorteil ist dabei, dass ein Schaltzeitpunkt innerhalb der Abtastperiode liegen darf und trotzdem quarzgenau ansteuerbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Spannungsraumzeiger als komplexer Zeiger dargestellt, also mit Realteil und Imaginärteil als Komponenten des komplexen Zeigers. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Darstellung des mit der Netzfrequenz rotierenden Raumzeigers ermöglicht ist. Hierbei wird der Raumzeiger in einer ebenen Darstellung darstellbar, also auch in einer Darstellung mittels eines komplexen Zeigers.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei der Bestimmung vorausgesetzt, dass zwischen zwei Abtastzeitpunkten der Netzspannungsphasenwinkel proportional mit der Zeit wächst,
    insbesondere wobei die Proportionalitätskonstante die Netzfrequenz und/oder die gestellte Mittenfrequenz ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Vorausbestimmung ermöglicht ist, da das für die Winkel geltende Schaltmuster, also die Winkelwerte der Betätigung der Halbleiterschalter, in einfacher Weise in Zeitpunkte umrechenbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Halbleiterschalter zu Schaltzeitpunkten jeweils geöffnet oder geschlossen,
    wobei diese innerhalb einer Netzperiode angeordneten Schaltzeitpunkte ein Schaltmuster bilden, wobei in einer oder mehreren, insbesondere allen, nachfolgenden Netzperioden das Schaltmuster dasselbe ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein ideales Schaltmuster mit der Netzperiode periodisch wiederholbar zugrunde legbar ist. Somit ist aus den erfassten Netzspannungsphasenwinkelwerten nur der Zeitpunkt zu bestimmen, an welchem der jeweilige Winkelwert des jeweiligen Schaltzeitpunktes des Schaltmusters erreicht ist.
  • Bei einem Elektrogerät zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens ist von Vorteil, dass das Elektrogerät in einfacher und wenig aufwendiger Weise mit einer blockförmigen Rückspeisung ausstattbar ist. Somit ist ohne pulsweitenmoduliert betriebene Halbleiterschalter und die entsprechenden Schaltverluste ein Rückspeisen ermöglicht.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
    • In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Blockschaltbild eines Elektrogeräts schematisch gezeigt, wobei einem Rückspeiseteil 3 Ansteuersignale 4 zugeführt werden.
    • In der 2 ist ein zugehöriges Funktionsschema zur Bestimmung der Ansteuersignale 4 gezeigt.
    • In der 3 sind die Ansteuersignale 4 in Abhängigkeit von der Netzspannung gezeigt, wobei ein rechtsdrehendes Netzspannungssystem und eine Netzfrequenz von 50 Hz zugrunde liegen.
    • In der 4 sind die Ansteuersignale 4 in Abhängigkeit vom Phasenwinkel des Netzspannungsverlaufs gezeigt, wobei ein rechtsdrehendes Netzspannungssystem und eine Netzfrequenz von 50 Hz zugrunde liegen.
    • In der 5 ist die Vorausberechnung der Schaltzeitpunkte der blockförmigen Rückspeisung für die nächste Abtastperiode dargestellt.
  • Wie in 1 gezeigt werden die Netzphasenspannungen eines elektrischen Versorgungsnetzes, insbesondere eines Drehstromnetzes, erfasst und die erfassten Werte der Netzphasenspannungen einer Signalelektronik 1 zugeführt, welche die Ansteuersignale 4 für ein Rückspeiseteil 3, insbesondere blockförmige Rückspeisung, bestimmt.
  • Das Rückspeiseteil 3 weist eine Anzahl von Halbbrücken auf, welche der Phasenzahl des Versorgungsnetzes entspricht, insbesondere drei Halbbrücken. Jede der Halbbrücken ist aus einem DC-Zwischenkreis des Elektrogeräts gespeist und weist jeweils eine Reihenschaltung aus einem unteren und einem oberen Halbleiterschalter auf. Jeder der Verbindungspunkte zwischen einem oberen und einem unteren Halbleiterschalter ist mit einer jeweiligen Netzphasenleitung verbunden.
  • Der Aufbau des Rückspeiseteils aus den ansteuerbaren Halbleiterschaltern gleicht also dem Aufbau eines Wechselrichters, der elektrische Leistung aus dem Zwischenkreis ins Versorgungsnetz rückspeisbar macht.
  • Allerdings werden die Halbleiterschalter nicht pulsweitenmoduliert betrieben, sondern pro Netzperiode der Netzspannung des Versorgungsnetzes nur einmal eingeschaltet und einmal ausgeschaltet. Somit entstehen nur vernachlässigbare oder zumindest nur sehr kleine Schaltverluste.
  • Jedem der Halbleiterschalter ist eine Diode parallel zugeschaltet, so dass das Rückspeiseteil 3 auch einen Brückengleichrichter umfasst.
  • Aus dem Zwischenkreis wird ein einen Elektromotor M speisenden Wechselrichter 2 versorgt, der analog zum Rückspeiseteil 3 aufgebaut ist, wobei allerdings die Halbleiterschalter pulsweitenmoduliert betrieben werden. Die Pulsweitenmodulationsfrequenz beträgt hierbei weit mehr als 100 Hertz, insbesondere beispielsweise mehr als 1 kHz. Besonders bevorzugt sind hierbei Frequenzen zwischen 1 kHz und 20 kHz, so dass die Schaltverluste nicht zu hoch sind.
  • Im DC-Zwischenkreis ist auch ein Kondensator angeordnet, so dass Netzrückwirkungen verringert und die Zwischenkreisspannung geglättet ist.
  • Bei generatorischem Betrieb des Elektromotors M wird die in den Zwischenkreis eingeleitete Energie über das Rückspeiseteil 3 ins Versorgungsnetz rückgespeist.
  • Wie in 2 gezeigt, werden zur Bestimmung der Schaltzeitpunkte zunächst die erfassten Netzphasenspannungen (L1, L2, L3) umgerechnet in Komponenten eines Spannungsraumzeigers. Dieser ist als komplexer Zeiger (u_a +i u_β) dargestellt, wobei der Realteil u_a und der Imaginärteil u_β ist. Beide Komponenten, also Realteil und Imaginärteil, des Zeigers werden jeweils einem Bandpassfilter (20, 21) zugeführt, das auf die Frequenz der Netzspannung abgestimmt ist.
  • Die Ausgangssignale der Bandpassfilter (20, 21) werden einem Mittel 22 zur Umrechnung in Polarkoordinaten (|u|, φ) zugeführt. Abhängig vom Winkel φ sollen die Ansteuersignale (yL1o, yL1u, yL2o, yL2u, yL3o, yL3u) erzeugt werden. Dabei kennzeichnet der Index o den oberen Halbleiterschalter einer jeweiligen Halbbrücke und u den unteren. Außerdem ist der jeweilige Halbleiterschalter einer jeweiligen Halbbrücke mit der jeweiligen, mit ihrem Verbindungspukt verbundenen Netzphase (L1, L2, L3) gekennzeichnet.
  • Zur Bestimmung der Schaltzeitpunkte werden diese vorausberechnet. Hierzu werden in der Pulslogik 23 von dem Winkel φ ausgehend die Schaltzeitpunkte gemäß dem in 3 ersichtlichen Muster vorausberechnet, wobei der Winkel φ als lineare Funktion der Zeit vorausgesetzt wird. Dabei wird jeder Halbleiterschalter pro Netzperiode nur für 120° eingeschaltet.
  • Um die Mittenfrequenz eventuellen Frequenzschwankungen der Netzspannung nachzuführen, werden die beiden Ausgangssignale der Bandpässe (20, 21) zusammen mit den Eingangssignalen der Bandpässe einem Mittel zum Bestimmen der Phasendifferenz zwischen einem jeweiligen Ausgangssignal und Eingangssignal desselben Bandpasses zugeführt. Die Phasendifferenz wird einem Regler zugeführt, insbesondere einem linearen Regler, wie P-Regler, PI-Regler oder PID-Regler, wobei der Regler als Stellgröße die Mittenfrequenz des jeweiligen Bandpasses stellt. Auf diese Weise wird also bei einer detektierten Phasendifferenz zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal des Bandpasses dessen Mittenfrequenz derart verändert, dass die Phasendifferenz verschwindet oder vernachlässigbar klein wird. Beim exakt auf die Netzfrequenz abgestimmten Bandpass verschwindet die Phasendifferenz zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal sogar exakt.
  • Mit den somit auf die sich gegebenenfalls verändernde Frequenz der Netzspannung abgestimmten Bandpässen wird die Grundfrequenz der Netzspannung sehr genau bestimmbar und somit auch deren Phasenwinkel φ. Daraus werden dann die Zeitpunkte bestimmt, welche zu den Winkelwerten des Schaltmusters nach 3 gehören.
  • Das Schaltmuster ist also durch die Winkelwerte gebildet, bei denen ein Schalten des jeweiligen Halbleiterschalters erfolgen soll. Das Schaltmuster liegt fest vor, damit auch bei verzerrter Netzphasenspannung ein ungestörtes Rückspeisen erfolgen kann. Die Ansteuersignale der Halbleiterschalter, also der oberen oder unteren Schalter der ersten, zweiten oder dritten Halbbrücke, werden abhängig von der bestimmten oder vorausbestimmten Phasenlage erzeugt. Wenn also die bestimmte oder vorausbestimmte Phasenlage den jeweils zu einem Schaltereignis zugeordneten Winkelwert erreicht, wird ein Schalten des jeweils zugeordneten Halbleiterschalters ausgeführt.
  • Das die Phasenbestimmung nicht kontinuierlich, sondern nur zeitlich diskret erfolgen kann, wird zu einem jeweiligen Abtastzeitpunkt t1 die bestimmte Phase p extrapoliert, insbesondere unter Berücksichtigung der Phasenänderungsgeschwindigkeit omega. Somit ist ein in der nächsten Abtastperiode liegender Schaltzeitpunkt t2 bestimmbar, indem aus dem extrapolierten Verlauf der Phase derjenige Zeitpunkt t2 bestimmt wird, an welchem die Phase den Winkelwert des Schaltmusters, beispielsweise also n x 60°, erreicht.
  • Die Zeitbasis der Pulslogik 23 ist dabei mittels eines Quarzes gegeben, welcher in dem Elektrogerät angeordnet ist. Somit ist der Zeitpunkt t2 mit der entsprechenden Genauigkeit ansteuerbar.
  • Wie in 4 gezeigt wächst der Phasenwinkel der Netzspannung linear mit der Zeit während einer gesamten Netzperiode. Die Darstellung in der Figur ist Modulo 360°, so dass der lineare Anstieg sägezahnartig dargestellt ist. In 4 ist die Abhängigkeit der Ansteuersignale vom Phasenwinkel der Netzspannung dargestellt. In 3 hingegen ist die Abhängigkeit der Ansteuersignale von den Netzphasenspannungen dargestellt.
  • Ab demjenigen Zeitpunkt, für welchen der aktuelle Netzspannungsphasenwinkel der Pulslogik 23 bekannt ist, werden laufend die Schaltzeitpunkte der oberen Halbleiterschalter bestimmt, so dass ein jeweiliger Halbleiterschalter stets dann geschlossen wird, wenn durch die relativ zur zugeordneten Netzphasenspannung betragsmäßig höhere Spannung im Zwischenkreis ein Strom durch den jeweiligen Halbleiterschalter ins Wechselspannungsnetz zu fließen vermag. Bei den unteren Halbleiterschaltern wird entsprechend verfahren. Somit ist eine blockförmige Rückspeisung erreichbar. Dabei sind aber die Zeitabschnitte für das Öffnen der Halbleiterschalter vorausbestimmt gemäß dem in der 3 oder 4 dargestellten idealen Schaltmuster.
  • Wie in 5 dargestellt, wird eine Vorausrechnung der Schaltzeitpunkte für die nächste Abtastperiode ausgeführt.
  • 5 zeigt einen Ausschnitt aus 4. Gezeigt ist der Verlauf des Winkels in der Nähe einer Vielfachen von 60°, wobei n x 60° als Linie eingezeichnet ist und wobei n eine ganze Zahl ist.
  • Der Winkel läuft kontinuierlich weiter, insbesondere linear mit der Zeit. Das erfindungsgemäße Abtastsystem erfasst aber nur Zustände zu diskreten Zeitpunkten. Insbesondere wird also der Winkel nur an den jeweiligen Abtastzeitpunkten erfasst. Das Abtasten des Winkelwertes erfolgt periodisch. Der Abstand dieser zeitlich aufeinander folgenden Zeitpunkte ist in 5 mit der Abtastdauer T angegeben. Zum Zeitpunkt t1 hat der Netzphasenwinkel die 60°-Grenze noch nicht überschritten. Es wird noch nicht geschaltet. Zum Zeitpunkt t3 ist die 60°-Grenze überschritten und die Schaltung erfolgt. Der korrekte Schaltzeitpunkt liegt aber bei t2 zwischen den beiden Abtastzeitpunkten.
  • Erfindungsgemäß wird aus der zum Zeitpunkt t1 bestimmten Phasenwinkelwert und der ebenfalls bestimmten zeitlichen Steigung des Phasenwinkelwerts der Zeitpunkt t2 bestimmt, an welchem der Phasenwinkelwert den Wert n x 60° erreichen wird, wann also der Phasenwinkelwert die n x 60°-Grenze überschreitet. Dieser Wert t2 darf innerhalb der Abtastperiodendauer T liegen, welche auf den Wert t1 folgt. Das nächste Abtasten des Phasenwinkels erfolgt erst zum Zeitpunkt t3 = t1 + T.
  • Somit ist ein Schalten der Halbleiterschalters zum Zeitpunkt t2 ausführbar.
  • Dieser Zeitpunkt t2 kann dann in einen Timer programmiert werden. Die Schaltung erfolgt dann zum exakten Zeitpunkt auch wenn die Netzspannung nur in groberen Zeitintervallen abgetastet wird. Diese Vorausrechnung wird zu jedem Abtastzeitpunkt erneut durchgeführt, um zu sehen, ob die Schaltung im nächsten Abtastintervall erfolgen muss. Die Steigung des Winkels ist proportional zur Netzfrequenz. Diese Netzfrequenz ist aus dem abstimmbaren Bandpass bekannt und wird im Betrieb kontinuierlich mitgeführt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Signalelektronik
    2
    Wechselrichter
    3
    Rückspeiseteil, insbesondere blockförmige Rückspeisung
    4
    Ansteuersignale (yL1o, yL1u, yL2o, yL2u, yL3o, yL3u)
    20
    abstimmbarer Bandpassfilter
    21
    abstimmbarer Bandpassfilter
    22
    Mittel zur Transformation in Polarkoordinaten
    23
    Pulslogik
    M
    Elektromotor
    L1
    erste Netzphase
    L2
    zweite Netzphase
    L3
    dritte Netzphase
    yL1o
    Ansteuersignal für den oberen Schalter der ersten Netzphase
    yL1u
    Ansteuersignal für den unteren Schalter der ersten Netzphase
    yL2o
    Ansteuersignal für den oberen Schalter der zweiten Netzphase
    yL2u
    Ansteuersignal für den unteren Schalter der zweiten Netzphase
    yL3o
    Ansteuersignal für den oberen Schalter der dritten Netzphase
    yL3u
    Ansteuersignal für den unteren Schalter der dritten Netzphase

Claims (12)

  1. Verfahren zum Rückspeisen von Energie aus einem Zwischenkreis in ein Wechselspannungsnetz mittels ansteuerbarer Halbleiterschalter, wobei die den Schaltzeitpunkten zugeordneten Schaltwinkelwerte der Halbleiterschalter ein Schaltmuster bilden, wobei die Netzphasenspannungen erfasst werden und aus den erfassten Signalen Komponenten eines Spannungsraumzeigers bestimmt werden, wobei die Komponenten jeweils einem Bandpassfilter (20, 21) zugeführt werden, wobei aus den Ausgangssignalen der Bandpassfilter (20, 21) die Phase (p) der Netzspannung wiederkehrend bestimmt wird, also abgetastet wird zu einem jeweiligen Zeitpunkt (t1), wobei aus der jeweils bestimmten Phase ein jeweiliger zeitlich nächstliegender Schaltzeitpunkt (t2) vorausbestimmt wird, an welchem die zu diesem nächstliegenden Schaltzeitpunkt (t2) zugehörige vorausbestimmte Phase den Schaltwinkelwert (n × 60°) erreicht, wobei bei der Bestimmung vorausgesetzt wird, dass zwischen zwei Abtastpunkten, also Erfassungs-Zeitpunkten der Erfassung der jeweiligen Phasenspannungen, der Netzspannungsphasenwinkel proportional mit der Zeit wächst, wobei die Proportionalitätskonstante die Netzfrequenz und/oder die gestellte Mittenfrequenz ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Abtastzeitpunkt die Phasenwinkelgeschwindigkeit (omega) bestimmt wird und bei der Bestimmung des nächstliegenden Schaltzeitpunktes berücksichtigt wird, wobei die Bestimmung gemäß t2 = t1 + ( n × 60 ° − p ) / omega
    Figure DE102012010015B4_0001
    erfolgt, wobei die Phasenwinkelgeschwindigkeit (omega) als Quotient der Differenz aus zwei aufeinander folgend bestimmten Werten der Phase (p) und der Abtastperiodendauer (T) gebildet wird.
  3. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Phasen (p) periodisch regelmäßig erfolgt, wobei die Abtastperiodendauer (T) kleiner als 100 µs ist.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmuster derartig aufgebaut ist, dass ein einer jeweiligen Netzphase (L1, L2, L3) zugeordneter Halbleiterschalter innerhalb einer jeweiligen Netzperiode nur für 120° eingeschaltet ist.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltzustandsverlauf des Halbleiterschalters einer ersten Netzphase (L1) zu dem Schaltzustandsverlauf des Halbleiterschalters einer zweiten Netzphase (L2) 120° verschoben ist und zu dem Schaltzustandsverlauf des Halbleiterschalters einer dritten Netzphase (L3) 240° verschoben ist.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschalter ein Rückspeiseteil (3) bilden, das zwischen dem Zwischenkreis und dem Wechselspannungsnetz angeordnet ist, wobei die Halbleiterschalter an den Schaltzeitpunkten geöffnet beziehungsweise geschlossen werden, wobei die Schaltzeitpunkte das Schaltmuster bilden, wobei das Rückspeiseteil (3) Halbbrücken aufweist, welche jeweils aus in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern gebildet sind, wobei der Zwischenkreis ein unipolarer Zwischenkreis und/oder ein DC-Zwischenkreis ist, wobei ein Glättungskondensator im DC-Zwischenkreis angeordnet ist.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einem jeweiligen Halbleiterschalter zugeordneten Schaltzeitpunkte einen zeitlichen Abstand aufweisen, der einem Netzspannungsphasenwinkel von 60° oder einem Vielfachen hiervon entspricht, wobei ein jeweiliger Halbleiterschalter jeweils stets für 120° geschlossen bleibt.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenfrequenz des jeweiligen Bandpasses Stellgröße eines jeweiligen Reglers ist, dem als Regelabweichung eine zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal des Bandpasses bestimmte Phasendifferenz zugeführt wird.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselspannungsnetz ein Drehstromnetz ist.
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quarz als Zeitbasis verwendet wird.
  11. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsraumzeiger als komplexer Zeiger dargestellt wird, also mit Realteil und Imaginärteil als Komponenten des komplexen Zeigers.
  12. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschalter zu Schaltzeitpunkten jeweils geöffnet oder geschlossen werden, wobei diese innerhalb einer Netzperiode angeordneten Schaltzeitpunkte ein Schaltmuster bilden.
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