DE102012215963A1

DE102012215963A1 - Verfahren zur Überwachung des Alterungszustandes des Zwischenkreiskondensators einer elektrischen Anlage und Steuereinheit für eine elektrische Anlage

Info

Publication number: DE102012215963A1
Application number: DE201210215963
Authority: DE
Inventors: Martin Neuburger; Konstantin Spanos; Thomas Plum; Hartmut Steinbuch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2014-03-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der bisher verbrauchten Lebensdauer des Zwischenkreiskondensators einer elektrischen Anlage, welche einen Wechselrichter und einen den Zwischenkreiskondensator aufweisenden Zwischenkreis aufweist. Die Überwachung der bisher verbrauchten Lebensdauer des Zwischenkreiskondensators erfolgt während des Betriebes der elektrischen Anlage für die elektrische Anlage individuell. Dabei werden Ist-Werte für die bisher verbrauchte Lebensdauer ermittelt, die ermittelten Ist-Werte mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen und in dem Falle, dass die ermittelten Ist-Werte die Grenzwerte übersteigen, ein Meldesignal ausgegeben. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Anlage und eine Steuereinheit für eine elektrische Anlage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Alterungszustandes des Zwischenkreiskondensators einer elektrischen Anlage, eine elektrische Anlage und eine Steuereinheit für eine elektrische Anlage.
(Stand der Technik)
Regenerative Energien symbolisieren derzeit einen der wohl am stärksten wachsenden Märkte und haben im Hinblick auf eine zunehmende Ressourcenknappheit ein hohes weiteres Wachstumspotential.
Ein Beispiel dafür ist eine Energiegewinnung mittels einer Photovoltaikanlage. Zu einer derartigen Photovoltaikanlage gehören ein Photovoltaikgenerator und ein Wechselrichter. Der Photovoltaikgenerator, der eine Vielzahl von Solarzellen aufweist und auch als Solarpanel bezeichnet wird, stellt an seinem Ausgang eine Gleichspannung bereit, die mittels des Wechselrichters in eine zur Weiterleitung an ein Wechselstromnetz geeignete Wechselspannung umgewandelt wird. Zwischen dem Photovoltaikgenerator und dem Wechselrichter ist ein einen Zwischenkreiskondensator aufweisender Spannungszwischenkreis vorgesehen, wobei der Zwischenkreiskondensator mittels der vom Photovoltaikgenerator bereitgestellten, oftmals mittels einer von einem Gleichspannungssteller angepassten und/oder stabilisierten Gleichspannung geladen wird und die gespeicherte Ladung dann an den nachgeschalteten Wechselrichter abgibt.
Bisher ging das Bestreben der Industrie dahin, Wechselrichter mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad bereitzustellen. Dies ist insbesondere auch deshalb von Vorteil, da die in das Wechselstromnetz eingespeiste Energie finanziell vergütet wird und folglich bei einem hohen Wirkungsgrad bei gleicher Sonnenintensität ein höherer Ertrag erzielt werden kann.
Eine andere Überlegung bei der Auslegung einer Photovoltaikanlage geht dahin, die dem Betreiber der Photovoltaikanlage entstehenden Gesamtkosten zu minimieren. Bei diesen Überlegungen spielt die Lebensdauer der Bauteile der Photovoltaikanlage eine wesentliche Rolle. Insbesondere unterliegen die Zwischenkreiskondensatoren einer Photovoltaikanlage einem Alterungsprozess, so dass diese Zwischenkreiskondensatoren als ein lebensdauerbegrenzendes Bauteil der Photovoltaikanlage angesehen werden. Das zwischenkreiskondensatorspezifische Lastprofil hängt sowohl vom Aufstellungsort als auch von der vom Wechselrichter gewandelten Energiemenge ab. Eine Auslegung der Zwischenkreiskondensatoren wird aufgrund ihres finanziellen Einflusses im Allgemeinen auf die Lebensdauer des Wechselrichters vorgenommen. Eine eventuelle Überdimensionierung bringt finanzielle Nachteile und erschwert für den Hersteller beziehungsweise Anbieter der Photovoltaikanlagen das Erreichen eines wettbewerbsfähigen Verkaufspreises.
Als lebensdauerbegrenzende Faktoren von Elektrolytkondensatoren (im Folgenden Elko genannt) sind Frequenzanteile und Amplituden des Stromes, die Betriebstemperatur und die Spannungsverhältnisse über die Lebensdauer bekannt. Beispielhaft sind diese Zusammenhänge in einer Firmenschrift der Jianghai Europe GmbH vom 20.07.2009 mit der Bezeichnung „Elko-Lebensdauerabschätzung“ näher erläutert. Dort wird auch ein Lebensdauermodell vorgestellt, das für eine bestimmte Applikation erlaubt, die zu erwartende Elko-Lebensdauer abzuschätzen. Dabei kommt folgende Beziehung zur Anwendung: L_X = L_O·K_T·K_R·K_V, wobei L_X die resultierende Lebensdauer, L_O die Lebensdauer bei Nennrippel und oberer Kategorietemperatur, K_T ein Temperaturfaktor, K_R ein Rippelstromfaktor und K_V ein Spannungsfaktor ist.
Offenbarung der Erfindung
Ein Verfahren zur Überwachung des Alterungszustandes des Zwischenkreiskondensators einer elektrischen Anlage mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es während des Betriebes der elektrischen Anlage eine Möglichkeit zu einem Monitoring des Zwischenkreiskondensators zur Verfügung stellt, bei welchem abhängig von der realen effektiven Belastung des Zwischenkreiskondensators eine aktive Lebensdauerüberwachung des Zwischenkreiskondensators durchgeführt wird und bei welchem frühzeitig vor einem Ausfall des Zwischenkreiskondensators und damit des Wechselrichters und auch der gesamten elektrischen Anlage ein Meldesignal ausgegeben wird, so dass frühzeitig geeignete Gegenmaßnahmen durchgeführt werden können.
Dies wird dadurch erreicht, dass bei einem Verfahren zur Überwachung der bisher verbrauchten Lebensdauer des Zwischenkreiskondensators einer elektrischen Anlage, welche eine Gleichspannungsquelle, einen Wechselrichter und einen einen Zwischenkreiskondensator aufweisenden Zwischenkreis aufweist, die Überwachung der bisher verbrauchten Lebensdauer des Zwischenkreiskondensators während des Betriebes der elektrischen Anlage für die elektrische Anlage individuell erfolgt, wobei Ist-Werte für die bisher verbrauchte Lebensdauer ermittelt werden, die ermittelten Ist-Werte mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden und in dem Falle, dass die ermittelten Ist-Werte die Grenzwerte übersteigen, ein Meldesignal ausgegeben wird. Die Möglichkeiten einer aktiven Lebensdauerüberwachung und einem bei Bedarf erfolgenden Durchführen frühzeitiger Gegenmaßnahmen erlauben neuartige Geschäftsmodelle. Es besteht die Möglichkeit, vorab rechnerisch zu ermitteln, was es finanziell bedeutet, die Lebensdauer der Zwischenkreiskondensatoren nicht wie bisher auf einen Worst-Case auszulegen, sondern auf eine real existierende Anwendung, und dabei beispielsweise im Falle eines auf den Zwischenkreiskondensator wirkenden hohen Lastkollektivs durch rechtzeitig durchgeführte geeignete Gegenmaßnahmen dafür Sorge zu tragen, dass die Lebensdauer des Zwischenkreiskondensators und damit der gesamten elektrischen Anlage erhöht wird.
Weitere durch die Erfindung erzielte Vorteile bestehen in einer erweiterten räumlichen Abdeckung bei gleichzeitig minimierter Variantenvielfalt, die Möglichkeit einer Online-Diagnose von lebensdauerbegrenzenden Bauteilen, der Möglichkeit der Anbieter von elektrischen Anlagen, ihren Kunden eine beispielsweise standort- oder aufstellungsortspezifische erweiterte Garantie zu geben und einer vereinfachten Möglichkeit, einen Betrieb außerhalb der im Rahmen einer Garantieerklärung vereinbarten Betriebsbedingungen zu erkennen.
Bei der elektrischen Anlage handelt es sich beispielsweise um eine Photovoltaikanlage, eine Windkraftanlage, eine Meeresenergiegewinnungsanlage, eine Spannungswandleranlage, einen Charger oder um eine elektrische Antriebsanlage.
Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf die erfindungsgemäße Steuereinheit und umgekehrt beziehungsweise auf die elektrische Anlage zutreffen beziehungsweise anwendbar sind.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Es versteht sich, dass Komponenten und Elemente in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu wiedergegeben sind.
Weitere mögliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombination von zuvor oder im Folgenden beschriebenen Merkmalen der Erfindung.
Die nachfolgende beispielhafte Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand einer elektrischen Anlage, beispielsweise einer Photovoltaikanlage und anhand der Zeichnung. Es zeigt 1 ein Blockschaltbild mit den wesentlichen Bauteilen einer Photovoltaikanlage, 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Leckstroms des Zwischenkreiskondensators in Abhängigkeit von der Zeit, 3 Skizzen zur Veranschaulichung von möglichen Platzierungen für die Strommessung bei einem Zwischenkreiskondensator, der eine Kondensatorbank mit mehreren parallel geschalteten Kondensatoren, beispielsweise Elektrolytkondensatoren, aufweist, 4 eine Skizze zur Veranschaulichung eines Zwischenkreiskondensators, welcher zwei in Reihe geschaltete Kondensatorbänke und eine Symmetrierungsbeschaltung aufweist, und 5 eine Skizze zur Veranschaulichung einer Spannungsmessung bei einem Zwischenkreiskondensator, der eine Kondensatorbank mit mehreren parallel geschalteten Kondensatoren aufweist.
Die 1 zeigt ein Blockschaltbild mit den wesentlichen Bestandteilen einer Photovoltaikanlage 1. An diese dargestellte Photovoltaikanlage 1 ist eingangsseitig ein Photovoltaikgenerator 2 angeschlossen. Die Photovoltaikanlage weist einen Gleichspannungssteller 3, einen einen Zwischenkreiskondensator 4a aufweisenden Zwischenkreis 4, einen Wechselrichter 5 und eine Steuereinheit 6 auf, welche zur Steuerung eines Verfahrens zur Überwachung der bisher verbrauchten Lebensdauer des Zwischenkreiskondensators der Photovoltaikanlage ausgebildet ist.
Der Photovoltaikgenerator 2, der oft auch als Solarpanel bezeichnet wird, weist eine Vielzahl von Solarzellen auf und stellt an seinem Ausgang eine Gleichspannung bereit. Diese Gleichspannung unterliegt im Betrieb der Photovoltaikanlage 1 Schwankungen, zu deren Ausgleich der an den Ausgang des Photovoltaikgenerators 2 angeschlossene Gleichspannungssteller 3 dient. Die am Ausgang des Gleichspannungsstellers 3 vorliegende stabilisierte Gleichspannung wird dem Zwischenkreis 4 zugeführt und dient dort zur Aufladung des Zwischenkreiskondensators 4a. Die im Zwischenkreiskondensator 4a gespeicherte Ladung wird an den Wechselrichter 5 weitergegeben, der die Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, die in ein nachgeschaltetes Wechselstromnetz eingespeist wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den Zustand des Zwischenkreiskondensators bezüglich seiner Lebensdauer zu monitoren.
Als Zwischenkreiskondensator kommt in der Praxis eine Kondensatorbank zum Einsatz, die aus einer Parallelschaltung von mehreren Kondensatoren, beispielsweise Elektrolytkondensatoren, besteht. Bei diesen Elektrolytkondensatoren handelt es sich um Bauteile, deren Eigenschaften üblicherweise in einem Datenblatt aufgelistet sind. Elektrolytkondensatoren zeichnen sich dadurch aus, dass bei ihnen ein flüssiger Elektrolyt zusammen mit einer eloxierten Anode und einer eloxierten Kathode zu einer Kapazität zusammengefügt ist.
Im Laufe des Betriebes eines Elektrolytkondensators und auch durch reine Standzeiten kann sich aufgrund von Leckagen die Elektrolytmenge reduzieren.
Des Weiteren können sich aufgrund chemischer Prozesse die Zusammensetzung der Anode, die Zusammensetzung der Kathode und auch die Zusammensetzung des Elektrolyts verändern.
Die vorgenannten Effekte führen zu einer Beeinflussung der elektrischen Parameter des Elektrolytkondensators. Zwei dieser elektrischen Parameter sind für die nachfolgenden Betrachtungen von besonderem Interesse und werden deshalb näher erläutert.
Der erste dieser Parameter ist der Leckstrom des Elektrolytkondensators. Dieser Leckstrom ändert sich mit dem effektiven Alter des Elektrolytkondensators. Nach einer Neuauslieferung des Elektrolytkondensators bzw. nach einer neuen Formierung des Elektrolytkondensators reduziert sich zunächst der Leckstrom mit zunehmender Zeit und stabilisiert sich dann auf einem niedrigen Wert, der über einen langen Zeitraum vorliegt. Danach steigt der Leckstrom mit zunehmendem Alter des Elektrolytkondensators wieder an und steigt über die zum Zeitpunkt der Neuauslieferung vorliegenden Werte an. Dieses Verhalten des Leckstroms IL über der Zeit t beziehungsweise der Lebensdauer des Elektrolytkondensators, das auch als Badewannenverhalten bezeichnet wird, ist in der 2 veranschaulicht.
Die Absolutwerte der Leckströme sind neben technologieabhängigen Einflussgrößen abhängig von der Spannungsklasse des Elektrolytkondensators und dem Kapazitätswert des Elektrolytkondensators.
Im Gegensatz zu den Betriebsströmen der Kondensatoren, die stets reine Wechselströme sind, handelt es sich bei diesen Leckströmen um Gleichströme. Im laufenden Betrieb der Anlage führen die Kondensatoren Wechselströme mit einem überlagerten, gegen die Betriebsströme jedoch kleinen (bis zu einigen Milliampere pro Kondensator) Gleichanteil, der den Leckströmen entspricht.
Des Weiteren besteht eine vergleichsweise starke Abhängigkeit des Leckstroms von der Kerntemperatur des Elektrolytkondensators, d.h. von der im Inneren des Elektrolytkondensators herrschenden Temperatur. Mit steigender Kerntemperatur steigt auch der Leckstrom an.
Der zweite der genannten Parameter ist die Kapazität, d.h. die reale Speicherfähigkeit des Kondensators. Diese reale Speicherfähigkeit eines Kondensators nimmt mit zunehmender Zeit bzw. verbrauchter Lebensdauer des Kondensators ab.
Nachfolgend werden die für eine Auslegung eines Zwischenkreiskondensators wesentlichen Ausfallmechanismen, die im Laufe einer langsamen und stetigen Alterung des Zwischenkreiskondensators ersichtlich werden, betrachtet.
Eine Bezeichnung eines Kondensators als „defekt“ ist stets herstellerabhängig. Typischerweise kommt es im Laufe der Lebensdauer eines Kondensators zu einem Über- oder Unterschreiten definierter elektrischer Grenzgrößen. Dabei ist der betrachtete Kondensator beim Über- oder Unterschreiten einer oder mehrerer der Grenzgrößen nicht schlagartig funktionsunfähig. Er kann durchaus noch weiter verwendet werden, erfüllt dabei aber die eine oder andere spezifizierte elektrische Größe nicht mehr. Ein weiterer Betrieb der gesamten Photovoltaikanlage, in welcher dieser „defekte“ Zwischenkreiskondensator angeordnet ist, ist bei reduzierter Performance durchaus noch möglich.
Bei der vorliegenden Erfindung wird unter Steuerung durch die Steuereinheit 6 das effektive Alter des Zwischenkreiskondensators im Laufe des Betriebes der jeweils installierten, konkreten Photovoltaikanlage anhand der im Laufe des Betriebes der Photovoltaikanlage auftretenden Veränderungen von Ist-Werten für die bisher verbrauchte Lebensdauer ermittelt. Konkret werden Ist-Werte für die bisher verbrauchte Lebensdauer ermittelt, die ermittelten Ist-Werte mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen und in dem Falle, dass die ermittelten Ist-Werte die vorgegebenen Grenzwerte übersteigen, ein Meldesignal ausgegeben. Die Ausgabe eines derartigen Meldesignals erlaubt ein frühzeitiges Durchführen von geeigneten Gegenmaßnahmen, aufgrund welcher der Zwischenkreiskondensator und damit auch die gesamte Photovoltaikanlage im Hinblick auf eine verlängerte Lebensdauer am jeweiligen Installationsort aufbereitet wird.
Als Ist-Wert für die bisher verbrauchte Lebensdauer wird vorzugsweise der im Zwischenkreiskondensator fließende Leckstrom ermittelt und mit einem vorgegebenen Grenzwert für den Leckstrom verglichen. In dem Falle, dass der ermittelte Ist-Wert für den Leckstrom den vorgegebenen Grenzwert für den Leckstrom übersteigt, wird ein Meldesignal ausgegeben.
Alternativ oder zusätzlich dazu wird als Ist-Wert für die bisher verbrauchte Lebensdauer die reale Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators ermittelt und mit einem vorgegebenen Grenzwert für die reale Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators verglichen. In dem Falle, dass der ermittelte Ist-Wert für die reale Speicherfähigkeit den vorgegebenen Grenzwert für die reale Speicherfähigkeit übersteigt, wird ein Meldesignal ausgegeben.
Alternativ zu den vorgenannten Möglichkeiten kann ein Meldesignal auch erst dann ausgegeben werden, wenn sowohl der ermittelte Leckstrom als auch die ermittelte reale Speicherfähigkeit den jeweils zugehörigen Grenzwert übersteigen.
Die vorgegebenen Grenzwerte werden vor der Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage in einer Datenbank abgespeichert und später während des Betriebes der Photovoltaikanlage zum Vergleich mit dem jeweiligen Ist-Wert verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Zwischenkreiskondensator mehrere in einer Kondensatorbank miteinander verschaltete Kondensatoren auf und die Ist-Werte für den Leckstrom werden durch eine Strommessung in der Zuleitung und/oder in der Ableitung der Kondensatorbank gemessen. Dies ist in der 3 veranschaulicht. Diese zeigt auf ihrer linken Seite eine Skizze, in welcher der Zwischenkreiskondensator mehrere parallel geschaltete Kondensatoren aufweist, die zusammen eine Kondensatorbank bilden, und in welcher die Ist-Werte für den Leckstrom in der Zuleitung der Kondensatorbank gemessen werden. Auf der rechten Seite von 3 ist eine Skizze gezeigt, in welcher der Zwischenkreiskondensator ebenfalls mehrere parallel geschaltete Kondensatoren aufweist, die zusammen eine Kondensatorbank bilden, in welcher aber die Ist-Werte für den Leckstrom in der Ableitung der Kondensatorbank gemessen werden.
Bei der in der 3 veranschaulichten Ausführungsform weist der Zwischenkreiskondensator mehrere zu einer Kondensatorbank geschaltete Kondensatoren auf. Da der Leckstrom, wie es anhand der 2 beschrieben wurde, vor dem Lebensdauerende zunimmt, spiegelt die Überschreitung eines zugehörigen Grenzwertes eine dadurch definierte effektive Lebensdauerinformation wieder. Mit Hilfe einer Strommessung IM in der Zu- oder Ableitung der Kondensatorbank kann durch eine Betrachtung eines Grenzstromes das Herannahen des Endes der Lebensdauer erkannt und gemeldet werden, so dass durch geeignete Gegenmaßnahmen eine Verlängerung der Lebensdauer erreicht werden kann.
Oftmals ist bei Photovoltaikanlagen aufgrund konkret vorliegender Spannungsanforderungen eine Serienschaltung von Kapazitäten notwendig. Für diesen Fall ist aufgrund der unterschiedlichen Leckströme der Einzelkapazitäten eine Symmetrierungsbeschaltung notwendig, um eine unsymmetrische Spannungsaufteilung zwischen den Teilkondensatoren zu verhindern. Dies ist in der 4 veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform besteht die Möglichkeit, als Ersatz für den Ist-Wert des Leckstroms den durch die Symmetrierungsbeschaltung SB fließenden Strom zu messen, mit einem zugehörigen Grenzwert zu vergleichen und dann, wenn der gemessene Strom den zugehörigen Grenzwert übersteigt, ein Meldesignal auszugeben. In diesem Fall wird nur die Differenz der Leckströme der Kondensatorhälften ausgewertet. Eine Erkennung der verbrauchten Lebensdauer einer Kondensatorhälfte oder eines der enthaltenen Kondensatoren erfolgt hierdurch trotzdem, da statistisch von einer ungleichen Alterung der Einzelkomponenten ausgegangen werden kann. Diese Methode kann auch mit einer direkten Strommessung in einer der beiden Kondensatorhälften kombiniert werden. Dann ist eine Erkennung des Lebensdauerverbrauchs in beiden Kondensatorhälften unabhängig voneinander möglich.
Da – wie bereits oben ausgeführt wurde – der Leckstrom von der Kerntemperatur des jeweiligen Kondensators abhängig ist, wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung über ein thermisches Modell und unter Verwendung der Umgebungstemperatur auf die Kerntemperatur zurückgerechnet. Dabei werden im Voraus ein oder mehrere Wertepaare aus Kerntemperatur und Leckstrom als Meldeschwelle abgespeichert und im späteren Betrieb zu einem Vergleich mit jeweils zugehörigen Ist-Werten herangezogen.
Der Zwischenkreiskondensator einer Photovoltaikanlage hat die Aufgabe, vom angeschlossenen Photovoltaikgenerator gelieferte Energie zwischenzuspeichern. Dabei wird die zu speichernde Energiemenge von der Topologie, der externen Konfiguration und der Sonnenintensität bestimmt. Die zu speichernde Energiemenge ist für eine konkrete, installierte Photovoltaikanlage für gleiche Leistungen periodisch gleich. Abhängig von der zu speichernden Energie ergeben sich am Zwischenkreiskondensator Spannungsschwankungen, deren Amplituden durch die Beziehung U = K/C (1) ausgedrückt werden können. Dabei spiegelt der Faktor K eine betriebsabhängige Konstante wieder. Bei C handelt es sich um die reale Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators.
Die genannten Spannungsschwankungen liegen im Bereich von mehreren Volt und deshalb in einem gut detektierbaren Spannungsbereich. Sie können durch eine Spannungsmessung und unter Verwendung einer Strommessung am Zwischenkreiskondensator bzw. an der Zwischenkreiskondensatorbank detektiert werden. Gegebenenfalls kann eine oder mehrere der zu messenden Größen aus anderen im System gemessenen Strömen und/oder Spannungen berechnet werden.
Eine derartige Spannungsmessung UM an einer Kondensatorbank ist in der 5 veranschaulicht.
Aus der obigen Beziehung (1) ist ersichtlich, dass mit einer Alterung des Zwischenkreiskondensators bei mit zunehmendem Alter reduzierter realer Speicherfähigkeit C die Spannungsschwankungen bei gleichen Wechselstrombelastungen zunehmen. Wird ein entsprechender Grenzwert überschritten, dann hat der jeweilige Kondensator einen vorgegebenen großen Teil seiner Lebenszeit überschritten und es wird ein Meldesignal ausgegeben. Die Beziehung zwischen maximal erlaubtem Spannungsrippel und Leistung wird im Voraus in einer Tabelle abgespeichert und steht im späteren Betrieb der Photovoltaikanlage zum Vergleich mit ermittelten Ist-Werten zur Verfügung.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, zum Zwecke einer noch präziseren Ermittlung von Ist-Werten für die bisher verbrauchte Lebensdauer sowohl den Leckstrom als auch die Spannung entweder der einzelnen Kondensatoren, der gesamten Kondensatorbank, der darin befindlichen Stromschienen oder – sofern vorhanden – der Symmetrierungsbeschaltung zu ermitteln. Die zugehörigen Abgriffspunkte sind von der individuell vorliegenden Anlage bzw. von deren mechanischem Aufbau abhängig.

Claims

Verfahren zur Überwachung der bisher verbrauchten Lebensdauer des Zwischenkreiskondensators (4a) einer elektrischen Anlage (1), welche eine Gleichspannungsquelle (2), einen Wechselrichter (5) und einen den Zwischenkreiskondensator (4a) aufweisenden Zwischenkreis (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung der bisher verbrauchten Lebensdauer des Zwischenkreiskondensators (4a) während des Betriebes der elektrischen Anlage für die elektrische Anlage individuell erfolgt, wobei Ist-Werte für die bisher verbrauchte Lebensdauer ermittelt werden, die ermittelten Ist-Werte mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden und in dem Falle, dass die ermittelten Ist-Werte die Grenzwerte übersteigen, ein Meldesignal ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ist-Wert für die bisher verbrauchte Lebensdauer der Leckstrom des Zwischenkreiskondensators (4a) ermittelt wird, der ermittelte Ist-Wert für den Leckstrom mit einem vorgegebenen Grenzwert für den Leckstrom verglichen wird, und in dem Falle, dass der ermittelte Ist-Wert für den Leckstrom den vorgegebenen Grenzwert für den Leckstrom übersteigt, ein Meldesignal ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ist-Wert für die bisher verbrauchte Lebensdauer die reale Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators (4a) ermittelt wird, der ermittelte Ist-Wert für die Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators mit einem vorgegebenen Grenzwert für die Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators verglichen wird, und in dem Falle, dass der ermittelte Ist-Wert für die Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators den vorgegebenen Grenzwert für die Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators übersteigt, ein Meldesignal ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Grenzwerte vor der Inbetriebnahme der elektrischen Anlage in einer Datenbank abgespeichert werden und während des Betriebes der elektrischen Anlage zum Vergleich mit dem jeweiligen Ist-Wert verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskondensator (4a) mehrere in einer Kondensatorbank miteinander verschaltete Kondensatoren aufweist und die Ist-Werte für den Leckstrom durch eine Strommessung (IM) in der Zuleitung und/oder Ableitung der Kondensatorbank gemessen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskondensator (4a) eine Reihenschaltung von mindestens zwei Kondensatorbänken aufweist, die jeweils mehrere miteinander verschaltete Kondensatoren aufweisen, und als Ist-Wert für den Leckstrom der durch eine Symmetrierungsbeschaltung (SB) fließende Strom gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Inbetriebnahme der elektrischen Anlage (1) zusammen mit dem Grenzwert für den Leckstrom ein Grenzwert für eine zugehörige Kerntemperatur des Zwischenkreiskondensators (4a) abgespeichert wird und im Betrieb der elektrischen Anlage (1) ein Meldesignal ausgegeben wird, wenn die Ist-Werte der Kerntemperatur und des Leckstroms den jeweils zugehörigen Grenzwert übersteigen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Inbetriebnahme der elektrischen Anlage (1) eine Vielzahl von Grenzwerten für den Leckstrom und eine jeweils zugehörige Kerntemperatur in einer Tabelle abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators (4a) eine Spannungs- und/oder Strommessung im Zwischenkreiskondensator vorgenommen wird, aus den gemessenen Spannungsund/oder Stromwerten Spannungsschwankungen ermittelt werden, diese mit einem in Abhängigkeit von der gespeicherten Ladung vorgegebenen maximalen Spannungsrippel verglichen werden und ein Meldesignal ausgegeben wird, wenn die ermittelten Spannungsschwankungen den vorgegebenen maximalen Spannungsrippel übersteigen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Inbetriebnahme der elektrischen Anlage (1) eine Vielzahl von maximal erlaubten Spannungsrippeln mit jeweils zugehöriger Ladung des Zwischenkreiskondensators (4a) in einer Tabelle abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Anlage (1) eine Photovoltaikanlage, eine Windkraftanlage, eine Meeresenergiegewinnungsanlage, eine Spannungswandleranlage, ein Charger oder eine elektrische Antriebsanlage ist.
Elektrische Anlage (1), welche einen Wechselrichter (5) und einen einen Zwischenkreiskondensator (4a) aufweisenden Zwischenkreis (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit (6) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Überwachung der bisher verbrauchten Lebensdauer des Zwischenkreiskondensators (4a) während des Betriebes der elektrischen Anlage für die elektrische Anlage individuell zu steuern, wobei Ist-Werte für die bisher verbrauchte Lebensdauer ermittelt werden, die ermittelten Ist-Werte mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden und in dem Falle, dass die ermittelten Ist-Werte die Grenzwerte übersteigen, die Ausgabe eines Meldesignals zu steuern.
Elektrische Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) dazu ausgebildet ist, als Ist-Wert für die bisher verbrauchte Lebensdauer den Leckstrom des Zwischenkreiskondensators zu ermitteln, den ermittelten Ist-Wert für den Leckstrom mit einem vorgegebenen Grenzwert für den Leckstrom zu vergleichen und in dem Falle, dass der ermittelte Ist-Wert für den Leckstrom den vorgegebenen Grenzwert für den Leckstrom übersteigt, die Ausgabe des Meldesignals zu steuern.
Elektrische Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) dazu ausgebildet ist, als Ist-Wert für die bisher verbrauchte Lebensdauer die reale Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators zu ermitteln, den ermittelten Ist-Wert für die Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators mit einem vorgegebenen Grenzwert für die Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators zu vergleichen, und in dem Falle, dass der ermittelte Ist-Wert für die Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators den vorgegebenen Grenzwert für die Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators übersteigt, die Ausgabe des Meldesignals zu steuern.
Steuereinheit (6) für eine elektrische Anlage (1), welche eine Gleichspannungsquelle (2), einen Wechselrichter (5) und einen einen Zwischenkreiskondensator (4a) aufweisenden Zwischenkreis aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgebildet ist, eine Überwachung der bisher verbrauchten Lebensdauer des Zwischenkreiskondensators (4a) während des Betriebes der elektrischen Anlage für die elektrische Anlage individuell zu steuern, wobei Ist-Werte für die bisher verbrauchte Lebensdauer ermittelt werden, die ermittelten Ist-Werte mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden und in dem Falle, dass die ermittelten Ist-Werte die Grenzwerte übersteigen, die Ausgabe eines Meldesignals zu steuern.
Steuereinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgebildet ist, als Ist-Wert für die bisher verbrauchte Lebensdauer den Leckstrom des Zwischenkreiskondensators zu ermitteln, den ermittelten Ist-Wert für den Leckstrom mit einem vorgegebenen Grenzwert für den Leckstrom zu vergleichen und in dem Falle, dass der ermittelte Ist-Wert für den Leckstrom den vorgegebenen Grenzwert für den Leckstrom übersteigt, die Ausgabe des Meldesignals zu steuern.
Steuereinheit nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgebildet ist, als Ist-Wert für die bisher verbrauchte Lebensdauer die reale Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators zu ermitteln, den ermittelten Ist-Wert für die Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators mit einem vorgegebenen Grenzwert für die Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators zu vergleichen, und in dem Falle, dass der ermittelte Ist-Wert für die Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators den vorgegebenen Grenzwert für die Speicherfähigkeit des Zwischenkreiskondensators übersteigt, die Ausgabe des Meldesignals zu steuern.