DE102013205885A1

DE102013205885A1 - PV-Wechselrichter und System zur Netzanalyse

Info

Publication number: DE102013205885A1
Application number: DE201310205885
Authority: DE
Inventors: Patrick von Brunn; Timo Schlund; Matthias Dworsky; Joachim Sinner
Original assignee: Kaco New Energy GmbH
Current assignee: Kaco New Energy GmbH
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2014-10-09

Abstract

Ein Photovoltaik(PV)-Wechselrichter (1) ist zur Kopplung mit einem Wechselspannungsnetz (2) vorgesehen und weist auf: Mittel (3) zum Messen von Netzparametern des Wechselspannungsnetzes (2), Mittel (5) zum Steuern des Betriebs des PV-Wechselrichters (1), die mit den Mitteln (3) zum Messen von Netzparametern gekoppelt sind und die dazu ausgebildet sind, in Abhängigkeit von den gemessenen Netzparametern den Betrieb des Wechselrichters zu steuern, einen Netzparameterspeicher (4), der dazu ausgebildet ist, einen zeitlichen Verlauf der gemessenen Netzparameter über einen vorgebbaren Zeitbereich zu speichern, und eine Schnittstelle (6), die mit einer Netzanalyseeinheit (7) koppelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Photovoltaik(PV)-Wechselrichter und ein System zur Netzanalyse mit einem solchen PV-Wechselrichter.
Zur Überwachung der Netzqualität von Versorgungsspannungsnetzen werden üblicherweise dedizierte Netzqualitätsanalysatoren verwendet.
Bei der Inbetriebnahme und/oder Wartung von PV-Systemen ist es häufig erforderlich, eine Netzanalyse durchzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Photovoltaik(PV)-Wechselrichter und ein System zur Netzanalyse zur Verfügung zu stellen, die eine möglichst einfache und kostengünstige Netzanalyse bei der Installation, im Betrieb und/oder bei der Wartung von PV-Analgen ermöglichen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Photovoltaik(PV)-Wechselrichter nach Anspruch 1 und ein System zur Netzanalyse nach Anspruch 8.
Der Photovoltaik(PV)-Wechselrichter ist herkömmlich zur Kopplung mit einem einphasigen oder dreiphasigen Wechselspannungsnetz vorgesehen.
Der PV-Wechselrichter weist herkömmliche Mittel zum Messen von Netzparametern des Wechselspannungsnetzes auf. Diesen zugeordnet sind weiter herkömmlich Mittel zum Steuern des Betriebs des PV-Wechselrichters vorgesehen, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors oder eines digitalen Signalprozessors, die mit den Mitteln zum Messen von Netzparametern gekoppelt sind und die dazu ausgebildet sind, in Abhängigkeit von den gemessenen Netzparametern den Betrieb des Wechselrichters wie bekannt zu steuern. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verweisen.
Der PV-Wechselrichter weist weiter einen digitalen Netzparameter(werte)speicher auf, der dazu ausgebildet ist, einen zeitlichen Verlauf der gemessenen Netzparameter(werte) über einen vorgebbaren Zeitbereich zu speichern. Der zeitliche Verlauf wird im Netzparameterspeicher zeit- und amplitudendiskret gespeichert. Die zeitliche Auflösung kann beispielsweise im µs-Bereich liegen und die gespeicherten Werte können eine Wortbreite von 16, 32 oder 64 Bit aufweisen. Der vorgebbare Zeitbereich kann beispielsweise zwischen einigen Millisekunden bis einigen Stunden liegen.
Der PV-Wechselrichter weist weiter eine Schnittstelle, beispielsweise eine USB-Schnittstelle, eine WLAN-Schnittstelle und/oder eine Ethernet-Schnittstelle, zum Koppeln des PV-Wechselrichters mit einer PV-Wechselrichter-externen Netzanalyseeinheit auf, über die die im Netzparameterspeicher gespeicherten Netzparameter zu der Netzanalyseeinheit übertragbar sind.
Die Erfindung ermöglicht eine Netzanalyse (Netzqualität, Harmonische, Flicker etc.) mittels der bereits vorhandenen für den herkömmlichen Wechselrichterbetrieb erforderlichen Messmittel, ohne dass hierzu dedizierte Netzanalysegeräte notwendig sind. Beispielsweise ist eine Auswertung und Visualisierung über ein Benutzerinterface und/oder das Internet möglich.
Die Mittel zum Messen von Netzparametern können dazu ausgebildet sein, Netzparameter bzw. Netzparameterwerte in Form von Phasenspannungen, Phasenströmen, Phasenwinkeln und/oder einer Frequenz des Wechselspannungsnetzes zu messen.
Der PV-Wechselrichter kann eine Basisnetzanalyseeinheit aufweisen, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von den im Netzparameterspeicher gespeicherten Netzparametern eine Basisnetzanalyse durchzuführen, die nicht den vollen Umfang einer herkömmlichen Netzanalyse aufweist.
Der PV-Wechselrichter kann ein Display aufweisen, das dazu ausgebildet ist, die im Netzparameterspeicher gespeicherten Netzparameter beispielsweise in Kurvenform oder anders geartet grafisch aufbereitet zu visualisieren und/oder ein Ergebnis der Netzanalyse der Basisnetzanalyseeinheit zu visualisieren.
Der Netzparameterspeicher kann einen digitalen Ringspeicher umfassen bzw. ein digitaler Ringspeicher sein. Ein Ringspeicher speichert Daten kontinuierlich über einen gewissen gleichbleibenden Zeitraum und überschreibt diese nach dem Ablaufen des vorgegebenen Zeitraums wieder, um den Speicherplatz für aktuelle Daten erneut zu verwenden
Der Netzparameterspeicher kann dazu ausgebildet sein, zusätzlich zu dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Netzparameter(werte) zugehörige (Echt-)Zeitstempel zu speichern.
Das System dient zur Netzanalyse und weist einen oben beschriebenen Photovoltaik(PV)-Wechselrichter und eine Netzanalyseeinheit, beispielsweise in Form eines Tablet-PCs, auf, die mit der Schnittstelle des PV-Wechselrichters gekoppelt und dazu ausgebildet ist, die von dem PV-Wechselrichter gespeicherten und anschließend an die Netzanalyseeinheit übertragenen Netzparameter für eine Netzanalyse auszuwerten.
Die Netzanalyseeinheit kann dazu ausgebildet sein, zur Netzanalyse eine Spannungshöhe mindestens einer Spannung des Wechselspannungsnetzes zu ermitteln, eine Frequenz mindestens einer Spannung des Wechselspannungsnetzes zu ermitteln, eine Kurvenform mindestens einer Spannung des Wechselspannungsnetzes zu ermitteln, Oberschwingungen mindestens einer Spannung des Wechselspannungsnetzes zu ermitteln, eine Schieflast oder Unsymmetrie des Wechselspannungsnetzes zu ermitteln, und/oder Flicker und/oder Kurzunterbrechungen des Wechselspannungsnetzes zu ermitteln.
Die Netzanalyse kann herkömmlich die Messung von Spannung, Strom und Frequenz umfassen. Weiter können Einbrüche und Spitzen, Oberschwingungen, Leistung/Energie, Flicker, Asymmetrie, Transienten, Einschaltströme, usw. bestimmt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt schematisch:
1 ein System zur Netzanalyse mit einem Photovoltaik(PV)-Wechselrichter und einer Netzanalyseeinheit.
1 zeigt ein System 100 zur Netzanalyse mit einem Photovoltaik(PV)-Wechselrichter 1 und einer Netzanalyseeinheit 7, die mit dem PV-Wechselrichter 1 in Datenverbindung steht.
Der Photovoltaik(PV)-Wechselrichter (1) ist elektrisch mit einem Wechselspannungsnetz 2 mit Netzphasen U, V und W gekoppelt.
Der PV-Wechselrichter 1 weist herkömmliche Mittel 3 zum Messen von Netzparametern in Form von Phasenspannungen, Phasenströmen, Phasenwinkeln und/oder einer Frequenz des Wechselspannungsnetzes 2 auf.
Der PV-Wechselrichter 1 weist weiter einen Netzparameterspeicher in Form eines Netzparameterringspeichers 4 auf, beispielsweise in Form eines elektrischen Speichers, der dazu ausgebildet ist, einen zeitlichen Verlauf der gemessenen Netzparameter, d.h. durch Abtasten gewonnene digitale Werte der Netzparameter, über einen vorgebbaren Zeitbereich bzw. mit vorgebbarer zeitlicher Speichertiefe zu speichern. Die Netzparameter werden im Netzparameterringspeicher 4 beginnend bei zeitlich aktuellen Messwerten mit einer vorgebbaren zeitlichen Tiefe in Richtung Vergangenheit gespeichert.
Der PV-Wechselrichter 1 weist weiter Mittel zum Steuern des Betriebs des PV-Wechselrichters 1 in Form eines Mikroprozessors 5 auf, der mit den Mitteln 3 zum Messen von Netzparametern gekoppelt ist und der dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von den gemessenen Netzparametern den Betrieb des Wechselrichters in an sich bekannter Art und Weise zu steuern, beispielsweise eine Netzeinspeisung basierend auf einer von einem nicht gezeigten PV-Generator gelieferten Gleichspannung vorzunehmen, usw.
Der Mikroprozessor 5 steuert auch das Speichern der Netzparameter im Netzparameterringspeicher 4 und übernimmt weitere herkömmliche Aufgaben, beispielsweise die Ansteuerung der Schnittstelle 6, usw.
Der PV-Wechselrichter 1 und die Netzanalyseeinheit 7 sind mittels ihrer Schnittstellen 6 bzw. 10 miteinander gekoppelt.
Der PV-Wechselrichter 1 weist weiter eine Basisnetzanalyseeinheit 8 auf, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von den im Netzparameterringspeicher 4 gespeicherten Netzparametern eine einfache Netzanalyse durchzuführen, beispielsweise in Form einer Spannungs- und Frequenzüberwachung, und die Ergebnisse auf einem Display 9 auszugeben.
Die Netzanalyseeinheit 7 führt verglichen mit der Basisnetzanalyseeinheit 8 eine umfangreichere Netzanalyse durch. Hierzu kann die Netzanalyseeinheit 7 beispielsweise den aktuellen Stand des Netzparameterringspeichers 4 über ihre Schnittstelle 10 auslesen und basierend auf den gespeicherten Netzparameter(werten) eine Spannungshöhe mindestens einer Spannung U, V, W des Wechselspannungsnetzes 2 ermitteln, eine Frequenz mindestens einer Spannung U, V, W des Wechselspannungsnetzes 2 ermitteln, eine Kurvenform mindestens einer Spannung U, V, W des Wechselspannungsnetzes 2 zu ermitteln, Oberschwingungen mindestens einer Spannung U, V, W des Wechselspannungsnetzes 2 ermitteln, eine Schieflast oder Unsymmetrie des Wechselspannungsnetzes 2 ermitteln, und/oder Flicker und/oder Kurzunterbrechungen des Wechselspannungsnetzes 2 ermitteln.
Die Erfindung macht sich zunutze, dass insbesondere 3-phasige PV-Wechselrichter üblicherweise über integrierte Messmittel verfügen, die eine einfache Netzanalyse bzw. Bewertung der am PV-Wechselrichter vorliegenden Netzqualität grundsätzlich ermöglichen.
Mit einem eindeutigen Zeitstempel versehen werden zur Netzanalyse beispielsweise Phasenspannungen, Phasenströme sowie Phasenwinkel messtechnisch erfasst und in dem internen Speicher 4 (mit begrenzter Tiefe) hochauflösend abgelegt. Dies entspricht funktional einem digitalen Speicheroszilloskop.
Die gespeicherten Daten sind beispielsweise per Web-Anbindung aus der Ferne oder lokal am Gerät über eine USB-Schnittstelle auslesbar. Basierend auf diesen Daten kann eine Netzanalyse durchgeführt werden, die Aufschluss über die Netzqualität gibt.
Zusätzlich kann eine Darstellung der aufgezeichneten Messwerte über das im Wechselrichter integrierte Grafikdisplay 9 erfolgen.
Die interne Netzanalyse kann ausschließlich zur ersten Fehlersuche dienen und nicht dazu vorgesehen sein, eine vollständige Netzanalyse mit einem dedizierten Gerät zu ersetzen.

Claims

Photovoltaik(PV)-Wechselrichter (1) zur Kopplung mit einem Wechselspannungsnetz (2), aufweisend: – Mittel (3) zum Messen von Netzparametern des Wechselspannungsnetzes (2), – Mittel (5) zum Steuern des Betriebs des PV-Wechselrichters (1), die mit den Mitteln (3) zum Messen von Netzparametern gekoppelt sind und die dazu ausgebildet sind, in Abhängigkeit von den gemessenen Netzparametern den Betrieb des Wechselrichters (1) zu steuern, – einen Netzparameterspeicher (4), der dazu ausgebildet ist, einen zeitlichen Verlauf der gemessenen Netzparameter über einen vorgebbaren Zeitbereich zu speichern, und – eine Schnittstelle (6), die mit einer Netzanalyseeinheit (7) koppelbar ist.
PV-Wechselrichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (3) zum Messen von Netzparametern dazu ausgebildet sind, Netzparameter in Form von Phasenspannungen, Phasenströmen, Phasenwinkeln und/oder einer Frequenz des Wechselspannungsnetzes (2) zu messen.
PV-Wechselrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Basisnetzanalyseeinheit (8), die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von den im Netzparameterspeicher (4) gespeicherten Netzparametern eine Netzanalyse durchzuführen.
PV-Wechselrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Display (9), das dazu ausgebildet ist, die im Netzparameterspeicher (4) gespeicherten Netzparameter zu visualisieren und/oder ein Ergebnis der Netzanalyse der Basisnetzanalyseeinheit (8) zu visualisieren.
PV-Wechselrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzparameterspeicher (4) einen digitalen Ringspeicher umfasst.
PV-Wechselrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzparameterspeicher (4) dazu ausgebildet ist, zusätzlich zu dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Netzparameter zugehörige Zeitstempel zu speichern.
System (100) zur Netzanalyse, aufweisend: – einen Photovoltaik(PV)-Wechselrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und – eine Netzanalyseeinheit (7), die mit der Schnittstelle (6) des PV-Wechselrichters (1) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von den im Netzparameterspeicher (4) gespeicherten Netzparametern eine Netzanalyse durchzuführen.
System (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzanalyseeinheit (7) dazu ausgebildet ist, zur Netzanalyse – eine Spannungshöhe mindestens einer Spannung (U, V, W) des Wechselspannungsnetzes (2) zu ermitteln, – eine Frequenz mindestens einer Spannung (U, V, W) des Wechselspannungsnetzes (2) zu ermitteln, – eine Kurvenform mindestens einer Spannung (U, V, W) des Wechselspannungsnetzes (2) zu ermitteln, – Oberschwingungen mindestens einer Spannung (U, V, W) des Wechselspannungsnetzes (2) zu ermitteln, – eine Schieflast oder Unsymmetrie des Wechselspannungsnetzes (2) zu ermitteln, und/oder – Flicker und/oder Kurzunterbrechungen des Wechselspannungsnetzes (2) zu ermitteln.